CN201582823U - 工业炉高温空气燃烧技术的外绕式轴向旋流燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种工业炉高温空气燃烧技术的外绕式轴向旋流燃烧器，由圆管喷口(2)，旋转通道喷口(1)，肋片(3)组成，所述的旋转通道喷口(1)沿同心圆环通道轴向布置。本实用新型可强化气体燃料和高温空气在工业炉炉膛内的充分混合，从而保证了在更低的进口空气氧浓度下实现稳定的燃烧，室炉膛内的温度分布更加均匀，减少局部高温，同时极大地降低了氮氧化物(NO_X)的排放，实现节能和环保的目标。

Description

工业炉高温空气燃烧技术的外绕式轴向旋流燃烧器

技术领域

本实用新型属燃烧器喷嘴领域，特别是涉及一种工业炉高温空气燃烧技术的外绕式轴向旋流燃烧器。

背景技术

工业炉在钢铁、冶金、机械、陶瓷、玻璃等行业应用十分广泛，是进行热加工的关键设备。在热处理和各类热加工过程的工业炉中，越来越多地采用燃气燃烧的方式作为加热的技术途径。高温空气燃烧(High temperature air combustion，HTAC)是一种采用高预热空气在超低氧浓度条件下的先进燃烧技术，以天然气或煤气为燃料，以射流的方式送入工业炉内进行燃烧，并且通过采用高效的蓄热陶瓷材料极限回收燃烧后的烟气中的余热，并用来加热进入炉膛内的空气，从而大幅度地节约了能量。同时，由于它是在超低氧浓度下的高强度燃烧，因此在燃烧过程生成的热力型氮氧化物(NO_X)浓度可以很低，具有很低的NO_X排放特性，因而其环保优势十分显著。此外，在超低氧条件下，使得金属元件的被氧化程度降低，从而在一定程度上提高了金属的热加工品质。高温空气燃烧技术在过去20年里得到了迅速发展，在钢铁冶金、玻璃、陶瓷、水泥等行业的工业炉中具有广阔的应用前景。

从有关的实验来看，由于改变气体燃料和预热空气的喷入条件，可以有效改变它们在炉内的混合过程，对超低氧条件下的稳定燃烧、温度分布的均匀性以及NO_X的局部生成量影响很大。

目前，工程中应用的高温空气燃烧工业炉的燃烧器结构通常都是高温预热空气和气体燃料以直射流的方式高速喷入炉膛，这几股射流在炉膛的有限空间内的湍流运动引起烟气回流和燃料、空气与烟气之间的混合，来保证炉内的温度分布、局部氧浓度分布等特性，从而维持在低氧条件下的稳定燃烧和局部热力型NO_X的生成。多股直射流的相互干扰引起的炉内的回流范围和程度比较有限。如果能使高温预热空气和燃料在炉内能更充分地混合，则将使炉内的局部氧浓度和温度分布更加合理，从而使燃烧能够在更低的进口氧浓度下实现燃烧和降低局部NO_X的生成量。

旋流能够起到更好地混合作用。在本发明设计的燃烧器喷嘴结构中，中心为几股旋流高温空气射流，外绕的为几股燃气直射流，它们在进入炉膛后，多股旋流射流和直射流在炉膛的有限空间内能够实现比完全直射流更充分的混合，从而实现在更低氧浓度下的稳定燃烧和更低的NO_X排放。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种工业炉高温空气燃烧技术的外绕式轴向旋流燃烧器，以解决现有技术中直射流难以使炉内气体间的更充分混合和使温度分布更均匀、NO_X生成量更低的难题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种工业炉高温空气燃烧技术的外绕式轴向旋流燃烧器，由圆管喷口，旋转通道喷口，肋片组成，所述的旋转通道喷口沿同心圆环通道轴向布置。

所述的旋转通道喷口周围按无因次距离I＝1.5～3和30度到180度角度(I＝L/D，L为圆管喷口的中心线到同心圆环通道的中心线的距离，D为同心圆环通道的外径)布置的圆管喷口。

所述的旋转通道喷口的高温预热空气的进口和出口的旋转角度为90度到360度。

所述的旋转通道喷口由2-4条肋片沿流动方向(轴向)按90度到360度螺旋角度和1～3无因次伸展长度R(R＝l/h，l为螺旋肋片的轴向长度，h为螺旋肋片高度)旋转布置。

有益效果

本实用新型可强化气体燃料和高温空气在工业炉炉膛内的充分混合，从而保证了在更低的进口空气氧浓度下实现稳定的燃烧，室炉膛内的温度分布更加均匀，减少局部高温，同时极大地降低了氮氧化物(NO_X)的排放，实现节能和环保的目标。

附图说明

图1为外绕式轴向旋流燃烧器结构示意图；

图2为外绕式轴向旋流燃烧器进气示意图；

图3为轴向螺旋肋片结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种工业炉高温空气燃烧技术的外绕式轴向旋流燃烧器，由圆管喷口2，旋转通道喷口1，肋片3组成，旋转通道喷口1沿同心圆环通道4轴向布置。旋转通道喷口1周围按无因次距离I＝1.5～3和30度到180度角度(I＝L/D，L为圆管喷口2的中心线到同心圆环通道4的中心线的距离，D为同心圆环通道4的外径)布置的圆管喷口2。旋转通道喷口1的高温预热空气的进口和出口的旋转角度为90度到360度。旋转通道喷口1由2-4条肋片3沿流动方向(轴向)按90度到360度螺旋角度和1～3无因次伸展长度R(R＝l/h，l为螺旋肋片的轴向长度，h为螺旋肋片高度)旋转布置。

空气旋转通道喷口1旋流角度为0°(直射流)时，两外绕圆管喷口2成180°分布，进口参数分别为：燃料为城市天然气，外绕圆管喷口2射流速度30.1m/s；空气旋转通道喷口1射流速度35.6m/s。预热空气1273K，过量空气系数1.2，空气中氧浓度8％，炉膛底部散热为恒定热流密度，大小为28580W/m²。

工业炉高温空气燃烧后，燃烧室平均温度为：1521K，最终NO_X排放浓度为23.3ppm，燃烧室内平均CO、O₂浓度分别为：118ppm和1.99％。

实施例2

空气旋转通道喷口1旋流角度为180°时，两外绕圆管喷口2成180°分布，进口参数分别为：燃料为城市天然气，外绕圆管喷口2射流速度30.1m/s；空气旋转通道喷口1射流速度35.6m/s。预热空气1273K，过量空气系数1.2，空气中氧浓度8％，炉膛底部散热为恒定热流密度，大小为28580W/m²。

工业炉高温空气燃烧后，燃烧室平均温度为：1548K，最终NO_X排放浓度为22.6ppm，燃烧室内平均CO、O₂浓度分别为：58ppm和1.58％。

实施例3

空气旋转通道喷口1旋流角度为270°时，两外绕圆管喷口2成180°分布，进口参数分别为：燃料为城市天然气，外绕圆管喷口2射流速度30.1m/s；空气旋转通道喷口1射流速度35.6m/s。预热空气1273K，过量空气系数1.2，空气中氧浓度8％，炉膛底部散热为恒定热流密度，大小为28580W/m²。

工业炉高温空气燃烧后，燃烧室平均温度为：1559K，最终NO_X排放浓度为22.1ppm，燃烧室内平均CO、O₂浓度分别为：45ppm和1.32％。

对比实施例1和2、3可知，当采用旋流式燃烧器时，在相同的条件下，燃烧室内的平均温度增大，NOX最终的排放量减少，而燃料的燃烬程度(以CO的浓度表征)提高，结果表明，旋流式燃烧器能使采用高温空气燃烧技术工业炉的性能得到显著改善。

Claims (4)

1.一种工业炉高温空气燃烧技术的外绕式轴向旋流燃烧器，由圆管喷口(2)，旋转通道喷口(1)，肋片(3)组成，其特征是：所述的旋转通道喷口(1)沿同心圆环通道(4)轴向布置。

2.根据权利要求1所述的一种工业炉高温空气燃烧技术的外绕式轴向旋流燃烧器，其特征是：所述的旋转通道喷口(1)周围按无因次距离I＝1.5～3和30度到180度角度布置的圆管喷口(2)，I＝L/D，L为圆管喷口(2)的中心线到同心圆环通道(4)的中心线的距离，D为同心圆环通道(4)的外径。

3.根据权利要求1所述的一种工业炉高温空气燃烧技术的外绕式轴向旋流燃烧器，其特征是：所述的旋转通道喷口(1)的高温预热空气的进口和出口的旋转角度为90度到360度。

4.根据权利要求1所述的一种工业炉高温空气燃烧技术的外绕式轴向旋流燃烧器，其特征是：所述的旋转通道喷口(1)由2-4条肋片(3)沿流动方向按90度到360度螺旋角度和1～3无因次伸展长度R旋转布置，R＝l/h，l为螺旋肋片的轴向长度，h为螺旋肋片高度。

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