CN101382286B - 气流环形交错均流喷射预混稳焰的燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气流环形交错均流喷射预混稳焰的燃烧器，可有效解决煤气与空气混合不佳、气流分布不均匀及燃烧不完全或不稳定的问题，其结构是，圆筒体由外墙和上下移动的内墙构成，外墙置于支承环板上，内、外墙用迷宫式密封连接连接，外墙内设有的环状矩形环道由倾斜隔墙将环道对称分为上腔室煤气分配环道，下腔室空气分配环道，在各自分配环道的最大截面处外端分别有煤气进口管和空气进口管接入，在煤气分配环道的上部内侧和空气分配环道的下部内侧分别引出煤气喷嘴管和空气喷嘴管，在两种喷嘴上面有相连通的环形预混合槽道，其上置有均流-阻流档块，本发明实现了煤气与空气喷射预混、回流预热、稳定燃烧，有巨大的经济和社会效益。

Description

气流环形交错均流喷射预混稳焰的燃烧器
一、技术领域
本发明涉及热能工程领域的燃料燃烧与流动传热的专用器件，一种气流环形交错均流喷射预混稳焰的燃烧器，它既能作为陶瓷燃烧器用于高炉热风炉上，也能作为一种燃烧器应用于其它工业加热的工业炉窑上。
二、背景技术
燃烧器(或者燃烧装置料燃烧炉窑设备不可缺少的核心装置，其性能与结构优良与否直接影响到炉窑的燃料利用率、热效率、以及是否满足节能环保的要求。目前，广泛使用的各种燃烧器，不外有燃烧固体粉末的粉煤燃烧器、燃烧液体燃料的高压或低压喷嘴燃烧器、以及燃烧气体的扩散燃烧或者预混(半预混)燃烧的燃烧器。各种燃烧器针对不同的行业领域，都有长足的发展与创新，在各种燃料燃烧炉中发挥其各自的作用。对于采用扩散燃烧方式的燃烧器已经完成从套筒式燃烧器，逐步过渡到梳篦形空气喷嘴的矩形燃烧器的转换，并发展到环形多喷嘴喷射旋流混合回流预热稳焰燃烧技术或者环形多喷嘴交错上喷预混燃烧后气流折返预热稳焰强化燃烧技术。随着燃烧技术的发展，使低热值煤气的燃烧强度与火焰的稳定性都大为提高，配合上煤气与空气预热使得燃烧温度不断增加、燃烧效率也逐步提高。但纵观现有的煤气燃烧器，尤其是使用在热风炉上的高炉煤气的燃烧器，由于结构的不合理而造成煤气与空气混合不佳和(或)气流分布不均匀是常常发生事情，由此而导致的燃烧不完全或燃烧不稳定、热负荷调节性能差等问题。如果再加上燃烧装置与传热-蓄热装置整体配合上也存在结构上问题，就会造成热风炉传热效果差与蓄热体利用率低的现象。这样的热风炉显然不能满足高炉对热风的风量与风温的要求，更谈不上热风炉的高效、节能与环保，也做不到高热风温度下的安全稳定地运行。因此，改进燃烧装置的结构，使其与传热-蓄热装置间形成恰当地配置就成为提高热风炉性能的有效途径。
三、发明内容
基于上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明之目的就是提出一种气流环形交错均流喷射预混稳焰的燃烧器，可有效解决煤气与空气混合不佳、气流分布不均匀及燃烧不完全或不稳定的问题，其解决的技术方案是，包括有圆筒体8、煤气分配环道2a和空气分配环道2b，圆筒体8由外墙1和上下移动的内墙11构成，外墙置于支承环板9上，内墙与外墙采用迷宫式密封连接10连接在一起，圆筒体8外墙1内设有同轴的截面为矩形的环状矩形环道，矩形环道内由倾斜隔墙2C将环道对称分为上下两个腔室，上腔室为煤气分配环道2a，下腔室为空气分配环道2b，两环道均呈向内出气口逐步收缩的腔室环道，在各自分配环道的最大截面处外端分别有煤气进口管6和空气进口管7接入，在煤气分配环道的上部内侧和空气分配环道的下部内侧分别引出沿周向环状交错分布的煤气喷嘴管3a和空气喷嘴管3b，两喷嘴管在圆筒体壁中并与其轴线平行，个数各为20～40个；两种喷嘴管在圆筒体内分别由上端面引出，形成环状交错布置的煤气喷嘴与空气喷嘴，在煤气喷嘴与空气喷嘴上面有相连通的由内墙和外墙上部间构成的并与圆筒体8同轴的环形预混合槽道4，环形预混合槽道4上置有正三角形的正对着空气喷嘴和煤气喷嘴的均流-阻流档块5。
使用上述燃烧器时，煤气与空气分别从其入口进入各自的气流分配环道，之后经由各自的的喷嘴管进入环形预混合槽，在此做初步的混合后经过均流-阻流档块进入燃烧空间着火燃烧，燃烧后烟气按照不同的燃烧室结构有两种流动方式；a.如果流经经拱顶燃烧室(用于热风炉)，则因拱顶阻挡而折返从环形燃烧器的中部空间向下(相对向上)流出而进入下面的热交换装置(或蓄热室)；在此过程中上升的混合气流与下降的烟气流之间会形成一个回流涡旋，在其作用下下降气流会向四周分开而形成类似于管内流动的速度分布进入热交换装置，高温回流烟气也能使上升混合气流得到预热而提前着火实现火焰稳定；b.如果直接进入燃烧室而环形燃烧器中部封闭(用于其它工业炉)，则燃烧器中部也会形成回流涡旋，其高温烟气能达到预热预混气流和实现火焰稳定的目的，但气流的分布一定要经过一个均流装置后才能分布均匀；此外，煤气与空气分配通道的逐步收缩会使得喷嘴管出口流速趋于均匀，再加上均流-阻流档块的作用而使进入燃烧室气流更加均匀与混合良好。这就是该燃烧器能形成高强度燃烧和均匀的速度温度双均匀的作用机制。
总之，这种燃烧器能顺利实现煤气与空气喷射预混、回流预热、稳定燃烧，从而有效解决了煤气与空气混合不佳、气流分布不均匀、低热值煤气燃烧不稳定、燃烧强度低、燃烧温度不高等关键问题。
四、附图说明
图1为本发明燃烧器整体剖面主视图。
图2为本发明燃烧器俯视图。
图3为本发明燃烧器不同的a、b流场示意图(其中12为蓄热室，13为回流流场，14为炉膛空间)。
五、具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细的描述。
由图1、图2给出，本发明在具体实施时，燃烧器的圆筒体由耐火砖或耐热铸铁砌筑成圆筒形，圆筒体8由外墙1和上下移动的内墙11构成，外墙置于支承环板9上，内墙与外墙采用迷宫式密封连接10连接在一起，构成稳定的器体结构，其内砌筑有煤气与空气的矩形截面的分配矩形环道，矩形环道由倾斜隔墙2c隔置成两个腔室(又称腔道)，上腔室为煤气分配环道2a，其上部引出沿周向均匀分布的煤气喷嘴管3a，该管引出后向上抵达环形预混合槽道4底部的喷出口，下腔室为空气分配环道2b，其下部引出沿周向均匀分布有空气喷嘴管3b，该管引出后向上也抵达环形预混合槽道4下部的喷出口；煤气与空气的喷出口呈交错排列成环状；环形预混合槽道4由耐火材料砌筑而成，其底部和喷嘴管相通，而上部则在喷管出口的正上方安放三角形截面的均流-阻流档块5；煤气与空气各自的分配环道(2a与2b)是由按一定坡度砌筑的倾斜隔墙2c将整体矩形截面的分配环道分割而成的结构，它们是对称的逐步向内出气口收缩的腔室，在各自最大截面处外端分别接入煤气进口管6和空气进口管7。
这里有必要指出，煤气、空气喷嘴管(3a、3b)的数目根据燃烧器的热负荷大小以及燃烧器的直径而定，一般各自在20～40个之间；煤气、空气喷嘴管是从环形预混合槽道4的底部进入，按环形预混合槽道4与煤气、空气喷嘴管的位置不同，其进入角度会在相对中轴线0°～30°的角度范围内改变；对应的环形预混合槽道4的倒梯形截面的斜边的倾斜角度也有0°～30°的角度改变范围；环形预混合槽道4上部安装的均流-阻流档块5的数目＝煤气喷嘴管和空气喷嘴管数目，一般应为一一对应，可以是三角形截面也可以是其他形状，其目的是起到栅格的均流作用和背向回流稳焰作用，但当应用到热风炉上时其尺寸就不能太小，而用于工业炉上时其尺寸就可以小，档块数目亦可以多于喷嘴管。挡块的作用在于使气体混合更均匀，短火焰燃烧均匀，有效提高燃烧强度，节约能源35％以上，有效改善环境状况，减少污染，是本发明创造点之一，是其他燃烧器所没有的。
对于将燃烧器用于热风炉中，应将热风炉的拱顶燃烧室放置在燃烧器的上部，并一起组成了热风炉的燃烧装置组合，该装置组合整体被置于(热风炉钢结构外壳的)支承环板9上，并与内墙11之间采用迷宫式密封连接10，以此建立稳定的器体结构，这是本发明另一特点。
对于将燃烧器用于工业炉中，应将燃烧器安装在工业炉的燃烧室炉墙上，让燃烧器的喷嘴端朝向燃烧室，并一起组成了工业炉的燃烧段。布置在燃烧段燃烧器的个数与位置，以及大小由工业炉的热负荷和温度要求而定，其固定方法可采用多种形式。但燃烧器的结构是不改变的。
总之，本发明以简单而合理的结构，有效地解决了燃烧器喷射气流混合不佳、燃烧不充分、燃烧气流速度温度分布不均等关键问题，如用于热风炉就能有效地保证热风炉高效、高温、安全、稳定地运行；如用于工业炉也能有效地保证热工业高效、均温、等热强度、且安全与稳定地运行；因而能实现节省燃料、节约投资、降低废气温度与排放量、减少环境污染的良好的经济和社会效益。

Claims (4)

1.一种气流环形交错均流喷射预混稳焰的燃烧器，包括有圆筒体(8)、煤气分配环道(2a)和空气分配环道(2b)，其特征在于，圆筒体(8)由外墙(1)和上下移动的内墙(11)构成，外墙置于支承环板(9)上，内墙与外墙采用迷宫式密封连接(10)连接在一起，圆筒体(8)外墙(1)内设有同轴的截面为矩形的环状矩形环道，矩形环道内由倾斜隔墙2C将环道对称分为上下两个腔室，上腔室为煤气分配环道(2a)，下腔室为空气分配环道(2b)，两环道均呈向内出气口逐步收缩的腔室环道，在各自分配环道的最大截面处外端分别有煤气进口管(6)和空气进口管(7)接入，在煤气分配环道的上部内侧和空气分配环道的下部内侧分别引出沿周向环状交错分布的煤气喷嘴管(3a)和空气喷嘴管(3b)，煤气喷嘴管(3a)和空气喷嘴管(3b)在圆筒体壁中并与其轴线平行，个数各为20～40个；煤气喷嘴管(3a)和空气喷嘴管(3b)在圆筒体内分别由上端面引出，形成环状交错布置的煤气喷嘴与空气喷嘴，在煤气喷嘴与空气喷嘴上面有相连通的由内墙和外墙上部间构成的并与圆筒体(8)同轴的环形预混合槽道(4)，环形预混合槽道(4)上置有正三角形的正对着空气喷嘴和煤气喷嘴的均流-阻流档块(5)。
2.根据权利要求1所述的气流环形交错均流喷射预混稳焰的燃烧器，其特征在于，所说的煤气分配环道(2a)与空气分配环道(2b)是由呈坡度砌筑的倾斜隔墙(2c)将整体矩形截面的分配环道分割而成的结构，它们是对称的逐步向内出气口收缩的腔室，在各自最大截面处外端分别接入煤气进口管(6)和空气进口管(7)。
3.根据权利要求1所述的气流环形交错均流喷射预混稳焰的燃烧器，其特征在于，所说的煤气、空气喷嘴管是从环形预混合槽道(4)的底部进入，其进入角度为在相对中轴线0°～30°，对应的环形预混合槽道(4)的倒梯形截面的斜边的倾斜角度为0°～30°。
4.根据权利要求1所述的气流环形交错均流喷射预混稳焰的燃烧器，其特征在于，所说的环形预混合槽道(4)上部安装的均流-阻流档块(5)的数目＝煤气喷嘴管和空气喷嘴管数目。
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