CN102052677B

CN102052677B - 一种工业燃气燃烧器

Info

Publication number: CN102052677B
Application number: CN201110024489A
Authority: CN
Inventors: 蒋玉亭
Original assignee: LANZHOU TINDER COMBUSTION EQUIPMENT ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: LANZHOU TINDER COMBUSTION EQUIPMENT ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2031-01-19
Also published as: CN102052677A

Abstract

本发明公开一种燃烧工业燃气的燃烧器。本发明的工业燃气燃烧器的结构是在燃气供气管的末端设置一个燃气仓，燃气仓用一个隔板与空气室隔开，在隔板上设置有位于空气室内的燃气分配管束，在各燃气分配管内设置有导流叶片，在各燃气分配管上的管壁上开设有与空气室连通的孔，燃气管束下游末端与空气仓末端边缘的距离为30～50mm，这一区域为燃气与空气混合的混风及燃烧室。

Description

一种工业燃气燃烧器

技术领域

本发明涉及一种工业使用的，以可燃气体为燃料的燃烧器，确切讲本发明是一种燃烧工业燃气的燃烧器。该燃烧器由风室、燃气仓和置于风室内的燃气分配管束、置于燃烧器内部带有点火电极的中心管枪以及位于前部的燃烧头及安装法兰构成。

技术背景

现有的工业燃气燃烧器大多采用鼓风式预混结构，强调燃气与助燃空气的充分混合。但普遍存在功率小、燃气与空气不能精确配比、负荷调节范围受到限制、安全性差和对燃气性能要求较高等问题，尤其是针对大型工业燃气燃烧器问题尤为突出。目前国内也有部分专利技术涉及到以上问题的研究，但解决问题的方式过于单一，不能相互兼顾，如中国发明专利02111914.7公开的完全预混式燃气燃烧器、200710072397.5公开的强性预混合燃气燃烧器、中国发明专利200810010867X公开的高效燃气燃烧器、02273600.X公开的燃气燃烧器、02228538.5公开的高效节能燃气燃烧器、200720150391.0公开的工业烘干、加热用全预混蜂巢式燃气燃烧器等。以200710072397.5为例，其技术解决方案是：它的喷枪喷嘴上带有斜孔、前端有喷孔的喷枪燃气管和喷枪配风管。喷枪燃气管通过燃气导管连接燃气分管形的燃气主道和分道，第一混合器为一组，其内部气道入口一一对应燃气管和风道的喷孔；第二混合器和第三混合器各为两组，混合器与混合器之间、混合器与喷枪喷嘴设有混合室，燃气和空气在第一混合器的入口汇入，在混合室混合后从喷枪喷嘴斜孔喷出。喷枪燃气管和喷枪配风管装有控制阀。该技术虽然解决了燃气与助燃空气的混合问题，但结构过于繁杂，特别是这类的燃烧器对燃气的压力及洁净度要求高，当气源压力出现波动时火焰稳定性差。

现有的各类燃烧器均不太适用于燃烧热值较低的工业燃气(如高炉煤气)，特别不适合用于燃烧气体中含较多固体杂质的燃气，现在实际应用的燃烧工业燃气的燃烧器又存在着易发生回火的不足。另外，由于工业燃气热值较低，现在的各类燃烧器均存在点火困难的通病。

发明内容

本发明提供一种可以克服现有技术不足，具有功率大、对燃料气体适用范围广且具有良好防回火功能的燃气燃烧器，尤其是当燃料气体压力波动时仍能稳定燃烧的燃气燃烧器。

本发明的工业燃气燃烧器的结构是在燃气供气管的末端设置一个燃气仓，燃气仓用一个隔板与空气室隔开，在隔板上设置有位于空气室内的燃气分配管束，燃气分配管束的总面积按燃气流速在25～30m/s确定，每个燃气分配管的直径与长度比为1/10～1/20，并按此范围确定燃气分配管的数量，在各燃气分配管内设置有导流叶片，在各燃气分配管的下游距其总长度6/7以外的管壁上开设有与空气室连通的孔，每个燃气分配管径上的孔的总面积与该燃气分配管径之比为0.05～0.008，燃气分配管束下游末端与助燃空气室末端边缘的距离为30～50mm，这一区域为燃气与空气混合的混风及燃烧室。对于燃气中存在更多的固体杂质的工业燃气(即燃气中灰污级别更高的)，本发明提供一种与前述燃烧器结构稍有不同的另一种工业燃气燃烧器，其具体结构是在燃气供气管的末端设置一个燃气仓，燃气仓用一个隔板与空气室隔开，在隔板上设置有位于空气室内的燃气分配管束，燃气分配管束的总面积按燃气流速在25～30m/s确定，每个燃气分配管的直径与长度比为1/10～1/20，并按此范围燃气分配管的数量，在各燃气分配管内设置有导流叶片，在各燃气分配管上距其总长度6/7以外的管壁上开设有与空气室连通的孔，各孔的总面积按相应燃气分配管输出的燃气燃烧所需理论空气量的0.75～5倍确定，即每个燃气分配管径上的小孔总面积与该燃气分配管径之比为0.05～0.008，燃气管束下游末端与空气仓末端边缘的距离为30～50mm，这一区域为混风及燃烧区，在燃烧区位置的空气室内壁上设置有沿轴线倾斜布置的导流叶片，导流叶片的高度为50～90mm，导流叶片的导程为1。

在以上的技术方案中，燃气分配管的径/长值对于低压燃气为1/20，对于大于5KPa的高压燃气该值可大于1/20至1/10之间的值；

燃气分配管中混入的空气量的大小与燃气热值大小成正比，燃气热值小则取其下限；

优选地：本发明的工业燃气燃烧器的外轮廓截面为圆形，空气室的进气管与进气室相切，并使燃气分配管喷出的气体流向与空气室内旋转气体的流向相反。这样可以使从燃气分配管中喷出的燃气更为有效地与空气混合。

针对热值低的工业燃气燃烧器不容易被引燃的不足，本发明在以上所述的两类燃烧器的基础上提供一处改进的方案，即在前述燃烧器的其轴线处设置有一个可燃气体源连通且带有点火电极的中心管枪，该中心管枪由设置于中心的燃气管和位于其外的助燃空气通道构成，且中心管枪与燃气仓隔绝，在燃气管末端设有与空气室连通的扩散小孔，小孔面积按点火枪燃气流通面积的1/4确定，位于中心管枪出口50mm处设置导流叶片，叶片导程为1，高度50mm。对于特别难以引燃的工业燃气，可以将前述的中心管枪中的燃气管与第二可燃气源，特别是某种高热值的燃气源(如液化石油气)连通，将高热值的燃气引入中心点火管枪，这样在使用时可利用高热值燃气先在燃烧器中燃烧，进而点燃工业燃气建立燃烧。

本发明的燃烧器最好采用钢制壳体及耐热不锈钢制的喷口(即燃烧区)结构制造。

本发明的优点在于：

1)通过燃气分配管束将燃气从燃气仓中引入到燃烧器近出口处的燃烧位置，同时在各燃气分配管上距其总长度6/7以外的管壁上开设有与空气室连通的小孔，这样可有效地实现低热值燃气在燃烧器燃烧位置的正常燃烧。经计算和试验表明，所输入燃气分配管的空气量为燃气量的0.75～5倍，即燃气分配管径与小孔总面积之比0.05～0.008，这一方面可以使燃气分配管中的燃气事先混入少量空气，这样就解决了在燃气在燃烧位置能与空气进行充分足量混合的问题，同时又不至于如现有技术那样因空气混入过大而影响其燃烧的不足。

2)由于采用了有较大长径比的燃气分配管这一最简单的技术措施，可有效地克服燃烧中发生的回火问题

3)对于一般的工业燃气采用在燃气分配管中设置导向叶片的技术方案；对灰污级别更高的工业燃气，则采用了在燃烧器的燃烧区位置的空气仓内壁上设置有沿轴线倾斜布置的导流叶片结构，这样可以克服使燃气中固体杂质对燃烧器的影响，特别是当采用后一种结构，可以完全避免工业燃气中较大的固体杂质对燃烧器的堵塞与沉积。

4)本发明中，燃料气体在燃气分配管束中经导流叶片形成旋流与经切向进入风室的助燃风相互作用，可充分混合，并能保证了火焰的刚性及火焰尺寸。

5)本发明由于配置独立的带有点火电极的中心管枪，特别是在中心管枪中导入第二燃气源，可保证在气源杂质较多或热值较低时的仍能正常引燃。

6)采用本发明的装置，再加设一些附属的电控阀门等，还可以很方便地对燃烧条件进行控制。

附图说明

附图1为本发明典型结构剖面示意图。其中：1为带有供气阀组的供气管路；2为带有供风阀组的供风管路；3为点火回路；4为进气口；5为燃气仓；6为进风口；7为助燃空气室；8为带有点火电极的中心管枪；9为燃气分配管束；10为支撑板；11为混风及燃烧室；12为燃烧头；13为燃烧器安装面板。

附图2为燃气分配管束的径向剖面示意图。其中14为螺旋状导流叶片。

附图3为助燃风入口示意图。由此可见助燃空气切向进入助燃风室。

附图4为带有点火电极的中心管枪结构示意图。15为点火电极***口；16为点火用压缩空气入口；17为点火电极；18为点火燃气入口；19为点火管束；20为中心管枪与燃烧器安装法兰。

附图5为设置于点火枪出口50mm处的旋流叶片示意图。21为旋流片；22为点火枪；23为助燃空气通道；24为中心枪管壁；25为点火燃气管。

具体实施方案

附图为本发明的实施例。

附图1中燃料气体由供气管路1经过进气口4进入燃气仓5。燃气仓5用一个隔板与空气室7隔开。在隔板上设置有燃气分配管束9，由燃气分配管束9至混风燃烧区11与助燃空气混合燃烧。本实施例中使用了24个燃气分配管(参见附图2)，在各燃气分配管上开设有与助燃空气室7相通的孔(在图中未表示这些孔)，这些孔开在距末端130mm处，环向错列排列开孔8个，每个小孔的孔径为Φ14mm。导流叶片的长度为50～90mm，导流叶片的导程为1，每个燃气分配管管径为45毫米，长900毫米，助燃风由供风管路2经进风口6切向进入助燃风室7形成旋流至混风室11与燃气混合，且助燃风的旋向与燃气流动旋向相反。本发明适用的燃料为高炉煤气，热值为3260KJ/Nm³，额定功率下压力为3.2KPa，流速为27m/s。本发明中设置于供气管路的供气阀组与供风管路的供风阀组通过比例调节器相互联动，从而保证燃气与助燃空气精确配比。在燃气分配管束9中的每根管子内部设有导流叶片14，使进入燃气分配管束的燃气在导流叶片的作用下形成与室11中空气相反流向的旋流，在管束出口处与助燃空气形成的旋流相互作用，达到充分混合的目的。同时该燃气分配管束具有典型的阻火结构设计，具有防回火功能。

在本实施例中，燃烧器点火是由带有独立点火电极17的中心管枪8完成的。该中心管枪注入气源可以是燃料气体，也可另行接入其它易燃气源，如液化石油气；其外为助燃空气通道，即30～50KPa压缩空气通道。中心管枪与燃气仓隔绝。其助燃空气为经点火用压缩空气入口16供给的压缩空气。此部分压缩空气同时具有冷却点火电极的作用，以保证点火电极在点火动作完成后不必退出燃烧头12的情况下安全使用。中心管枪8与燃烧器通过安装法兰20连接，便于更换维修。

从附图4可见，带有独立点火电极17的中心管枪8相当于是置于燃烧器内的一个小功率燃烧器。在实际使用中，首先确认该点火火焰已建立后，再开启供气阀组和供风阀组，引燃主火焰；在确认主火焰建立后，点火过程完成。该过程可为程序控制，以确保点火安全可靠，且当主燃料气体杂质较多或热值较低时这种点火方式显得尤为重要。

由附图5给出的中心管枪的端部示意图可见，距点火枪22的出口50mm处的设置有旋流片21，点火枪22外为点火燃气管25，点火燃气管25外为助燃空气通道23。

在本实旋例中，大型工业燃气燃烧器采用钢制结构，当燃料气体及助燃空气温度达300摄氏度时仍能安全生产。在实际应用中，燃料气体可以直接使用工业可燃尾气，助燃空气可经余热加热后进入燃烧器节能环保效果显著。本燃烧器的燃气分配管束及燃烧头部分采用耐热不锈钢制成，设备预计其使用寿命不少于五年。

Claims

1.一种工业燃气燃烧器，包括：与工业燃气源连接的燃气供气管，与空气源连接的且位于燃气分配管外的空气室，用于使流动气体产生旋转的导流叶片，及燃气与空气混合的混风室，其特征在于燃气供气管的末端设置一个燃气仓，燃气仓用一个隔板与空气室隔开，在隔板上设置有位于空气室内的燃气分配管束，燃气分配管束的总面积按燃气流速在25～30m/s确定，每个燃气分配管的直径与长度比为1/10～1/20，并按此范围确定燃气分配管的数量，在各燃气分配管内设置有导流叶片，在各燃气分配管的下游距其总长度6/7以外的管壁上开设有与空气室连通的孔，每个燃气分配管径上的孔的总面积与该燃气分配管径之比为0.05～0.008，燃气分配管束下游末端与助燃空气室末端边缘的距离为30～50mm，这一区域为燃气与空气混合的混风及燃烧室。

2.一种工业燃气燃烧器，包括：与工业燃气源连接的燃气供气管，与空气源连接的且位于燃气分配管外的空气室，用于使流动气体产生旋转的导流叶片，及燃气与空气混合的混风室，其特征在于燃气供气管的末端设置一个燃气仓，燃气仓用一个隔板与空气室隔开，在隔板上设置有位于空气室内的燃气分配管束，燃气分配管束的总面积按燃气流速在25～30m/s确定，每个燃气分配管的直径与长度比为1/10～1/20，并按此范围燃气分配管的数量，在各燃气分配管内设置有导流叶片，在各燃气分配管的下游距其总长度6/7以外的管壁上开设有与空气室连通的孔，各孔的总面积按相应燃气分配管输出的燃气燃烧所需空气量的0.75～5倍确定，每个燃气分配管径上的孔的总面积与该燃气分配管径之比为0.05～0.008，燃气管束下游末端与空气室末端边缘的距离为30～50mm，这一区域为燃气与空气混合的混风及燃烧室，在燃烧区位置的空气室内壁上设置有沿轴线倾斜布置的导流叶片，导流叶片的高度为50～90mm，导流叶片的导程为1。

3.根据权利要求1或2所述的工业燃气燃烧器，其特征在于燃烧器的外轮廓截面为圆形，进气管与助燃空气室相切，燃气分配管喷出的气体在导流叶片作用下的旋流方向与空气室内旋转气体的旋流方向相反。

4.根据权利要求3所述的工业燃气燃烧器，其特征在于沿其轴线处设置有一个与可燃气体源连通且带有点火电极的中心管枪，该中心管枪由设置于中心的点火枪、点火燃气管和位于点火燃气管外的助燃空气通道构成，点火枪外为点火燃气管，点火燃气管外为助燃空气通道，且中心管枪与燃气仓隔绝，在燃气管末端设有与空气室连通的扩散小孔，小孔面积按点火枪燃气流通面积的1/4确定，位于中心管枪出口50mm处设置导流叶片，叶片导程为1，高度50mm。

5.根据权利要求4所的工业燃气燃烧器，其特征在于中心管枪中的燃气管与第二燃气源连通。