CN213747931U - 一种空燃气双预热复合式燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种空燃气双预热复合式燃烧器，包括炉膛，所述炉膛下端设有多个装有陶瓷球的蓄热室，所述蓄热室与炉膛相通，所述蓄热室内设有若干蛇形燃气换热管；所述蛇形燃气换热管一端与炉膛内相通，其另一端与燃气管道连通，所述蓄热室设有用于排烟或者进助燃空气的连接管道。本实用新型对结构和流程进行优化，既保证了不会出现煤气在蓄热体内的二次燃烧，也保证了空煤气双预热的燃烧效果，而且减少了煤气换向阀和蓄热室，燃烧器结构紧凑，可以很容易地布置在空间位置狭小的工业炉窑上。

Description

一种空燃气双预热复合式燃烧器

技术领域

本实用新型涉及燃烧器技术领域，尤其涉及一种空燃气双预热复合式燃烧器。

背景技术

燃料燃烧广泛用于各种工业领域工业炉窑火焰加热，空煤气双预热燃烧多用于低热值燃气燃烧。

低热值燃气，多是指工业生产过程中所获得的可燃成分少、热值较低的气体燃料，需要采取一定技术手段保持稳定高效燃烧。在当前节能降耗的大社会背景下，低热值燃气的应用具有着极佳的经济效益和社会意义。

工业上通常根据气体燃料自身发热量可将气体燃料分为高热值燃料(低位发热量q＞15.07MJ/m3)、中热值燃料(6.28MJ/m3＜q＜15.07MJ/m3)及低热值燃料(q＜6.28MJ/m3)，工业中常见的低热值气体燃料主要有化工过程低热值尾气、高炉煤气、石油化工行业冶炼尾气、煤矿低浓度瓦斯气等。其中，高炉煤气、煤层气等热值介于3.0～6.28MJ/m3的低热值燃料的研究应用已逐步展开，但在工业生产中还存在一些工业废气，含有少量的可燃成分，热值非常低，甚至远低于3.0MJ/m3，这种超低热值燃气种类很多，比如某些煤层气、生物质气化气、垃圾掩埋坑气、炭黑尾气、一些工艺废气等。超低热值燃气比低热值燃气点火、稳燃更困难，能量密度低，长距离输送不经济，在当地没有合适的热用户时只能直接放散，既浪费能源又污染环境。

低热值燃气燃烧主要考虑以下几个方面：

(1)燃气中可燃成分少，热值低，燃烧温度低，火焰传播速度慢，难以点火及稳定燃烧，并且传热速率低；

(2)燃气压力低且波动范围大，压力过低、速度过慢时容易回火；

(3)低热值燃气多为化工生产线的尾气，需对多条生产线进行汇总综合利用，燃气的流量变化大；

(4)化工工艺过程的操作对尾气的成分及热值影响较大，尾气的燃烧工艺如配风系数需及时匹配调整，否则容易熄火。

(5)低热值煤气燃烧烟气量比高热值煤气燃烧增加10％～30％,但助燃空气量变化不大，难以仅仅通过预热空气有效回收排烟热量，提高燃烧温度。

根据燃烧理论，为保证低热值燃气的稳定燃烧，主要的稳燃措施包括优化着火条件、提高火焰温度以及优化燃烧场分布等。

(1)优化着火条件

低热值气体燃料的着火极限高，着火比较困难，燃烧温度也较低。为此，需要提高燃气燃烧温度，降低燃料着火下限。如掺烧高热值燃料，提高混合燃气的热值，降低着火温度；或者利用工业炉窑排烟余热预热助燃空气，并且最好同时预热燃料和助燃空气提高初始温度，从而优化着火条件，提高工业炉窑热效率。

(2)提高火焰温度

燃烧温度的提髙可强化炉内辐射换热并改善炉内的燃烧状况。而实际火焰温度与装置类型、燃烧效率、燃料种类、空气/煤气预热温度等有关。如：提高助燃空气和煤气的预热温度、强化燃料和空气的混合、降低不完全燃烧损失；合理设计炉膛结构，进行绝热燃烧，减少系统散热量；降低空气过剩系数或采用纯氧/富氧燃烧。

(3)优化燃烧场分布

燃烧场的分布包括燃气、空间以及烟气在燃烧空间的分布，燃烧场特别是温度场的优化分布来源于高温烟气对新鲜燃气、空气的加热，进而促进空气与烟气短时间内升温至着火温度。如蓄热式交替扰动燃烧，旋流中心回流区强化燃烧等。

对于低热值燃料而言，利用烟气余热同时预热燃料和助燃空气(空煤气双预热)可以得到提高初始温度，回收加热炉的排烟余热，提高加热炉热效率的综合效果。

空煤气双预热燃烧有两种形式，一种是在炉窑尾部烟道加装空气和煤气预热器，这种方式体积庞大效率低，空煤气预热温度不高，是一种传统预热方式；另一种是在空气单预热蓄热式燃烧器基础上发展的空煤气双预热蓄热式燃烧器，特点是体积相对较小效率高，空煤气预热温度大幅度提高。

低热值气体燃料，如高炉煤气、发生炉煤气、转炉煤气等，发热量低于8360KJ/m3，利用率往往不高。若采用高效蓄热式换热技术，将助燃空气与低热值气体燃料双预热到高温，仅利用燃料中CO2、N2等气体的稀释作用，就可以实现炉内高温低氧燃烧。

空煤气双预热蓄热式燃烧器是一种理论上可以提高火焰温度、降低排烟温度、提高加热炉热效率的较先进技术手段。如图1所示为空煤气双预热蓄热式钢包烘烤器的工作原理。在烘烤装置上有二对四个蓄热体，每一对为一个空气/煤气组合式蓄热体，中间被阻断。当其中一对工作时，另一对排放高温烟气并蓄热；空气/煤气通过一个三位八通换向阀或二组三位四通换向阀来现实转换。空气和煤气进入各自的蓄热体内被加热到相当高的温度，从蓄热体中喷出，在二者喷出的下方面(实际已经开始了强制性混合燃烧)制作一个空腔，收缩后向包内喷出，此时，另一组蓄热体则承担了排烟的任务，在排出烟气的同时将烟气内的热量提取，蓄热体被加热。然后进行第二次换向。

现有双预热装置的特点和存在的问题：

作为一种新型的高温燃烧技术，它们都具备了蓄热式高温燃烧技术的大部分特点如：节能降耗/提高燃烧利用率/包内温度均匀/提高内衬寿命/减少有害气体的排放等。但是燃烧低热值煤气时，烟气量过大，对仅预热助燃空气而言烟气热容量大大富余，经过蓄热体后的排烟温度仍超过设计值(280℃以上)，蓄热式的效果就不明显了，因此基于热平衡计算同时预热助燃空气和煤气有利于进一步提高燃烧温度和工业炉窑热效率。

蓄热式燃烧技术引进国内后，许多的研究机构和企业都极积地参与到这一新型的节能技术的开发和拓展中，在90年中期，首次把双预热引入到钢包烘烤器上，经过几年的摸索和实践，到2001年前后，双预热蓄热式燃烧方式基本上退出了在钢(中)包烘烤器上的应用。从相关的技术文献资料的检索中也可以看到，2002年以后就很少有关于双预热在钢包烘烤器应用方面的专题研究报告，更没有发现在中包上应用的报告。但在加热炉/热风炉方面还在不断得到应用。

究其原因，有以下几个方面：

蓄热体的寿命问题。虽然这个问题首先是和蓄热体的材质相关，但在双预热式燃烧中，不可避免的“二次燃烧”，必将对蓄热体造成极大的伤害。所谓“二次燃烧”是指在煤气蓄热体中，在换向时不可避免地会残留一定的煤气，当这一蓄热体开始蓄热时，所抽取的烟气中也不可避免地有残余的氧气，二者在蓄热体内再次产生燃烧的现象，就是“二次燃烧”。在二次燃烧时，烟气中的残余氧和蓄热体内的残余煤气都具有很高的温度(煤气约在500℃左右，烟气约在1000℃左右)。而且受燃烧空间限制。此时的理论燃烧温度可达2200℃以上，虽然这部分热量不会损失太多(仍被蓄热体吸收)，但蓄热体的耐火度和抗热震性能是有限度的，长时间且频繁的“二次燃烧”(一般为30秒～60秒左右换一次向)是蓄热体无法承受的。目前国内多家研究机构都在投入大量精力开发新型的蓄热体来应对这一现象，但收效甚微。

因蓄热体的内部阻力较大，一旦高炉煤气的压力不稳定，在蓄热体内可能会残留过量的CO，相对应的则是包内的空气余量也会相应增多，此时换向是相当危险的。

换向阀的问题；目前虽然有多项专利或专有技术都声称能解决换向阀的诸多问题，但其实每项技术都仅仅是解决了某一个关键性的问题，而不是整体的问题，如有的解决了多位换向过程中的密封性问题；有的解决了其中的防尘问题；也有的解决了动作同步和反应速度的问题；而作为蓄热式燃烧的一个关键部件，特别是在双预热中换向阀的问题就显得特别突出。除了阀本身的问题外，还有一个就是上述的二次燃烧也会增加烟气温度从而给换向阀带来损害。在大型加热炉上，因为有足够的空间可以施展，设计人员将空气换向和煤气换向分开，采用分散换向来解决这个安全隐患。但在钢(中)包烘烤器上的狭小空间，很难展开。

空气和煤气同时预热到很高的温度时，单个的气体分子获得了极高的内能，虽然这种活跃对空气和煤气的混合有利，但也会不可避免地造成燃烧的喘振现象，这对于低热值的燃气来说是极为不利的。如果是在加热炉上，则对炉压会产生很大的影响。

总之，现有技术空煤气双预热蓄热式燃烧器的主要缺点是煤气流经蓄热室，在不断换向的工作过程中会出现二次燃烧，并且由于煤气压力的波动造成蓄热室工作不稳定，带来安全隐患；同时，煤气预热蓄热室要和空气预热蓄热室分开布置，需要占用较大空间。

实用新型内容

本实用新型提供一种空燃气双预热复合式燃烧器，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种空燃气双预热复合式燃烧器，包括炉膛，所述炉膛下端设有多个装有陶瓷球的蓄热室，所述蓄热室与炉膛相通，所述蓄热室内设有若干蛇形燃气换热管；所述蛇形燃气换热管一端与炉膛内相通，其另一端与燃气管道连通，所述蓄热室设有用于排烟或者进助燃空气的连接管道。

优选的，所述多个装有陶瓷球的蓄热室为两个。

优选的，所述蓄热室内壁设有绝热保温层。

优选的，所述燃气管道上设有燃气调节阀和切断阀。

优选的，所述连接管道末端连接有三通转阀，所述三通转阀的另外两个开口分别连接助燃空气管和排烟管。

优选的，所述炉膛设有多个炉管。

优选的，所述蓄热室设有燃气喷口，所述每个蛇形燃气换热管均与燃气喷口相通，所述蓄热室的燃气喷口与炉膛内相通。

与相关技术相比较，本实用新型提供的空燃气双预热复合式燃烧器具有如下有益效果：

本实用新型针对空煤气双预热蓄热式燃烧方式的缺点，将原来蓄热式煤气预热方式改进成为间壁管式预热方式，并把管式煤气预热器和蓄热式空气预热器合二为一，组成复合型结构。本实用新型对结构和流程进行优化，既保证了不会出现煤气在蓄热体内的二次燃烧，也保证了空煤气双预热的燃烧效果，而且减少了煤气换向阀和蓄热室，燃烧器结构紧凑，可以很容易地布置在空间位置狭小的工业炉窑上。

附图说明

图1为现有技术空煤气双预热蓄热式钢包烘烤器的工作原理图；

图2为本实用新型提供的一种空燃气双预热复合式燃烧器的工作原理图；

图3为两个蓄热室配合的俯视图。

图中标记：1-炉膛，2-陶瓷球，3-蛇形燃气换热管，4-绝热保温层，5-切断阀，6-燃气调节阀，7-三通转阀，8-炉管，9-燃气喷口。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作出创造性劳动前提下所获得的气的连接管道。

本实用新型针对空煤气双预热蓄热式燃烧方式的缺点，将原来蓄热式煤气预热方式改进成为间壁管式预热方式，并把管式煤气预热器和蓄热式空气预热器合二为一，组成复合型结构。本实用新型对结构和流程进行优化，既保证了不会出现煤气在蓄热体内的二次燃烧，也保证了空煤气双预热的燃烧效果，而且减少了煤气换向阀和蓄热室，燃烧器结构紧凑，可以很容易地布置在空间位置狭小的工业炉窑上。

如图2-3所示，一种空燃气双预热复合式燃烧器，包括炉膛1，所述炉膛1下端设有多个装有陶瓷球2的蓄热室，所述蓄热室与炉膛1相通，所述蓄热室内设有若干蛇形燃气换热管3；所述蛇形燃气换热管3一端与炉膛1内相通，其另一端与燃气管道连通，所述蓄热室设有用于排烟或者进助燃空气的连接管道。

在本实施例中，所述多个装有陶瓷球2的蓄热室为两个；所述蓄热室内壁设有绝热保温层4；所述燃气管道上设有燃气调节阀6和切断阀5；所述炉膛1设有多个炉管8。

在本实施例中，所述蓄热室设有燃气喷口9，所述每个蛇形燃气换热管3均与燃气喷口9相通，所述蓄热室的燃气喷口9与炉膛1内相通，蛇形燃气换热管3的布置，使得供给燃烧器的燃气从燃料调节阀后燃气喷口9到炉膛出口，通过蛇形燃气换热管3的管壁和流经蓄热室的烟气和空气充分换热。

在本实施例中，所述连接管道末端连接有三通转阀7，所述三通转阀7的另外两个开口分别连接助燃空气管和排烟管，燃烧器蓄热室一头与三通转阀连接，另一头通向炉膛，助燃空气和燃烧后烟气通过三通转阀7的控制，交替流经装有陶瓷球2的至少两个以上蓄热室。

在本实施例中，本实用新型并不限定蓄热体的选择，当蓄热体采用陶瓷球2时，蓄热室能够被充分填充，气流能够均匀流经换热管表面，蛇形燃气换热管能够得到充分换热。

在本实施例中，燃烧器工作时，燃气通过燃气管道进入蓄热室的蛇形燃气换热管3充分预热后，进入炉膛1内和预热后的助燃空气混合燃烧。

在本实施例中，助燃空气通过左边的蓄热室被高温陶瓷蓄热体充分预热后进入炉膛1与预热后的燃气混合燃烧。

在本实施例中，燃烧后的高温烟气从炉膛折返，通过燃烧右边的蓄热室，将热量传给陶瓷蓄热体，烟气得到冷却后排出燃烧器外。

在本实施例中，燃烧器成对的两组蓄热室依靠三通转阀7换向工作，图2中a和b分别表示换向前和换向后换向阀阀芯的位置以及空气和烟气在燃烧器蓄热室内流经的路线，燃烧器通过三通转阀7定时切换可以保证燃烧器持续稳定工作。

本实用新型中的燃气包括煤气、天然气等气体的一种或者多种混合。

本实用新型既考虑换热器烟气放热量和空煤气吸热量的平衡，同时避免煤气的二次燃烧和安全隐患，以及装置紧凑和流场优化，在空气预热陶瓷蓄热室里内置蛇形燃气换热管3，因此燃气预热不需要切换阀5切换，避免了二次燃烧和安全隐患，燃气换热管蛇形布置，其流程和烟气相反。

以上所述仅为本实用新型的实施例，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及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种空燃气双预热复合式燃烧器，其特征在于，包括炉膛，所述炉膛下端设有多个装有陶瓷球的蓄热室，所述蓄热室与炉膛相通，所述蓄热室内设有若干蛇形燃气换热管；所述蛇形燃气换热管一端与炉膛内相通，其另一端与燃气管道连通，所述蓄热室设有用于排烟或者进助燃空气的连接管道。

2.根据权利要求1所述的一种空燃气双预热复合式燃烧器，其特征在于，所述多个装有陶瓷球的蓄热室为两个。

3.根据权利要求2所述的一种空燃气双预热复合式燃烧器，其特征在于，所述蓄热室内壁设有绝热保温层。

4.根据权利要求3所述的一种空燃气双预热复合式燃烧器，其特征在于，所述燃气管道上设有燃气调节阀和切断阀。

5.根据权利要求4所述的一种空燃气双预热复合式燃烧器，其特征在于，所述连接管道末端连接有三通转阀，所述三通转阀的另外两个开口分别连接助燃空气管和排烟管。

6.根据权利要求5所述的一种空燃气双预热复合式燃烧器，其特征在于，所述炉膛设有多个炉管。

7.根据权利要求6所述的一种空燃气双预热复合式燃烧器，其特征在于，所述蓄热室设有燃气喷口，所述每个蛇形燃气换热管均与燃气喷口相通，所述蓄热室的燃气喷口与炉膛内相通。

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