CN220728234U - 一种带主辅旋流预混室的燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种带主辅旋流预混室的燃烧器，主旋流预混室墙体内构成主旋流预混室和气流缩放出口流道，主旋流预混室墙体上部设有主煤气进口管，主旋流预混室墙体下部设有主空气进口管，空气分配环道的内侧空气导流管，主旋流预混室的顶部设有辅旋流预混室，辅旋流预混室墙体上设有与其相连通的辅煤气进口管和辅空气进口管，辅煤气进口管和辅空气进口管分别与辅煤气引出管和辅空气引出管相连通，辅煤气引出管和辅空气引出管分别与煤气进口总管和空气进口总管相连通；本发明设计科学合理，既能实现完全、充分、均匀且稳定的预混燃烧，还能切实控制与保障预混燃烧过程的顺利进行，实现对燃烧工况实施有效的调节与管控，有显著的社会和经济效益。

Description

一种带主辅旋流预混室的燃烧器

技术领域

本实用新型涉及气体燃料燃烧的燃烧装置，特别是一种带主辅旋流预混室的燃烧器。

背景技术

对于用于各种工业炉窑所使用的气体燃料燃烧装置（燃烧器）而言，提高空气与燃气间的充分均匀的预混合以实现在燃烧室中高效完全燃烧（充分均匀的预混燃烧）是当前较为紧迫而现实的任务。但是，气体燃料的充分预混燃烧存在着燃烧器中正常预热燃烧、或燃烧器中非正常预混燃烧（回火与脱火、或爆燃等）等情况。这都给预混燃烧器的设计与制作带来挑战，也对运行管理提出了更严苛的要求。尽管如此，由于燃烧器设计不当而造成燃烧器损坏，继而导致热利用设备性能下降与破坏，都成为十分常见的燃烧器故障与事故。由于燃烧器损坏常常发生在设备正常运行使用的过程中，出现燃烧器非正常燃烧所造成的损坏是较为严重的。正因为如此，预混燃烧器在大型热利用设备中的采用总是十分谨慎，更多是采用扩散燃烧或半预混燃烧的方式完成气体燃料的燃烧过程。但是，节能与低氮燃烧成为趋势的当下，燃烧装置实现充分且完全的预混燃烧是不可逆转的必然趋势。为此，在对气体燃料燃烧特性充分研究与跟进验证的基础上提出一种带主辅旋流预混室的燃烧器。

实用新型内容

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带主辅旋流预混室的燃烧器，可有效解决现有燃烧器气体燃料燃烧过程的不稳定、不确定与不可控，很难实现真正意义上的预混燃烧的问题。

为实现上述目的，本实用新型解决的技术方案是，一种带主辅旋流预混室的燃烧器，包括钟罩形的主旋流预混室墙体，所述的主旋流预混室墙体内构成截面呈蘑菇状的主旋流预混室和下部截面呈缩放形的气流缩放出口流道，主旋流预混室墙体上部设有由煤气进口总管经主煤气调节阀引出的主煤气进口管，其连通设置在主旋流预混室墙体内的煤气分配环道，煤气分配环道的内侧设有与主旋流预混室相连通的周向均布且水平倾斜的多排煤气喷口；主旋流预混室墙体下部设有由空气进口总管经主空气调节阀引出的主空气进口管，其连通设置在主旋流预混室墙体内的空气分配环道，空气分配环道的内侧设有与其连通的周向均布且转折后垂直向上的空气导流管，空气导流管的上部设有与主旋流预混室相连通的水平倾斜的多排空气喷口；其中，空气喷口与煤气喷口水平方向呈相互交错排列，垂直方向呈一致排列；

主旋流预混室的顶部设有由辅旋流预混室墙体构成的截面呈倒置瓶状的辅旋流预混室，在其球顶下部设有截面呈圆弧状的导流预混环槽，及下部与主旋流预混室连通的辅预混气喷出口；辅旋流预混室墙体上对应导流预混环槽的旋切方向对称设有与其相连通的辅煤气进口管和辅空气进口管，辅煤气进口管和辅空气进口管分别经辅煤气调节阀和辅空气调节阀与辅煤气引出管和辅空气引出管相连通，辅煤气引出管和辅空气引出管分别与煤气进口总管和空气进口总管相连通；辅旋流预混室顶部插有调控气流引入管，其调控气流喷出口位于辅预混气喷出口内。

本实用新型设计科学合理，既能实现完全、充分、均匀且稳定的预混燃烧，还能切实控制与保障预混燃烧过程的顺利进行，实现对燃烧工况实施有效的调节与管控，有显著的社会和经济效益。

附图说明

图1是本实用新型结构的主剖面图。

图2是本实用新型图1中A-A截面图。

图3是本实用新型图1中B-B截面图。

图例：1 主旋流预混室墙体、1-1主旋流预混室、1-2气流缩放出口流道、2 辅旋流预混室墙体、2-1辅旋流预混室、2-2导流预混环槽、2-3辅预混气喷出口、2-4辅煤气进口管、2-5辅空气进口管、2-6辅煤气引出管、2-7辅空气引出管、2-8辅煤气调节阀、2-9辅空气调节阀、2-10调控气流引入管、2-11调控气流喷出口、3 煤气进口总管、3-1主煤气进口管、3-2煤气分配环道、3-3煤气喷口、3-4主煤气调节阀、4 空气进口总管、4-1主空气进口管、4-2空气分配环道、4-3空气喷口、4-4空气导流管、4-5主空气调节阀。

具体实施方式

以下结合附图和具体情况对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

结合附图给出，一种带主辅旋流预混室的燃烧器，包括钟罩形的主旋流预混室墙体，所述的主旋流预混室墙体1内构成截面呈蘑菇状的主旋流预混室1-1和下部截面呈缩放形的气流缩放出口流道1-2，主旋流预混室墙体1上部设有由煤气进口总管3经主煤气调节阀3-4引出的主煤气进口管3-1，其连通设置在主旋流预混室墙体1内的煤气分配环道3-2，煤气分配环道3-2的内侧设有与主旋流预混室1-1相连通的周向均布且水平倾斜的多排煤气喷口3-3；同样，主旋流预混室墙体1下部设有由空气进口总管4经主空气调节阀4-5引出的主空气进口管4-1，其连通设置在主旋流预混室墙体1内的空气分配环道4-2，空气分配环道4-2的内侧设有与其连通的周向均布且转折后垂直向上的空气导流管4-4，空气导流管4-4的上部设有与主旋流预混室1-1相连通的水平倾斜的多排空气喷口4-3；其中，空气喷口4-3与煤气喷口3-3水平方向呈相互交错排列，垂直方向呈一致排列；

主旋流预混室1-1的顶部设有由辅旋流预混室墙体2构成的截面呈倒置瓶状的辅旋流预混室2-1，在其球顶下部设有截面呈圆弧状的导流预混环槽2-2，及下部与主旋流预混室1-1连通的辅预混气喷出口2-3；辅旋流预混室墙体2上对应导流预混环槽2-2的旋切方向对称设有与其相连通的辅煤气进口管2-4和辅空气进口管2-5，辅煤气进口管2-4和辅空气进口管2-5分别经辅煤气调节阀2-8和辅空气调节阀2-9与辅煤气引出管2-6和辅空气引出管2-7相连通，辅煤气引出管2-6和辅空气引出管2-7分别与煤气进口总管3和空气进口总管4相连通；辅旋流预混室2-1顶部插有调控气流引入管2-10，其调控气流喷出口2-11位于辅预混气喷出口2-3内。

为保证更好的实施效果，所述的主旋流预混室墙体1是由钢结构外壳及内砌筑耐高温耐火材料层构成的钟罩形，其内部构成主旋流预混室1-1。

所述的主旋流预混室墙体1由内到外分别为重质耐火砖层、轻质耐火砖层、陶瓷纤维毡层及钢壳，钢壳内面喷涂有50mm厚的耐火喷涂层，以提高钢壳的刚度，内层的重质耐火砖层采用抗热震性强、荷重软化温度高、及变形率低的耐火材料制作，以维持高温与大温差变化下主旋流预混室墙体1的高温及高温度变化下的牢固性与稳定性，陶瓷纤维毡层兼具调节结构尺寸与保温性能，辅旋流预混室墙体2砌筑结构与主旋流预混室墙体1砌筑结构相同。

所述的煤气喷口3-3与空气喷口4-3为相互水平交替均布的多个单向水平倾斜且在垂直方向多层布置的气流通道，其层数均至少设有三层；煤气喷口3-3的进口端垂直连通煤气分配环道3-2的内墙壁，出口端水平倾斜连通主旋流预混室1-1外壁面，其倾斜角度为15°-45°，其截面为向内呈逐渐收缩的喷嘴状；空气喷口4-3的进口端垂直连接空气导流管4-4，空气导流管4-4至空气分配环道4-2后转折向上与空气分配环道4-2相连通，空气喷口4-3的出口端水平倾斜连通主旋流预混室1-1外壁面，其倾斜角为15°-45°，其截面为向内呈逐渐收缩的喷嘴状；煤气喷口3-3和空气喷口4-3的均布交错与多层组合的喷出口结构，使其能达到空气与煤气的充分且均匀的旋流预混合。

所述的辅旋流预混室墙体2上对应导流预混环槽2-2的旋切方向对称设有与其相连通的辅煤气进口管2-4和辅空气进口管2-5，形成强旋流预混调节气流，其旋流流动方向与主旋流预混室1-1中空煤气旋流流动方向一致；旋流预混调节气流的预混合状态由辅煤气调节阀2-8和辅空气调节阀2-9的开度确定；辅预混气喷出口2-3在连通主旋流预混室1-1顶部时通道逐渐扩放，由收缩通道逐渐变为扩放通道，以便于形成旋流发散射流影响主旋流预混气流。

所述的调控气流引入管2-10是由耐热钢管制成的圆形，下端部逐渐收缩形成调控气流喷出口2-11，并设置在辅预混气喷出口2-3中心处。由于调控气流是偏于高压力的气流，中心设置其调控作用更加突出，特别是在停止燃烧过程后对主旋流预混室的卷吸吹扫作用尤其明显。

本实用新型在具体实施时，煤气由主煤气进口管3-1进入煤气分配环道3-2，并经其内侧的周向均布且水平倾斜的多排多个煤气喷口3-3进入主旋流预混室1-1；同样，空气由主空气进口管4-1进入空气分配环道4-2，并经其内侧的周向均布且转折后垂直向上的空气导流管4-4进入再进入水平倾斜的多排多个空气喷口4-3后进入主旋流预混室1-1。上下三层且每层交错排列的煤气喷口3-3与空气喷口4-3分别喷出的煤气气流与空气气流，在它们旋流流动过程中相互间完成充分均匀的预混合而形成旋流预混气流，之后经由主旋流预混室1-1底部气流缩放出口流道1-2喷出，形成旋流扩散气流并在中心形成回流涡旋进入燃烧空间或热利用空间，并在热点燃之后形成稳定的燃烧气流，其稳焰作用就是旋流气流在气流缩放出口流道1-2中形成的回流涡旋流动。当燃烧器需要调控时，让煤气与空气分别经过辅煤气进口管2-4和辅空气进口管2-5进入辅旋流预混室2-1，在圆弧状的导流预混环槽2-2协助下形成与主旋流预混室1-1旋流方向一致旋流气流，向下经辅预混气喷出口 2-3进入主旋流预混室1-1，此时的调节作用主要是在主燃烧状态不变动条件下，通过辅旋流预混室形成不同成分的混合状态，在基本不改变旋流强度的状态下改变燃烧状态。通常的调节工况是：1）仅开辅助煤气或仅开辅助空气（适合于低煤气热值或高煤气热值）；2）不开辅助煤气与空气（适合于正常运行工况）；3）不开主煤气与主空气（适合于烘炉与保温工况）。在燃烧器开启（开炉）与燃烧器停止（停炉）时就必须通过调控气流引入管2-10，让高压（或相对高压）的空气进入其中，并经由调控气流喷出口2-11从辅预混气喷出口 2-3喷出。对于燃烧器开启工况，主要是通过高压气流喷射卷吸走燃烧器中的煤气残存，防止重新开启时先开启空气管路导致燃烧器出现爆燃。对于燃烧器停止工况仍然是通过高压气流喷射卷吸走燃烧器中的煤气残存，并降低燃烧器主旋流预混室温度，以防止再次开启是出现主旋流预混室出现燃烧现象。在正常运行时，若出现主旋流预混室高温，也可以通过调控气流引入管中的高压气流有效降低主旋流预混室的温度，以维持正常的预混燃烧状况。

从上述实施过程可见，1）通过在燃烧器的主旋流预混室内设置多层空煤气相间布置的周向均布的水平倾斜的多流道预混结构，并配合其下部收缩扩放的喷出口结构，在实现充分均匀的旋流空煤气预混气流前提下实现完全且稳定的预混燃烧过程，并能做到空煤气流周向的均匀性，为彻底实现热风炉的完全预混燃烧提供了安全可控的燃烧器结构；2）增设辅旋流预混室使得燃烧调节与控制更加可靠、可控与便捷，也使得正常燃烧过程得到有效而确定的保障；3）高压空气高速喷射卷吸煤气与空气不但能增强辅旋流预混气流对主旋流预混气流的调节作用，也能在燃烧器启动与停用时有效清除残余煤气，还能有效降低燃烧器主旋流预混室的温度，以保证预混燃烧过程的顺利进行。

具体而言，鉴于传统的燃气燃烧装置很难实现真正意义上的预混燃烧，本实用新型提出的一种带主辅旋流预混室的燃烧器，采用串连方式连接主辅旋流预混室而实现空气与煤气（燃气）充分的强旋流预混合而又不在其中预热燃烧的燃烧装置，因而具有低温运行且安全防爆的显著特征，是集多种流体流动方式与预混方式于一体的具有组合创新与独特创新相互融合的一种新型燃烧器结构，该燃烧器主旋流预混室中空煤气分层次交错排列的旋流预混合的结构更能有效实现空煤气充分且均匀预混合的功能（预混合程度的显著提升），其顶部的辅旋流预混室空煤气经导流预混环槽而形成高旋流强度的预混气流而对主旋流预混室起到积极主动与强制参与的调节作用，产生空煤气气流之间的充分且完全的预混合效果，以及主动而高效的空煤气预混合状态的调控。同时，在停止燃烧后中心部位的调控气流引入管能喷出气流进行主预混室吹扫，有效防止与避免了燃烧器停止燃烧后煤气残留引起的回火与爆燃事故，更能对预混燃烧装置的整体温度实现有效调控（主要是降低主旋流预混室温度），以防止再次燃烧时空煤气气流在主旋流预混室发生燃烧过程。最后，完成充分预混合的空煤气气流经缩放喷嘴出口，形成中心部位强烈的回旋涡流流态，在高温点燃后形成稳定的预混燃烧气流，有效避免高流速燃烧过程的脱火（熄火）与燃烧过程震荡。显然，本实用新型的燃烧装置能够实现空煤气气流冷态状态下的完全充分且均匀地预混合，以及预混气流喷出后稳定而完全的可控预混燃烧，实现了预混燃烧过程的完全、充分、均匀、安全、稳定与可控的高温、高效与低氮的燃烧，克服了常规气体燃料燃烧过程的不稳定、不确定与不可控的诸多问题，能切实控制与保障预混燃烧过程的顺利进行（维持），且能对燃烧工况实施有效的调节与管控，完全能够满足各种热利用设备对节能、高效、高温与低排放的技术要求，适用于各种热利用设备，如热风炉、加热炉、锅炉等节能环保的主要与重要的设备，具有较为广泛的应用环境与发展前景，社会和经济效益显著。

要指出的是，上述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出变动或者修饰为等同变化的等效实施例，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种带主辅旋流预混室的燃烧器，包括钟罩形的主旋流预混室墙体，其特征在于，所述的主旋流预混室墙体（1）内构成截面呈蘑菇状的主旋流预混室（1-1）和下部截面呈缩放形的气流缩放出口流道（1-2），主旋流预混室墙体（1）上部设有由煤气进口总管（3）经主煤气调节阀（3-4）引出的主煤气进口管（3-1），其连通设置在主旋流预混室墙体（1）内的煤气分配环道（3-2），煤气分配环道（3-2）的内侧设有与主旋流预混室（1-1）相连通的周向均布且水平倾斜的多排煤气喷口（3-3）；主旋流预混室墙体（1）下部设有由空气进口总管（4）经主空气调节阀（4-5）引出的主空气进口管（4-1），其连通设置在主旋流预混室墙体（1）内的空气分配环道（4-2），空气分配环道（4-2）的内侧设有与其连通的周向均布且转折后垂直向上的空气导流管（4-4），空气导流管（4-4）的上部设有与主旋流预混室（1-1）相连通的水平倾斜的多排空气喷口（4-3）；其中，空气喷口（4-3）与煤气喷口（3-3）水平方向呈相互交错排列，垂直方向呈一致排列；

主旋流预混室（1-1）的顶部设有由辅旋流预混室墙体（2）构成的截面呈倒置瓶状的辅旋流预混室（2-1），在其球顶下部设有截面呈圆弧状的导流预混环槽（2-2），及下部与主旋流预混室（1-1）连通的辅预混气喷出口（2-3）；辅旋流预混室墙体（2）上对应导流预混环槽（2-2）的旋切方向对称设有与其相连通的辅煤气进口管（2-4）和辅空气进口管（2-5），辅煤气进口管（2-4）和辅空气进口管（2-5）分别经辅煤气调节阀（2-8）和辅空气调节阀（2-9）与辅煤气引出管（2-6）和辅空气引出管（2-7）相连通，辅煤气引出管（2-6）和辅空气引出管（2-7）分别与煤气进口总管（3）和空气进口总管（4）相连通；辅旋流预混室（2-1）顶部插有调控气流引入管（2-10），其调控气流喷出口（2-11）位于辅预混气喷出口（2-3）内。

2.根据权利要求1所述的带主辅旋流预混室的燃烧器，其特征在于，所述的主旋流预混室墙体（1）是由钢结构外壳及内砌筑耐高温耐火材料层构成的钟罩形，其内部构成主旋流预混室（1-1）。

3.根据权利要求1所述的带主辅旋流预混室的燃烧器，其特征在于，所述的主旋流预混室墙体（1）由内到外分别为重质耐火砖层、轻质耐火砖层、陶瓷纤维毡层及钢壳，钢壳内面喷涂有50mm厚的耐火喷涂层，以提高钢壳的刚度，重质耐火砖层维持高温与大温差变化下主旋流预混室墙体（1）的高温及高温度变化下的牢固性与稳定性，辅旋流预混室墙体（2）砌筑结构与主旋流预混室墙体（1）砌筑结构相同。

4.根据权利要求1所述的带主辅旋流预混室的燃烧器，其特征在于，所述的煤气喷口（3-3）与空气喷口（4-3）为相互水平交替均布的多个单向水平倾斜且在垂直方向多层布置的气流通道，其层数均至少设有三层；煤气喷口（3-3）的进口端垂直连通煤气分配环道（3-2）的内墙壁，出口端水平倾斜连通主旋流预混室（1-1）外壁面，其倾斜角度为15°-45°，其截面为向内呈逐渐收缩的喷嘴状；空气喷口（4-3）的进口端垂直连接空气导流管（4-4），空气导流管（4-4）至空气分配环道（4-2）后转折向上与空气分配环道（4-2）相连通，空气喷口（4-3）的出口端水平倾斜连通主旋流预混室（1-1）外壁面，其倾斜角为15°-45°，其截面为向内呈逐渐收缩的喷嘴状；煤气喷口（3-3）和空气喷口（4-3）的均布交错与多层组合的喷出口结构，使其能达到空气与煤气的充分且均匀的旋流预混合。

5.根据权利要求1所述的带主辅旋流预混室的燃烧器，其特征在于，所述的辅旋流预混室墙体（2）上对应导流预混环槽（2-2）的旋切方向对称设有与其相连通的辅煤气进口管（2-4）和辅空气进口管（2-5），形成强旋流预混调节气流，其旋流流动方向与主旋流预混室（1-1）中空煤气旋流流动方向一致；旋流预混调节气流的预混合状态由辅煤气调节阀（2-8）和辅空气调节阀（2-9）的开度确定；辅预混气喷出口（2-3）在连通主旋流预混室（1-1）顶部时通道逐渐扩放，以便于形成旋流发散射流影响主旋流预混气流。

6.根据权利要求1所述的带主辅旋流预混室的燃烧器，其特征在于，所述的调控气流引入管（2-10）是由耐热钢管制成的圆形，下端部逐渐收缩形成调控气流喷出口（2-11），并设置在辅预混气喷出口（2-3）中心处。