CN101793396A - 预混环形气流上喷燃烧折返流出的燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及预混环形气流上喷燃烧折返流出的燃烧装置，有效解决煤气与空气射流进入预混环道在燃烧室快速度燃烧，且气流的均匀稳定的烟气流场的问题，该燃烧装置为球顶圆筒状下开口，圆筒墙体与半球形拱顶构成能使预混气流流动燃烧的的燃烧室，圆筒墙体内壁中上下分开布置有煤气环道和空气环道，煤气环道内侧周向均匀布置矩形截面的煤气喷嘴，空气环道内侧周向均匀布置矩形截面的空气喷嘴；煤气环道与空气环道的外侧分别连接煤气进气管和空气进气管；两种喷嘴的喷口与预混环道外侧垂直相通；预混环道是上部开口于燃烧室的矩形截面的环形通道，且与燃烧室内壁紧密同轴相连，本发明制作与安装难度小，稳定性高，减小过量空气系数、提高燃烧强度与温度。

Description

预混环形气流上喷燃烧折返流出的燃烧装置

一、技术领域

本发明涉及一种气体燃料燃烧的装置，特别是一种预混环形气流上喷燃烧折返流出的燃烧装置，它作为一种燃烧装置应用于工业加热的热风炉及工业炉窑上。

二、背景技术

燃烧器是燃烧类工业炉窑设备所不可缺少的核心装置，其性能与结构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，就低热值煤气(如高炉煤气、发生炉煤气)燃烧过程而言，其混合燃烧模式可分为扩散燃烧(长焰燃烧)、半预混燃烧、及预混燃烧(短焰燃烧)三种形式，其对应的燃烧器结构也各不相同，就其发展趋势而言预混燃烧使其发展主要方向。归结起来，工业炉窑的燃烧器已经完成从套筒燃烧器，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、回流预热强化燃烧技术或者环形多喷嘴交错上喷预混燃烧后气流折返回流预热强化燃烧技术。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得到了较大的提高，再配合上煤气与助燃空气的预热使得燃烧温度也不断增高、燃烧效率也逐步提升。但纵观现有的煤气燃烧器，仍然存在燃烧器结构复杂、燃烧气流分配不均、燃烧气流的可控性差等问题，由此导致燃烧不完全或燃烧不稳定、热负荷调节性能差等问题出现。同时，复杂的结构也常常导致燃烧器结构性损坏。因此，设计出结构稳定、性能优良、高效节能、环保耐用的燃烧器应该是燃烧器发展的主要方向。

三、发明内容

针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明提供一种预混环形气流上喷燃烧折返流出的燃烧装置，有效解决煤气与空气射流进入预混环道冲击喷射与相互混合后垂直上喷在燃烧室快速度燃烧，且气流经拱顶折返形成回流流场与离开燃烧室的均匀稳定的烟气流场的问题，由于小空间的快速预混与燃烧室预混燃烧，能有效降低空气过量系数、提高燃烧温度与燃烧强度、进而简化结构与减轻燃烧装置的重量。

本发明解决的技术方案是，该燃烧装置为球顶圆筒状下开口，圆筒墙体1与半球形拱顶1a构成能使预混气流流动燃烧的燃烧室1b，圆筒墙体1内壁中上下分开布置有上面的煤气环道2和下面的空气环道3，煤气环道内侧周向均匀布置矩形截面的煤气喷嘴4，空气环道内侧周向均匀布置矩形截面的空气喷嘴5；煤气环道2与空气环道3的外侧分别连接煤气进气管7和空气进气管8；两种喷嘴的喷口与预混环道6外侧垂直相通；预混环道6是上部开口于燃烧室的矩形截面的环形通道，且与燃烧室1b内壁紧密同轴相连，煤气通过煤气进气管7进入煤气环道2后再进入煤气喷嘴4，然后垂直喷射进入预混环道6；同时，空气通过空气进气管8进入空气环道3再流动进入空气喷嘴5，然后垂直喷射进入预混环道6；煤气与空气射流直接喷射在预混环道相对的壁面上，射流气流的四周分散造成两种气流相互间的充分且快速地混合，预混环道6开口向上，使预混环状气流垂直向上进入燃烧室，在燃烧室回流涡旋的预热下着火燃烧，再经半球形拱顶1a处折返向下，在与上喷气流的相互作用下形成回流涡旋，回流涡旋相对低压的牵引下形成均匀的烟气流流出燃烧室，煤气与空气两种气流在小空间的预混环道6中对冲混合，能有效实现两种气流的快速均匀地预混，其后进入燃烧室实现大面积的完全(高强度)的预混燃烧，同时，气流的先上后下运动造成回流流场，让其在稳定气流流场、均匀出口气流、预热预混气流的作用得到充分发挥，满足煤气与空气气流的充分快速预混、完全(高强度)燃烧、以及均匀稳定的进入燃烧室的烟气流。

本发明燃烧装置结构简单，预混气流的形成仅仅采用了预混环道，煤气与空气喷嘴都是对着预混合环道的直射喷嘴，制作与安装(或砌筑)难度明显下降，其结构的稳定性也随之提高。

由于煤气与空气射流在小空间冲着壁面喷射及之后的环形预混气流向上喷射与烟气流的拱顶折返，该燃烧装置能有效实现煤气与空气射流的快速预混、回流充分预热、及时着火燃烧，这就有效减小了过量空气系数、提高了燃烧强度与燃烧温度，从而彻底解决了低热值煤气燃烧不稳定、燃烧强度不高、燃烧温度低等关键问题，其性能明显优于分层喷射混合燃烧装置与交错排列平行喷射混合燃烧装置等同类型的其它燃烧装置。

四、附图说明

图1为本发明燃烧装置整体剖面图。

图2为为本发明燃烧装置整体俯视图。

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说明。

由图1、2所示，本发明燃烧装置为上端封闭的圆筒形墙体结构1，其封闭端为半球形拱顶1a，由耐火材料砌筑(制作)而成，其中空部分为燃烧室1b，其圆筒壁中砌筑(制作)环状的矩形截面的煤气环道2和空气环道3，两个环道呈上下布置，煤气环道2的外侧与煤气进气管7相连通，空气环道3的外侧与空气进气管8相连通；煤气喷嘴4与空气喷嘴5的一端分别与各自的环道内侧相通，另一端开口于预混环道6外侧壁面；煤气喷嘴4与空气喷嘴5是上下布置，煤气喷嘴与空气喷嘴的纵截面均为高度大而宽度小的矩形开口，并与预混环道6外侧壁面正交，其横截面是渐缩结构，进口大出口小，顺着气流流动方向逐步收缩；煤气喷嘴4或空气喷嘴5的数目根据燃烧装置的热负荷大小、喷嘴流速选择、以及燃烧装置的直径大小而定，一般各自在10～40个之间对应选择；预混环道6为上部开口的矩形截面环道，同轴布置在燃烧室的壁面上。这样煤气与空气经各自的进口管进入分配环道后再通过各自的喷嘴在预混环道中预混，其后以环状向上的喷射气流进入燃烧室，再由拱顶折返后流出燃烧室。

在具体实施时，所说的煤气喷嘴4与空气喷嘴5其横截面为矩形或圆形，其截面积是进口处大，出口处小，沿气流方向为逐渐缩小的结构形状；所说的煤气喷嘴4与空气喷嘴5，其气流方向均垂直于预混环道6和燃烧室1b，其数目均为10-40个，均匀布置在预混环道和燃烧室1b上；所述的煤气环道2，空气环道3为矩形截面，呈上下布置，分别于与煤气进气管7和空气进气管8呈正交或切向连接；所述的预混环道6其轴线与煤气喷嘴4和空气喷嘴5的轴线相互垂直，而与燃烧室轴线相互平行。

在燃烧装置用于热风炉时，燃烧装置同心设置在热风炉蓄热室室的顶部或逐渐扩大的锥形结构燃烧室顶部，以便于旋转气流在其中形成回流涡旋，起到稳定火焰与稳定气流的作用；燃烧装置与蓄热室或燃烧室之间为热应力分隔的迷宫连接结构，将燃烧装置独立支撑在热风炉炉壳上(图中未画出)，以利于热风炉整体结构的稳定。

在燃烧装置用于工业炉窑时，应将燃烧装置安装在工业炉窑的燃烧段的炉墙上，让燃烧装置的喷出端以不同角度朝向炉膛空间，并一起组成了工业炉的燃烧段。布置在燃烧段上燃烧装置的个数、位置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。但燃烧装置本体的结构形状是不变的。

总之，本发明以简单而独特的结构，利用冲击壁面射流的流场特征有效加强了射流间的混合效果，强化了燃烧过程、提高了燃烧强度，利用上喷折返流动产生回流结构以稳定火焰、稳定流程场、与均匀气流分布。显然，采用该燃烧装置就能有效地保证热风炉、工业炉窑等高效、均温、高热强度、且安全与稳定地运行，继而实现节省燃料、节约投资、降低废气温度与排放量、减少环境污染，从而产生良好的经济效益与社会效益。

Claims (7)

1.一种预混环形气流上喷燃烧折返流出的燃烧装置，其特征在于，该燃烧装置为球顶圆筒状下开口结构，圆筒墙体(1)与半球形拱顶(1a)构成能使预混气流流动燃烧的的燃烧室(1b)，圆筒墙体(1)内壁中上下分开布置有上面的煤气环道(2)和下面的空气环道(3)，煤气环道内侧周向均匀布置矩形截面的煤气喷嘴(4)，空气环道内侧周向均匀布置矩形截面的空气喷嘴(5)；煤气环道(2)与空气环道(3)的外侧分别连接煤气进气管(7)和空气进气管(8)；两种喷嘴的喷口与预混环道(6)外侧垂直相通；预混环道(6)是上部开口于燃烧室的矩形截面的环形通道，且与燃烧室(1b)内壁紧密同轴相连，煤气通过煤气进气管(7)进入煤气环道(2)后再进入煤气喷嘴(4)，然后垂直喷射进入预混环道(6)；同时，空气通过空气进气管(8)进入空气环道(3)再流动进入空气喷嘴(5)，然后垂直喷射进入预混环道(6)；煤气与空气射流直接喷射在预混环道相对的壁面上，射流气流的四周分散造成两种气流相互间的充分且快速地混合，预混环道(6)开口向上，使预混环状气流垂直向上进入燃烧室，在燃烧室回流涡旋的预热下着火燃烧，再经半球形拱顶(1a)处折返向下，在与上喷气流的相互作用下形成回流涡旋，回流涡旋相对低压的牵引下形成均匀的烟气流流出燃烧室，煤气与空气两种气流在小空间的预混环道(6)中对冲混合，能有效实现两种气流的快速均匀地预混，其后进入燃烧室实现大面积的完全的预混燃烧，同时，气流的先上后下运动造成回流流场，让其在稳定气流流场、均匀出口气流、预热预混气流的作用得到充分发挥，满足煤气与空气气流的充分快速预混、完全燃烧、以及均匀稳定的进入燃烧室的烟气流。

2.根据权利要求1所述的预混环形气流上喷燃烧折返流出的燃烧装置，其特征在于，所说的煤气喷嘴(4)与空气喷嘴(5)其横截面为矩形或圆形，其截面积是进口处大，出口处小，沿气流方向为逐渐缩小的结构形状。

3.根据权利要求1或2所述的预混环形气流上喷燃烧折返流出的燃烧装置，其特征在于，所说的煤气喷嘴(4)与空气喷嘴(5)，其气流方向均垂直于预混环道(6)和预燃室(1b)，其数目均为10-40个，均匀布置在预混环道和燃烧室(1b)上。

4.根据权利要求1所述的预混环形气流上喷燃烧折返流出的燃烧装置，其特征在于，所述的煤气环道(2)，空气环道(3)为矩形截面，呈上下布置，分别于与煤气进气管(7)和空气进气管(8)呈正交或切向连接。

5.根据权利要求1所述的预混环形气流上喷燃烧折返流出的燃烧装置，其特征在于，所述的预混环道(6)其轴线与煤气喷嘴(4)和空气喷嘴(5)的轴线相互垂直，而与燃烧室轴线相互平行。

6.根据权利要求1所述的预混环形气流上喷燃烧折返流出的燃烧装置，其特征在于，所说的燃烧装置用于热风炉时，燃烧装置同心对称设置在热风炉蓄热室的顶部，燃烧装置与蓄热室室之间为热应力分隔的迷宫连接结构，支撑在热风炉炉壳上，以利于热风炉整体结构的稳定。

7.根据权利要求1所述的预混环形气流上喷燃烧折返流出的燃烧装置，其特征在于，所说的燃烧装置用于工业炉窑时，燃烧装置安装在工业炉窑的燃烧段的炉墙上，燃烧装置的喷出端以不同角度朝向炉膛空间，一起组成工业炉的燃烧段。

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