CN210638295U - 一种均流预混低氮燃烧与强化传热的节能环保热风炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及均流预混低氮燃烧与强化传热的节能环保热风炉，有效解决结构稳定、性能高效、能源节省与排放超低的问题，燃烧室的圆筒墙体内同心设置有收缩环墙，并与蓄热室上部插入燃烧室的锥筒形墙体上部连接，收缩环墙与圆筒墙体之间的间隙形成混合导流环槽，收缩环墙内的空间为燃烧室气流通道，收缩环墙上部水平周向均布多排多个连通混合导流环槽和燃烧室气流通道的混合气流流出喷口，燃烧室墙体的外壁上热风出口管，燃烧室墙体的外侧壁面上下设置煤气进气管和空气进气管，并连通墙体内的煤气分配环道和空气分配环道，两环道内侧分别有水平周向均布的多个连通混合导流环槽的煤气喷嘴和空气喷嘴，圆筒形的蓄热室墙体围成的内部空间为蓄热室。

Description

一种均流预混低氮燃烧与强化传热的节能环保热风炉

技术领域

本实用新型涉及热风炉，尤其是为高炉、熔炼炉、干馏炉、干燥炉、焚烧炉等提供工艺热气流的一种均流预混低氮燃烧与强化传热的节能环保热风炉。

背景技术

对于采用燃烧气流加热多孔蓄热体与送风冷气流冷却多孔蓄热体从而产生高温（或高压）工艺热气流的周期性工作的热风炉而言，气体燃料燃烧过程与多孔体周期性的蓄热与放热的传热过程将直接影响到热风炉的工作性能。随着现代工业技术的进步，对热风炉也提出了更高的技术要求，主要体现在节能、高效、稳定与环保等四个主要方面。为了达到上述目标或者部分达到上述要求，热风炉的技术创新与技术进步从来就没有停歇过，诸如为改善燃烧过程提出的各种热风炉的燃烧装置，都起到了改善与促进气流混合、优化和强化燃烧的效果，再如多种结构与不同性能的格子砖蓄热体的应用，体现在各种蓄热材质的选用、蓄热体结构与形状的改变、以及热能计算相对完善等，都促进传热与蓄热性能的优化与强化；以及借助于数值模拟技术的发展，对炉内气流流场的合理组织与控制，提高了燃烧气流的均匀分布状态和送风气流在蓄热体中的均匀分布特征，最终从整体上实现传热过程的优化与强化等。有必要指出，随着燃烧、流动与传热科学与技术的进步，多孔介质燃烧技术的长足发展，相关技术的实际应用也层出不穷。此外，国家对环境治理的强制性措施的实施，超低排放成为一种常态，对于燃烧设备烟气的除尘、脱硫及脱硝指标要求的日趋严厉，煤气的超低氮燃烧与烟气的超低排放也成为热风炉技术不可分割的重要部分。因此，结合热风炉内流动、传热与燃烧的过程特性，基于均流燃烧、均流传热、多孔体燃烧、分级可控燃烧等现有燃烧技术，提出热一种具有均流预混低氮燃烧与均流强化传热的高效节能与环保特性的热风炉，并将其结构稳定、性能高效、能源节省与排放超低的技术特征向前推进一步，以适应现在现代工业的需要，但至今未见有公开报导。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种均流预混低氮燃烧与强化传热的节能环保热风炉，可有效解决结构稳定、性能高效、能源节省与排放超低的问题

本实用新型解决的技术方案是，一种均流预混低氮燃烧与强化传热的节能环保热风炉，包括由金属炉壳内砌筑耐火材料砌筑的封闭墙体，墙体从上到下分为燃烧室墙体、蓄热室墙体和冷风室墙体，各部分墙体的内部空间分别为提供煤气与空气混合燃烧的燃烧室、堆放蓄热体格子砖或耐火球的蓄热室、以及调节进、出气流分布的冷风室，燃烧室墙体是由半球形墙体与内面的圆筒墙体构成下部开口的空腔结构，蓄热室墙体是锥筒形和圆筒形墙体的组合结构，上部的锥筒形墙体插入燃烧室墙体内，下部与冷风室墙体连接，冷风室墙体是底部封闭、上部连通蓄热室墙体的圆筒杯状墙体；燃烧室的圆筒墙体内同心设置有收缩环墙，并与蓄热室上部插入燃烧室的锥筒形墙体上部连接，收缩环墙与圆筒墙体之间的间隙形成上部开口的混合导流环槽，收缩环墙内的空间为燃烧室气流通道，收缩环墙上部水平周向均布多排多个连通混合导流环槽和燃烧室气流通道的混合气流流出喷口，燃烧室墙体的外壁上有和燃烧室相连通的热风出口管，燃烧室墙体的圆筒墙体的外侧壁面上下依次设置煤气进气管和空气进气管，并分别连通墙体内的煤气分配环道和空气分配环道，两环道内侧分别有水平周向均布的多个连通混合导流环槽的煤气喷嘴和空气喷嘴；圆筒形的蓄热室墙体围成的内部空间为蓄热室，蓄热室内从上到下设置有由单块的蜂窝状格子砖堆砌而成的顶部气流调节蓄热体、上层蓄热体、中层蓄热体和下层蓄热体；在冷风室墙体圆筒杯状结构的底部砌筑有同心的冷风室气流调节环墙，与冷风室墙体的圆筒墙体之间形成冷风室气流分配环道，冷风室气流调节环墙下部设置有连通冷风室的气流分配通道，冷风室内砌筑有流体流通蓄热体，其上表面承托连接下层蓄热体的底面，冷风室墙体的圆筒墙体不同部位上有与冷风室连通的冷风进口管和烟气出口管。

本实用新型结构新颖独特，具有均流预混低氮燃烧与均流强化传热的高效节能的环保特性，结构稳定，使用寿命长，生产效率高，超低排放，节能环保，有显著的经济和社会效益。

附图说明

图1为本实用新型的纵剖面主视图；

图2为本实用新型煤气进气管和空气进气管部位剖面俯视图。

图3为本实用新型冷风室墙体部位剖面视图。

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做详细说明。

由图1-图3所示，本实用新型一种均流预混低氮燃烧与强化传热的节能环保热风炉，包括由金属炉壳内砌筑耐火材料砌筑的封闭墙体，墙体从上到下分为燃烧室墙体1、蓄热室墙体2和冷风室墙体3，各部分墙体的内部空间分别为提供煤气与空气混合燃烧的燃烧室1a、堆放蓄热体格子砖或耐火球的蓄热室2a、以及调节进、出气流分布的冷风室3a，燃烧室墙体1是由半球形墙体与内面的圆筒墙体构成下部开口的空腔结构，蓄热室墙体2是锥筒形和圆筒形墙体的组合结构，上部的锥筒形墙体插入燃烧室墙体内，下部与冷风室墙体3连接，冷风室墙体3是底部封闭、上部连通蓄热室墙体2的圆筒杯状墙体；燃烧室1a的圆筒墙体内同心设置有收缩环墙10，并与蓄热室上部插入燃烧室的锥筒形墙体上部连接，收缩环墙与圆筒墙体之间的间隙形成上部开口的混合导流环槽11，收缩环墙内的空间为燃烧室气流通道1b，收缩环墙10上部水平周向均布多排多个连通混合导流环槽11和燃烧室气流通道1b的混合气流流出喷口12，燃烧室墙体1的外壁上有和燃烧室1a相连通的热风出口管23，燃烧室墙体1的圆筒墙体的外侧壁面上下依次设置煤气进气管4和空气进气管5，并分别连通墙体内的煤气分配环道6和空气分配环道7，两环道内侧分别有水平周向均布的多个连通混合导流环槽11的煤气喷嘴8和空气喷嘴9；圆筒形的蓄热室墙体2围成的内部空间为蓄热室，蓄热室内从上到下设置有由单块的蜂窝状格子砖堆砌而成的顶部气流调节蓄热体13、上层蓄热体14、中层蓄热体15和下层蓄热体16；在冷风室墙体3圆筒杯状结构的底部砌筑有同心的冷风室气流调节环墙18，与冷风室墙体3的圆筒墙体之间形成冷风室气流分配环道19，冷风室气流调节环墙18下部设置有连通冷风室3a的多排周向均布的冷风室气流分配通道20，冷风室3a内砌筑有流体流通蓄热体17，其上表面承托连接下层蓄热体16的底面，冷风室墙体3的圆筒墙体不同部位上有与冷风室3a连通的冷风进口管21和烟气出口管22。

所述的燃烧室墙体1是由金属外壳及其内依次砌筑的耐高温、低变形、热震性能优良的耐火重质材料层、轻质材料层和耐高温轻质棉毡层构成；所述的蓄热室墙体2是由金属外壳及其内依次砌筑的耐高温、低变形耐火材料砌筑的重质材料层、轻质材料层和耐高温轻质棉毡构成。

所述的冷风室墙体3的环筒墙体结构与蓄热室墙体相同，炉底为金属外壳内用耐热混凝土浇筑而成，其上砌筑有重质耐火材料砖体。

所述的蓄热体包括顶部气流调节蓄热体13、上层蓄热体14、中层蓄热体15和下层蓄热体16，所述各蓄热体是由多孔蓄热体块规则堆砌构成，或是含有规则排列的通气管道组成的蜂窝块体的构成，或是堆积的各种蓄热球的堆积体，其材质的耐温程度由其所处的位置确定，顶部气流调节蓄热体13的蜂窝体堆砌形状由燃烧室的流场情况而定。

所述的流体流通蓄热体17为带有水平横向通道的蜂窝体结构，蜂窝体之间有堆砌缝隙。

所述的热风出口管23垂直连通燃烧室墙体1的圆筒墙体或半球形拱顶，其出口结构的稳定性取决于其组合砖体的结构。

所述的收缩环墙10上部水平周向均布多排多个混合气流流出喷口12，以连通混合导流环槽11和燃烧室气流通道1b，其方向为水平径向连通，或是水平倾斜连通，倾斜角度＜60°。

所述的煤气分配环道6和空气分配环道7上分别有水平周向均布的多个连通混合导流环槽11的煤气喷嘴8和空气喷嘴9，其方向是水平径向连通，或是水平倾斜连通，倾斜角度＜60°。

所述的冷风室气流调节环墙18下部设置有与冷风室3a连通的多排周向均布的冷风室气流分配通道20冷风室气流分配通道20，连通为水平倾斜连通，倾斜角度＜60°。

所述的冷风室墙体3的圆筒墙体的上有冷风进口管21和烟气出口管22在不同方位与之连通，连通是水平倾斜的方式，倾斜角度＜60°，并与冷风室气流分配通道20倾斜角度一致。

本实用新型使用时，煤气与空气分别通过煤气进气管4和空气进气管5进入煤气分配环道6和空气分配环道7，在分别通过水平周向均布的多个煤气喷嘴8和空气喷嘴9而喷射进入混合导流环道11，在此进行充分混合后一部分上行进入燃烧室，在回流燃烧气流加热下着火燃烧后折返向下，一部分通过收缩环墙10上部水平周向均布多排多个混合气流流出喷口12直接喷射进入燃烧室气流通道1b，在此与从上部折返下来的燃烧气流汇合而被加热着火燃烧；之后向下进入顶部气流调节蓄热体13和上层蓄热体14，在此残余煤与空气在蓄热体狭小的空间中混合燃烧，彻底完成煤气与空气的燃烧过程，同时燃烧气流与上层蓄热体的温度会得到进一步的提升（控制蓄热体燃烧的份额可以控制蓄热体燃烧的温度），之后热烟气进入中层蓄热体15和其下的下层蓄热体16，经充分热交换后在提升蓄热体温度同时而自身温度进一步降低，烟气继续向下进入流体流通蓄热体17，再经由冷风室气流分配通道20和冷风室气流分配环道19而进入烟气出口管22，由此完成蓄热体的加热过程。当蓄热体充分蓄热之后，关闭燃烧过程而进入送风过程，也就是高压鼓风的加热过程与蓄热体的冷却过程。此时，冷风从冷风进口管21进入冷风室气流分配环道19，再经过冷风室气流分配通道20进入流体流通蓄热体17，继而进入下层蓄热体16中层蓄热体15和上层蓄热体14，再经过与各层蓄热体的热交换过程中逐步提高温度，最后进入燃烧室1a后从燃烧室墙体1上的热风出口管23引出，从而热风炉完成输送热鼓风的过程。在多台相同热风炉交替的切换过程中实现对高炉或其他热利用设备提供连续的热鼓风。

经实地试验和测试，效果非常好，本实用新型的热风炉能提高送风温度50℃-80℃，送风周期温度波动能控制在40℃到60℃，使得热风炉的投资成本降低15%-20%，与现有技术相比，具有以下突出的实质性特点：

1）采用多重煤气与空气的与混合结构，最大程度的实现高温高强度的预混燃烧以抑制燃烧过程中的氮氧化物；

2）同时多喷嘴结合高流速与高旋流的应用实现了高强高温燃烧；

3）蓄热体的在燃烧空间的堆放进一步便于残存煤气与空气的多孔体中的混合燃烧，有利于蓄热体的温度；

4）冷风室中充填流场气流流通与分配的蓄热体，实现了蓄热传热过程与气流流动调节过程的有机结合。

由于该热风炉比传统热风炉在相同煤气热值下可以获得较高的稳定的热风温度，以及高强预混燃烧到来的氮氧化物的减少，以及省掉部分传统的燃烧室空间和冷风室空间带来的制作成本的节省，因而可称得上是一种高效、节能与环保的热风炉，有显著的经济和社会效益。

Claims (10)

1.一种均流预混低氮燃烧与强化传热的节能环保热风炉，包括由金属炉壳内砌筑耐火材料砌筑的封闭墙体，墙体从上到下分为燃烧室墙体（1）、蓄热室墙体（2）和冷风室墙体（3），各部分墙体的内部空间分别为提供煤气与空气混合燃烧的燃烧室（1a）、堆放蓄热体格子砖或耐火球的蓄热室（2a）、以及调节进、出气流分布的冷风室（3a），其特征在于，燃烧室墙体（1）是由半球形墙体与内面的圆筒墙体构成下部开口的空腔结构，蓄热室墙体（2）是锥筒形和圆筒形墙体的组合结构，上部的锥筒形墙体插入燃烧室墙体内，下部与冷风室墙体（3）连接，冷风室墙体（3）是底部封闭、上部连通蓄热室墙体（2）的圆筒杯状墙体；燃烧室（1a）的圆筒墙体内同心设置有收缩环墙（10），并与蓄热室上部插入燃烧室的锥筒形墙体上部连接，收缩环墙与圆筒墙体之间的间隙形成上部开口的混合导流环槽（11），收缩环墙内的空间为燃烧室气流通道（1b），收缩环墙（10）上部水平周向均布多排多个连通混合导流环槽（11）和燃烧室气流通道（1b）的混合气流流出喷口（12），燃烧室墙体（1）的外壁上有和燃烧室（1a）相连通的热风出口管（23），燃烧室墙体（1）的圆筒墙体的外侧壁面上下依次设置煤气进气管（4）和空气进气管（5），并分别连通墙体内的煤气分配环道（6）和空气分配环道（7），两环道内侧分别有水平周向均布的多个连通混合导流环槽（11）的煤气喷嘴（8）和空气喷嘴（9）；圆筒形的蓄热室墙体（2）围成的内部空间为蓄热室，蓄热室内从上到下设置有由单块的蜂窝状格子砖堆砌而成的顶部气流调节蓄热体（13）、上层蓄热体（14）、中层蓄热体（15）和下层蓄热体（16）；在冷风室墙体（3）圆筒杯状结构的底部砌筑有同心的冷风室气流调节环墙（18），与冷风室墙体（3）的圆筒墙体之间形成冷风室气流分配环道（19），冷风室气流调节环墙（18）下部设置有连通冷风室（3a）的多排周向均布的冷风室气流分配通道（20），冷风室（3a）内砌筑有流体流通蓄热体（17），其上表面承托连接下层蓄热体（16）的底面，冷风室墙体（3）的圆筒墙体不同部位上有与冷风室（3a）连通的冷风进口管（21）和烟气出口管（22）。

2.根据权利要求1所述的均流预混低氮燃烧与强化传热的节能环保热风炉，其特征在于，所述的燃烧室墙体（1）是由金属外壳及其内依次砌筑的耐高温、低变形、热震性能优良的耐火重质材料层、轻质材料层和耐高温轻质棉毡层构成；所述的蓄热室墙体（2）是由金属外壳及其内依次砌筑的耐高温、低变形耐火材料砌筑的重质材料层、轻质材料层和耐高温轻质棉毡构成。

3.根据权利要求1所述的均流预混低氮燃烧与强化传热的节能环保热风炉，其特征在于，所述的冷风室墙体（3）的环筒墙体结构与蓄热室墙体相同，炉底为金属外壳内用耐热混凝土浇筑而成，其上砌筑有重质耐火材料砖体。

4.根据权利要求1所述的均流预混低氮燃烧与强化传热的节能环保热风炉，其特征在于，所述的蓄热体包括顶部气流调节蓄热体（13）、上层蓄热体（14）、中层蓄热体（15）和下层蓄热体（16），所述各蓄热体是由多孔蓄热体块规则堆砌构成，或是含有规则排列的通气管道组成的蜂窝块体的构成，或是堆积的各种蓄热球的堆积体。

5.根据权利要求1所述的均流预混低氮燃烧与强化传热的节能环保热风炉，其特征在于，所述的流体流通蓄热体（17）为带有水平横向通道的蜂窝体结构，蜂窝体之间有堆砌缝隙。

6.根据权利要求1所述的均流预混低氮燃烧与强化传热的节能环保热风炉，其特征在于，所述的热风出口管（23）垂直连通燃烧室墙体（1）的圆筒墙体或半球形拱顶。

7.根据权利要求1所述的均流预混低氮燃烧与强化传热的节能环保热风炉，其特征在于，所述的收缩环墙（10）上部水平周向均布多排多个混合气流流出喷口（12），以连通混合导流环槽（11）和燃烧室气流通道（1b），其方向为水平径向连通，或是水平倾斜连通，倾斜角度＜60°。

8.根据权利要求1所述的均流预混低氮燃烧与强化传热的节能环保热风炉，其特征在于，所述的煤气分配环道（6）和空气分配环道（7）上分别有水平周向均布的多个连通混合导流环槽（11）的煤气喷嘴（8）和空气喷嘴（9），其方向是水平径向连通，或是水平倾斜连通，倾斜角度＜60°。

9.根据权利要求1所述的均流预混低氮燃烧与强化传热的节能环保热风炉，其特征在于，所述的冷风室气流调节环墙（18）下部设置有与冷风室（3a）连通的多排周向均布的冷风室气流分配通道（20），连通为水平倾斜连通，倾斜角度＜60°。

10.根据权利要求1所述的均流预混低氮燃烧与强化传热的节能环保热风炉，其特征在于，所述的冷风室墙体（3）的圆筒墙体的上有冷风进口管（21）和烟气出口管（22）在不同方位与之连通，连通是水平倾斜的方式，倾斜角度＜60°，并与冷风室气流分配通道（20）倾斜角度一致。

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