预混气与非预混气强旋流互预热燃烧的燃烧装置

摘要

本发明涉及预混气与非预混气强旋流互预热燃烧的燃烧装置，有效解决助燃空气与煤气混合不均匀、混合强度不高、气流流场分布难以均匀、燃烧温度不高的问题，混合燃烧室下部有多孔体烟气出口，燃烧器墙体的圆筒体上有至少1对混合器筒体，混合器筒体外端有上下对称的煤气进口管和空气进口管，外端封闭处有伸进混合器筒体内的调节气流喷嘴，混合器筒体内端经混合器喷嘴与混合燃烧室倾斜连通，混合器筒体内有固定在混合器筒体内壁上的气流隔板。本发明改善了煤气与空气旋流预混合燃烧特性，实现在强旋流混合燃烧室中旋流燃烧的强化，达到“超焓燃烧”的技术效果，实现燃烧过程的整体可控。

说明书

技术领域

本发明涉及工业炉窑类的热利用设备使用的气流调控燃烧的设备，特别是一种预混气与非预混气强旋流互预热燃烧的燃烧装置。

背景技术

当前，在工业炉窑中随着工艺过程的优化以及对环保问题的日趋突出，对燃烧器的燃烧过程的高效燃烧与可调节燃烧提出更高要求，在燃烧技术取得长足进展的条件下，如何利用强旋流实现高强度自预热燃烧，以显著提高燃烧强度与温度，甚至产生超过理论燃烧温度的局部燃烧温度，正是目前迫切要解决的问题。

发明内容

针对上述情况 ，为克服现有技术缺陷，本发明之目就是提供一种预混气与非预混气强旋流互预热燃烧的燃烧装置，可有效解决助燃空气与煤气混合不均匀、混合强度不高、气流流场分布难以均匀、燃烧温度不高等多种问题。

本发明解决的技术方案是，包括燃烧器墙体、混合燃烧室、混合器筒体、混合器喷嘴、气流隔板、调节气流喷嘴、煤气进口管、空气进口管和多孔体烟气出口， 燃烧器墙体为上部的半球顶和下部的圆筒体连接组成，燃烧器墙体的内腔为混合燃烧室，混合燃烧室的下部有多孔体烟气出口，燃烧器墙体的圆筒体上水平对称均布有至少1对混合器筒体，混合器筒体的外端侧壁上布置有呈上下对称状的煤气进口管和空气进口管，混合器筒体的外端封闭，外端封闭处中心沿轴向布置有伸进混合器筒体内的调节气流喷嘴，混合器筒体的内端伸进燃烧器墙体的圆筒体内经混合器喷嘴与混合燃烧室倾斜连通，混合器筒体内在煤气进口管和空气进口管之间的空间处的调节气流喷嘴两侧水平对称装有固定在混合器筒体内壁上的气流隔板。

本发明是对现有工业炉窑燃烧装置的结构与性能所做的突破性改进，并改善煤气与空气旋流预混合燃烧特性，实现在强旋流混合燃烧室中旋流燃烧的强化，且通过预混及非预混的燃烧方式来实现相互强化的燃烧状态，使之达到“超焓燃烧”的技术效果，从而实现燃烧过程的整体可控，本发明中煤气与空气分别由上下两个方向进入混合器筒体，在气流隔板出口端形成中部为预混气流、而上部与下部为未混合的煤气与空气的喷嘴出口气流分布，由于混合器筒体至少有对称的两个，进入对称的两个混合器筒体内的空气与煤气，形成相反的喷嘴出口气流分布，于是两股气流在混合燃烧室形成中部的强旋流自预热燃烧而上、下部气流是强旋流混合以及与中部燃烧气流间强烈的预热燃烧，这就极易出现局部的燃烧过程的自强化现象，从而出现“超焓燃烧”的整体自预热的强化燃烧过程，由于设置了调节气流喷嘴，燃烧过程的调节与控制得以快速达到，在工业炉窑上采用本发明这种强旋流的预混燃烧与非预混燃烧的结合，可以在针对不同燃气燃烧时有效提高燃烧装置性能与适应能力，最终达到节省燃料、节约投资、降低有害气体排放量。

附图说明

图1为本发明的剖面主视图。

图2为本发明图1的A-A向剖面俯视图。

图3为本发明图1的B-B向剖面右视图。

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。

如图1-图3所示，本发明包括燃烧器墙体1、混合燃烧室2、混合器筒体3、混合器喷嘴4、气流隔板5、调节气流喷嘴6、煤气进口管7、空气进口管8和多孔体烟气出口9， 燃烧器墙体1为上部的半球顶和下部的圆筒体连接组成，燃烧器墙体的内腔为混合燃烧室2，混合燃烧室的下部有多孔体烟气出口9，燃烧器墙体的圆筒体上水平对称均布有至少1对混合器筒体3，混合器筒体的外端侧壁上布置有呈上下对称状的煤气进口管7和空气进口管8，混合器筒体3的外端封闭，外端封闭处中心沿轴向布置有伸进混合器筒体内的调节气流喷嘴6，混合器筒体3的内端伸进燃烧器墙体的圆筒体内经混合器喷嘴4与混合燃烧室倾斜连通，混合器筒体内在煤气进口管和空气进口管之间的空间处的调节气流喷嘴6两侧水平对称装有固定在混合器筒体内壁上的气流隔板5。

所述的燃烧器墙体1为耐热钢制成的壳体内壁上砌筑耐高温抗热震的耐火材料构成的上部半球形、下部圆筒形的组合结构。

所述的混合器筒体3的截面为矩形或圆形。

所述的每对混合器筒体3中的其中一个混合器筒体上的煤气进口管7和空气进口管8与相对称的另一个混合器筒体上的煤气进口管7和空气进口管8的位置相反（即当每对混合器筒体中的其中一个混合器筒体上的煤气进口管7在上、空气进口管8在下时，相对称的另一个混合器筒体上的煤气进口管7则在下、空气进口管8在上）。

所述的气流隔板5的长度大于煤气进口管或空气进口管的内径、小于调节气流喷嘴6在混合器筒体内的长度。

所述的混合器筒体3和混合器喷嘴4同轴连通，混合器喷嘴4的出口与混合燃烧室相连通，混合器喷嘴4的轴向与混合燃烧室径向之间的倾斜角度为0°-90°。

所述的调节气流喷嘴6的内端为出口段，调节气流喷嘴6的出口段穿过煤气进口管和空气进口管之间的空间伸进同轴的混合器筒体3的内端插入到混合器喷嘴4中。

所述的调节气流喷嘴的截面为矩形或圆形。

所述的混合器喷嘴4和混合燃烧室2相连通的一端为混合器喷嘴的出口端，混合器喷嘴的出口端为高度大于长度的矩形结构。

所述的混合器喷嘴的出口端沿高度方向分割成至少三个独立出口。

所述的多孔体烟气出口9为耐1500℃高温的陶瓷材料制成的均布有多个上下相通孔的多孔体结构。

实施时，煤气和助燃空气分别通过煤气进口管7和空气进口管8进入两个混合器筒体3中，因受气流隔板5的限制，助燃空气与煤气不能进行充分的混合，在其中一个混合器筒体3内形成上部煤气、中部混合气、下部助燃空气的气流分布，另一个混合器筒体3内形成上部是空气、中部是混合气、下部是煤气的气流分布，继而进入混合燃烧室2形成强旋流的分层的上下为气流先混合再预热燃烧状态，而中间为预混气预热燃烧状态的相互关联的传热、流动与燃烧的燃烧过程；由于混合燃烧室2为近乎绝热的环境，相互的加热燃烧过程得以不断地强化，而且在混合燃烧室2的出口端（即混合燃烧室的下部）通过多孔体烟气出口9把尽可能多的高温热量储存起来，再以辐射传热的形式传递给正在预混合的预热燃烧的旋流气流；这样，煤气与空气的高流速、强旋流、高燃烧强度与高燃烧温度的相互促进的自我强化的燃烧过程得以实现，且出现“超焓燃烧”的燃烧状态；为低热值煤气的高强且高温的燃烧提供了相应的燃烧环境；但是，这样的燃烧过程（正反馈系统）实际上存在不可控的特征，在高负荷时温度高，在高热值状况下温度高，虽然高温烟气的流出起着平衡的作用，但却是不稳定的作用；为此，调节气流（回流烟气、或二次空气）就通过调节气流喷嘴6进入混合燃烧室，有效抑制“超焓（超绝热）燃烧”过程的产生，降低燃烧温度与降低燃烧强度；显然，自我强化的燃烧过程结合调控气流自动介入的调节，使得本发明这种燃烧装置的高强度与高温燃烧以及可控燃烧有机的结合起来，成为实现各种气体燃料的优化的燃烧装置。因此，本发明燃烧装置在热利用设备上的应用，能充分改善与优化其热工性能，有效实现工艺过程的调节与控制，以及减小污染物排放与提高能量利用效率，使其节能环保的效益彰显无疑。

本发明是一种能够实现部分预混气强旋流燃烧与部分气流旋流混合与互预热燃烧的并通过混合燃烧室出口端的起蓄热作用的多孔体烟气出口实现蓄热与气流整流的燃烧装置。

本发明有效解决助燃空气与煤气混合不均匀、混合强度不高、气流流场分布难以均匀、燃烧温度较低等多种问题，而且还能实现在高旋流强度下的预混燃烧强度和高燃烧温度，并且借助高燃烧温度在强旋流状态下与实现未预混部分充分预混及预热燃烧，此时的燃烧状态极易进入相互强化的燃烧状态，使得余下的燃烧过程强度更高、燃烧温度更高，而且本发明燃烧装置的燃烧强度与燃烧温度还可以有效调节与控制，这为低热值煤气的高强、控温、控氮、高效的燃烧提供有效的技术手段。