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CN109539252A - 一种高速燃烧器 - Google Patents

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CN109539252A
CN109539252A CN201811617720.7A CN201811617720A CN109539252A CN 109539252 A CN109539252 A CN 109539252A CN 201811617720 A CN201811617720 A CN 201811617720A CN 109539252 A CN109539252 A CN 109539252A
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CN
China
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combustion chamber
spout
combustion
high velocity
flue gas
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Application number
CN201811617720.7A
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English (en)
Inventor
侯煜
董杰
蒋乃富
周劲松
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CERIS (YANGZHOU) METALLURGICAL TECHNOLOGY INDUSTRY Co Ltd
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CERIS (YANGZHOU) METALLURGICAL TECHNOLOGY INDUSTRY Co Ltd
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    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开一种高速燃烧器，包括前端的第一燃烧室和后端的第二燃烧室，第二燃烧室的室内体积大于第一燃烧室；所述第一燃烧室的前端连通有带有燃气入口的燃气通道，而燃气通道的外侧则设置有带有空气入口的空气通道；所述的燃气通道的内端安装有燃气喷头。本装置结构简单紧凑，占用空间小，易于安装和维护，燃烧室容积相比普通燃烧器的加热炉炉膛更小，容热强度大可达6×108kJ/m3·h；并且调节范围宽可达1：50，而普通燃烧器只有1：10，易于自动调控；另外，本装置可以使用高温预热空气，因此能以低热值燃气获得高燃烧温度，燃烧室燃烧温度较高，接近2000℃，因此能够适用于大多数工业炉中。

Description

一种高速燃烧器
技术领域
本发明涉及工业燃烧器技术领域，具体说是一种高速燃烧器。
背景技术
高速燃烧器主要应用在工业炉中。普通工业炉为了加热物料和保证燃料完全燃烧都具有一个宽敞的炉膛。这样，开炉时将炉膛加热到操作温度需要很长的时间，而停炉时，由于热惯性大仍有相当一段时间继续加热工件，使加热温度难以控制，易造成工件过热。为了防止工件过热，普通加热炉只好在略高于工件容许的最高加热温度下运行，这就降低了加热速度，增长了加热时间，特别在工件接近加热最终温度时更是如此。
此外，在高温下延长加热时间会产生种种不良影响，如造成钢的氧化和脱碳，使工件表面毛糙和硬度降低，因此为了节约能源，消除普通加热炉的缺点，并与现代化生产流水线配套，20世纪60年代出现了快速加热技术。快速加热主要依靠对流传热而不是辐射传热，其特点是炉体小、加热速度快、热惯性小、加热工件质量高、热效率高并易于自动控制。
实现快速加热的关键一是改造炉体；二是应用高速燃烧器。现有技术中的高速燃烧器有两个作用，一是使燃气在非常高的热强度下燃烧；二是使高温烟气以非常高的流速喷出燃烧室，从而增加炉内对流传热的作用。
而国内现有技术中的高速燃烧器烟气排放速度为高亚音速(200～300m/s)，而能超越这个速度达到超音速的高速燃烧器的鲜有应用，而本发明提供了一种高温烟气喷出速度能达到超音速(340m/s以上)的解决方案，比现有产品提供更高的换热效率，缩短加热时间，同时在燃烧室内实现无焰燃烧。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术存在的不足，提供一种高速燃烧器。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种高速燃烧器，包括前端的第一燃烧室和后端的第二燃烧室，第二燃烧室的室内体积大于第一燃烧室；所述第一燃烧室的前端连通有带有燃气入口的燃气通道，而燃气通道的外侧则设置有带有空气入口的空气通道；所述的燃气通道的内端安装有燃气喷头，该燃气喷头的内部设置有燃气喷口，而燃气喷头的外侧则设置有与第一燃烧室室内壁连成一体的塞环；而该所述的塞环上则设置有均匀分布的一次空气喷口；该一次空气喷口将空气通道与第一燃烧室连通；而所述的第二燃烧室内还设置有与空气通道相连通的并均匀分布的二次空气喷口；所述第二燃烧室的后端还设置有烟气喷口，该烟气喷口设置为由前、后侧的锥形口以及连接前后侧锥形口的喷口喉部构成；其中前侧的锥形口由大变小收缩至喷口喉部，而喷口喉部之后的后侧锥形口又由小变大向外扩张，从而构成整个烟气喷口。
作为优选，所述的燃气喷口设置为由前后两个锥形口构成，且后侧锥形口的长度大于前侧锥形口；而所述的烟气喷口中前侧锥形口的锥度大于后侧锥形口的锥度。
作为优选，所述的第一燃烧室、第二燃烧室以及烟气喷口均由耐热砖堆砌构成，且所述的耐热砖由前端耐热砖以及后端耐热砖采用镶嵌式止口组合固定安装构成，后端耐热砖堆砌构成烟气喷口。
作为优选，所述的二次空气喷口设置在前端的耐热砖内，并且该所述的二次空气喷口以及一次空气喷口均间隔均匀的设置有6-12个。
作为优选，所述的第一燃烧室、第二燃烧室以及烟气喷口的内壁上均设置有陶瓷保护套。
作为优选，第一燃烧室内还设置有与外部相连通的点火嘴；而所述的第二燃烧室内则设置有伸出到外部的火焰监测器。
作为优选，所述的燃气喷头设置为耐热钢或陶瓷制作而成。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本装置结构简单紧凑，占用空间小，易于安装和维护，燃烧室容积相比普通燃烧器的加热炉炉膛更小，容热强度大可达6×108kJ/m3·h；并且调节范围宽可达1：50，而普通燃烧器只有1：10，易于自动调控；另外，本装置可以使用高温预热空气，因此能以低热值燃气获得高燃烧温度，燃烧室燃烧温度较高，接近2000℃，因此能够适用于大多数工业炉中；
(2)、强化对流换热，缩短加热时间，普通燃烧器火焰速度很低，以辐射换热为主约占80％～90％，对流换热比例很小。本装置的高速燃烧器对被加热物体表面以紊流为主；在加热炉膛尺寸、燃烧产物温度、被加热工件温度相同的情况下，本装置的高速燃烧器对流换热效率是普通燃烧器的3～4倍，可以显著缩短加热时间，同时由于对流换热加大，降低了排烟温度，即换热效率提高，减少烟气带走的热量损耗；
(3)本装置的燃烧器可提高燃烧室内部温度均匀性，缩短均温时间，本装置的高速燃烧器避免了普通燃烧器火焰的燃烧局部高温区，并且喷出的高速炽热气流能够起到较强卷吸和搅拌作用，使燃烧室内温度分布更加均匀，从而缩短工件均热时间，提高生产率，同时节约能耗；
(4)本装置可降低NOx的排放浓度，与普通燃烧器相比,燃烧室内火焰更加弥散,没有明显的燃烧局部高温区，形成无焰燃烧，降低了氧、氮的浓度；此外，由于采取大速度气流，燃烧速度快，烟气在管道内停留时间短，也进一步降低了NOx的排放浓度；另外,燃烧器火焰射流的速度越大，燃烧室内的卷吸和回流作用越强烈，就越有利于实现低氧的气氛，这种相对较低的燃气和氧气浓度降低了整个燃烧区域内的平均燃烧速度，拓展了燃烧边界，形成了均匀的温度场，进而也降低了NOx的排放；且燃烧室内燃烧反应速度快，能够实现完全燃烧，满足了低NOx排放的必要条件。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1中左侧视图；
图3为图1中右侧部分剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1、图2和图3所示，一种高速燃烧器，包括前端的第一燃烧室1和后端的第二燃烧室2，第二燃烧室2的室内体积大于第一燃烧室1；所述第一燃烧室1的前端连通有带有燃气入口3的燃气通道4，而燃气通道4的外侧则设置有带有空气入口5的空气通道6；所述的燃气通道4的内端安装有燃气喷头7，该燃气喷头7的内部设置有燃气喷口16，而燃气喷头7的外侧则设置有与第一燃烧室1室内壁连成一体的塞环8；而该所述的塞环8上则设置有均匀分布的一次空气喷口9；该一次空气喷口9将空气通道6与第一燃烧室1连通；而所述的第二燃烧室2内还设置有与空气通道6相连通的并均匀分布的二次空气喷口10；所述第二燃烧室2的后端还设置有烟气喷口11，该烟气喷口11设置为由前、后侧的锥形口以及连接前后侧锥形口的喷口喉部构成；其中前侧的锥形口由大变小收缩至喷口喉部，而喷口喉部之后的后侧锥形口又由小变大向外扩张，从而构成整个烟气喷口。
所述的燃气喷口16设置为由前后两个锥形口构成，且后侧锥形口的长度大于前侧锥形口；而所述的烟气喷口11中前侧锥形口的锥度大于后侧锥形口的锥度；所述的第一燃烧室1、第二燃烧室2以及烟气喷口11均由耐热砖12堆砌构成，且所述的耐热砖12由前端耐热砖以及后端耐热砖采用镶嵌式止口组合固定安装构成，后端耐热砖堆砌构成烟气喷口11。
所述的二次空气喷口10设置在前端的耐热砖12内，并且该所述的二次空气喷口10以及一次空气喷口9均间隔均匀的设置有6-12个；所述的第一燃烧室1、第二燃烧室2以及烟气喷口11的内壁上均设置有陶瓷保护套13；所述的燃烧室1内还设置有与外部相连通的点火嘴14以及火焰监测器15；所述的燃气喷头7设置为耐热钢或陶瓷制作而成。
本装置使用时，空气从空气通道通入分两部分进入燃烧室，一部分从一次空气喷口喷射至第一燃烧室，另一部分则从二次空气喷口喷射至第二燃烧室；而燃气则由燃气通道通入后经由燃气喷头的燃气喷口高速喷出，该燃气喷口由两个锥形口构成。可形成高速式大范围喷射，燃气先与一次空气喷口出来的多股高速空气流混合，先进入到第一燃烧室内，被点火嘴引燃；初步燃烧的混合气流再进入第二燃烧室，与二次空气喷口喷出的多股高速空气流混合。燃气能够与汇聚的一次及二次空气形成多股火焰射流，在燃烧室内基本上实现完全燃烧(90％以上)。
由于多股燃气以及空气的高速射流的强烈卷吸和搅拌作用，燃气和空气能够均匀混合，使两个燃烧室内的火焰更加弥散,没有明显的燃烧局部高温区，形成无焰燃烧。
而第一燃烧室和第二燃烧室产生的炽热气流从两个锥形管构成的变截面烟气喷口高速喷出，喷口的前半部是由大变小向中间收缩至喷口喉部，喉部之后又由小变大向外扩张，燃烧室中的气体受高压流入喷口的前半部，穿过喉部后由后半部逸出。这一结构可使气流的速度因喷截面积的变化而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速至超音速。
两个燃烧室内的高温炽热烟气具有极强的冲刷腐蚀作用，烟气喷口侧的使用寿命低于空气和燃气喷口侧。而本装置中两个燃烧室以及后侧的烟气喷口均由耐热转钩住而成，而耐热砖又由两部分构成，燃烧室也相应为分体式结构，前端耐热砖构成第一燃烧室和第二燃烧室并设置二次空气喷口，并设置陶瓷保护套，后端耐热砖钩住烟气喷口，并在内侧同样设置陶瓷保护套，前后侧的耐热砖之间采用镶嵌式止口组合固定，后侧的耐热砖为易损侧，便于维护更换；而所述的陶瓷保护套能够有效抵抗高温炽热烟气的冲刷腐蚀，同时易于维护更换。
本装置适用于多种形式工业炉，为进一步提高能源利用率，可在燃烧器入口集成预热器对常温燃气和空气进行预热，减少能量损耗。例如，采用天然气，热值约35000kJ/Nm3，预热温度250℃，空气预热450℃；不预热时，采用天然气，热值约35000kJ/Nm3，空气常温25℃。
具体实施方式只是本发明的一个优选实施例，并不是用来限制本发明的实施与权利要求范围的，凡依据本发明申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。

Claims (7)

1.一种高速燃烧器，其特征在于:包括前端的第一燃烧室(1)和后端的第二燃烧室(2)，第二燃烧室(2)的室内体积大于第一燃烧室(1)；所述第一燃烧室(1)的前端连通有带有燃气入口(3)的燃气通道(4)，而燃气通道(4)的外侧则设置有带有空气入口(5)的空气通道(6)；所述的燃气通道(4)的内端安装有燃气喷头(7)，该燃气喷头(7)的内部设置有燃气喷口(16)，而燃气喷头(7)的外侧则设置有与第一燃烧室(1)室内壁连成一体的塞环(8)；而该所述的塞环(8)上则设置有均匀分布的一次空气喷口(9)；该一次空气喷口(9)将空气通道(6)与第一燃烧室(1)连通；而所述的第二燃烧室(2)内还设置有与空气通道(6)相连通的并均匀分布的二次空气喷口(10)；所述第二燃烧室(2)的后端还设置有烟气喷口(11)，该烟气喷口(11)设置为由前、后侧的锥形口以及连接前后侧锥形口的喷口喉部构成；其中前侧的锥形口由大变小收缩至喷口喉部，而喷口喉部之后的后侧锥形口又由小变大向外扩张，从而构成整个烟气喷口。
2.根据权利要求1所述的一种高速燃烧器，其特征在于：所述的燃气喷口(16)设置为由前后两个锥形口构成，且后侧锥形口的长度大于前侧锥形口；而所述的烟气喷口(11)中前侧锥形口的锥度大于后侧锥形口的锥度。
3.根据权利要求1所述的一种高速燃烧器，其特征在于：所述的第一燃烧室(1)、第二燃烧室(2)以及烟气喷口(11)均由耐热砖(12)堆砌构成，且所述的耐热砖(12)由前端耐热砖以及后端耐热砖采用镶嵌式止口组合固定安装构成，后端耐热砖堆砌构成烟气喷口(11)。
4.根据权利要求3所述的一种高速燃烧器，其特征在于：所述的二次空气喷口(10)设置在前端的耐热砖(12)内，并且该所述的二次空气喷口(10)以及一次空气喷口(9)均间隔均匀的设置有6-12个。
5.根据权利要求3所述的一种高速燃烧器，其特征在于：所述的第一燃烧室(1)、第二燃烧室(2)以及烟气喷口(11)的内壁上均设置有陶瓷保护套(13)。
6.根据权利要求1所述的一种高速燃烧器，其特征在于：所述的第一燃烧室(1)内还设置有与外部相连通的点火嘴(14)；而所述的第二燃烧室(2)内则设置有伸出到外部的火焰监测器(15)。
7.根据权利要求1所述的一种高速燃烧器，其特征在于：所述的燃气喷头(7)设置为耐热钢或陶瓷制作而成。
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