WO2012174746A1 - 燃烧设备通道结构及蓄热式燃烧设备 - Google Patents

燃烧设备通道结构及蓄热式燃烧设备 Download PDF

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张刚
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谢琳
胡文超
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Abstract

一种蓄热式燃烧设备的通道结构(10),包括高温气体通道(11,11')、蓄热箱(12,12')及低温气体通道(13,13')。蓄热箱(12,12')包括蓄热箱体(120)及其内部设置的蓄热体(121)。蓄热箱体(120)的一端设置有与管道相连的低温气体通道(13,13'),另一端设有与燃烧炉体(101)相接的高温气体通道(11,11')。该蓄热式燃烧设备包括燃烧炉体(101)及成对设置的空气通道与燃气通道,燃烧炉体上对应设有与燃气通道相接的燃气喷口(103)和与空气通道相接的空气喷口(103')。空气通道及/或燃气通道采用通道结构(10)。因此,通道结构具有大的截面面积和大的换热气体量。

Description

燃烧设备通道结构及蓄热式燃烧设备 技术领域
本发明涉及一种蓄热燃烧设备, 尤其是指一种可将空、 煤气同时或单独进行蓄热 热交换, 以进行高温下燃烧的燃烧设备的通道结构及蓄热式燃烧设备。 背景技术
蓄热式换热燃烧技术是一项古老的换热方式, 十九世纪中期就在平炉和高炉上 采用延续至今。 在轧钢系统初轧工序用于钢锭加热的均热炉上就曾经出现过蓄热式均 热炉, 并且采用的就是低热值的高炉煤气为燃料。 蓄热式换热技术, 属不稳态传热, 利用耐火材料作载体, 交替地被废气热量加热, 再将蓄热体蓄存的热量加热空气或煤 气, 使空气和煤气获得高温预热, 达到废热回收的效能。
蓄热燃烧设备是高温空气蓄热式燃烧技术中不可缺少的设备组成。 在现代蓄热燃 烧技术中, 蓄热燃烧设备组合换向设备, 并成对使用即可构成一套高温蓄热燃烧系统。 但现有的蓄热燃烧设备受结构和换向方式的限制, 多是嵌入炉体, 并且单个设备的气体 交换量较小, 保温结构上采用的是整体浇注方式, 当对于单个蓄热箱的气体交换量较大
(例如大于 6000Nm7h),相应地蓄热箱的截面也较大时 (例如大于 lm2),采用上述结构则不 能满足使用上的需求。 发明内容
本发明要解决的技术问题是: 提供一种燃烧设备的通道结构及蓄热式燃烧设备, 其为一种大气体交换量下的解决方案, 能构改善或解决现有技术的一项或多项缺陷。
本发明的技术解决方案是: 一种燃烧设备的通道结构, 该通道结构包括高温气体 通道、 蓄热箱及低温气体通道, 所述蓄热箱包括蓄热箱体及其内部设置的蓄热体, 所述 蓄热箱体的一端设置有与管道相连的所述低温气体通道,其另一端设有与燃烧炉体相接 的所述高温气体通道。
本发明还提出一种蓄热式燃烧设备, 其包括燃烧炉体及成对设置的空气通道与燃 气通道,所述炉体上对应设有用于与燃气通道相接的燃气喷口和用于与空气通道相接的 空气喷口, 其中, 所述空气通道及 /或燃气通道采用以上所述的通道结构。
本发明的特点和优点如下: 本发明提供了一种高温下蓄热式燃烧而可将空、 煤气同时或单独进行蓄热热交换 的蓄热燃烧设备。 该设备既可以单独用于预热空气或者用于预热煤气, 也可以对空气和 煤气同时预热, 组织燃烧, 并且同时也可作为烟气余热回收设备。
为了适用于大气体交换量的使用条件, 本发明采用带有高温气体通道的空、 煤气 独立蓄热箱结构, 用于气体换热的、 可分散进风的大截面蓄热箱, 不仅结构合理, 而且 侧壁浇注和纤维模块吊顶的内衬结构绝热效果好, 大交角空煤气整流喷口具有较好的整 流作用。 通过上述技术的实施, 本发明实现了采用单体蓄热箱进行大气体交换量的蓄热 式燃烧, 是对蓄热式燃烧技术应用的一次技术突破。
本发明的空、 煤气双蓄热燃烧设备特别适用于使用低热值煤气作为燃料、 采用高 温蓄热燃烧技术用于加热的轧钢工业的加热设备上,热效率高、安全可靠,使用效果好。 附图说明
图 1为本发明的蓄热燃烧设备的一具体实施例的结构示意图。
图 2为图 1中的蓄热燃烧设备的俯视示意图。
图 3 为本发明的一具体实施例采用的蓄热箱体的局部结构示意图, 主要显示了浇 注料和纤维模块组合内衬结构示意图。
图 4 为本发明的一具体实施例采用的大交角空、 煤气上下交汇整流喷口的模型示 意图。
附图主要标号说明:
11、 11, 、 高温气体通道 12、 12 ' 、 蓄热箱 13、 13 ' 、 低温气体:
101、 炉体 102、 炉盖 103、 燃气喷口
103, 、 空气喷口 105、 105 ' 、 喷口段 107、 107, 、 连接段
108、 凸起结构 120、 蓄热箱体 121、 本
123、 外壳 124、 绝热内衬 125、 纤维模块
126、 耐热钢构件 127、 侧壁 122、 金属骨架 具体实施方式
下面配合附图及具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明提出一种燃烧设备的通道结构, 该通道结构包括高温气体通道、 蓄热箱及 低温气体通道, 所述蓄热箱包括蓄热箱体及其内部设置的蓄热体, 所述蓄热箱体的一端 设置有与管道相连的所述低温气体通道,其另一端设有与燃烧炉体相接的所述高温气体 通道。
本领域的技术人员可以了解, 上述通道结构可以应用于燃烧设备的空气通道及 /或 燃气通道。 在本发明的一较佳实施例中, 该通道结构应用于燃气通道, 且燃气蓄热箱的 第一端分散设置有多个低温气体通道。
较佳地, 前述高温气体通道与燃烧炉体弯转相接, 且二者相接部位进行柔性密封 处理。
蓄热箱体包括金属骨架、 外壳以及内部的绝热内衬。 高温气体通道与蓄热箱体是 一同制作留设, 且所述高温气体通道内以及蓄热箱体顶部内壁设有绝热内衬作为保温结 构。
蓄热箱体的侧壁为浇注料整体浇注结构, 进一步地, 其侧壁可采用强度高、 导热 系数低的轻质高强浇注料浇注, 并可用耐热钢锚固钩作为锚固件。
较佳地, 蓄热箱体是采用纤维模块吊顶结构, 具体地, 其顶部采用重量轻、 导热 系数低、 耐高温的特种耐火纤维作为工作层和绝热层, 用耐热钢锚固件悬挂在顶部金属 骨架上, 并且模块间采用耐热钢构件穿插固定。 当然, 蓄热箱体的结构并不仅限于此, 例如, 其顶部也可以采用与箱体侧壁相同的材料和结构形式。
本发明还提出一种蓄热式燃烧设备, 其包括燃烧炉体及成对设置的空气通道与燃 气通道,所述炉体上对应设有用于与燃气通道相接的燃气喷口和用于与空气通道相接的 空气喷口, 其中, 空气通道及 /或燃气通道采用前述任意的通道结构。
较佳地, 燃烧炉体位于同侧配合使用的燃气喷口与对应的空气喷口上下设置并倾 斜交汇。进一步地, 空气喷口与燃气喷口间具有 45 ° 大交角, 有利于空、煤气的高温燃 烧在大气体流量下状态下的快速、 充分混合, 以及对于炉内温度场温度分布的均匀性。
较佳地, 上下设置的空气喷口、 燃气喷口间设有呈半圆柱状凸起的整流结构, 形 成整流式喷口组合结构, 以使气流的燃烧混合更好、 流动的阻力更小。
下面将结合本发明实施例中的附图, 对本发明的通道结构及蓄热式燃烧设备的技 术方案进行清楚、 完整地描述, 显然, 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例, 而 不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例, 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例, 都属于本发明保护的范围。
如图 1 所示, 其为本发明的蓄热燃烧设备的一具体实施例的结构示意图, 本实施 例的燃烧设备所采用的通道结构 10包括高温气体通道 11、 蓄热箱 12及低温气体通道 13,蓄热箱 12包括蓄热箱体 120及其内部设置的蓄热体 121,蓄热箱体 120的一端设置 有与管道(图中未示出)相连的低温气体通道 13, 其另一端设有与燃烧炉体 101相接的 高温气体通道 11, 请一并结合图 3所示, 低温气体通道 13位于蓄热箱体 120内的出口 上方还设有对气流具有分散整流作用的结构, 例如可采用倒置风帽式多孔整流栅, 以对 进入的气流进行分散整流。
本领域的技术人员可以了解, 上述通道结构可以应用于燃烧设备的空气通道及 /或 燃气通道。 在本发明的该实施例中, 该通道结构同时应用于燃气通道和空气通道, 且在 一较佳实施例中, 该燃气蓄热箱的第一端分散设置有多个低温气体通道 13。
如图 2所示, 本实施例中, 该高温气体通道 11是与燃烧炉体 101弯转相接, 如图 2所示, 高温气体通道 11经过两次弯折后连接至燃烧炉体 101, 这样可有效吸收高温通 道在高温下因温度膨胀而产生的结构应力和应变; 另外, 对二者相接部位 A处进行柔性 密封处理, 以保证密封效果。 至于柔性密封处理的具体结构和工艺, 本领域的技术人员 完全可以采用现有技术来实现, 此处不再赘述。
请结合图 3所示, 其为本发明的一具体实施例采用的蓄热箱体的局部结构示意图, 主要显示了浇注料和纤维模块组合内衬结构示意图。该蓄热箱体 120包括金属骨架 122、 外壳 123以及内部的绝热内衬 124。 请参见图 3, 高温气体通道 11与蓄热箱体 120是一 同制作留设, 且所述高温气体通道内以及蓄热箱体顶部内壁设有绝热内衬 124作为保温 结构。
如图 3所示, 蓄热箱体的侧壁 127较佳为浇注料整体浇注结构, 进一步地, 其侧 壁可采用强度高、 导热系数低的轻质高强浇注料(例如轻质莫来石浇注料等)浇注, 并 可用耐热钢锚固钩 129作为锚固件。
较佳地,蓄热箱体 120是采用纤维模块吊顶结构 125,具体地,其顶部采用重量轻、 耐高温的耐火纤维作为与高温气体接触的耐火工作层和绝热保温层, 较佳是耐温 1350 °。以上的特种耐火纤维, 用耐热钢锚固件 129悬挂在顶部金属骨架 121上, 并且各纤维 模块 125间采用耐热钢构件 126穿插固定。 当然, 该蓄热箱体 120的顶部也可采用与侧 壁相同的材质和结构, 如采用整体浇注或顺序浇注的方式, 此处不再一一赘述。
再结合图 1、 图 2对本发明的蓄热式燃烧设备的结构及原理进行详细说明。
本发明的蓄热式燃烧设备包括炉体 101 和炉体侧壁上成对设置的第一气体通道、 第二气体通道, 该第一气体通道和第二气体通道均可选择采用前面内容介绍的通道结 构。 图 1、 图 2所示的该具体实施例中, 蓄热式燃烧设备带有高温气体通道的空、煤气 独立蓄热箱结构, 如图所示, 该燃气通道包括高温气体通道 11、 蓄热箱 12及低温气体 通道 13,对应地,该空气通道包括高温气体通道 1 、蓄热箱 12' 及低温气体通道 13 ' , 由于前面已详细描述了通道的具体结构, 此处不再详述。
除此之外, 请结合图 4所示, 燃烧炉体 101 同侧的与该燃气通道、 空气通道的高 温气体通道 11、 1 相连通的燃气喷口 103、 空气喷口 103 ' 间形成空、 燃气上下交汇 的喷口组合结构, 以利于高温燃烧在大气体流量状态下的快速、 充分混合。
本发明的一具体实施例中,燃烧炉体 101的燃气喷口 103与空气喷口 103 ' 上下设 置并倾斜交汇形成喷口组合结构。
再结合前述通道结构与炉体的结合特点来说, 由于各高温气体通道是与炉体 101 弯转相接, 因此, 燃烧炉体 101具有对应与各平直的高温气体通道 11、 I V 相接的倾斜 的喷口段 105、 105 ' , 二喷口段 105、 105 ' 倾斜相交, 形成喷口组合结构。 较佳地, 为了便于炉体与各通道结构的顺利相接, 本实施例中, 在二喷口段 105、 105 ' 与二高 温气体通道 11、 1 间, 该燃烧炉体还设有平直的连接段 107、 107 ' , 二连接段 107、 107 ' 相互平行, 且在垂直方向呈上下设置关系。
本发明的具体实施例中, 二喷口段 105、 105' 的中心线间具有较佳为介于 30~90 ° 之间的大交角, 例如可采用约 45 ° 的大交角, 从而有利于空、煤气的高温燃烧在大气体 流量状态下的快速、 充分混合, 且能够提高炉内温度场温度分布的均匀性。
为了进一步加强空、 煤气的高温燃烧在大气体流量状态下的快速、 充分混合并提 高炉内温度场温度分布的均匀性, 空气喷口 103 ' 与燃气喷口 103的宽度较佳是保持相 近或相等, 而在高度上则没有具体要求, 可以根据需要确定。
为了使气流的燃烧混合更好、 流动的阻力更小, 本发明中, 该喷口组合结构较佳 为整流式喷口组合结构, 亦即上下设置的燃气喷口 103、 空气喷口 103 ' 间设有整流结 构, 形成整流式喷口结构, 该整流结构较佳是具有平滑凸面的结构, 例如可以为弧状凸 面, 较佳是如图 4所示的半圆柱状凸起结构 108, 当然, 也可为多边形进行平滑处理过 的凸面, 如可为梯形、 三角形等形成的平滑过渡凸面, 该弧状凸面位于燃气喷口 103和 空气喷口 103 ' 之间, 从而更佳有利于气流的高质量混合。
本发明提供了一种大截面、 大气体交换量蓄热燃烧设备, 其采用单体的蓄热箱, 使得截面面积的内通道尺寸能够大于 l m2, 可以为 1. 5 m2以上, 本发明的一实施例中达 到 2. 88m2, 气体的交换量能够达到 12000Nm7h, 这是现有的蓄热式燃烧设备所无法实现 的。 借由上述结构, 本领域的技术人员可以了解, 本发明既是燃烧供热设备, 同时也 是高温烟气余热回收设备:
在用作燃烧供热设备时, 将低温气体 (如煤气或空气) 分别独立从管路供入, 经 过蓄热箱内的蓄热体换热, 得到高温的气体, 之后从高温气体通道通入炉内, 在喷口附 近使空气和煤气混合燃烧, 完成燃烧设备的功能。
在用作高温烟气余热回收设备时, 将燃烧产生的高温烟气分别从喷口处吸入, 通 过高温气体通道通入蓄热箱内, 之后经过蓄热箱内的蓄热体换热, 使高温烟气的余热得 到回收, 再通过管路和引风机 (图中未示出) , 将低温废气排出到大气中。
由上述描述可知, 本发明具有以下特点:
①带有高温气体通道的空、 煤气独立蓄热箱结构
由于采用了独立的蓄热箱型式, 使得可以采用体积较大的蓄热箱箱体; 在炉内高 温烟气和蓄热箱之间留设了高温烟气的通道, 并且该高温气体通道与蓄热箱是一同制作 留设的,高温气体通道带有绝热内衬。在高烟气温度作用下,高温气体通道会发生膨胀, 为了吸收膨胀, 消除膨胀对结构造成的影响, 通道与炉体弯转相接, 并在通道与炉体相 接的部位, 进行了柔性的密封处理, 以消除高温带来的不利影响。
②带有分散进风通道的大截面蓄热箱
由于该种蓄热箱单位时间内气体的交换量大 (能够达到 12000Nm7h) , 所以, 箱 体的截面面积也超大, 保温结构内通道气体流通的断面积 (如图 2中用虚线 B所示的蓄 热箱内轮廓)可以达到 2. 88m2。 为了消除气体流通断面上的流量和流速差异造成的热交 换不均衡, 最后会发生偏流或蓄热体气流贯穿的问题, 在低温气体的进入通道上, 采用 了分散进风和空间降速压力平差的技术, 以实现大气体交换量时产生的流量偏差和压力 偏差。
③侧壁浇注和纤维模块吊顶的组合结构
为了保证高温蓄热箱的使用寿命和绝热效果, 在蓄热箱的顶部采用了重量轻、 导 热系数低、 耐高温的特种耐火纤维作为工作层和绝热层。 侧壁采用了强度高、 导热系数 低的轻质高强浇注料浇注, 从而可以充分发挥两种耐材的优点, 组合制成大截面蓄热箱 的内衬结构。
④大交角空煤气上下交汇整流喷口
本发明的实施例中所采用的大交角 (如 45 ° ) 空、 煤气上下交汇整流喷口是一个 蓄热式燃烧喷口的全新结构, 该喷口交角的角度大, 有利于空、 煤气的高温燃烧在大气 体流量状态下的快速、 充分混合, 并有利于提高炉内温度场温度分布的均匀性。 而且, 具有整流作用的喷口是根据流体力学和模拟燃烧机制的仿真, 使喷口构成符合流体力学 的结构特点。同时,可以分散喷口燃烧的高温区,使燃烧的温度分布和气流的分配更好。 虽然本发明已以具体实施例揭示,但其并非用以限定本发明,任何本领域的技术人 员, 在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换, 或依本发明专利 保护范围所作的等同变化与修饰, 皆应仍属本专利涵盖的范畴。

Claims

权利要求书
1、 一种燃烧设备的通道结构, 其特征在于, 该通道结构包括高温气体通道、 蓄热箱及低温气体通道, 所述蓄热箱包括蓄热箱体及其内部设置的蓄热体, 所述蓄热箱 体的一端设置有与管道相连的所述低温气体通道,其另一端设有与燃烧炉体相接的所述 高温气体通道。
2、 如权利要求 1 所述的燃烧设备的通道结构, 其特征在于, 该蓄热箱的第一 端分散设置有多个所述低温气体通道,所述低温气体通道位于蓄热箱内的出口还设有对 气流具有分散整流作用的结构。
3、 如权利要求 1 所述的燃烧设备的通道结构, 其特征在于, 所述高温气体通 道与蓄热箱体是一同制作留设, 且所述高温气体通道与蓄热箱体顶部内壁设有绝热内衬 作为保温结构。
4、 如权利要求 1 所述的燃烧设备的通道结构, 其特征在于, 所述蓄热箱的截 面积大于 lm2
5、 如权利要求 1 所述的燃烧设备的通道结构, 其特征在于, 所述蓄热箱体的 侧壁为采用轻质高强浇注料浇注而成的整体浇注结构, 且采用耐热钢锚固钩作为锚固 件。
6、 如权利要求 1 所述的燃烧设备的通道结构, 其特征在于, 所述蓄热箱体采 用纤维模块吊顶结构, 其顶部采用耐火纤维作为工作层和绝热层, 用耐热钢锚固件悬挂 在顶部金属骨架上, 并且模块间采用耐热钢构件穿插固定。
7、 如权利要求 2 所述的燃烧设备的通道结构, 其特征在于, 所述高温气体通 道与蓄热箱体顶部内壁设有绝热内衬作为保温结构,所述蓄热箱体的侧壁为浇注料整体 浇注结构, 侧壁采用轻质高强浇注料浇注, 用耐热钢锚固钩作为锚固件, 所述蓄热箱体 采用纤维模块吊顶结构, 其顶部采用耐高温的耐火纤维作为工作层和绝热层, 用耐热钢 锚固件悬挂在顶部金属骨架上, 并且各纤维模块间采用耐热钢构件穿插固定。
8、 一种蓄热式燃烧设备, 其包括燃烧炉体及成对设置的空气通道与燃气通道, 所述炉体上对应设有用于与燃气通道相接的燃气喷口和用于与空气通道相接的空气喷 口, 其特征在于, 所述空气通道及 /或燃气通道采用权利要求 1至 7任一项所述的通道 结构。
9、 如权利要求 8所述的蓄热式燃烧设备, 其特征在于, 所述空气通道及 /或燃 气通道的高温气体通道与燃烧炉体弯转相接, 且相接部位具有柔性密封结构。
10、 如权利要求 8 所述的蓄热式燃烧设备, 其特征在于, 所述燃烧炉体位于同 侧配合使用的燃气喷口与对应的空气喷口上下设置并倾斜交汇。
11、 如权利要求 8 所述的蓄热式燃烧设备, 其特征在于, 所述空气喷口与燃气 喷口间具有 3(Γ90 ° 大交角,有利于空、煤气的高温燃烧在大气体流量下状态下的快速、 充分混合, 以及对于炉内温度场温度分布的均匀性。
12、 如权利要求 8 所述的蓄热式燃烧设备, 其特征在于, 所述空气喷口与燃气 喷口的宽度相似或相等。
13、 如权利要求 10所述的蓄热式燃烧设备, 其特征在于, 所述上下设置的燃气 喷口、 空气喷口间设有凸起状整流结构, 形成整流式喷口组合结构, 以使气流的燃烧混 合更好、 流动的阻力更小。
14、 如权利要求 13 所述的蓄热式燃烧设备, 其特征在于, 所述空气通道及 /或 燃气通道的高温气体通道与燃烧炉体弯转相接, 且相接部位具有柔性密封结构; 所述空 气喷口与燃气喷口间具有 3(Γ90 ° 大交角, 有利于空、 煤气的高温燃烧在大气体流量下 状态下的快速、 充分混合, 以及对于炉内温度场温度分布的均匀性; 所述空气喷口与燃 气喷口的宽度相似或相等。
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