煤气富氧助燃的预混旋流燃烧装置

1.一种煤气富氧助燃的预混旋流燃烧装置，包括燃烧室墙体（1）、燃烧室（2）、预混气流装置（3）、煤气进气管（4）、空气进气管（5）、煤气喷嘴管（4a）、空气喷嘴管（5a）、富氧空气喷管（6），预混燃烧通道（7）、气流调节喷管（8）和燃烧室出口（9），其特征在于，燃烧室墙体（1）是由上部的球形拱顶与下部垂直的筒形墙体连成一体构成，燃烧室墙体的内部为燃烧室（2），燃烧室（2）下部墙体上有与燃烧室连通的水平方向倾斜的预混燃烧通道（7），预混燃烧通道的另一端伸出燃烧室墙体，和套管式的预混气流装置（3）相连接，预混气流装置为由直径不同的富氧空气喷管（6）、富氧空气喷管外部的煤气喷嘴管（4a）和煤气喷嘴管外部的空气喷嘴管（5a）同轴呈阶梯状套叠在一起构成的套筒状结构，富氧空气喷管（6）为细长管状结构，煤气喷嘴管（4a）为减缩渐扩管状结构，空气喷嘴管（5a）为圆筒形，空气进气管（5）的下口与空气喷嘴管垂直相连通，空气进气管的上口向上伸出，空气喷嘴管（5a）和煤气喷嘴管（4a）之间构成外层环状缝隙，煤气喷嘴管和富氧空气喷管之间构成内层环状缝隙，煤气喷嘴管的内端周壁上沿周向布置多个空气喷孔（5b），煤气进气管（4）置于空气喷嘴管外侧，煤气进气管的上口与煤气喷嘴管垂直相连通，煤气进气管的下口向下伸出，气流调节喷管（8）装在燃烧室墙体的球形拱顶的顶部与燃烧室（2）同轴相连通，燃烧室出口（9）装在燃烧室的底部与燃烧室墙体的筒形墙体同轴套接在一起。
2.根据权利要求1所述的煤气富氧助燃的预混旋流燃烧装置，其特征在于，所述的燃烧室墙体（1）为金属外壳内壁上砌筑耐高温1300℃～1500℃的耐火材料层构成的圆筒形，由抗热震性强的红柱石高铝砖或堇青石-莫来石砖砌筑成的内层、由轻质耐火砖砌筑成的外层，以及外层外面的陶瓷纤维棉与喷涂层由内向外依次组合在一起构成。
3.根据权利要求1所述的煤气富氧助燃的预混旋流燃烧装置，其特征在于，所述的预混燃烧通道（7）是由抗热震性强的红柱石高铝砖或堇青石-莫来石砖砌筑构成偏心的圆形孔道，预混燃烧通道与燃烧室呈相切状连通，中心轴线与燃烧室的中心轴线呈正交状。
4.根据权利要求1所述的煤气富氧助燃的预混旋流燃烧装置，其特征在于，所述的预混气流装置（3）由耐热铸铁、或耐热钢、或金属外壳内用耐火材料浇筑构成的三层套管式结构，内层为富氧空气喷管（6），中间层为煤气喷嘴管（4a），外层为空气喷嘴管（5a），空气喷嘴管的内端和预混燃烧通道的伸出端对接在一起，外端为封闭式；煤气喷嘴管的内端伸进空气喷嘴管（5a）内部，装在预混燃烧通道的伸出端上，和预混燃烧通道相连通，煤气喷嘴管的外端为封闭式；富氧空气喷管的内端伸进煤气喷嘴管内部，和煤气喷嘴管相连通，外端部有进气口。
5.根据权利要求1所述的煤气富氧助燃的预混旋流燃烧装置，其特征在于，所述的煤气喷嘴管（4a）的内端由第一喇叭形喷管和第二喇叭形喷管的小口端对接在一起构成，第一喇叭形喷管的大口端和预混燃烧通道相连接，第二喇叭形喷管的大口端和煤气喷嘴管（4a）的外端相连接，第一喇叭形喷管的长度小于第二喇叭形喷管的长度，第一喇叭形喷管的管壁周向周向均布有多个喷孔（5b）。
6.根据权利要求5所述的煤气富氧助燃的预混旋流燃烧装置，其特征在于，所述的空气喷孔（5b）与煤气喷嘴管（4a）的轴线间夹角为20°～45°。
7.根据权利要求5所述的煤气富氧助燃的预混旋流燃烧装置，其特征在于，所述的煤气喷嘴管（4a）的外端为圆筒形。

煤气富氧助燃的预混旋流燃烧装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及工业炉窑的燃烧装置，特别适用于燃烧气体燃料的加热炉（或热风炉）用的一种煤气富氧助燃的预混旋流燃烧装置。\n背景技术\n[0002] 当前，工业炉窑从节能降耗上考虑要求在燃烧低热值煤气下获得高温、均温、均流与高性能，以最终达到高效、节能、环保、增产的目的。为此，在工业炉窑中除必须实现优化的燃烧过程与强化的传热过程相结合的炉内过程外还需采用富氧助燃的燃烧技术。这就涉及到相应燃烧器与燃烧室的结构，以及相互间的合理配置，从而产生出较好的技术效果。纵观目前使用的各种高炉热风炉的燃烧器总是存在因设计理念问题而引起的结构上的各种问题，这就势必造成煤气与空气混合不均、燃烧不完全；当在燃烧器与燃烧室空间的位置配合不适当时，又会出现燃烧室中气流流场特征的不确定、气流分布的不均匀、燃烧强度低等问题；这样的燃烧器和与之配合的燃烧室结构，即使在采用富氧助燃方式时也很难达到理想的热工效果。因此，必须采用适合于富氧燃烧的相关的燃烧器结构以及与之支配和的燃烧室结构——燃烧装置结构，从而产生良好的燃烧效果与合理的流场结构。\n发明内容\n[0003] 针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明之目的就是提供一种煤气富氧助燃的预混旋流燃烧装置，可有效解决目前的燃烧器不能适用于富氧助燃用的问题。\n[0004] 本发明采用的技术方案是，包括燃烧室墙体、燃烧室、预混气流装置、煤气进气管、空气进气管、煤气喷嘴管、空气喷嘴管、富氧空气喷管，预混燃烧通道、气流调节喷管和燃烧室出口，燃烧室墙体是由上部的球形拱顶与下部垂直的筒形墙体连成一体构成，燃烧室墙体的内部为燃烧室，燃烧室下部墙体上有与燃烧室连通的水平方向倾斜的预混燃烧通道，预混燃烧通道的另一端伸出燃烧室墙体，和套管式的预混气流装置相连接，预混气流装置为由直径不同的富氧空气喷管、富氧空气喷管外部的煤气喷嘴管和煤气喷嘴管外部的空气喷嘴管同轴呈阶梯状套叠在一起构成的套筒状结构，富氧空气喷管为细长管状结构，煤气喷嘴管为减缩渐扩管状结构，空气喷嘴管为圆筒形，空气进气管的下口与空气喷嘴管垂直相连通，空气进气管的上口向上伸出，空气喷嘴管和煤气喷嘴管之间构成外层环状缝隙，煤气喷嘴管和富氧空气喷管之间构成内层环状缝隙，煤气喷嘴管的内端周壁上沿周向布置多个空气喷孔，煤气进气管置于空气喷嘴管外侧，煤气进气管的上口与煤气喷嘴管垂直相连通，煤气进气管的下口向下伸出，气流调节喷管装在燃烧室墙体的球形拱顶的顶部与燃烧室同轴相连通，燃烧室出口装在燃烧室的底部与燃烧室墙体的筒形墙体同轴套接在一起。\n[0005] 本发明是在工业炉窑燃烧装置现有结构的基础上所做的改进与创新，同向相交多股空气射流与煤气射流的预混混方式的采用，结合煤气射流中心添加富氧喷射的喷射预混合方式，以形成的多流股射流间与多环层射流间的充分完全的预混合，进而预混气流经预混燃烧通道以旋流方式进入燃烧室，并在其中通过调节气流量的作用而完成燃烧过程，从而有效实现工业炉窑燃烧装置的快速而均匀的分级混合与富氧助燃的高温预热燃烧，有效提高了燃烧强度与燃烧的稳定性。在工业炉窑上采用这种富氧燃烧的燃烧装置后，在有效保证工业炉窑安全与稳定前提下的高效、高燃烧温度、高热强度运行。因燃烧器的简化而节省投资成本约15%左右，因有效降低废气温度而节省燃料10%左右，因富氧燃烧而有效降低了氮氧化物（NOx）的排放量，且因燃烧完全而降低了可燃气（CO、CnHm等）害气体的排放量，从而减少对环境的污染。\n附图说明\n[0006] 图1为本发明的剖面主视图。\n[0007] 图2为本发明图1的A-A向剖面俯视图。\n具体实施方式\n[0008] 以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。\n[0009] 如图1及图2所示，本发明包括燃烧室墙体1、燃烧室2、预混气流装置3、及其上的煤气进气管4、空气进气管5、煤气喷嘴管4a、空气喷嘴管5a、富氧空气喷管6，预混燃烧通道7、气流调节喷管8和燃烧室出口9，燃烧室墙体1是由上部的球形拱顶与下部垂直的筒形墙体连成一体构成，燃烧室墙体的内部为燃烧室2，燃烧室2下部墙体上有与燃烧室连通的水平方向倾斜的预混燃烧通道7，预混燃烧通道的另一端伸出燃烧室墙体，和套管式的预混气流装置3相连接，预混气流装置为由直径不同的富氧空气喷管6、富氧空气喷管外部的煤气喷嘴管4a和煤气喷嘴管外部的空气喷嘴管5a同轴呈阶梯状套叠在一起构成的套筒状结构，富氧空气喷管6为细长管状结构，煤气喷嘴管4a为渐缩管状结构，空气喷嘴管5a为圆筒形，空气进气管5的下口与空气喷嘴管垂直相连通，空气进气管的上口向上伸出，空气喷嘴管5a和煤气喷嘴管4a之间构成外层环状缝隙，煤气喷嘴管和富氧空气喷管之间构成内层环状缝隙，煤气喷嘴管的内端周壁上沿周向布置多个空气喷孔5b，煤气进气管4置于空气喷嘴管外侧，煤气进气管的上口与煤气喷嘴管垂直相连通，煤气进气管的下口向下伸出，气流调节喷管8装在燃烧室墙体的球形拱顶的顶部与燃烧室2同轴相连通，燃烧室出口9装在燃烧室的底部与燃烧室墙体的筒形墙体同轴套接在一起。\n[0010] 所述的燃烧室墙体1为金属外壳内壁上砌筑耐高温1300℃～1500℃的耐火材料层构成的圆筒形，由抗热震性强的红柱石高铝砖或堇青石-莫来石砖砌筑成的内层、由轻质耐火砖砌筑成的外层，以及外层外面的陶瓷纤维棉与喷涂层由内向外依次组合在一起构成。\n[0011] 所述的预混燃烧通道7是由抗热震性强的红柱石高铝砖或堇青石-莫来石砖砌筑构成偏心的圆形孔道，预混燃烧通道与燃烧室呈相切状连通，中心轴线与燃烧室的中心轴线呈正交状。\n[0012] 所述的预混气流装置3由耐热铸铁、或耐热钢、或金属外壳内用耐火材料浇筑构成的三层套管式结构，内层为富氧空气喷管6，中间层为煤气喷嘴管4a，外层为空气喷嘴管5a，空气喷嘴管的内端和预混燃烧通道的伸出端对接在一起，外端为封闭式；煤气喷嘴管的内端伸进空气喷嘴管5a内部，装在预混燃烧通道的伸出端上，和预混燃烧通道相连通，煤气喷嘴管的外端为封闭式；富氧空气喷管的内端伸进煤气喷嘴管内部，和煤气喷嘴管相连通，外端部有进气口。\n[0013] 所述的煤气喷嘴管4a的内端由第一喇叭形喷管和第二喇叭形喷管的小口端对接在一起构成，第一喇叭形喷管的大口端和预混燃烧通道相连接，第二喇叭形喷管的大口端和煤气喷嘴管4a的外端相连接，第一喇叭形喷管的长度小于第二喇叭形喷管的长度，第一喇叭形喷管的管壁周向周向均布有多个空气喷孔5b。\n[0014] 所述的空气喷孔5b与煤气喷嘴管4a的轴线间夹角为20°～45°。\n[0015] 所述的煤气喷嘴管4a的外端为圆筒形。\n[0016] 使用时，煤气通过煤气进气管4进入煤气喷嘴管4a，富氧空气直接进入富氧空气喷管6，助燃空气通过空气进气管5进入空气喷嘴管5a，再进入周向均布空气喷孔5b，并同时进入预混燃烧通道7，在这里中心部位煤气与富氧空气边混合边被预热而首先着火燃烧，产生的高温烟气随即预热正在四周混合的煤气与助燃空气，并使其也开始着火燃烧，继而一起进入燃烧室2，在旋流流动中完成混合与燃烧过程，若采用的是欠氧燃烧方式，其补充空气或富氧空气是通过燃烧室顶部的气流调节喷管8进入燃烧室，在与烟气中的煤气混合而继续完成燃烧过程，随之经过燃烧室出口9而进入工业炉窑的热利用装置中。\n[0017] 显然，相对于采用其他气体燃烧装置的工业炉窑而言，基于本发明提出的燃烧装置是通过煤气与富氧空气的高速射流混合与煤气与助燃空气小流股射流混合的结合，实现了高速预混合先于小流股射流预混合着火燃烧，并起到预热小流股射流预混合气流且使其着火燃烧，借以提高燃烧火焰的稳定性和燃烧过程的分级性，并确保整个燃烧过程的高效与高强度。\n[0018] 本发明是为了适应气体燃料富氧助燃的现状，提出一种煤气、助燃空气、富氧空气（或纯氧）之间实现良好混合状态的燃烧装置，可有效完成气流的分级均匀混合、预混气流流场的合理分布，以及烟气流场的均匀分布，从而提高燃烧温度、加快燃烧速率、促进燃烧完全、降低过量空气系数、以及提高热利用设备的热利用率等。此外，本发明在改善燃烧过程的同时也能有效减小燃烧室乃至热利用装置的结构空间。