CN202109478U - 燃烧设备通道结构及蓄热式燃烧设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种燃烧设备的通道结构及蓄热式燃烧设备，其中，该通道结构包括高温气体通道、蓄热箱及低温气体通道，所述蓄热箱包括蓄热箱体及其内部设置的蓄热体，所述蓄热箱体的一端设置有与管道相连的所述低温气体通道，其另一端设有与燃烧炉体相接的所述高温气体通道。该蓄热式燃烧设备包括燃烧炉体及成对设置的空气通道与燃气通道，所述炉体上对应设有用于与燃气通道相接的燃气喷口和用于与空气通道相接的空气喷口，且所述空气通道及/或燃气通道采用所述的通道结构。本实用新型气体通道截面面积大、换热气体量大。

Description

燃烧设备通道结构及蓄热式燃烧设备

技术领域

本实用新型涉及一种蓄热燃烧设备，尤其是指一种可将空、煤气同时或单独进行蓄热热交换，以进行高温下燃烧的燃烧设备的通道结构及蓄热式燃烧设备。

背景技术

蓄热式换热燃烧技术是一项古老的换热方式，十九世纪中期就在平炉和高炉上采用延续至今。在轧钢系统初轧工序用于钢锭加热的均热炉上就曾经出现过蓄热式均热炉，并且采用的就是低热值的高炉煤气为燃料。蓄热式换热技术，属不稳态传热，利用耐火材料作载体，交替地被废气热量加热，再将蓄热体蓄存的热量加热空气或煤气，使空气和煤气获得高温预热，达到废热回收的效能。

蓄热燃烧设备是高温空气蓄热式燃烧技术中不可缺少的设备组成。在现代蓄热燃烧技术中，蓄热燃烧设备组合换向设备，并成对使用即可构成一套高温蓄热燃烧系统。但现有的蓄热燃烧设备受结构和换向方式的限制，多是嵌入炉体，并且单个设备的气体交换量较小，保温结构上采用的是整体浇注方式，当对于单个蓄热箱的气体交换量较大(例如大于6000Nm³/h)，相应地蓄热箱的截面也较大时(例如大于1m²)，采用上述结构则不能满足使用上的需求。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种燃烧设备的通道结构及蓄热式燃烧设备，其为一种大气体交换量下的解决方案，能构改善或解决现有技术的一项或多项缺陷。

本实用新型的技术解决方案是：一种燃烧设备的通道结构，该通道结构包括高温气体通道、蓄热箱及低温气体通道，所述蓄热箱包括蓄热箱体及其内部设置的蓄热体，所述蓄热箱体的一端设置有与管道相连的所述低温气体通道，其另一端设有与燃烧炉体相接的所述高温气体通道。

如上所述的燃烧设备的通道结构，其中，该蓄热箱的第一端分散设置有多个所述低温气体通道，所述低温气体通道位于蓄热箱内的出口还设有对气流具有分散整流作用的结构。

如上所述的燃烧设备的通道结构，其中，所述高温气体通道与蓄热箱体是一同制作留设，且所述高温气体通道与蓄热箱体顶部内壁设有绝热内衬作为保温结构。

如上所述的燃烧设备的通道结构，其中，所述蓄热箱的截面积大于1m²。

如上所述的燃烧设备的通道结构，其中，所述蓄热箱体的侧壁为采用轻质高强浇注料浇注而成的整体浇注结构，且采用耐热钢锚固钩作为锚固件。

如上所述的燃烧设备的通道结构，其中，所述蓄热箱体采用纤维模块吊顶结构，其顶部采用耐火纤维作为工作层和绝热层，用耐热钢锚固件悬挂在顶部金属骨架上，并且模块间采用耐热钢构件穿插固定。

如上所述的燃烧设备的通道结构，其中，所述高温气体通道与蓄热箱体顶部内壁设有绝热内衬作为保温结构，所述蓄热箱体的侧壁为浇注料整体浇注结构，侧壁采用轻质高强浇注料浇注，用耐热钢锚固钩作为锚固件，所述蓄热箱体采用纤维模块吊顶结构，其顶部采用耐高温的耐火纤维作为工作层和绝热层，用耐热钢锚固件悬挂在顶部金属骨架上，并且各纤维模块间采用耐热钢构件穿插固定。

本实用新型还提出一种蓄热式燃烧设备，其包括燃烧炉体及成对设置的空气通道与燃气通道，所述炉体上对应设有用于与燃气通道相接的燃气喷口和用于与空气通道相接的空气喷口，其中，所述空气通道及/或燃气通道采用以上所述的通道结构。

如上所述的蓄热式燃烧设备，其中，所述空气通道及/或燃气通道的高温气体通道与燃烧炉体弯转相接，且相接部位具有柔性密封结构。

如上所述的蓄热式燃烧设备，其中，所述燃烧炉体位于同侧配合使用的燃气喷口与对应的空气喷口上下设置并倾斜交汇。

如上所述的蓄热式燃烧设备，其中，所述空气喷口与燃气喷口间具有30～90°大交角。

如上所述的蓄热式燃烧设备，其中，所述空气喷口与燃气喷口的宽度相似或相等。

如上所述的蓄热式燃烧设备，其中，所述上下设置的燃气喷口、空气喷口间设有凸起状整流结构，形成整流式喷口组合结构。

如上所述的蓄热式燃烧设备，其中，所述空气通道及/或燃气通道的高温气体通道与燃烧炉体弯转相接，且相接部位具有柔性密封结构；所述空气喷口与燃气喷口间具有30～90°大交角；所述空气喷口与燃气喷口的宽度相似或相等。

本实用新型的特点和优点如下：

本实用新型提供了一种高温下蓄热式燃烧而可将空、煤气同时或单独进行蓄热热交换的蓄热燃烧设备。该设备既可以单独用于预热空气或者用于预热煤气，也可以对空气和煤气同时预热，组织燃烧，并且同时也可作为烟气余热回收设备。

为了适用于大气体交换量的使用条件，本实用新型采用带有高温气体通道的空、煤气独立蓄热箱结构，用于气体换热的、可分散进风的大截面蓄热箱，不仅结构合理，而且侧壁浇注和纤维模块吊顶的内衬结构绝热效果好，大交角空煤气整流喷口具有较好的整流作用。通过上述技术的实施，本实用新型实现了采用单体蓄热箱进行大气体交换量的蓄热式燃烧，是对蓄热式燃烧技术应用的一次技术突破。

本实用新型的空、煤气双蓄热燃烧设备特别适用于使用低热值煤气作为燃料、采用高温蓄热燃烧技术用于加热的轧钢工业的加热设备上，热效率高、安全可靠，使用效果好。

附图说明

图1为本实用新型的蓄热燃烧设备的一具体实施例的结构示意图。

图2为图1中的蓄热燃烧设备的俯视示意图。

图3为本实用新型的一具体实施例采用的蓄热箱体的局部结构示意图，主要显示了浇注料和纤维模块组合内衬结构示意图。

图4为本实用新型的一具体实施例采用的大交角空、煤气上下交汇整流喷口的模型示意图。

附图主要标号说明：

11、11’、高温气体通道 12、12’、蓄热箱   13、13’、低温气体通道

101、炉体              102、炉盖          103、燃气喷口

103’、空气喷口        105、105’、喷口段 107、107’、连接段

108、凸起结构          120、蓄热箱体      121、蓄热体

123、外壳              124、绝热内衬      125、纤维模块

126、耐热钢构件        127、侧壁          122、金属骨架

具体实施方式

下面配合附图及具体实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

本实用新型提出一种燃烧设备的通道结构，该通道结构包括高温气体通道、蓄热箱及低温气体通道，所述蓄热箱包括蓄热箱体及其内部设置的蓄热体，所述蓄热箱体的一端设置有与管道相连的所述低温气体通道，其另一端设有与燃烧炉体相接的所述高温气体通道。

本领域的技术人员可以了解，上述通道结构可以应用于燃烧设备的空气通道及/或燃气通道。在本实用新型的一较佳实施例中，该通道结构应用于燃气通道，且燃气蓄热箱的第一端分散设置有多个低温气体通道。

较佳地，前述高温气体通道与燃烧炉体弯转相接，且二者相接部位进行柔性密封处理。

蓄热箱体包括金属骨架、外壳以及内部的绝热内衬。高温气体通道与蓄热箱体是一同制作留设，且所述高温气体通道内以及蓄热箱体顶部内壁设有绝热内衬作为保温结构。

蓄热箱体的侧壁为浇注料整体浇注结构，进一步地，其侧壁可采用强度高、导热系数低的轻质高强浇注料浇注，并可用耐热钢锚固钩作为锚固件。

较佳地，蓄热箱体是采用纤维模块吊顶结构，具体地，其顶部采用重量轻、导热系数低、耐高温的特种耐火纤维作为工作层和绝热层，用耐热钢锚固件悬挂在顶部金属骨架上，并且模块间采用耐热钢构件穿插固定。当然，蓄热箱体的结构并不仅限于此，例如，其顶部也可以采用与箱体侧壁相同的材料和结构形式。

本实用新型还提出一种蓄热式燃烧设备，其包括燃烧炉体及成对设置的空气通道与燃气通道，所述炉体上对应设有用于与燃气通道相接的燃气喷口和用于与空气通道相接的空气喷口，其中，空气通道及/或燃气通道采用前述任意的通道结构。

较佳地，燃烧炉体位于同侧配合使用的燃气喷口与对应的空气喷口上下设置并倾斜交汇。进一步地，空气喷口与燃气喷口间具有45°大交角，有利于空、煤气的高温燃烧在大气体流量下状态下的快速、充分混合，以及对于炉内温度场温度分布的均匀性。

较佳地，上下设置的空气喷口、燃气喷口间设有呈半圆柱状凸起的整流结构，形成整流式喷口组合结构，以使气流的燃烧混合更好、流动的阻力更小。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型的通道结构及蓄热式燃烧设备的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，其为本实用新型的蓄热燃烧设备的一具体实施例的结构示意图，本实施例的燃烧设备所采用的通道结构10包括高温气体通道11、蓄热箱12及低温气体通道13，蓄热箱12包括蓄热箱体120及其内部设置的蓄热体121，蓄热箱体120的一端设置有与管道(图中未示出)相连的低温气体通道13，其另一端设有与燃烧炉体101相接的高温气体通道11，请一并结合图3所示，低温气体通道13位于蓄热箱体120内的出口上方还设有对气流具有分散整流作用的结构，例如可采用倒置风帽式多孔整流栅，以对进入的气流进行分散整流。

本领域的技术人员可以了解，上述通道结构可以应用于燃烧设备的空气通道及/或燃气通道。在本实用新型的该实施例中，该通道结构同时应用于燃气通道和空气通道，且在一较佳实施例中，该燃气蓄热箱的第一端分散设置有多个低温气体通道13。

如图2所示，本实施例中，该高温气体通道11是与燃烧炉体101弯转相接，如图2所示，高温气体通道11经过两次弯折后连接至燃烧炉体101，这样可有效吸收高温通道在高温下因温度膨胀而产生的结构应力和应变；另外，对二者相接部位A处进行柔性密封处理，以保证密封效果。至于柔性密封处理的具体结构和工艺，本领域的技术人员完全可以采用现有技术来实现，此处不再赘述。

请结合图3所示，其为本实用新型的一具体实施例采用的蓄热箱体的局部结构示意图，主要显示了浇注料和纤维模块组合内衬结构示意图。该蓄热箱体120包括金属骨架122、外壳123以及内部的绝热内衬124。请参见图3，高温气体通道11与蓄热箱体120是一同制作留设，且所述高温气体通道内以及蓄热箱体顶部内壁设有绝热内衬124作为保温结构。

如图3所示，蓄热箱体的侧壁127较佳为浇注料整体浇注结构，进一步地，其侧壁可采用强度高、导热系数低的轻质高强浇注料(例如轻质莫来石浇注料等)浇注，并可用耐热钢锚固钩129作为锚固件。

较佳地，蓄热箱体120是采用纤维模块吊顶结构125，具体地，其顶部采用重量轻、耐高温的耐火纤维作为与高温气体接触的耐火工作层和绝热保温层，较佳是耐温1350℃以上的特种耐火纤维，用耐热钢锚固件129悬挂在顶部金属骨架121上，并且各纤维模块125间采用耐热钢构件126穿插固定。当然，该蓄热箱体120的顶部也可采用与侧壁相同的材质和结构，如采用整体浇注或顺序浇注的方式，此处不再一一赘述。

再结合图1、图2对本实用新型的蓄热式燃烧设备的结构及原理进行详细说明。

本实用新型的蓄热式燃烧设备包括炉体101和炉体侧壁上成对设置的第一气体通道、第二气体通道，该第一气体通道和第二气体通道均可选择采用前面内容介绍的通道结构。图1、图2所示的该具体实施例中，蓄热式燃烧设备带有高温气体通道的空、煤气独立蓄热箱结构，如图所示，该燃气通道包括高温气体通道11、蓄热箱12及低温气体通道13，对应地，该空气通道包括高温气体通道11’、蓄热箱12’及低温气体通道13’，由于前面已详细描述了通道的具体结构，此处不再详述。

除此之外，请结合图4所示，燃烧炉体101同侧的与该燃气通道、空气通道的高温气体通道11、11’相连通的燃气喷口103、空气喷口103’间形成空、燃气上下交汇的喷口组合结构，以利于高温燃烧在大气体流量状态下的快速、充分混合。

本实用新型的一具体实施例中，燃烧炉体101的燃气喷口103与空气喷口103’上下设置并倾斜交汇形成喷口组合结构。

再结合前述通道结构与炉体的结合特点来说，由于各高温气体通道是与炉体101弯转相接，因此，燃烧炉体101具有对应与各平直的高温气体通道11、11’相接的倾斜的喷口段105、105’，二喷口段105、105’倾斜相交，形成喷口组合结构。较佳地，为了便于炉体与各通道结构的顺利相接，本实施例中，在二喷口段105、105’与二高温气体通道11、11’间，该燃烧炉体还设有平直的连接段107、107’，二连接段107、107’相互平行，且在垂直方向呈上下设置关系。

本实用新型的具体实施例中，二喷口段105、105’的中心线间具有较佳为介于30～90°之间的大交角，例如可采用约45°的大交角，从而有利于空、煤气的高温燃烧在大气体流量状态下的快速、充分混合，且能够提高炉内温度场温度分布的均匀性。

为了进一步加强空、煤气的高温燃烧在大气体流量状态下的快速、充分混合并提高炉内温度场温度分布的均匀性，空气喷口103’与燃气喷口103的宽度较佳是保持相近或相等，而在高度上则没有具体要求，可以根据需要确定。

为了使气流的燃烧混合更好、流动的阻力更小，本实用新型中，该喷口组合结构较佳为整流式喷口组合结构，亦即上下设置的燃气喷口103、空气喷口103’间设有整流结构，形成整流式喷口结构，该整流结构较佳是具有平滑凸面的结构，例如可以为弧状凸面，较佳是如图4所示的半圆柱状凸起结构108，当然，也可为多边形进行平滑处理过的凸面，如可为梯形、三角形等形成的平滑过渡凸面，该弧状凸面位于燃气喷口103和空气喷口103’之间，从而更佳有利于气流的高质量混合。

本实用新型提供了一种大截面、大气体交换量蓄热燃烧设备，其采用单体的蓄热箱，使得截面面积的内通道尺寸能够大于1m²，可以为1.5m²以上，本实用新型的一实施例中达到2.88m²，气体的交换量能够达到12000Nm³/h，这是现有的蓄热式燃烧设备所无法实现的。

借由上述结构，本领域的技术人员可以了解，本实用新型既是燃烧供热设备，同时也是高温烟气余热回收设备：

在用作燃烧供热设备时，将低温气体(如煤气或空气)分别独立从管路供入，经过蓄热箱内的蓄热体换热，得到高温的气体，之后从高温气体通道通入炉内，在喷口附近使空气和煤气混合燃烧，完成燃烧设备的功能。

在用作高温烟气余热回收设备时，将燃烧产生的高温烟气分别从喷口处吸入，通过高温气体通道通入蓄热箱内，之后经过蓄热箱内的蓄热体换热，使高温烟气的余热得到回收，再通过管路和引风机(图中未示出)，将低温废气排出到大气中。

由上述描述可知，本实用新型具有以下特点：

①带有高温气体通道的空、煤气独立蓄热箱结构

由于采用了独立的蓄热箱型式，使得可以采用体积较大的蓄热箱箱体；在炉内高温烟气和蓄热箱之间留设了高温烟气的通道，并且该高温气体通道与蓄热箱是一同制作留设的，高温气体通道带有绝热内衬。在高烟气温度作用下，高温气体通道会发生膨胀，为了吸收膨胀，消除膨胀对结构造成的影响，通道与炉体弯转相接，并在通道与炉体相接的部位，进行了柔性的密封处理，以消除高温带来的不利影响。

②带有分散进风通道的大截面蓄热箱

由于该种蓄热箱单位时间内气体的交换量大(能够达到12000Nm³/h)，所以，箱体的截面面积也超大，保温结构内通道气体流通的断面积(如图2中用虚线B所示的蓄热箱内轮廓)可以达到2.88m²。为了消除气体流通断面上的流量和流速差异造成的热交换不均衡，最后会发生偏流或蓄热体气流贯穿的问题，在低温气体的进入通道上，采用了分散进风和空间降速压力平差的技术，以实现大气体交换量时产生的流量偏差和压力偏差。

③侧壁浇注和纤维模块吊顶的组合结构

为了保证高温蓄热箱的使用寿命和绝热效果，在蓄热箱的顶部采用了重量轻、导热系数低、耐高温的特种耐火纤维作为工作层和绝热层。侧壁采用了强度高、导热系数低的轻质高强浇注料浇注，从而可以充分发挥两种耐材的优点，组合制成大截面蓄热箱的内衬结构。

④大交角空煤气上下交汇整流喷口

本实用新型的实施例中所采用的大交角(如45°)空、煤气上下交汇整流喷口是一个蓄热式燃烧喷口的全新结构，该喷口交角的角度大，有利于空、煤气的高温燃烧在大气体流量状态下的快速、充分混合，并有利于提高炉内温度场温度分布的均匀性。而且，具有整流作用的喷口是根据流体力学和模拟燃烧机制的仿真，使喷口构成符合流体力学的结构特点。同时，可以分散喷口燃烧的高温区，使燃烧的温度分布和气流的分配更好。

虽然本实用新型已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本实用新型，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。

Claims (14)

1.一种燃烧设备的通道结构，其特征在于，该通道结构包括高温气体通道、蓄热箱及低温气体通道，所述蓄热箱包括蓄热箱体及其内部设置的蓄热体，所述蓄热箱体的一端设置有与管道相连的所述低温气体通道，其另一端设有与燃烧炉体相接的所述高温气体通道。

2.如权利要求1所述的燃烧设备的通道结构，其特征在于，该蓄热箱的第一端分散设置有多个所述低温气体通道，所述低温气体通道位于蓄热箱内的出口还设有对气流具有分散整流作用的结构。

3.如权利要求1所述的燃烧设备的通道结构，其特征在于，所述高温气体通道与蓄热箱体是一同制作留设，且所述高温气体通道与蓄热箱体顶部内壁设有绝热内衬作为保温结构。

4.如权利要求1所述的燃烧设备的通道结构，其特征在于，所述蓄热箱的截面积大于1m²。

5.如权利要求1所述的燃烧设备的通道结构，其特征在于，所述蓄热箱体的侧壁为采用轻质高强浇注料浇注而成的整体浇注结构，且采用耐热钢锚固钩作为锚固件。

6.如权利要求1所述的燃烧设备的通道结构，其特征在于，所述蓄热箱体采用纤维模块吊顶结构，其顶部采用耐火纤维作为工作层和绝热层，用耐热钢锚固件悬挂在顶部金属骨架上，并且模块间采用耐热钢构件穿插固定。

7.如权利要求2所述的燃烧设备的通道结构，其特征在于，所述高温气体通道与蓄热箱体顶部内壁设有绝热内衬作为保温结构，所述蓄热箱体的侧壁为浇注料整体浇注结构，侧壁采用轻质高强浇注料浇注，用耐热钢锚固钩作为锚固件，所述蓄热箱体采用纤维模块吊顶结构，其顶部采用耐高温的耐火纤维作为工作层和绝热层，用耐热钢锚固件悬挂在顶部金属骨架上，并且各纤维模块间采用耐热钢构件穿插固定。

8.一种蓄热式燃烧设备，其包括燃烧炉体及成对设置的空气通道与燃气通道，所述炉体上对应设有用于与燃气通道相接的燃气喷口和用于与空气通道相接的空气喷口，其特征在于，所述空气通道及/或燃气通道采用权利要求1至7任一项所述的通道结构。

9.如权利要求8所述的蓄热式燃烧设备，其特征在于，所述空气通道及/或燃气通道的高温气体通道与燃烧炉体弯转相接，且相接部位具有柔性密封结构。

10.如权利要求8所述的蓄热式燃烧设备，其特征在于，所述燃烧炉体位于同侧配合使用的燃气喷口与对应的空气喷口上下设置并倾斜交汇。

11.如权利要求8所述的蓄热式燃烧设备，其特征在于，所述空气喷口与燃气喷口间具有30～90°大交角。

12.如权利要求8所述的蓄热式燃烧设备，其特征在于，所述空气喷口与燃气喷口的宽度相似或相等。

13.如权利要求10所述的蓄热式燃烧设备，其特征在于，所述上下设置的燃气喷口、空气喷口间设有凸起状整流结构，形成整流式喷口组合结构。

14.如权利要求13所述的蓄热式燃烧设备，其特征在于，所述空气通道及/或燃气通道的高温气体通道与燃烧炉体弯转相接，且相接部位具有柔性密封结构；所述空气喷口与燃气喷口间具有30～90°大交角；所述空气喷口与燃气喷口的宽度相似或相等。

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