CN205065716U - 一种稳焰低氮固体燃料富氧燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种稳焰低氮固体燃料富氧燃烧器，其燃料空气混合流入口依次连通燃料流输送管、旋风混合器和燃料喷嘴，氧气入口设置在二道氧气导管上，二道氧气导管内套装有一道氧气导管，一道氧气导管的入口处设置有氧气调节阀，燃料流输送管是套装在一道氧气导管内，从氧气入口进来的氧气通过氧气调节阀分流成两道氧气流，一道氧气流经一道氧气喷射口进入燃料喷嘴，一道氧气流与燃料空气混合流一起在燃料喷嘴内形成旋流，混合氧气和燃料空气混合流，形成混合好的富氧燃料混合流；二道氧气导管内的二道氧气流从二道氧气喷嘴高速喷出，高速喷出的二道氧气流在窑炉内形成涡旋场。本实用新型能增加火炬幅盖面积，促进窑炉内热流循环，降低氮氧化物排放。

Description

一种稳焰低氮固体燃料富氧燃烧器

技术领域

本实用新型涉及一种燃烧器，特别是一种稳焰低氮固体燃料富氧燃烧器。

背景技术

固体燃料在工业窑炉的应用目前较普遍的燃烧方法为“助燃空气+燃料”的方式，由于空气中能与固体燃料发生反应的助燃剂氧气只占总气量的21％，氮气占总量的78％作为无利气体进入窑炉，在窑炉火焰高温中生成NOx的作为废气排出将带走大量热能，且大量的NOx物烟气处理成本很高。同时由于空气含氧量低，固体燃料在短吋间内很难充分燃尽，受热产品中易出现遗留未燃尽物，严重影响产品质量。目前虽有部份企业进行了富氧燃烧改造但仅在液体和气体燃料上得到了应用，固体燃料受输送、燃烧控制及燃烧器性能等因素的影响还没有得到很好广泛应用。

以往富氧燃烧器普遍存在以下问题：

1、燃烧火焰不稳定；

2、火焰局部温度过高，溫度不匀衡，NOx的生成得不到较好的控制；

3、火炬短小、幅盖面积不够。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是提出一种稳焰低氮固体燃料富氧燃烧器。其是以提高燃烧稳定性、增加火焰体积，降低火焰温度，促进窑內热流循环进而有效降低NOx生成为目的。采取在燃烧器内部进行氧气与燃料空气混合流预混合形式，燃料喷嘴利用文丘里同轴喷射器原理射流喷射，从燃料喷口外部向窑內高速射流供氧等方法，促进燃烧器出口连续稳定火焰前沿形成。燃烧器具有火焰亮度高、火焰温度均衡、氮氧化物生成少，炉气回流强、火炬幅盖面大等积极效果。

本实用新型的技术方案是：

一种稳焰低氮固体燃料富氧燃烧器，其特征在于，包括燃料空气混合流入口，氧气入口，氧气调节阀，旋风混合器，氧气喷嘴，燃料喷嘴，二道氧气导管，一道氧气导管和燃料流输送管；燃料空气混合流入口与燃料流输送管连通，所述燃料流输送管的另一端连接有旋风混合器，旋风混合器与燃料喷嘴连接；燃料空气混合流由燃料空气混合流入口进入，经燃料流输送管进入旋风混合器，再进入燃料喷嘴；所述氧气入口设置在二道氧气导管上，二道氧气导管内设置有一道氧气导管，一道氧气导管的入口处设置有氧气调节阀；所述燃料流输送管是套装在一道氧气导管内的；从氧气入口进来的氧气通过氧气调节阀分流成两道氧气流即一道氧气导管内的一道氧气流和二道氧气导管内的二道氧气流，一道氧气导管的出口端与旋风混合器的氧气导流槽连通，一道氧气导管内的一道氧气流经旋风混合器上的氧气导流槽进入燃料喷嘴，一道氧气流与燃料空气混合流一起在燃料喷嘴内旋流混合，形成混合好的富氧燃料混合流；二道氧气导管出口端设有氧气配气室，氧气配气室围绕燃料喷嘴同轴开设有多个用于安装二道氧气喷嘴的氧气喷嘴安装口，二道氧气导管内的二道氧气流从二道氧气导管经过二道氧气喷嘴高速喷出，高速喷出的二道氧气流在窑炉内形成涡旋场。

进一步地，本实用新型所述旋风混合器为锥筒体结构，旋风混合器的喷口处的外壁上设置有一圈一条以上的氧气导流槽，旋风混合器与燃料喷嘴套接后在燃料喷嘴內壁处形成了一道与燃料流同心的环形一道氧气喷射口。

进一步地，本实用新型中的氧气导流槽均匀分布，所有氧气导流槽相对于燃料流输送管道均轴向呈一定夹角设置，如倾斜10°夹角设置。

进一步地，本实用新型中所述燃料喷嘴为文丘里同轴喷射器结构。进一步地，所述燃料喷嘴的燃料喷口可为长方形喷口、扁状喷口或者圆形喷口，可以通过更换燃料喷嘴上的燃料喷口的形状实现对燃烧火焰的特殊要求的调节。

进一步地，本实用新型中在燃料喷嘴的喷口末端内安装有与燃料流输送管垂直设置的宽度为s的逆流挡板。所述逆流挡板可以设计为不同形式，长方形、半圆形、扇形、三角形均可。

进一步地，本实用新型中所述旋风混合器与燃料流输送管以及燃料喷嘴之间的连接为可拆卸连接方式。

进一步地，本实用新型中所述多个氧气喷嘴安装口与燃料喷嘴的距离相等，且多个氧气喷嘴安装口上下对称设置，位于燃料喷嘴上方的氧气喷嘴安装口之间的距离相等，位于燃料喷嘴下方的氧气喷嘴安装口之间的距离相等。

进一步地，本实用新型中所述氧气喷嘴安装口的数量为8个，8个氧气喷嘴安装口呈环形均匀分布安装在燃料喷嘴的外围。氧气喷嘴安装口数不限定8个，可依据不同窑炉情况进行选择。

本实用新型的有益技术效果是：

1、旋风混合器

旋风混合器采用可拆卸连接方式，套装在燃料喷嘴内，其外壁上设置有多条与燃烧器轴向呈10°夹角的氧气导流槽，一道以上的氧气导流槽与燃料喷嘴外壁之间形成一圈环形氧气喷射口。套装在燃料喷嘴内的旋风混合器尺寸可以通过选择不同规格的旋风混合器进行更改。一道氧气流从一道氧气导管经旋风混合器上的氧气导流槽进入燃料喷嘴与燃料空气混合流旋流混合，形成富氧燃料混合流。通过对旋风混合器外径d1、d的设计可以实现对一道氧气喷射口在燃料喷嘴内位置的调节，从而实现对火焰前沿燃烧稳定性及火焰喷射距离的调节；其中d为旋风混合器进一道氧气端的外径，d1为旋风混合器出一道氧气端的外径，D为旋风混合器的内径；通过旋风混合器内径D的设计，可以改变燃烧器输出的热功率，适应不同窑炉需求。

2、燃烧器燃料喷嘴

燃料混合流进入燃烧器的燃料喷嘴。燃料喷嘴设计为文丘里同轴喷射器结构。它不但能进一步加强一道氧气流与燃料空气混合流的混合，同时能将混合形成的富氧燃料混合流提供的静压转化为动压，而且还能改变富氧燃料混合流的流动特性与气力特性。燃料喷嘴的文丘里效应保证了二股压力、流速不同的流体的混合。通过更换旋风混合器的规格尺寸来改变一道氧气喷射口位置，实现改变喷嘴气力特性调节需要。燃料喷口可以设计为不同形状，实现对不同火焰形状的控制需求。

3、氧气调节阀

进入燃烧器的高压(0.1MPa)氧气,通过氧气调节阀进行流量调节后，经过旋风混合器上的氧气导流槽喷射。不同速度的氧气射流进入燃烧器燃料喷嘴将产生不同的燃料混合流流速，从而实现对燃烧器燃烧火焰长短的调节控制。

4、逆流挡板

在燃料喷嘴的喷口末端内安装有与燃料流输送管垂直的宽度为s的逆流挡板，挡板采用可拆卸的方式安装。富氧燃料混合流流经挡板时，流向、流速因挡板发生改变，燃料射流因挡板阻隔在喷口前端形成逆流区。逆流区将在燃料喷口前端卷起燃料回流，使高温炉气对燃料进行预热，从而缩短火焰滞燃区，提高燃烧稳定性。不同形状、尺寸的逆流挡板实现了对燃烧稳定性和滞燃区间的调节。

5、二道氧气喷射设计

经外部配氧设备调节(压力、流量)后的高压氧气(0.1MPa)进入燃烧器。通过氧气调节阀分流成两道氧气流即一道氧气导管内的一道氧气流和二道氧气导管内的二道氧气流。二道氧气流进入二道氧气配气室，向燃料喷嘴周围的氧气喷嘴供气。其中氧气喷嘴距离燃料喷嘴中心x，且关于燃料喷嘴中心轴中心对称并均匀分布。高速喷出的二道氧气流在窑炉内形成涡旋场。涡旋场吸卷大量的炉气到燃烧火焰中，增加了火焰体积、降底了火焰温度，同时强列的炉气热流循环交换促进了炉内温度均匀，从而减少了NOx的生成；涡旋场同时将未燃尽的燃料卷吸进燃烧火焰，促进燃料的二次燃烧，提高了燃料的燃烧效率。氧气喷嘴安装口可选择不同规格的氧气喷嘴安装，对毎个氧气喷嘴安装口安装喷嘴规格的选择可实现对火焰温度区域的调节。

6、此燃烧器可以促进空气-燃料的燃烧，能增加火炬幅盖面积。可用于空气蓄热式窑炉。

附图说明

图1本实用新型的结构示意图；

图2旋风混合器的结构示意图；

图3燃料喷嘴的结构及工作原理示意图；

图4燃料喷口效果示意及结构形式示意图；

图5逆流挡板的安装效果示意图；

图6逆流档板的几种结构形式示意图；

图7二道氧气喷嘴安装位置示意图；

图8为本实用新型的效果图。

图中：1、燃料空气混合流入口，2、氧气入口，3、氧气调节阀，4、旋风混合器，5、氧气喷嘴，6、燃料喷嘴，7、逆流挡板，8、二道氧气导管，9、一道氧气导管，10、燃料流输送管,11、燃料喷口，12、氧气导流槽，13、氧气配气室，14、氧气喷嘴安装口。

本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照附图1，一种稳焰低氮固体燃料富氧燃烧器，包括燃料空气混合流入口1，氧气入口2，氧气调节阀3，旋风混合器4，氧气喷嘴5，燃料喷嘴6，逆流挡板7，二道氧气导管8，一道氧气导管9、燃料流输送管10、燃料喷口11和氧气导流槽12。

燃料空气混合流入口1与燃料流输送管10连通，所述燃料流输送管10另一端连接有旋风混合器4。旋风混合器4上设有氧气导流槽12，套装在燃料喷嘴6内，并与燃料喷嘴6内壁形成环形的一道氧气喷射口。所述氧气入口2设置在二道氧气导管8上，二道氧气导管8内套装有一道氧气导管9，一道氧气导管9的入口处设置有氧气调节阀3。所述燃料输送管10套装在一道氧气导管9内。一道氧气导管9的出口端与旋风混合器4上的氧气导流槽12连接。二道氧气导管8另一端设置有氧气配气室13连接，氧气配气室13另一端设有围绕燃料喷嘴6开设的多个氧气喷嘴安装口14。氧气喷嘴5安装于氧气喷嘴安装口14上。

燃料空气混合流从燃料空气混合流入口1进入燃料输送管10，经旋风混合器4进入燃料喷嘴6内。

从氧气入口2进来的氧气流经过氧气调节阀3分流成两道氧气流：一道氧气导管9内的一道氧气流和二道氧气导管8内的二道氧气流。一道氧气流从一道氧气导管9经氧气导流槽12进入燃料喷嘴6内与燃料空气混合流旋流混合成富氧燃料混合流。二道氧气流经过二道氧气导管8经氧气配气室13通过氧气喷嘴5高速喷出。高速喷出的二道氧气流与富氧燃料混合流在窑炉内形成涡旋场。

参照图2，旋风混合器4为锥筒体结构，旋风混合器4的喷口处的外壁上设置有一圈一条以上的氧气导流槽12。本实用新型中的氧气导流槽12均匀分布，所有氧气导流槽12相对于燃料流输送管道10均倾斜一定夹角(如10°)设置。旋风混合器4尺寸(旋风混合器外径d1、d、旋风混合器内径D)可以通过选择不同规格的旋风混合器进行更改。通过d1、d的调节可以实现对一道氧气喷射口在燃料喷嘴内位置的调节，从而实现对火焰前沿燃烧稳定性及火焰喷射距离的调节；通过内径D的调节，可以改变燃烧器输出的热功率，适应不同窑炉需求。

本实用新型中，所述燃料喷嘴6为文丘里同轴喷射器结构，如图3所示。

对于燃料喷嘴6，可以通过更换燃料喷嘴6上的燃料喷口11的形状实现对燃烧火焰的特殊要求的调节，如图4所示。在图4中给出了两种形式的燃料喷口示意图，图4(a)中，燃料喷口11为截面呈扁平形的喷口，图4(b)中，燃料喷口11为圆形喷口。

参照图5，为逆流挡板的安装效果示意图，在燃料喷嘴6的燃料喷口11末端内安装有沿燃料空气混合流垂直方向设置的宽度为s的逆流挡板7。如图6所示，给出了几种形式的逆流挡板，所述逆流挡板根据不同窑炉选择不同形状，逆流挡板的形状可以为长方形、半圆形、扇形或三角形。

参照图7，所述氧气喷嘴安装口的数量为8个，8个氧气喷嘴安装口呈环形均匀设置在燃料喷嘴6的外围，氧气喷嘴安装口14与燃料喷嘴6关于燃烧器中心轴中心对称。可以通过在氧气喷嘴安装口14更换不同的氧气喷嘴5来调节燃烧器火炬不同区域的供气量。比如，对于玻璃窑炉，需要靠近玻璃液面的区域温度高，则可以通过将靠近玻璃液上方的氧气喷嘴安装口上安装氧气喷嘴或安装口径大的氧气喷嘴，于对称位置关闭或安装口径小的氧气喷嘴，实现靠近玻璃液面上方区域供氧多，从而控制玻璃液面上方温度高于靠近碹顶区域的温度，满足玻璃熔化对不同区域温度的需求。

本实用新型中，所述二道氧气导管、一道氧气导管和燃料流输送管的中心轴线重合。

燃料空气混合流从燃料空气混合流入口1进入燃料流输送管10经旋风混合器4，进入燃料喷嘴6。一道氧气流从一道氧气导管经旋风混合器上的氧气导流槽进入燃料喷嘴与燃料空气混合流旋流混合，形成富氧燃料混合流，富氧燃料混合流流经挡板时，流向、流速因挡板发生改变，燃料射流因挡板阻隔在喷口前端形成逆流区。逆流区将在燃料喷口前端卷起燃料回流，使高温炉气对燃料进行预热，从而缩短火焰滞燃区，提高燃烧稳定性，如图5所示。

经外部配氧设备调节(压力、流量)后的高压氧气(0.1MPa)从氧气入口2进入燃烧器。通过氧气调节阀分流成两道氧气流即一道氧气导管内的一道氧气流和二道氧气导管内的二道氧气流。

一道氧气流通过旋风混合器4上的氧气导流槽12进入燃料喷嘴6。由于氧气导流槽与燃料流输送管道呈10°的夹角，高速的一道氧气流在经过氧气导流槽时形成旋流。成为旋流的一道氧气流与燃料空气混合流一起在燃料喷嘴6内旋流混合，形成富氧燃料混合流。

一道氧气的作用是：

1、维持火焰稳定燃烧；

2、调整富氧燃料混合流的喷射距离；

3、加快燃料燃烧速度。

二道氧气流进入二道氧气配气室，向燃料喷嘴周围的氧气喷嘴供气。其中氧气喷嘴距离燃料喷嘴中心的距离为x，且关于燃料喷嘴中心轴中心对称并均匀分布。高速喷出的二道氧气流在窑炉内形成涡旋场。涡旋场吸卷大量的炉气到燃烧火焰中，增加了火焰体积、降底了火焰温度，同时强列的炉气热流循环交换促进了炉内温度均匀，从而减少了NOx的生成；涡旋场同时将未燃尽的燃料卷吸进燃烧火焰，促进燃料的二次燃烧，提高了燃料的燃烧效率。

氧气喷嘴5距燃料喷嘴距离x，距离x决定涡旋场区域大小，可以通过更换不同尺寸的二道氧气配气室来改变x。

二道氧气射流的作用：

1、加快固体燃料燃烧速度，促进燃料二次燃烧；

2、加速窑炉内热循环，降低火焰温度，保持炉内温度均匀，减少NOx的生成；

3、冷却、保护燃烧器。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种稳焰低氮固体燃料富氧燃烧器，其特征在于，包括燃料空气混合流入口，氧气入口，氧气调节阀，旋风混合器，氧气喷嘴，燃料喷嘴，二道氧气导管，一道氧气导管和燃料流输送管；燃料空气混合流入口与燃料流输送管连通，所述燃料流输送管的另一端连接有旋风混合器，旋风混合器与燃料喷嘴连接；燃料空气混合流由燃料空气混合流入口进入，经燃料流输送管进入旋风混合器，再进入燃料喷嘴；所述氧气入口设置在二道氧气导管上，二道氧气导管内设置有一道氧气导管，一道氧气导管的入口处设置有氧气调节阀；所述燃料流输送管是套装在一道氧气导管内的；从氧气入口进来的氧气通过氧气调节阀分流成两道氧气流即一道氧气导管内的一道氧气流和二道氧气导管内的二道氧气流，一道氧气导管的出口端与旋风混合器的氧气导流槽连通，一道氧气导管内的一道氧气流经旋风混合器上的氧气导流槽进入燃料喷嘴，一道氧气流与燃料空气混合流一起在燃料喷嘴内旋流混合，形成混合好的富氧燃料混合流；二道氧气导管出口端设有氧气配气室，氧气配气室围绕燃料喷嘴同轴开设有多个用于安装二道氧气喷嘴的氧气喷嘴安装口，二道氧气导管内的二道氧气流从二道氧气导管经过二道氧气喷嘴高速喷出，高速喷出的二道氧气流在窑炉内形成涡旋场。

2.根据权利要求1所述的稳焰低氮固体燃料富氧燃烧器，其特征在于，所述旋风混合器为锥筒体结构，旋风混合器的喷口处的外壁上设置有一圈一条以上的氧气导流槽，旋风混合器与燃料喷嘴套接后在燃料喷嘴內壁处形成了一道与燃料流同心的环形一道氧气喷射口。

3.根据权利要求2所述的稳焰低氮固体燃料富氧燃烧器，其特征在于，氧气导流槽均匀分布，所有氧气导流槽相对于燃料流输送管道均轴向呈一定夹角设置。

4.根据权利要求1所述的稳焰低氮固体燃料富氧燃烧器，其特征在于，所述燃料喷嘴为文丘里同轴喷射器结构。

5.根据权利要求4所述的稳焰低氮固体燃料富氧燃烧器，其特征在于，所述燃料喷嘴的燃料喷口为长方形喷口、扁状喷口或者圆形喷口。

6.根据权利要求1所述的稳焰低氮固体燃料富氧燃烧器，其特征在于，燃料喷嘴的喷口末端内安装有与燃料流输送管垂直设置的宽度为s的逆流挡板。

7.根据权利要求6所述的稳焰低氮固体燃料富氧燃烧器，其特征在于，所述逆流挡板为长方形、半圆形、扇形或三角形等。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的稳焰低氮固体燃料富氧燃烧器，其特征在于，所述旋风混合器与燃料流输送管以及燃料喷嘴之间的连接为可拆卸连接方式。

9.根据权利要求8所述的稳焰低氮固体燃料富氧燃烧器，其特征在于，所述多个氧气喷嘴安装口与燃料喷嘴的距离相等，且多个氧气喷嘴安装口上下对称设置，位于燃料喷嘴上方的氧气喷嘴安装口之间的距离相等，位于燃料喷嘴下方的氧气喷嘴安装口之间的距离相等。