CN202132950U

CN202132950U - 扁平燃烧装置

Info

Publication number: CN202132950U
Application number: CN201120244649U
Authority: CN
Inventors: 程奇伯; 张道明; 雍海泉
Original assignee: CHONGQING SAIDI INDUSTRIAL FURNACE Co Ltd
Current assignee: CHONGQING SAIDI INDUSTRIAL FURNACE Co Ltd
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2021-07-12

Abstract

本实用新型公开了一种扁平燃烧装置，包括喷口布置单元、分别连接于喷口布置单元两侧的进气单元和火焰控制单元，喷口布置单元上设置有燃气喷口、一次空气喷口、二次空气喷口和火焰稳定区。本实用新型通过对各喷口的合理布置，实现对燃气的引导形成扁平火焰，扁平火焰可有效增加火焰面在坯料上的垂直投射面积，强化传热过程，改善加热质量，在燃烧器布置间距增大的情况下，仍能够保持良好的加热效果，解决了现有燃烧器布置间距受限的问题，降低设备制造成本；另外，本实用新型通过对喷口的特殊布置，有效降低燃烧反应区的局部氧浓度和局部高温，有效降低NO_X的排放。本实用新型可广泛应用于冶金、机械、化工等行业以气体为燃料的热工设备上。

Description

扁平燃烧装置

技术领域

本实用新型涉及一种热工设备部件，特别涉及一种高效节能的燃烧装置。

背景技术

冶金加热炉上使用的燃烧器多是回转体结构，火焰的燃烧通道根部往往是直接位于炉墙上的一个回转体孔，主反应区空气包裹着燃气，旋转喷入炉膛内燃烧，形成圆柱形的回转体火焰。

相对于其它孔形而言，回转体孔对于炉墙的强度是最有利的。但是，在其他方面，这种传统的火焰结构还存在两点不足。

（1）炉内传热差：回转体火焰对被加热坯料的传热相对较差，主要表现为火焰在水平方向上铺展程度不够，在被加热料坯上的垂直投射面积小，对钢坯的辐射角系数相对较低。这将导致炉内综合传热系数低，进而降低炉膛热效率和燃料的利用率，不利于节能。

（2）局部温度过高：回转体火焰呈圆柱形，相同能力条件下回转体火焰在料坯上垂直投射面积小，加热区域更为集中，容易造成局部温度过高等问题，影响料坯的加热质量。

（3）燃烧器布置受限制，一次性投资和维护量大：回转体火焰在被加热坯料上垂直投射面积小，燃烧器间距过大，容易引起坯料受热不均。而燃烧器的布置间距往往受水梁立柱、侧墙立柱等的影响，又无法随意缩短。并且对于一定长度，燃烧器的间距缩短意味着其数量增加，管道和阀门也相应增加，建设成本和维护成本随之增大。

（4）氮氧化物NO_X的排放量大：随着环保要求的不断提高，传统燃烧器的NO_X排放指标逐渐落后，亟待进一步降低燃烧器的NOx排放量。

因此，需探索一种高效、节能、环保的燃烧器，使其在被加热料坯上的垂直投射面积大，产生的NOx少，以解决燃烧器加热效率低、加热不均匀、布置受限以及NO_X的排放不达标等问题。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供一种扁平燃烧装置，该燃烧装置可产生扁平铺展的火焰，增加火焰在坯料上的垂直投射面积，达到强化传热过程、改善加热质量、解决燃烧器布置受限问题的目的。

本实用新型的一种扁平燃烧装置，包括喷口布置单元、分别连接于喷口布置单元两侧的进气单元和火焰控制单元，所述喷口布置单元上设置有燃气喷口、一次空气喷口、二次空气喷口和火焰稳定区，火焰稳定区为设置于喷口布置单元上靠近火焰控制单元一侧的柱状区域，燃气喷口和一次空气喷口位于火焰稳定区内，所述进气单元包括与燃气喷口连通的燃气通道、与一次空气喷口连通的一次空气通道和与二次空气喷口连通的二次空气通道，所述火焰控制单元的横截面为椭圆形且横截面面积沿气流方向逐渐增大形成喇叭口结构，所述燃气喷口、一次空气喷口、二次空气喷口和火焰稳定区均位于火焰控制单元的入口区域内，所述一次空气喷口呈椭圆形分布于燃气喷口的周围，二次空气喷口呈椭圆形分布于燃气喷口和一次空气喷口的周围，一次空气喷口的分布椭圆与二次空气喷口的分布椭圆长轴方向相同且均与燃气喷口同心，火焰控制单元的椭圆形横截面的长轴与所述任意一个分布椭圆的长轴方向相同。

进一步，所述燃气喷口为扁平形状，燃气喷口的长边与所述任意一个分布椭圆的长轴平行，燃气喷口的长边与短边的比值为1～５；

进一步，所述燃气喷口沿所述任意一个分布椭圆的长轴方向扩张形成扩张角Ⅰ，扩张角Ⅰ的角度为0～45o；

进一步，所述任意一个分布椭圆短轴两侧的二次空气喷口的轴线倾斜形成扩张角Ⅱ，扩张角Ⅱ的角度为0～60o，扩张角Ⅱ大于或等于扩张角Ⅰ；

进一步，所述火焰控制单元的喇叭口的扩张角Ⅲ的角度为20～60o，扩张角Ⅲ大于或等于扩张角Ⅱ；

进一步，所述二次空气喷口由四组喷口构成，四组喷口两两对称分布于所述任意一个分布椭圆的长轴两侧，同时也两两对称分布于所述任意一个分布椭圆的短轴两侧，位于长轴同一侧的两组喷口的相邻边缘与其分布椭圆中心连线之间的夹角为D₄，60o＜D₄＜150o；每组喷口的两个边缘与其分布椭圆中心连线之间的夹角为D₅，D₄＞2D₅；

进一步，所述二次空气喷口沿其分布椭圆的径向宽度为d₁，二次空气喷口边缘与火焰控制单元入口边缘沿分布椭圆的径向距离为d₂，1/3d₁＜d₂＜3/2d₁。

本实用新型的有益效果：本实用新型的扁平燃烧装置，包括喷口布置单元、分别连接于喷口布置单元两侧的进气单元和火焰控制单元，喷口布置单元上设置有燃气喷口、一次空气喷口、二次空气喷口和火焰稳定区，本实用新型通过对各喷口的合理布置，实现对燃气的引导形成扁平火焰，扁平火焰可有效增加火焰面在坯料上的垂直投射面积，强化传热过程，改善加热质量，在燃烧器布置间距增大的情况下，仍能够保持良好的加热效果，解决了现有燃烧器布置间距受限的问题，降低设备制造成本，另外，本实用新型通过对喷口的特殊布置，有效降低燃烧反应区的局部氧浓度和局部高温，有效降低NO_X的排放。本实用新型可广泛应用于冶金、机械、化工等行业以气体为燃料的热工设备上。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述；

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的A向视图；

图3为图2的B-B剖视图；

图4为图2中的Ⅰ处局部放大图；

图5、图6和图7为燃气喷口的三种孔型示意图；

图8和图9为二次空气喷口的两种孔型示意图；

图10和图11为一次空气喷口的两种孔型示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型作详细说明，本实施例的扁平燃烧装置，包括喷口布置单元1、分别紧靠喷口布置单元1连接于其两侧的进气单元2和火焰控制单元3，所述喷口布置单元1上设置有燃气喷口1a、一次空气喷口1b、二次空气喷口1c和火焰稳定区1d，火焰稳定区1d为设置于喷口布置单元1上靠近火焰控制单元3一侧的柱状区域，燃气喷口1a和一次空气喷口1b位于火焰稳定区1d内，二次空气喷口1c位于火焰稳定区外，即从燃气喷口和一次空气喷口喷出的气体直接进入火焰稳定区的柱状区域内，所述进气单元2包括与燃气喷口1a连通的燃气通道2a、与一次空气喷口1b连通的一次空气通道2b和与二次空气喷口1c连通的二次空气通道2c，如图1所示，一次空气通道2b为环绕在燃气通道2a外周的环形通道，二次空气通道2c为环绕在一次空气通道2b外周的环形通道，所述火焰控制单元3为横截面面积沿气流方向逐渐增大的喇叭口结构，所述燃气喷口1a、一次空气喷口1b、二次空气喷口1c和火焰稳定区1d均位于火焰控制单元3的入口区域内，所述一次空气喷口1b呈椭圆形分布于燃气喷口1a的周围，二次空气喷口1c呈椭圆形分布于燃气喷口1a和一次空气喷口1b的周围，一次空气喷口1b的分布椭圆与二次空气喷口1c的分布椭圆长轴方向相同且均与燃气喷口1a同心，如图10和图11所示，一次空气喷口除并列排布的圆孔外，也可以采用矩形或弧形孔，燃气喷口1a、一次空气喷口1b和二次空气喷口1c由内向外依次排布，火焰控制单元3的横截面也为椭圆形，该椭圆形横截面的长轴与所述分布椭圆长轴方向相同。

由于一次空气喷口1b呈椭圆形分布，空气从一次空气喷口1b喷出时，在分布椭圆短轴方向上形成气封，迫使燃气喷口1a喷出的燃气主要沿着分布椭圆的长轴方向扩散；同时，二次空气喷口1c也呈椭圆形分布，空气从二次空气喷口1c喷出时，也会在分布椭圆短轴方向上形成气封，迫使燃气沿着分布椭圆的长轴方向进一步扩散。一次空气喷口1b喷出的空气与燃气首先在火焰稳定区发生扩散燃烧，形成稳定的扁平火焰，未燃烧的燃气继续在分布椭圆的长轴方向上扩散，与二次空气喷口1c喷出的空气在火焰控制单元3的喇叭口内继续燃烧，进一步拓宽火焰面在分布椭圆长轴方向的铺展程度，最终形成理想的扁平火焰。在空气和燃气进入火焰稳定区时，气体的喷射效果在入口周围产生负压回流区，燃气和空气发生回流并混合燃烧，为燃烧装置形成稳定的点火源，确保燃烧过程持续稳定进行。火焰控制单元椭圆形横截面的长轴方向与火焰铺展方向相同，继续迫使火焰沿着其长轴方向扁平铺展。空气分一次空气和二次空气参与燃烧，有利于降低反应区的局部氧浓度和局部高温，从而降低氮氧化物；火焰控制单元的喇叭口结构与二次空气喷口1c的喷射效应相结合，还控制了燃烧废气的回流量，引导废气回流参与燃烧，进一步降低燃烧反应区的局部高温和局部氧浓度，从而进一步降低氮氧化物；同时，合理控制回流量，又能确保回流废气不至于影响火焰根部的稳定性。低氧化氮的扁平火焰增加了火焰面在坯料上的垂直投射面积，强化了传热过程，改善了加热质量，在燃烧器布置间距增大的情况下，仍能够保持良好的加热效果，可广泛应用于冶金、机械、化工等行业的以气体为燃料的热工设备上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述燃气喷口1a为扁平形状，燃气喷口1a的长边与所述任意一个分布椭圆的长轴平行，燃气喷口1a的长边与短边的比值为1～５，燃气经过燃气通道从燃气喷口喷出后，可在燃气喷口的引导下沿着分布椭圆的长轴方向扁平扩散，提高扩散效果，如图5、6、7所示，燃气喷口可以是腰圆形、矩形、几个并排孔相交形成的扁平形状以及任何能够引导燃气向分布椭圆长轴方向铺展的形状，均能实现本实用新型的目的。

作为上述技术方案的进一步改进，所述燃气喷口1a沿所述任意一个分布椭圆的长轴方向扩张形成扩张角ⅠD₁，扩张角ⅠD₁的角度为0～45o，在上述角度范围内既可以起到引导燃气向分布椭圆长轴方向铺展的良好效果，又不至于影响燃气喷射效应引起的燃气回流。

作为上述技术方案的进一步改进，所述任意一个分布椭圆短轴两侧的二次空气喷口1c的轴线倾斜形成扩张角ⅡD₂，扩张角ⅡD₂的角度为0～60o，扩张角Ⅱ越大，对火焰的扁平铺展越有利，但角度过大会影响空气的喷射效应引起的废气回流，因此，需选择一个较佳的角度范围，扩张角ⅡD₂大于或等于扩张角ⅠD₁，否则可能导致燃料不完全燃烧。

作为上述技术方案的进一步改进，所述火焰控制单元3的喇叭口的扩张角ⅢD₃的角度为20～60o，扩张角Ⅲ越大，对火焰的扁平铺展越有利，但角度过大会影响空气的喷射效应引起的废气回流，因此，需选择一个较佳的角度范围，扩张角ⅢD₃大于或等于扩张角ⅡD₂，否则不利于火焰的扁平铺展。

作为上述技术方案的进一步改进，所述二次空气喷口1b由四组喷口构成，如图8和图9所示，除并列圆孔外，四组喷口的孔型也可以是矩形孔或弧形孔等，四组喷口两两对称分布于所述任意一个分布椭圆的长轴两侧，同时也两两对称分布于所述任意一个分布椭圆的短轴两侧，位于长轴同一侧的两组喷口的相邻边缘与其分布椭圆中心连线之间的夹角为D₄，60o＜D₄＜150o；每组喷口的两个边缘与其分布椭圆中心连线之间的夹角为D₅，D₄＞2D₅，一次空气喷口和二次空气喷口的喷射效应引起烟气在D₄范围内和D₅范围内回流，回流烟气降低局部高温，降低燃烧反应区的局部氧气浓度，从而实现大幅度降低燃烧所产生的氮氧化物。

作为上述技术方案的进一步改进，所述二次空气喷口1c沿其分布椭圆的径向宽度为d₁，二次空气喷口1c边缘与火焰控制单元3入口边缘沿分布椭圆的径向距离为d₂，1/3d₁＜d₂＜3/2d₁，d₂过小，喷射气流容易紧贴燃烧控制单元的喇叭口内壁，产生贴壁效应，不利于回流；d₂过大，回流气体容易从二次空气喷口处干烧二次空气，影响火焰在宽度方向上的铺展，不利于火焰稳定性，因此，d₁和d₂之间需确定一个合适的比例关系。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.一种扁平燃烧装置，包括喷口布置单元（1）、分别连接于喷口布置单元（1）两侧的进气单元（2）和火焰控制单元（3），其特征在于：所述喷口布置单元（1）上设置有燃气喷口（1a）、一次空气喷口（1b）、二次空气喷口（1c）和火焰稳定区（1d），火焰稳定区（1d）为设置于喷口布置单元（1）上靠近火焰控制单元（3）一侧的柱状区域，燃气喷口（1a）和一次空气喷口（1b）位于火焰稳定区（1d）内，所述进气单元（2）包括与燃气喷口（1a）连通的燃气通道（2a）、与一次空气喷口（1b）连通的一次空气通道（2b）和与二次空气喷口（1c）连通的二次空气通道（2c），所述火焰控制单元（3）的横截面为椭圆形且横截面面积沿气流方向逐渐增大形成喇叭口结构，所述燃气喷口（1a）、一次空气喷口（1b）、二次空气喷口（1c）和火焰稳定区（1d）均位于火焰控制单元（3）的入口区域内，所述一次空气喷口（1b）呈椭圆形分布于燃气喷口（1a）的周围，二次空气喷口（1c）呈椭圆形分布于燃气喷口（1a）和一次空气喷口（1b）的周围，一次空气喷口（1b）的分布椭圆与二次空气喷口（1c）的分布椭圆长轴方向相同且均与燃气喷口（1a）同心，火焰控制单元（3）的椭圆形横截面的长轴与所述任意一个分布椭圆的长轴方向相同。

2.根据权利要求1所述的扁平燃烧装置，其特征在于：所述燃气喷口（1a）为扁平形状，燃气喷口（1a）的长边与所述任意一个分布椭圆的长轴平行，燃气喷口（1a）的长边与短边的比值为1～５。

3.根据权利要求2所述的扁平燃烧装置，其特征在于：所述燃气喷口（1a）沿所述任意一个分布椭圆的长轴方向扩张形成扩张角Ⅰ（D₁），扩张角Ⅰ（D₁）的角度为0～45o。

4.根据权利要求3所述的扁平燃烧装置，其特征在于：所述任意一个分布椭圆短轴两侧的二次空气喷口（1c）的轴线倾斜形成扩张角Ⅱ（D₂），扩张角Ⅱ（D₂）的角度为0～60o，扩张角Ⅱ（D₂）大于或等于扩张角Ⅰ（D₁）。

5.根据权利要求4所述的扁平燃烧装置，其特征在于：所述火焰控制单元（3）的喇叭口的扩张角Ⅲ（D₃）的角度为20～60o，扩张角Ⅲ（D₃）大于或等于扩张角Ⅱ（D₂）。

6.根据权利要求1-5任意一条所述的扁平燃烧装置，其特征在于：所述二次空气喷口（1b）由四组喷口构成，四组喷口两两对称分布于所述任意一个分布椭圆的长轴两侧，同时也两两对称分布于所述任意一个分布椭圆的短轴两侧，位于长轴同一侧的两组喷口的相邻边缘与其分布椭圆中心连线之间的夹角为D₄，60o＜D₄＜150o；每组喷口的两个边缘与其分布椭圆中心连线之间的夹角为D₅，D₄＞2D₅。

7.根据权利要求6所述的扁平燃烧装置，其特征在于：所述二次空气喷口（1c）沿其分布椭圆的径向宽度为d₁，二次空气喷口（1c）边缘与火焰控制单元（3）入口边缘沿分布椭圆的径向距离为d₂，1/3d₁＜d₂＜3/2d₁。