煤氣與空氣射流引射混合多孔體穩焰對衝均流燃燒器的製作方法

2023-04-30 09:04:11 1

專利名稱：煤氣與空氣射流引射混合多孔體穩焰對衝均流燃燒器的製作方法
技術領域：
本發明涉及燃燒器，特別是高爐熱風爐及其它工業窯爐用的一種煤氣與空氣射流弓I射混合多孔體穩焰對衝均流燃燒器。
背景技術：
當前，高爐熱風爐和其它工業爐窯從節能降耗上考慮，要求在燃燒低熱值高爐煤氣下獲得高性能和高效益，而最終達到高效、節能、環保、增產的目的。為此，高效而強化的燃燒過程就是十分必要的，這就涉及到燃燒裝置性能的好壞的問題。目前使用的各種氣體燃燒裝置，均以煤氣與空氣在燃燒空間中混合、預熱、著火燃燒模式為主，這種模式存在混合不均、燃燒不完全、燃燒室空間大、燃燒器結構複雜、燃燒氣流組織不當(即氣流分布不均)、燃燒氣流特徵隨負荷變動(即可控性差)等問題，故改進和創新勢在必行。

發明內容
針對上述情況，為克服現有技術缺陷，本發明之目的就是提供一種煤氣與空氣射流引射混合多孔體穩焰對衝均流燃燒器，有效解決燃燒裝置結構複雜，燃燒室空間大，氣體混合不均勻、燃燒不充分、汙染環境及浪費能源的問題。本發明解決的技術方案是，燃燒室的側牆體垂直方向設置預混氣進氣管，預混氣進氣管通過射流預混器與煤氣進氣管和空氣進氣管相連，構成對衝回流燃燒室結構；預混氣進氣管在接入燃燒室之前放置點火多孔體，預混氣進氣管的管孔方向與氣流方向一致; 射流預混器為同心漸縮套管結構，以實現煤氣與空氣相互引射的混合，引射流速為40 50m/s,以保證兩種氣流快速的對流預混且互不串風，防止煤氣或空氣倒灌進入空氣或煤氣管路；預混氣進氣管由3 12個組成，對稱分布在燃燒室的空間內，對應的射流預混器的個數與預混氣進氣管個數相同；燃燒室內充填有多孔蓄熱體，多孔蓄熱體的孔的流通方向與燃燒器軸向一致，以保證與燃燒器出口的氣流方向一致；燃燒室側牆體上垂直布置有與周期換熱設備相接的熱風或煙氣的出口管；燃燒室下端有連接體，以便與爐窯的爐膛空間對接。本發明有效解決了低熱值煤氣燃燒不穩定、燃燒強度弱、燃燒溫度低等關鍵問題， 將煤氣與空氣間的邊混合邊燃燒的佔用大量燃燒空間的長焰燃燒方式改變為預混氣流藉助於多孔體的大接觸表面預熱混合氣的無焰燃燒方式，由於多孔體的調壓均流作用，而使煙氣以分布均勻的氣流進入爐窯本體，鑑於燃燒過程集中在對衝回流燃燒室中完成，這樣就極大地節省了爐窯的燃燒空間，有效減低其製作成本。顯然，採用這種多孔體中無焰燃燒方式既提高了燃燒過程的完全程度又省去了爐窯的燃燒室，且還能實現了一定程度的自身預熱(主要在送風轉為燃燒的初期)，因而省去了煤氣與空氣的預熱裝置。顯然，該燃燒器相對於其他採用氣體燃燒類型的燃燒器而言，不僅自身在簡單的結構下實現了預混氣流多孔體中高溫預熱與高強度燃燒，而且對工業爐窯整體結構的簡化和熱工特性的改善都起到了至關重要的作用。


圖1為本發明的剖面主視圖。圖2為本發明圖1中A-A向截面圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施方式
作詳細說明。由圖1-圖2給出，本發明的結構是，燃燒室1的側牆體垂直方向設置預混氣進氣管3，預混氣進氣管通過射流預混器4與煤氣進氣管5和空氣進氣管6相連，構成對衝回流燃燒室結構；預混氣進氣管3在接入燃燒室1之前放置點火多孔體7，預混氣進氣管的管孔方向與氣流方向一致；射流預混器4為同心漸縮套管結構，以實現煤氣與空氣相互引射的混合，引射流速為40 50m/s，以保證兩種氣流快速的對流預混且互不串風，防止煤氣或空氣倒灌進入空氣或煤氣管路；預混氣進氣管3由3 12個組成，對稱分布在燃燒室1的空間內，對應的射流預混器4的個數與預混氣進氣管3個數相同；燃燒室1內充填有多孔蓄熱體2，多孔蓄熱體的孔的流通方向與燃燒器軸向一致，以保證與燃燒器出口的氣流方向一致；燃燒室1側牆體上垂直布置有與周期換熱設備相接的熱風或煙氣的出口管8 ；燃燒室1 下端有連接體9，以便與爐窯的爐膛空間對接。所述的多孔蓄熱體2是由多個蜂窩狀管組合在一起構成的錐形體，孔徑為12 24mm，孔隙率> 35%，孔的流通是從上到下的方向，與燃燒器出口氣流方向相一致；所述的點火多孔體7，是由高溫陶瓷(800-1400°C)製成的蜂窩管狀結構，孔徑為8 20mm，孔隙率 ^ 60%,孔截面是方孔或六邊形；所述的連接體9為迷宮式連接體或法蘭式連接體，當熱風爐時，採用無應力相互作用的迷宮式連接體，當窯爐時，採用法蘭式連接體，以實現與爐窯的爐膛孔徑對接。該燃燒器整體外形為鍾罩狀結構，包含燃燒室，其內被錐形的多孔蓄熱體2充填， 能使氣流在其中進一步預熱燃燒，形成均勻流出的高溫煙氣流，燃燒室1牆體上布置垂直熱風爐軸線的預混氣進氣管3，其通過射流預混器4與煤氣進氣管5和空氣進氣管6相連； 預混氣進氣管3在進入燃燒室1前要通過點火多孔體7，以實現預混氣的點燃與火焰穩定； 預混氣進氣管3的個數一般為3到12個不等並對稱布置，其目的在於同多孔蓄熱體2 —起形成沿軸向的均勻氣流流場和在多孔蓄熱體中完成燃燒過程。使用上述燃燒器時，煤氣與空氣分別從煤氣進氣管5和空氣進氣管6進入，經過射流預混器4後進入預混氣進氣管通過其中的點火多孔體7後著火燃燒，並進入燃燒室1，直接與多孔蓄熱體2相遇而轉折向上；當與對稱而來的同樣氣流相遇後，又因燃燒器球頂限制而只能折返向下，進入多孔蓄熱體2，完成燃燒過程，燃燒後的高溫煙氣以均溫均流的流場分布而流出燃燒器。應該說，經過點火多孔體7後的氣流一直處在燃燒過程中，當輾轉進入多孔蓄熱體2中時燃燒過程已經進入尾聲，但當熱負荷高時多孔蓄熱體的燃盡作用是不可忽視的。當燃燒器是周期性運行時，如在熱風爐中的燃燒器，由於送風階段熱風會流經燃燒室1中的多孔蓄熱體，使其溫度逐步達到熱風溫度，並藉助多孔蓄熱體本身的質量而儲蓄部分熱量，當轉入燃燒階段時這部分熱量就成為初期預熱預混氣流的熱量，從而使得燃燒過程具有了自身預熱高強度燃燒的特徵，這就有效提高了初期燃燒過程的燃燒溫度並能快速使燃燒過程在較高的溫度下進行，有利於在相應的燃燒時間內將多孔蓄熱體(可由格子磚堆砌而成)燒透(儲蓄更多的熱量)。這也就保證了送風過程達到穩定而持續輸送高風溫的效果。此外，點火多孔體7因放置在預混氣進入燃燒室的位置，能有效防止射流預混器 4在送風階段因高溫輻射而升溫過高，有效保證其安全運行。本發明由於是多個預混氣進氣管對稱布置，氣流不可能繞過多孔蓄熱體而只能在遇到燃燒室球頂後再折返回來，向下進入多孔蓄熱體的蜂窩狀軸向通孔之中。由於點火多孔體和多孔蓄熱體是蜂窩管狀結構，有較大的接觸面(其單位體積交換面積在100 150平方米之間)使得燃燒過程能快速且充分地在燃燒器中完成，且同時藉助於多孔蓄熱體混流均壓的作用而形成流出燃燒器的均溫均流的煙氣流場。顯然，在有限空間中利用多孔材料特徵實現快速預熱與燃燒，能有效降低過量空氣係數、提高燃燒溫度與燃燒強度、進而極大地簡化燃燒器結構與減輕燃燒器重量。其溫度更接近理論燃燒溫度(甚至還能出現超焓燃燒狀態)，這就能在較低煤氣熱值下實現高的燃燒溫度。本發明是避開燃燒室中氣流混合燃燒的模式，利用煤氣與空氣在管道中混合，在多孔體中預熱完成燃燒過程，以實現真正意義上的無焰燃燒模式，這就必然導致產生的煙氣流場更加均溫均流，而且不受負荷變動的影響。同時，燃燒器的結構因去掉了複雜的燃燒器噴嘴的特殊結構而大為簡化，而無焰燃燒省去了有焰燃燒的燃燒空間，使得熱風爐和其它工業窯爐的製作成本明顯下降。如將這樣的燃燒器應用到相應的熱風爐中，能實現高強度的無焰燃燒過程，且能進一步通過格子磚調壓均流和增強傳熱的結構實現了均勻高效的傳熱-蓄熱過程。對這種熱風爐而言，由於去掉了空間燃燒室，多孔蓄熱體幾乎充滿了熱風爐的內空間，在相同熱值的煤氣下，其燃燒溫度會提高(減少散熱與自身預熱效果)，且部分燃燒過程還會在多孔蓄熱體中進行，這也增加了多孔蓄熱體的高溫蓄熱，因而有利於在低熱值煤氣燃燒溫度不高(約1400°C左右)的前提下實現穩定的高熱風溫度(1350°C)。由於燃燒溫度能控制在1400°C上下就不會引起氮氧化物的大量生成，減少環境汙染和防止爐殼的晶間腐蝕。總之，本發明應用射流混合原理實現進入燃燒室氣流的快速預混合，利用多孔體完成預混氣流的自身預熱與迅速完全燃燒。該燃燒器克服了常規氣體燃燒裝置氣流空間混合不均、燃燒不完全、火焰不穩定、燃燒強度難提高、燃燒氣流速度分布不均勻、氣流結構不可控等燃燒過程中的關鍵問題。使用這種燃燒器能夠有效地保證工業爐窯高效、高溫、 均速、高熱強度、且安全與穩定地運行，繼而實現節省燃料、節約投資、降低廢氣溫度與排放量、減少環境汙染的良好的經濟效益與社會效益。
權利要求
1.一種煤氣與空氣射流引射混合多孔體穩焰對衝均流燃燒器，其特徵在於，燃燒室 (1)的側牆體垂直方向設置預混氣進氣管(3)，預混氣進氣管通過射流預混器(4)與煤氣進氣管(5)和空氣進氣管(6)相連，構成對衝回流燃燒室結構；預混氣進氣管(3)在接入燃燒室(1)之前放置點火多孔體(7)，預混氣進氣管的管孔方向與氣流方向一致；射流預混器 (4)為同心漸縮套管結構，以實現煤氣與空氣相互引射的混合，引射流速為40 50m/s，以保證兩種氣流快速的對流預混且互不串風，防止煤氣或空氣倒灌進入空氣或煤氣管路；預混氣進氣管(3)由3 12個組成，對稱分布在燃燒室(1)的空間內，對應的射流預混器(4) 的個數與預混氣進氣管(3)個數相同；燃燒室(1)內充填有多孔蓄熱體(2)，多孔蓄熱體的孔的流通方向與燃燒器軸向一致，以保證與燃燒器出口的氣流方向一致；燃燒室(1)側牆體上垂直布置有與周期換熱設備相接的熱風或煙氣的出口管(8 )；燃燒室(1)下端有連接體 (9)，以便與爐窯的爐膛空間對接。
2.根據權利要求1所述的煤氣與空氣射流引射混合多孔體穩焰對衝均流燃燒器，其特徵在於，所述的多孔蓄熱體(2)是由多個蜂窩狀管組合在一起構成的錐形體，孔徑為12 24mm，孔隙率> 35%，孔的流通是從上到下的方向，與燃燒器出口氣流方向相一致。
3.根據權利要求1所述的煤氣與空氣射流引射混合多孔體穩焰對衝均流燃燒器，其特徵在於，所述的點火多孔體(7)，是由高溫陶瓷製成的蜂窩管狀結構，孔徑為8 20mm，孔隙率> 60%，孔截面是方孔或六邊形。
4.根據權利要求1所述的煤氣與空氣射流引射混合多孔體穩焰對衝均流燃燒器，其特徵在於，所述的連接體(9)為迷宮式連接體或法蘭式連接體，當熱風爐時，採用無應力相互作用的迷宮式連接體，當窯爐時，採用法蘭式連接體，以實現與爐窯的爐膛孔徑對接。
全文摘要
本發明涉及煤氣與空氣射流引射混合多孔體穩焰對衝均流燃燒器，有效解決燃燒裝置結構複雜，燃燒室空間大，氣體混合不均勻、燃燒不充分、汙染環境及浪費能源的問題，燃燒室的側牆體設置預混氣進氣管，預混氣進氣管通過射流預混器與煤氣進氣管和空氣進氣管相連，預混氣進氣管在接入燃燒室之前放置點火多孔體，預混氣進氣管對稱分布在燃燒室的空間內，燃燒室內充填有多孔蓄熱體，燃燒室側牆體上有熱風或煙氣的出口管，燃燒室下端有連接體，本發明有效解決了低熱值煤氣燃燒不穩定、燃燒強度弱、燃燒溫度低等關鍵問題，有效減低其製作成本，在簡單的結構下實現了預混氣流多孔體中高溫預熱與高強度燃燒。
文檔編號F23D14/04GK102330980SQ20111023685
公開日2012年1月25日 申請日期2011年8月18日 優先權日2011年8月18日
發明者陳維漢 申請人:陳維漢