CN101571289B

CN101571289B - 燃气脉动燃烧加热炉

Info

Publication number: CN101571289B
Application number: CN2009100717742A
Authority: CN
Inventors: 翟明; 董芃; 徐艳英
Original assignee: Harbin Institute of Technology Shenzhen
Current assignee: Harbin Institute of Technology Shenzhen
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2029-04-14
Also published as: CN101571289A

Abstract

本发明公开了一种燃气脉动燃烧加热炉，它采用脉动与稳态燃烧传热相结合的方式，在燃烧室出口到去耦室之间的尾管内进行脉动燃烧传热，去耦室之后设置多烟管进行稳态燃烧传热，通过监控燃烧室内压力、去耦室内压力以及尾部出口烟气成分来保证和控制前半段的脉动燃烧。本发明的脉动燃烧加热炉内含两套脉动燃烧系统，燃气与空气均稳定供给，不设置单向阀门，所有尾管共用一个去耦室，相对于每个燃烧室来说，去耦室的容积均足够大，既满足了尾管出口的声学条件又能够合理利用炉内空间。

Description

燃气脉动燃烧加热炉

技术领域

本发明涉及一种燃气脉动燃烧加热炉

背景技术

基于常规稳态燃烧和传热的加热炉一直沿用自然通风的负压燃烧方式及大直径、低流速的对流传热面结构形式，燃烧与传热过程的控制和改善都受到很大限制。为了达到以较少的燃料和钢材投入而获得较多的有效热量产出，必须充分有效地实现加热炉中的能量转换，使燃料的能量充分地释放和有效地传递。

脉动燃烧是不同于常规稳态燃烧的一种特殊的燃烧过程，它是一定声学条件控制下的周期性脉动的燃烧过程。高强度声脉动的结果可以极大地强化混合、传热和传质过程，从能量转换效率的角度来看，在可控条件下的某些类型的不稳定燃烧能成为提高效率，节省燃料的一种有效途径。因此，出现了一些利用燃烧不稳定性和在一定声学条件控制下专门工作在热声脉动状态下的脉动燃烧器。

目前工业应用的脉动燃烧加热炉设备，通常都有单向阀作为燃料和空气的供给方式。这种形式的加热炉需要解决以下几个关键问题：必须要保证周期性燃烧放热的脉动与燃烧器内压力脉动这两个周期函数同相位，保证特征燃烧时间等于压力脉动周期的一半，加热炉才能处于脉动工作状态。同时，尾管的长度还必须保证必要的声阻抗。根据脉动燃烧的基本理论，压力脉动的周期取决于燃烧器的几何参数和燃烧器内的声速，而声速又决定于燃料输送系统的构造及燃烧器上游产生的涡流的分布，因此上述脉动燃烧加热炉在实际运行中很容易出现燃烧脉动不稳定甚至不能形成脉动的问题。

发明内容

为了能够确保脉动燃烧加热炉稳定运行，使燃烧器内形成稳定的脉动，提高加热炉整体运行的稳定性，本发明采用脉动与稳态燃烧传热相结合的方式，在燃烧室出口到去耦室之间的尾管内进行脉动燃烧传热，去耦室之后设置多烟管进行稳态燃烧传热，通过监控燃烧室内压力、去耦室内压力以及尾部出口烟气成分来保证和控制前半段的脉动燃烧。

本发明所采取的技术方案是：

燃气与空气采用稳定供给，不设置单向阀门。当反应物在燃烧室内点燃后，烟气必然使去耦室内压力发生变化，若尾管中未形成稳定的脉动，则在尾部烟管之后调节进入风机的烟气量，直到监测到稳定的脉动燃烧为止。此外，本发明的脉动燃烧加热炉内含两套脉动燃烧系统，所有尾管共用一个去耦室，相对于每个燃烧室来说，去耦室的容积均足够大，这既保证了尾管出口的声学条件又能够合理利用炉内空间。

本发明的燃气脉动燃烧加热炉运行如下：

先开启空气进气装置对燃烧器腔进行吹扫，把可能残存在腔内易爆的混合气吹扫干净，保证点火安全。燃气进气装置开启后，火花塞开始打火，燃气与空气在混合室内混合，进入燃烧室后被火花塞点燃。火焰判断系统认定点火正常则火花塞停止工作。若点火失败，则停止燃气供给，停止空气供给，待工作人员重启点火程序。燃烧形成后，监测燃烧室和去耦室压力，判断是否形成脉动燃烧。若形成稳态燃烧，则监测尾部烟气CO、O₂含量，判断是否由于空气量不足导致。若空气量过高或过低，则调节燃气与空气的质量流量比例，调控尾部烟气进入风机的流量，以形成稳定的脉动燃烧。

本发明的燃气脉动燃烧加热炉特点如下：

1、采用双燃烧器结构，尾管共用去耦室，确保声学条件的同时又有效利用了炉内空间；

2、燃烧室内只要能够形成火焰，均能调整到脉动燃烧状态，无需重复点火；

3、尾管段的脉动燃烧、传热可调、可控；

4、炉内传热形式既有脉动又有稳态。

附图说明

图1是本发明装置的示意图

附图标记：1、燃气进气管道；2、空气进气管道；3、混合室；4、火花塞；5、燃烧室；6、尾管；7、进出液管；8、排污孔；9、底座；10、液位计；11、放气孔；12、加水孔；13、安全阀孔；14、压力表孔；15、去耦室；16、烟管；17、测温孔；18、炉体；19、风机；20、烟道。

图2是本发明装置A-A截面剖视图

附图标记：6、尾管；8、排污孔；16、烟管；18、炉体。

图3是本发明装置B-B截面剖视图

附图标记：1、燃气进气管道；2、空气进气管道；16、烟管；18、炉体。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，上述燃气脉动燃烧加热炉是由燃气进气管道1、空气进气管道2、混合室3、火花塞4、燃烧室5、尾管6、进出液管7、炉体18、去耦室15、烟管16、风机19、烟道20组成的。其中由燃气进气管道1、空气进气管道2、混合室3、火花塞4、燃烧室5、尾管6组成的脉动燃烧器在炉内均为两套，也可以是多套。所有尾管共用同一去耦室15，所有烟管亦从去耦室15引出。

如图1所示，脉动燃烧加热炉的运行过程为：燃气和空气分别通过燃气进气管道1和空气进气管道2进入混合室3，在混合室3的尾部(通向燃烧室5的一侧)，火花塞4将混合气体点燃。燃烧产物通过尾管6进入去耦室15中。如果测温孔17内未检测到温度变化，说明点火失败，需要重新点火。如果燃烧室5中未监测到压力脉动，则说明形成了稳态燃烧，这时检测烟道20内的烟气成分，判断是否由于空气不足而导致；调节燃气和空气进入混合室3的比例以达到适当的当量比；监测去耦室15内的压力，通过调节尾部进入风机19的烟气量使燃烧室5与去耦室15之间形成压力脉动。脉动燃烧形成后，可按比例改变燃气和空气的流量，并控制去耦室15内的压力，以形成大功率、强脉动的燃烧状态。

如图1、图2、图3所示，尾管6为脉动燃烧受热面，烟管16是稳态燃烧受热面。其中烟管16可以采用光管，也可以是螺纹烟管以增强换热强度。

Claims

1.一种燃气脉动燃烧加热炉，其特征在于：由燃气进气管道(1)、空气进气管道(2)、混合室(3)、火花塞(4)、燃烧室(5)、尾管(6)、进出液管(7)、炉体(18)、去耦室(15)、烟管(16)、风机(19)、烟道(20)组成，其中由燃气进气管道(1)、空气进气管道(2)、混合室(3)、火花塞(4)、燃烧室(5)、尾管(6)组成的脉动燃烧器在炉内为两套或多套，所有尾管共用同一去耦室(15)，所有烟管亦从去耦室(15)引出；去耦室(15)的容积相对于每个燃烧室(5)均足够大，既满足尾管出口的声学条件，又合理利用炉内空间。

2.根据权利要求1所述的燃气脉动燃烧加热炉，其特征在于：尾管(6)为脉动燃烧受热面，烟管(16)是稳态燃烧受热面，其中烟管(16)采用光管或螺纹烟管以增强换热强度，炉体(18)内的脉动燃烧器的个数根据炉体(18)内的空间确定。

3.采用权利要求1所述形式的燃气脉动燃烧加热炉运行过程是：燃气和空气分别通过燃气进气管道(1)和空气进气管道(2)进入混合室(3)，在混合室(3)的尾部通向燃烧室(5)的一侧，火花塞(4)将混合气体点燃；燃烧产物通过尾管(6)进入去耦室(15)中，如果测温孔(17)内未检测到温度变化，说明点火失败，需要重新点火，如果燃烧室(5)中未监测到压力脉动，则说明形成了稳态燃烧，这时检测烟道(20)内的烟气成分，判断是否是由于空气不足而导致；调节燃气和空气进入混合室(3)的比例以达到适当的当量比；监测去耦室(15)内的压力，通过调节尾部进入风机(19)的烟气量使燃烧室(5)与去耦室(15)之间形成压力脉动，脉动燃烧形成后，按比例改变燃气和空气的流量，并控制去耦室(15)内的压力，以形成大功率、强脉动的燃烧状态。

4.采用权利要求1所述形式的燃气脉动燃烧加热炉的工作过程是：采用脉动与稳态燃烧传热相结合的方式，在燃烧室出口到去耦室之间的尾管内进行脉动燃烧传热，去耦室之后设置多烟管进行稳态燃烧传热，通过监控燃烧室内压力、去耦室内压力以及尾部出口烟气成分来保证和控制前半段的脉动燃烧。