CN2890658Y - 数字化高温低氧空气脉冲燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数字化高温低氧空气脉冲燃烧装置，包括包括炉体、助燃空气管道、排烟管道、布置在炉体两侧面的两个烧嘴、空气燃气混合区、点火装置、燃烧装置(包括蓄热式脉冲烧嘴、空气/燃气蓄热和放热装置、燃料供给装置)、空气系统(助燃空气系统、排烟系统)、换向装置、脉冲控制装置(脉冲输出装置、脉冲调节阀、脉冲执行装置)；两个烧嘴在控制装置的控制下轮流燃烧，蓄热体分别吸热或放热，充分吸收高温烟气中的热量并加热助燃空气，提高了能源利用效率；保证了燃料能被及时引燃，有效避免燃料不能及时点燃的安全隐患；控制大火或小火的燃烧时间，能精密控制炉内温度，使得工业窑炉具有较高的控温精度，较高的炉温均匀性。

Description

数字化高温低氧空气脉冲燃烧装置

技术领域

本实用新型涉及一种燃烧装置，尤其是工业应用的、全温段(高温、中温、低温)的、数字化高温低氧空气脉冲燃烧装置。

背景技术

高温低氧空气燃烧技术是目前世界上节能效果最好的燃烧技术。其原理是采用成对的燃烧量与排烟量成正比的蓄热式脉冲烧嘴A、B，对燃烧产生的高温烟气进行余热回收。当一侧烧嘴A燃烧时，另一侧烧嘴B对炉膛内的高温烟气进行吸气排烟，高温烟气通过蓄热体时与蓄热体进行热能交换，蓄热体吸热、高温烟气温度降低，最后被排出。经过一定时间，燃烧换向，烧嘴B燃烧，冷空气或燃气经过温度很高的蓄热体进入烧嘴，被该蓄热体加热成高温空气或燃气，与燃气或空气混合燃烧；同时，A烧嘴进行吸气排烟，高温烟气又将A烧嘴内蓄热体加热，进行热交换。通过成对的烧嘴A、B不断的反复交替燃烧，对高温烟气进行极限余热回收，达到节能的效果。中国实用新型专利技术所公开的技术方案中，也有采用蓄热体(或蓄热室)，对高温烟气中进行余热回收的方式，如名称为“烧结点火器的单预热装置”，专利号为ZL01272963.9的中国实用新型专利技术，以及名称为“蓄热式烧结点火器”，专利号为ZL03222319.6的中国实用新型专利。但是该类装置主要不足之处有：1、现在的高温低氧空气加热炉采用常规的分段集中式控制方式，就很难满足控温精度、控温灵活性、燃烧稳定性以及炉温均匀性要求都很高的低温、中温工业炉窑。；2、高温低氧空气燃烧在中、低温换向时，很难保证燃烧的稳定性，易引起燃烧不完全，甚至爆炸事故。3、以往采用蓄热式燃烧方式的中温工业炉(未有低温炉采用蓄热式技术的报道)，往往采用先将炉温加热到燃料的自燃点(700℃)以上，再进行换向。在换向以前，一直只是常规燃烧。对于相当部分的工业炉窑来说，其炉温要求还没有到达燃料的自燃点(700℃)。如果采用高温低氧空气燃烧技术，其节能效果甚至还不如采用常规燃烧技术和常规的间壁式换热器结合的方式。

脉冲燃烧技术控制方式，是将燃气量(压力)和空气量(压力)一次性调节到最佳值，在系统投入运行后，只需保证燃气量(压力)和空气量(压力)稳定，对其燃烧时间长短进行比例调节。这样控制，不但省略了大量价格昂贵的流量、压力监测控制机构，增加了系统的可靠性，降低了系统的造价，而且它只需要两位式开关控制，从点火到出炉可采用全自动控制，控制非常方便。现有技术中，同样也存在脉冲燃烧技术或数字化脉冲燃烧方式，如名称为“适用于气液固态燃料的热声耦合或脉冲锅炉”，专利号为98232007.8，以及名称为“分体式燃气热水器”，专利号为ZL99209263.9的实用新型专利都公开了脉冲式燃烧技术和装置。但是采用脉冲燃烧技术，仍然属于常规燃烧方式，其排放的烟气经过间壁式换热器进行热交换后，其排放温度仍在400℃左右，其节能效果远远不能满足市场和用户的要求。特别在能源紧缺，资源逐渐贫乏的今天，如何提高能源利用率，降低工业窑炉的能源消耗，成为每一个生产厂家、用户都面临的迫切问题。

对金属制品进行热处理和其他用途的需要升温和控制温度的工业炉窑来说，在其工艺规定的升温、保温、降温时间内，对炉内的温度波动都有很高的要求，当温度波动超过其范围上限时，不但影响其热处理工序，进而影响金属制品的质量，而且又要消耗多余的能源，增大能源消耗量。现有高温低氧空气燃烧技术，其控温精度、控温灵活性、炉温均匀性、能源消耗指标上，大都不能满足市场和用户的需要。

发明内容

本实用新型针对现有高温低氧空气燃烧技术中的燃烧装置控温精度不高，炉温均匀性较差，能源消耗较多的上述不足，提供一种数字化蓄热式脉冲燃烧装置。

本实用新型的技术方案：数字化高温低氧空气脉冲燃烧装置，包括包括炉体、助燃空气管道、排烟管道、布置在炉体两侧面的两个烧嘴、空气燃气混合区、点火装置、燃料总管道以及控制装置，燃烧装置(包括蓄热式脉冲烧嘴、空气/燃气蓄热和放热装置、燃料供给装置)、空气系统(助燃空气系统、排烟系统)、换向装置、脉冲控制装置(脉冲输出装置、脉冲调节阀、脉冲执行装置)；其特征在于：

1)、在每个烧嘴上设有助燃空气管道以及排烟管道，在每个管道上设置有换向阀；助燃空气管道与排烟管道汇合后接入蓄热室，蓄热室内装有能让气体通过的蓄热体。换向系统具有安装简单，控制方便的特点。当一侧烧嘴燃烧时，助燃空气管道打开，抽烟管道关闭，助燃空气从管道进入烧嘴，与燃料混合燃烧，同时与之相对应另一侧烧嘴的助燃空气管道关闭，抽烟管道打开，高温烟气从右侧烧嘴蓄热室抽走，从而达到蓄、放热的目的。

2)、每个烧嘴的燃料供给系统分为三个部分：点火烧嘴部分、大火升温部分、小火保温部分，在各部分管道上均装有电磁阀，来控制燃料供给的通断。点火烧嘴部分有点火和常明火两个功能。烧嘴点燃后，点火电磁阀一直处于打开的状态，点火烧嘴作为常明火使用，保证整个系统在运行过程中都不会有熄火现象的发生。将传统脉冲燃烧控制烧嘴有火/无火的燃烧状态，改进为控制烧嘴大火/小火的燃烧状态。在升温状态下，大火电磁阀和小火电磁阀都处于打开的状态，使得工业炉升温得到保证。在需要保温/降温地工业窑炉时由脉冲控制装置来指挥大火、小火调节系统交替脉冲式燃烧，来达到保温/降温的目的。

本实用新型的燃烧装置，通过换向装置、蓄热式脉冲烧嘴、脉冲调节装置、脉冲控制装置及其他装置配合，充分吸收高温烟气中的热量并用该热量加热助燃空气/燃料，提高了能源利用效率；保证了燃料能被及时引燃，有效避免燃料因不能及时点燃而聚集所引起的安全隐患；同时，通过自动控制脉冲调节大火或小火的燃烧时间，能精密控制工业炉窑的炉内温度，使得工业窑炉具有较高的控温精度，较高的炉温均匀性。本实用新型的燃烧装置，将高温低氧空气脉冲蓄热燃烧技术成功地应用到中温炉、低温炉上，取得很好的节能效果

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型结构示意图。

具体实施方式

如图中，1-炉体、2-助燃空气管道、3-排烟管道、4、5-烧嘴，6-空气燃气混合区，7-工件堆料区、41，51-助燃空气支管道、42，52-抽烟支管道、43，53-换向阀、44，54-脉冲调节阀、45，55-蓄热室、46，56-蓄热体、47，57-主燃料供给道、48，58-燃料供给副管道、49，59-点火烧嘴助燃空气管道。

本实用新型的燃烧装置，包括炉体1、助燃空气管道2、排烟管道3、布置在炉体1两侧面的烧嘴4和5、空气燃气混合区6、点火装置、燃料总管道以及控制装置，助燃空气管道2作为助燃空气的进入通道，外接一个供风装置(如助燃风机等)使空气能进入烧嘴4、5中，排烟管道3是燃烧后的烟气排出通道，同样应外接一个抽风装置(如抽烟风机等)，使烟气能排出。烧嘴4、5一般对称分布在炉体1内，轮流燃烧达到加热炉体1内工件的目的，使堆放在工件堆料区7的工件同时升温、保温。空气燃气混合区6作为助燃空气和燃料混和燃烧的地方，同时也是(与之相对应的烧嘴)燃烧后的高温烟气的排出通道。

在烧嘴4一侧，设有助燃空气支管道41与助燃空气管道2相连接，设有抽烟支管道42与排烟管道3相连接，在助燃空气支管道41和抽烟支管道42上设置有换向阀43，换向阀43是一个联动阀，可以采用现有技术的换向电磁阀及气缸等，在打开一个支管道的同时，就关闭另一个支管道，如打开助燃空气支管道41的同时，换向阀43就关闭抽烟支管道42，反之，亦然。

在助燃空气支管道41和抽烟支管道42上设置有脉冲调节阀44，作为调节、控制管道内气体和燃料进入烧嘴4的流量的控制阀，是一个联动阀，其与主燃料供给道47的电磁阀联动，在脉冲供给燃料的情况下，使进入烧嘴4内的气体和燃料比例适当、均匀进入；控制装置根据工艺要求控制脉冲调节阀44的开口度大小，就能调整通过脉冲调节阀44的流量大小，使本装置处于大火/小火的燃烧状态，而不是常规的有火/无火的燃烧状态。脉冲调节阀44采用间断燃烧方式，使用脉宽调制技术，通过调节燃烧时间的长短(而不是燃料与空气通入量的大小)来实现温度精密控制。

助燃空气支管道41与抽烟支管道42汇合成一个管道，接入蓄热室45，在蓄热室45内设置蓄热体46；蓄热室45作为空气进入和烟气排出的共用管道，由耐火材料(如高温陶瓷类材料)制成的蓄热体46是蜂窝体状，其内部有许多小孔洞，供气体通过，同时，又能与通过的气体进行热交换，如通过的是高温烟气，则蓄热体吸收高温烟气的热量，使其自身温度升高，将热量贮存起来；当较低温度的助燃空气/燃气通过时，则蓄热体46放热，在加热空气/燃气时又降低其自身温度，将热能传递到助燃空气/燃气上。

烧嘴4内设置有主燃料供给道47与燃料总管道相连接，作为燃料(常用的为液化气、天然气、瓦斯气、油等)从燃料总管道通入烧嘴4内的空气燃气混合处6内的管道，主燃料供给道47上设置有相应的控制阀，由控制装置控制其打开或关闭，并且能与助燃空气支管道41上的脉冲阀44联动，能很好的控制进入烧嘴4内的气体和燃料比例。

为了保证每一次主燃料供给道47打开后进入烧嘴4内的燃料都能及时被点燃，除了采用现有技术中的电子点火装置外，本实用新型在每一个烧嘴上设置了一套点火烧嘴结构。该点火烧嘴由燃料供给副管道48、点火烧嘴助燃空气管道49组成，燃料供给副管道48的一端应与燃料总管道(主燃料供给道47控制阀前的管道)接通，其另一端通入烧嘴4的空气燃气混合处6内，其管径通常较小，其内的燃料应不受主燃料供给道47的控制阀控制，在本装置燃烧过程、保温过程中，其内的燃料一直不间断供应；点火烧嘴助燃空气管道49的的一端与换向阀43之前的助燃空气支管道41(或进气管道2)相连通，其另一端与通入烧嘴4内的空气燃气混合处6内，从燃料供给副管道48中进入的燃料与从点火烧嘴助燃空气管道49中进入的空气在空气燃气混合处6内混合、燃烧。点火烧嘴内的燃料和助燃气体一直不间断供应，保证本装置在工作过程中，在烧嘴4的空气燃气混合处6内一直有常明火燃烧着，既作为点燃从主燃料供给道47中进入的燃料之用，又可以使得烧嘴在换向时不会有熄火现象的发生。燃料供给副管道48、点火烧嘴助燃空气管道49的管径大小由具体的工艺参数决定，特别是由保温阶段的温度波动范围决定。

在另一侧烧嘴5，设置有与烧嘴4相同的装置和基本相同的结构，即助燃空气支管道51、抽烟支管道52、换向阀53、脉冲调节阀54、蓄热室55、蓄热体56、主燃料供给道57、燃料供给副管道58、点火烧嘴助燃空气管道59与烧嘴4的助燃空气支管道41，抽烟支管道42，进气支管43，脉冲调节阀44，蓄热室45，蓄热体46，主燃料供给道47，燃料供给副管道48，点火烧嘴助燃空气管道49分别相对应，作用相同或基本相同，在此不再详述。

本实用新型的点火装置，采用现有技术的电子点火装置，主要作用是将主燃料供给道47、57以及燃料供给副管道48、58中进入的燃料及时点燃，特别是在第一次加料时及时点燃燃料；其后，由点火烧嘴中的燃料供给副管道48和58、点火烧嘴助燃空气管道49和59一直不间断供应燃料和助燃气体，保证本装置在工作过程中，在烧嘴4、5的空气燃气混合处6内一直有常明火燃烧着，既作为点燃从主燃料供给道47、48中进入的燃料之用，又可以使得烧嘴4、5在换向时不会有熄火现象的发生。

本实用新型的控制装置，采用现有技术的数字式直显装置，由一台可编程单片机或可编程控制器控制，控制换向阀43、53的换向动作(直接控制助燃空气支管道41、51、抽烟支管道42、52的开启或关闭)，脉冲调节阀44、54的开启或关闭，主燃料供给道47、57的通断电磁阀的开启或关闭以及主燃料供给道47、57与换向阀43、53的联动等。作为现有技术，本领域的技术人员根据本说明书披露的内容能够实现，且该控制装置不作为本实用新型的保护要点，在此不再详述。

换向阀43、53可以作为单一的换向装置加以控制，也可分开作为二个换向阀加以控制。当换向阀动作，使其中一个助燃空气支管道41开启(同时主燃料供给道47开启)时，则抽烟支管道42关闭，同时与之相对应烧嘴上的助燃空气支管道51关闭(同时主燃料供给道57关闭)，抽烟支管道52打开，工作状态是烧嘴4燃烧，燃烧后的高温烟气从烧嘴5的抽烟支管道52中排出；此时蓄热体56吸收高温烟气的热量。当换向时间到后，换向阀43、53换向，使烧嘴5的助燃空气支管道51打开，抽烟支管道52关闭，主燃料供给道57打开。从助燃空气支管道51中进入的助燃气体在流过蓄热体56时与之热交换，使空气的温度升高而蓄热体56的温度降低。高温空气与燃料混合，被点火烧嘴的常明火引燃。燃烧烧嘴4的助燃空气支管道41关闭，抽烟支管道42打开，主燃料供给道47关闭，此时，烧嘴5燃烧，燃烧的高温烟气经烧嘴4的抽烟支管道42排出，蓄热体46吸收高温烟气的热量。如此循环往复。在整个循环燃烧过程中，烧嘴4、5的点火烧嘴一直都在燃烧，提供点火火源

本实用新型装置，可以采用数字式显示仪表，利用测温探头或测温热电偶，将相关部件、管道的温度，如炉体1、助燃空气管道2、排烟管道3、烧嘴4、5、蓄热体46、56等的温度显示出来，以利操作者操作和管理，提高控温精度和炉温均匀性。所用的数字式显示仪表和测温探头或测温热电偶等，都是现有技术，在此不再详述。

Claims (4)

1、数字化高温低氧空气脉冲燃烧装置，包括炉体(1)、助燃空气管道(2)、排烟管道(3)、烧嘴(4、5)、空气燃气混合处(6)、点火装置、燃料总管道以及控制装置；其特征在于：

1)、设有助燃空气支管道(41)与所述助燃空气管道(2)相连接，设有抽烟支管道(42)与所述排烟管道(3)相连接；在助燃空气支管道(41)和抽烟支管道(42)上设置有换向阀(43)；助燃空气支管道(41)与抽烟支管道(42)汇合接入蓄热室(45)内，蓄热室(45)内设置能让气体通过的蓄热体(46)；在所述烧嘴(4)内设置带有控制阀的主燃料供给管道(47)与所述燃料总管道连接，通入烧嘴(4)的空气燃气混合处(6)内；

2)、在所述烧嘴(4)上设置了由燃料供给副管道(48)、点火烧嘴助燃空气管道(49)组成的点火烧嘴；燃料供给副管道(48)的一端与所述燃料总管道连接，其另一端通入烧嘴(4)的空气燃气混合处(6)内；点火烧嘴助燃空气管道(49)的一端与换向阀(43)之前的助燃空气支管道(41)相连通，其另一端与通入烧嘴(4)的空气燃气混合处(6)内；

3)、设有助燃空气支管道(51)与所述助燃空气管道(2)相连接，设有抽烟支管道(52)与所述排烟管道(3)相连接；在助燃空气支管道(51)和抽烟支管道(52)上设置有换向阀(53)；助燃空气支管道(51)与抽烟支管道(52)汇合接入蓄热室(55)内，蓄热室(55)内设置能让气体通过的蓄热体(56)；在所述烧嘴(5)内设置带有控制阀的主燃料供给管道(57)与所述燃料总管道连接，通入烧嘴(5)的空气燃气混合处(6)内；

4)、在所述烧嘴(5)上设置了由燃料供给副管道(58)、点火烧嘴助燃空气管道(59)组成的点火烧嘴。燃料供给副管道(58)的一端与燃料总管道连接，其另一端通入烧嘴(5)的空气燃气混合处(6)内；点火烧嘴助燃空气管道(59)的一端与换向阀(53)之前的助燃空气支管道(51)相连通，其另一端与通入烧嘴(5)的空气燃气混合处(6)内。

2、根据权利要求1所述的数字化蓄热式脉冲燃烧装置，其特征在于：在助燃空气支管道(41)和抽烟支管道(42)上设置有脉冲调节阀(44)，在助燃空气支管道(51)和抽烟支管道(52)上设置有脉冲调节阀(54)。

3、根据权利要求2所述的数字化高温低氧空气脉冲燃烧装置，其特征在于：所述的主燃料供给管道(47、57)上的通断电磁阀与脉冲调节阀(44、54)在所述控制装置控制下同步动作。

4、根据权利要求1、2、3任一所述的数字化高温低氧空气脉冲燃烧装置，其特征在于：所述的蓄热体(46、56)内有孔洞，能使气体通过。

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