CN204369917U - 一种气流连通预混回流预热燃烧的燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及气流连通预混回流预热燃烧的燃烧装置，有效解决高效高风温、节能环保、结构稳定的问题，燃烧室墙体由上部球形拱顶与下部筒形墙体连接在一起构成，燃烧室墙体上有空气进气管和煤气进气管，煤气分配通道底部内侧环墙上和空气分配通道顶部的内侧环墙上分别有转折向上、周向相间排列、并与预混气导向通道连通的煤气喷嘴管和空气喷嘴管，在空气喷嘴管与煤气喷嘴管的顶部有数个喷嘴连通缝隙，空气喷嘴管顶端用空气喷嘴盖板盖住，顶部的空气喷嘴盖板上开有气流调节缝隙，煤气喷嘴管与预混气导向通道底部相连通，预混气导向通道上部敞开，并在其出口处外侧壁面上有气流导向块，本实用新型高效高风温，节能环保，使用稳定可靠，寿命长。

Description

一种气流连通预混回流预热燃烧的燃烧装置

技术领域

本实用新型涉及热风炉，特别是为高炉提供高温鼓风的热风炉用的一种气流连通预混回流预热燃烧的燃烧装置。

背景技术

当前，高炉热风炉从节能降耗上考虑要求在燃烧低热值高炉煤气下获得高性能和高风温，而最终达到高效、节能、环保、增产的目的，而其他行业中的蓄热式加热炉，也同样面临高效、节能、环保、增产、以及风温可控的现实问题。为此，在热风炉（加热炉）中必须实现优化的燃烧过程与强化的传热过程相结合炉内过程。这就涉及到燃烧装置的结构、蓄热体结构与布置、以及气流流场的组织，尤其是燃烧装置的结构与性能对热风炉的影响尤为关键，纵观目前使用的各种热风炉的燃烧装置,大多数都以煤气与空气在燃烧空间中混合、预热、着火燃烧模式为主，这种模式总是存在混合不均、燃烧不完全、燃烧室空间大、燃烧装置结构选择不当等问题，导致燃烧室中燃烧气流的特征变化大、气流不稳定、燃烧强度低，进而引起蓄热室中气流分布不均，降低传热效果与蓄热体的利用率；由于蓄热体的结构与布置均难以按照设计的流场结构和设定的负荷状态选取，从而整体影响热风炉的性能和实际使用效果。因此，随着人们对燃烧、传热传质、流体流动的理论及其应用技术认识的提高和应用实践的深入，以及工艺过程对于热风炉稳定风温（或高风温）的需求，以及各行业对高效、节能与环保的重视，对热风炉领域内的燃烧装置改进必须深入。目前通常使用的前苏联早期的顶燃式热风炉的燃烧装置的结构（参见SU926017和SU602555），虽然这种炉型已经安全稳定地、高热风温度与高效地运行了27年，成为当今热风炉高风温与长寿命的典范，但是，在实际使用中，还存在这样或那样的技术上的缺陷，特别是还不能完全满足当今对高效高风温、节能环保、结构稳定的要求，因此，其改进和创新势在必行。

发明内容

针对上述情况，为克服现有燃烧装置的燃烧与传热结构上的不足，在充分分析前苏联SU926017的结构特征基础上，进一步克服其结构与性能上的缺陷，使其结构更加完善，性能更加优良，而提出一种气流连通预混回流预热燃烧的燃烧装置，可有效解决进一步提高高效高风温、节能环保、结构稳定的问题。

本实用新型解决的技术方案是，包括燃烧室墙体、燃烧室，空气进气管、煤气进气管、空气分配通道、煤气分配通道、空气喷嘴管和煤气喷嘴管，燃烧室墙体是由上部球形拱顶与下部垂直的筒形墙体连接在一起构成，燃烧室墙体的内部空间为燃烧室，燃烧室墙体的筒形墙体上垂直其轴线从下到上错开布置有空气进气管和煤气进气管，空气进气管和煤气进气管分别垂直连接砌筑在燃烧室墙体内的空气分配通道与煤气分配通道，煤气分配通道底部内侧环墙上和空气分配通道顶部的内侧环墙上分别有转折向上、周向相间排列、并与预混气导向通道连通的煤气喷嘴管和空气喷嘴管，在空气喷嘴管与煤气喷嘴管的顶部沿周向设置数个用于调节煤气与空气流量大小的相互水平连通的喷嘴连通缝隙，空气喷嘴管顶端用空气喷嘴盖板盖住，引导空气喷嘴管中空气通过其上的喷嘴连通缝隙进入煤气喷嘴管，顶部的空气喷嘴盖板上开有向上使部分空气直接进入其上部的预混气导向通道的气流调节缝隙，煤气喷嘴管与预混气导向通道底部相连通，预混气导向通道上部敞开，并在其出口处外侧壁面上设置有均布、倾斜相间开的气流导向块。

本实用新型结构新颖独特，是在SU926017结构基础上进行了创新性的改进，有效克服了结构与性能上的缺陷，使其更加完全，性能更加优良，高效高风温，节能环保，使用稳定可靠，寿命长，有良好的经济和社会效益。

附图说明

图1为本实用新型的剖面主视图。

图2为本实用新型图1中A-A截面图。

图3为本实用新型图1的空气喷嘴管B向视图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

如图1、图2及图3所示，本实用新型包括燃烧室墙体1、燃烧室2，空气进气管3、煤气进气管4、空气分配通道5、煤气分配通道6、空气喷嘴管7和煤气喷嘴管8，燃烧室墙体1是由上部球形拱顶与下部垂直的筒形墙体连接在一起构成，燃烧室墙体1的内部空间为燃烧室2，燃烧室墙体1的筒形墙体上垂直其轴线从下到上错开布置有空气进气管3和煤气进气管4，空气进气管3和煤气进气管4分别垂直连接砌筑在燃烧室墙体1内的空气分配通道5与煤气分配通道6，煤气分配通道6底部内侧环墙上和空气分配通道5顶部的内侧环墙上分别有转折向上、周向相间排列、并与预混气导向通道11连通的煤气喷嘴管8和空气喷嘴管7，在空气喷嘴管7与煤气喷嘴管8的顶部沿周向设置数个用于调节煤气与空气流量大小的相互水平连通的喷嘴连通缝隙9，空气喷嘴管7顶端用空气喷嘴盖板10盖住，引导空气喷嘴管7中空气通过其上的喷嘴连通缝隙9进入煤气喷嘴管8，顶部的空气喷嘴盖板10上开有向上使部分空气直接进入其上部的预混气导向通道11的气流调节缝隙10a，煤气喷嘴管8与预混气导向通道11底部相连通，预混气导向通道上部敞开，并在其出口处外侧壁面上设置有均布、倾斜相间开的气流导向块12。

为了保证使用效果，所述的燃烧室墙体1为金属外壳内壁上砌筑能耐高温达1000℃～1500℃的各耐火材料层组成，内层由抗热震性强的红柱石高铝砖或堇青石-莫来石砖构成、次外层由轻质耐火砖构成、外层由陶瓷纤维棉毯与喷涂在金属外壳内喷涂层构成，由内至外依次组合成燃烧室墙体1。

所述的空气进气管3和煤气进气管4是在金属管内壁上砌筑高铝砖或粘土砖形成的圆形通道。

所述的空气分配通道5和煤气分配通道6是由红柱石高铝砖砌筑而成的流通截面为矩形的环形通道。

所述的空气喷嘴管7和煤气喷嘴管8均为设置在燃烧室墙体1内的截面为矩形或扇形的通道，沿燃烧室墙体1圆周方向相间地均匀布置，各自从空气分配环道和煤气分配环道引出时是水平布置，转折向上后是垂直布置。

所述的喷嘴连通缝隙9为连通空气喷嘴管7与煤气喷嘴管8的截面高度小于宽度的水平通道，上下布置多个（根据煤气与空气流量的相对大小调整喷嘴连通缝隙9的个数）。

所述的空气喷嘴盖板10是由红柱石高铝砖制成的高度小于长和宽的平板块体，其板面上向上开设多个气流调节缝隙10a（空气喷嘴盖板10不用泥浆砌筑，使之能在大于50m/s的流速下被掀开，气流调节缝隙10a的个数取决于采用的燃烧方式和煤气与空气流量的配比）。

所述的预混气导向通道11为用红柱石高铝砖或堇青石-莫来石砖砌筑而成的截面为矩形的通道，其上部开口垂直于燃烧室2且与之相互连通，其出口处的外侧壁面上设置有形状为矩形并与垂直方向呈0°～45°夹角的气流导向块12。

本实用新型是在充分分析前苏联著作权SU926017结构特征的基础上，进一步克服其结构与性能上的缺陷，使其结构更加完善，性能更加优良，在结构上采用煤气与空气在喷嘴出口处汇合向上喷射进入预混预燃环道，并在从拱顶折返的烟气回流作用下预热而快速完成燃烧过程的燃烧装置，为了防止低负荷下的回火，采取空气喷嘴顶部盖砖可被掀开的结构，为了调节气流的周向分布与混合比例，喷嘴盖板上有气流调节孔，通过调节调节孔的数目与大小可改变气流流量与混合比例，这一工作可以在冷态模型状态下完成。这样，该燃烧装置可有效解决煤气与空气气流周向分布不均匀、混合不均匀等预混燃烧（或者半预混燃烧）模式下存在的普遍性问题，真正做到在强化燃烧过程的同时获得气流的分布、温度的均匀分布，从而有效提高热风炉的燃烧效率和蓄热体的利用率。

也就是说，本实用新型是在现有热风炉燃烧装置的基础上所做的改进与创新，采用用缝隙可调实现煤气与空气快速均匀地预混，并经预混气导向通道产生产向上的环形微旋气流，在燃烧室拱顶作用形成燃烧室回流涡旋的流场结构与完成回流自预热燃烧过程的一种燃烧装置，该装置更为有效地实现煤气与空气的快速而均匀的混合与高强度回流涡旋预热燃烧，进一步有效提高了燃烧强度与燃烧火焰的稳定性。在热风炉上采用这种燃烧装置可以保证热风炉（加热炉）在安全与稳定前提下的高效、高热强度与高送风温度的运行，继而达到节省燃料、节约投资、降低废气温度与有害气体的排放量、减少环境污染的良好效果。

本实用新型的工作状态是，在燃烧装置中煤气通过煤气分配通道6底部进入煤气喷嘴管8，空气通过空气分配通道5的顶部进入空气喷嘴管7，并转折向上进入预混气导向通道11，因空气在进入导向通道前遇到空气喷嘴盖板10的阻挡而经由喷嘴连通缝隙9进入煤气喷嘴管8，在这里煤气与空气进行初步混合，然后向上喷射进入预混气导向通道11，在此与气流调节缝隙10a喷射出来的空气再次进行混合，之后通过气流导向块12而进入燃烧室2，其后在燃烧室球形拱顶的限制下形成回流涡旋流动，并向下快速离开燃烧室。由燃烧室内是一个近乎绝热的高温环境，使得预混气流得以受回流预混而着火燃烧在完成燃烧过程后离开燃烧室进入蓄热室。

由于煤气与空气气流混合与流动状态的可调节性，就能有效优化燃烧装置的回流稳焰的燃烧过程，并有利于在改变结构和改变气流混合方式与混合状态的条件下，实现分级预混、预热、着火与燃烧的可燃气体低氮氧化物（NOX）燃烧状态。如堵塞喷嘴连通缝隙9，就可以实现燃烧室内混合的扩散燃烧方式（用于高热值煤气的燃烧），如堵塞气流调节缝隙10a，就可以实现预混燃烧方式（用于低热值煤气的燃烧），如调节好喷嘴连通缝隙9和气流调节缝隙10a之间的比例关系，就能形成先期的欠氧燃烧，而后期再混合燃烧的半预混燃烧方式（低氮氧化物（NOX）燃烧）。

本实用新型具有对燃烧方式和对煤气特性的较大的适应性，具有有较为广泛的应用领域。高炉热风炉或者其他加热炉采用这样的燃烧装置，就能在同一个热风炉或加热炉上实现不同的燃烧方式、达到不同热工状态、以及完成不同的热工工况。因此，能使热风炉（加热炉）在燃烧不同热值煤气的条件下，均具备了实现高效、高风温、与节能环保的功能，且能降低废气温度与有害气体的排放量，进而减少环境污染，是现有热风炉上的创新性改进，有显著的经济效益与社会效益。

Claims (8)

1.一种气流连通预混回流预热燃烧的燃烧装置，包括燃烧室墙体（1）、燃烧室（2），空气进气管（3）、煤气进气管（4）、空气分配通道（5）、煤气分配通道（6）、空气喷嘴管（7）和煤气喷嘴管（8），燃烧室墙体（1）是由上部球形拱顶与下部垂直的筒形墙体连接在一起构成，燃烧室墙体（1）的内部空间为燃烧室（2），其特征在于，燃烧室墙体（1）的筒形墙体上垂直其轴线从下到上错开布置有空气进气管（3）和煤气进气管（4），空气进气管（3）和煤气进气管（4）分别垂直连接砌筑在燃烧室墙体（1）内的空气分配通道（5）与煤气分配通道（6），煤气分配通道（6）底部内侧环墙上和空气分配通道（5）顶部的内侧环墙上分别有转折向上、周向相间排列、并与预混气导向通道（11）连通的煤气喷嘴管（8）和空气喷嘴管（7），在空气喷嘴管（7）与煤气喷嘴管（8）的顶部沿周向设置数个用于调节煤气与空气流量大小的相互水平连通的喷嘴连通缝隙（9），空气喷嘴管（7）顶端用空气喷嘴盖板（10）盖住，引导空气喷嘴管（7）中空气通过其上的喷嘴连通缝隙（9）进入煤气喷嘴管（8），顶部的空气喷嘴盖板（10）上开有向上使部分空气直接进入其上部的预混气导向通道（11）的气流调节缝隙（10a），煤气喷嘴管（8）与预混气导向通道（11）底部相连通，预混气导向通道上部敞开，并在其出口处外侧壁面上设置有均布、倾斜相间开的气流导向块（12）。

2.根据权利要求1所述的气流连通预混回流预热燃烧的燃烧装置，其特征在于，所述的燃烧室墙体（1）为金属外壳内壁上砌筑能耐高温达1000℃～1500℃的各耐火材料层组成，内层由抗热震性强的红柱石高铝砖或堇青石-莫来石砖构成、次外层由轻质耐火砖构成、外层由陶瓷纤维棉毯与喷涂在金属外壳内喷涂层构成，由内至外依次组合成燃烧室墙体（1）。

3.根据权利要求1所述的气流连通预混回流预热燃烧的燃烧装置，其特征在于，所述的空气进气管（3）和煤气进气管（4）是在金属管内壁上砌筑高铝砖或粘土砖形成的圆形通道。

4.根据权利要求1所述的气流连通预混回流预热燃烧的燃烧装置，其特征在于，所述的空气分配通道（5）和煤气分配通道（6）是由红柱石高铝砖砌筑而成的流通截面为矩形的环形通道。

5.根据权利要求1所述的气流连通预混回流预热燃烧的燃烧装置，其特征在于，所述的空气喷嘴管（7）和煤气喷嘴管（8）均为设置在燃烧室墙体（1）内的截面为矩形或扇形的通道，沿燃烧室墙体（1）圆周方向相间地均匀布置，各自从空气分配环道和煤气分配环道引出时是水平布置，转折向上后是垂直布置。

6.根据权利要求1所述的气流连通预混回流预热燃烧的燃烧装置，其特征在于，所述的喷嘴连通缝隙（9）为连通空气喷嘴管（7）与煤气喷嘴管（8）的截面高度小于宽度的水平通道，上下布置多个。

7.根据权利要求1所述的气流连通预混回流预热燃烧的燃烧装置，其特征在于，所述的空气喷嘴盖板（10）是由红柱石高铝砖制成的高度小于长和宽的平板块体，其板面上向上开设多个气流调节缝隙（10a）。

8.根据权利要求1所述的气流连通预混回流预热燃烧的燃烧装置，其特征在于，所述的预混气导向通道（11）为用红柱石高铝砖或堇青石-莫来石砖砌筑而成的截面为矩形的通道，其上部开口垂直于燃烧室（2）且与之相互连通，其出口处的外侧壁面上设置有形状为矩形并与垂直方向呈0°～45°夹角的气流导向块（12）。