專利名稱：多段式自預(yù)熱燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到適用于工業(yè)鍋爐的燃燒設(shè)備領(lǐng)域，特指一種燃用各種氣體與液體燃料的工業(yè)鍋爐燃燒器。
背景技術(shù)：
目前，燃用氣體與液體燃料的工業(yè)鍋爐所配套的燃燒器大多采用“有焰燃燒”方式。這些燃燒器的燃料與負荷適應(yīng)性差，在燃用低品質(zhì)氣體燃料(如低熱值高爐煤氣)與液體燃料時，具有燃燒穩(wěn)定性差、燃燒效率低、燃燒污染物排放高等問題，因此難以滿足國家對工業(yè)鍋爐節(jié)能減排等政策法規(guī)要求。“無火焰燃燒”是一種集良好的燃料與負荷適應(yīng)性、良好的燃燒穩(wěn)定性、極高的燃燒效率與極低污染物排放于一體的新型高效低污染燃燒技術(shù)，具有良好的發(fā)展前景。但是， 現(xiàn)有無火焰燃燒的實現(xiàn)均需借助于高溫預(yù)熱空氣技術(shù)，將空氣預(yù)熱到800°C以上的高溫，這對預(yù)熱器技術(shù)提出了極高的要求，因而在工業(yè)鍋爐中難以實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于高溫?zé)煔饽媪鬟M行預(yù)熱、性能穩(wěn)定可靠、操作簡便、燃燒效率高、燃燒污染物排放低的多段式自預(yù)熱燃燒器。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種多段式自預(yù)熱燃燒器，包括預(yù)熱室以及一端呈封閉狀的燃燒室，所述預(yù)熱室包括進口風(fēng)箱、設(shè)置于進口風(fēng)箱內(nèi)的高溫?zé)煔饣亓鞴芤约耙欢嗽O(shè)置于高溫?zé)煔饣亓鞴軆?nèi)的燃料管和空氣管，所述燃料管和空氣管的噴射端朝向燃燒室的開口端，所述空氣管的進口端與進口風(fēng)箱的內(nèi)腔連通，所述進口風(fēng)箱上設(shè)有空氣進口管道，所述燃燒室的開口端與高溫?zé)煔饣亓鞴艿囊欢讼噙B，所述高溫?zé)煔饣亓鞴艿牧硪欢伺c待加熱對象相連通。作為本發(fā)明的進一步改進
所述進口風(fēng)箱內(nèi)部裝設(shè)有一塊以上的空氣隔板，所述空氣隔板布置于空氣流動的路線上，所述空氣隔板與進口風(fēng)箱內(nèi)側(cè)壁之間形成空氣通道。所述高溫?zé)煔饣亓鞴艿囊粋?cè)設(shè)有分別用來連接待加熱對象和燃燒室的兩個法蘭
ο所述燃料管包括呈嵌套狀布置的內(nèi)燃料管和外燃料管，所述內(nèi)燃料管上設(shè)有內(nèi)燃料管閥門，所述外燃料管上設(shè)有外燃料管閥門。所述空氣管包括由上至下依次排列的上空氣管和下空氣管。所述空氣管和燃料管均為兩根并固定于管道固定裝置上，所述空氣管和燃料管呈間隔狀分布并以管道固定裝置為中心線呈對稱狀布置。所述空氣管為三根，所述燃料管為兩根，所述空氣管和燃料管均固定于管道固定裝置上，所述空氣管和燃料管呈間隔狀分布。
所述空氣管為四根，所述燃料管為兩根，所述空氣管和燃料管均固定于管道固定裝置上，所述兩根燃料管依次排列，以每根燃料管為中心，在燃料管的兩側(cè)分別布置一根空氣管。所述空氣管為三根，所述燃料管為兩根，所述空氣管和燃料管均固定于管道固定裝置上，所述空氣管由上至下依次排列，所述兩根燃料管以排列后的空氣管為中心線呈對稱布置。所述燃料管和空氣管均采用光管或肋片管。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于
1、本發(fā)明中，燃料在燃燒室內(nèi)燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庀蛉紵鞣较蚧亓?，回流過程中首先直接與進入燃燒室內(nèi)的燃料/空氣混合物發(fā)生接觸混合，從而發(fā)生強烈的熱量交換，使燃料/空氣混合物加熱到很高的溫度；當燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饫^續(xù)回流至燃燒器高溫?zé)煔饣亓鞴軆?nèi)部時，又與空氣管內(nèi)的空氣及燃料管內(nèi)的燃料發(fā)生熱交換；同時高溫?zé)煔鈱Ω邷責(zé)煔饣亓鞴芡獠窟M口風(fēng)箱內(nèi)的空氣進行預(yù)熱。燃料/空氣經(jīng)高溫?zé)煔舛喽晤A(yù)熱后，可以達到800°C以上的高溫，從而可實現(xiàn)燃料的無火焰(或MILD)燃燒，其技術(shù)特點是燃料在整個燃燒室空間內(nèi)燃燒，無明顯的火焰(或傳統(tǒng)的火焰消失)，局部高溫區(qū)消失，燃燒的峰值溫度顯著降低，燃燒室內(nèi)的溫度分布十分均勻，但爐膛內(nèi)的平均溫度提高，這將使得燃料著火、燃燒穩(wěn)定性、燃燒效率顯著改善，同時，因燃燒峰值溫度顯著下降而使得熱力NOx的生成與排放量顯著降低；
2、本發(fā)明中，進口風(fēng)箱作為燃燒器外殼，將高溫?zé)煔饣亓鞴馨谄渲?，既對進口空氣進行了預(yù)熱，又降低了燃燒器外表溫度，還降低了高溫?zé)煔饣亓鞴軠囟群蛯Σ牧闲阅艿囊螅?br> 3、本發(fā)明具有強化傳熱特性的各種結(jié)構(gòu)型式的肋片管能加大換熱面積，并擾動煙氣流場，破壞邊界層，形成紊流以增大空氣和燃料的吸熱量；
4、本發(fā)明根據(jù)該燃燒器所配套鍋爐設(shè)計容量大小，空氣管和燃料管可通過各自管道上的閥門調(diào)節(jié)空氣及燃料流量，以達到調(diào)整鍋爐負荷的目的；
5、本發(fā)明中燃燒器通過法蘭連接，安裝在爐體外部，可隨時拆裝、更換。


圖1是本發(fā)明在應(yīng)用實例中的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2中A-A處的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖2中B向的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是預(yù)熱室第一種實例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是預(yù)熱室第二種實例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是預(yù)熱室第三種實例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是預(yù)熱室第四種實例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是預(yù)熱室第五種實例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是預(yù)熱室第六種實例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖11是預(yù)熱室與燃燒室接口處的第一種實例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12是預(yù)熱室與燃燒室接口處的第二種實例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖13是預(yù)熱室與燃燒室接口處的第三種實例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖14是預(yù)熱室與燃燒室接口處的第四種實例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖15是預(yù)熱室與燃燒室接口處的第五種實例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖例說明
1、空氣進口管道；2、空氣進口管閥門；3、進口風(fēng)箱；4、高溫?zé)煔饣亓鞴埽?、上空氣管； 6、外燃料管；7、內(nèi)燃料管閥門；8、內(nèi)燃料管；9、下空氣管；10、燃燒器固定法蘭盤；11、排污槽；12、排污管；13、手孔裝置；14、鍋爐支腳；15、燃燒室；16、爐膛；17、鍋爐排煙管道；18、 鍋爐本體；19、鍋爐水空間；20、吊耳；21、出水槽；22、進水管座；23、取樣管座；24、排汽閥管座；25、回水管座；26、外燃料管閥門；27、管道固定裝置；29、燃料管；30、空氣管；31、空氣隔板。
具體實施例方式以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明的多段式自預(yù)熱燃燒器，包括預(yù)熱室以及一端呈封閉狀的燃燒室15，預(yù)熱室包括進口風(fēng)箱3、設(shè)置于進口風(fēng)箱3內(nèi)的高溫?zé)煔饣亓鞴? 以及一端設(shè)置于高溫?zé)煔饣亓鞴?內(nèi)的燃料管四和空氣管30，燃料管四和空氣管30的噴射端朝向燃燒室15的開口端，空氣管30的進口端與進口風(fēng)箱3的內(nèi)腔連通，燃料管四的進口端與外部燃料源連通，進口風(fēng)箱3上設(shè)有空氣進口管道1。燃燒室15的開口端與高溫?zé)煔饣亓鞴?的一端相連，高溫?zé)煔饣亓鞴?的出口端與鍋爐本體18的爐膛16相連通。由上述結(jié)構(gòu)可知，本發(fā)明是依靠燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔舛皇峭鈦頍崃繉諝饧叭剂线M行高溫預(yù)熱，其過程為空氣進入燃燒器的進口風(fēng)箱3后在冷卻高溫?zé)煔饣亓鞴?的同時，自身得到第一次預(yù)熱；燃料/空氣進入高溫?zé)煔饣亓鞴?內(nèi)的燃料/空氣管后與燃燒器高溫?zé)煔饣亓鞴?內(nèi)逆向流動的高溫?zé)煔獍l(fā)生強對流換熱，使得空氣得到第二次預(yù)熱，燃料得到第一次預(yù)熱；當燃料/空氣離開高溫?zé)煔饣亓鞴?內(nèi)的燃料/空氣管進入一端封閉的燃燒室 15后，與逆向流動的高溫?zé)煔獍l(fā)生直接混合及強對流換熱，使空氣得到第三次預(yù)熱，燃料得到第二次預(yù)熱。正是由于采用了上述多次預(yù)熱的方式，大大提高了燃燒器出口的燃料/空氣溫度，因而可在燃燒室15內(nèi)實現(xiàn)基于高溫空氣與低氧濃度的無火焰燃燒，大大提高燃燒室15內(nèi)溫度分布的均勻性，極大地降低NOx排放，實現(xiàn)低熱值氣體、液體燃料的穩(wěn)定高效燃燒與低污染物排放。本實施例中，爐膛16和燃燒室15均位于鍋爐本體18的內(nèi)腔中，鍋爐本體18內(nèi)腔的其余空間則為鍋爐水空間19，鍋爐本體18上另設(shè)有排污槽11、排污管12、手孔裝置13、 鍋爐支腳14、吊耳20、出水槽21、進水管座22、取樣管座23、排汽閥管座M和回水管座25 等常規(guī)部件，爐膛16上沒有高溫?zé)煔饣亓鞴?相連的一端上設(shè)有鍋爐排煙管道17。本實施例中，燃燒室15可以為圓柱形爐筒，其一端封閉，另一端呈開口狀，用來噴射入空氣/燃料以及排放煙氣，其尺寸大小以及半徑與長度比值根據(jù)不同燃料而設(shè)定。高溫?zé)煔饣亓鞴?的一側(cè)設(shè)有上、下兩個法蘭盤，可分別連接鍋爐本體18的爐膛16和燃燒室 15，如通過燃燒器固定法蘭盤10與燃燒室15連通，這樣可以方便地將燃燒器與鍋爐本體18 分離。
本實施例中，高溫?zé)煔饣亓鞴?的末端方向，即靠近與爐膛16相連通一端的進口風(fēng)箱3上開設(shè)有空氣進口管道1，空氣進口管道1的末端安裝有法蘭盤。沿著空氣在進口風(fēng)箱3中從空氣進口管道1至空氣管輸入端的流動方向，進口風(fēng)箱3內(nèi)部可根據(jù)需要而加裝一塊以上的空氣隔板31，相鄰空氣隔板31之間留有一定間隙供空氣通過，以延長空氣在進口風(fēng)箱3內(nèi)的流程及停留時間?？諝膺M口管道1上設(shè)有空氣進口管閥門2，用來對其啟閉進行控制。如圖5所示，進口風(fēng)箱3中可以不設(shè)置空氣隔板31 ；或者，還可以如圖6所示，進口風(fēng)箱3中只在其中部設(shè)置一塊空氣隔板31 ；或者，還可以如圖7所示，在進口風(fēng)箱3中設(shè)置多塊空氣隔板31。如圖8所示，空氣進口管道1可以設(shè)置于進口風(fēng)箱3頂部靠近爐膛16 的一端上；或者，還可以如圖9所示，空氣進口管道1可以設(shè)置于進口風(fēng)箱3遠離爐膛16 — 端的側(cè)壁上。本實施例中，高溫?zé)煔饣亓鞴?可以為橫“U”型彎管，或其他連接燃燒室15與爐膛16的“S”、“V”等形式的管段，并可根據(jù)需要，可以采用各種肋片管或其他強化傳熱管。 燃料管四和空氣管30則可以為布置于高溫?zé)煔饣亓鞴?內(nèi)部的根據(jù)該燃燒器所配套鍋爐設(shè)計容量大小的不同數(shù)量、結(jié)構(gòu)尺寸及布置方式的圓形管道，并分別在進口風(fēng)箱3外的管段安裝閥門。通過閥門的啟閉，可根據(jù)鍋爐負荷需求調(diào)節(jié)投入使用的燃料管四、空氣管30 及流量。燃料管四和空氣管30可采用普通的光管管道，也可采用具有強化傳熱特性的各種結(jié)構(gòu)型式的肋片管。其中，燃料管四和空氣管30的固定裝置可以為扁鋼，在燃燒器的出口處將燃料管四、空氣管30和高溫?zé)煔饣亓鞴?焊接固定。燃料管四可以根據(jù)實際需要采用一根，或者采用兩根以上；燃料管四可以采用直管設(shè)計，或者設(shè)計成與高溫?zé)煔饣亓鞴?形狀一致。如圖10所示，燃料管四即為與高溫?zé)煔饣亓鞴?形狀一致的U形，其進口端位于進口風(fēng)箱3的頂端?？諝夤?0可以根據(jù)實際需要采用一根，或者采用兩根以上；空氣管30可以采用直管設(shè)計，或者設(shè)計成其他形狀。參見圖15，本實施例中，管道固定裝置27上固定有兩根燃料管四和兩根空氣管 30，燃料管四包括呈嵌套狀設(shè)計的內(nèi)燃料管8和外燃料管6，內(nèi)燃料管8上設(shè)有內(nèi)燃料管閥門7，外燃料管6上設(shè)有外燃料管閥門26，兩者可以實現(xiàn)獨立控制?？諝夤?0為兩根，其包括由上至下依次排列的上空氣管5和下空氣管9。在其他的實例中，可以根據(jù)實際需要來排列空氣管30和燃料管四。例如，如圖11 所示的實例中，管道固定裝置27上固定有兩根空氣管30和兩根燃料管四，空氣管30和燃料管四呈間隔狀分布、并以管道固定裝置27為中心線呈對稱狀布置。如圖12所示的實例中，管道固定裝置27上固定有三根空氣管30和兩根燃料管四，空氣管30和燃料管四呈間隔狀分布。如圖13所示的實例中，管道固定裝置27上固定有四根空氣管30和兩根燃料管四，燃料管四依次排列，然后以每根燃料管四為中心、其兩側(cè)分別布置一根空氣管30。如圖14所示的實例中，管道固定裝置27上固定有三根空氣管30和兩根燃料管四，空氣管30 由上至下依次排列，兩根燃料管四以排列的空氣管30為中心線呈對稱布置。工作原理
1、處于高負荷工況時
燃燒器通過燃燒器固定法蘭盤10安裝在鍋爐本體18上。開啟內(nèi)燃料管閥門7和外燃料管閥門26，燃料從內(nèi)燃料管8和外燃料管6進入；開啟空氣進口管閥門2，空氣從空氣進口管道1進入進口風(fēng)箱3，然后沿上空氣管5、下空氣管9進入。燃料和空氣均噴射入燃燒室15中燃燒。燃燒后的高溫?zé)煔馀c噴入的燃料和空氣強烈混合及換熱，并逆向回流入高溫?zé)煔饣亓鞴?，對外燃料管6、內(nèi)燃料管8中的燃料及其上空氣管5、下空氣管9中的空氣進行預(yù)熱，并對進口風(fēng)箱3中的空氣進行預(yù)熱，然后再進入爐膛16中，與鍋爐內(nèi)水介質(zhì)進行二次熱交換，最后通過連接爐膛16的鍋爐排煙管道17排出。2、處于低負荷工況時
燃燒器通過燃燒器固定法蘭盤10安裝在鍋爐本體18上。開啟外燃料管閥門或內(nèi)燃料管閥門7)，關(guān)閉內(nèi)燃料管閥門7 (或外燃料管閥門沈)，燃料從外燃料管6 (或內(nèi)燃料管 8)進入；開啟空氣進口管閥門2，空氣從空氣進口管道1進入進口風(fēng)箱3，然后沿上空氣管 5、下空氣管9進入。燃料和空氣均噴射入燃燒室15燃燒。燃燒后的高溫?zé)煔馀c噴入的燃料和空氣強烈混合及換熱，并逆向回流入高溫?zé)煔饣亓鞴?，對外燃料管閥門沈(或內(nèi)燃料管閥門7)中的燃料及上空氣管5、下空氣管9中的空氣進行預(yù)熱，并對進口風(fēng)箱3中的空氣進行預(yù)熱，然后再進入爐膛16中，與鍋爐內(nèi)水介質(zhì)進行二次熱交換，最后通過連接爐膛16 的鍋爐排煙管道17排出。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例， 凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種多段式自預(yù)熱燃燒器，其特征在于包括預(yù)熱室以及一端呈封閉狀的燃燒室 (15)，所述預(yù)熱室包括進口風(fēng)箱(3)、設(shè)置于進口風(fēng)箱(3)內(nèi)的高溫?zé)煔饣亓鞴?4)以及一端設(shè)置于高溫?zé)煔饣亓鞴?4)內(nèi)的一根以上的燃料管(29)和空氣管(30)，所述燃料管(29) 和空氣管(30)的噴射端朝向燃燒室(15)的開口端，所述空氣管(30)的進口端與進口風(fēng)箱 (3)的內(nèi)腔連通，所述進口風(fēng)箱(3)上設(shè)有空氣進口管道(1)，所述燃燒室(15)的開口端與高溫?zé)煔饣亓鞴?4)的一端相連，所述高溫?zé)煔饣亓鞴?4)的另一端與待加熱對象相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多段式自預(yù)熱燃燒器，其特征在于所述進口風(fēng)箱(3)內(nèi)部裝設(shè)有一塊以上的空氣隔板(31)，所述空氣隔板(31)布置于空氣流動的路線上，所述空氣隔板(31)與進口風(fēng)箱(3)內(nèi)側(cè)壁之間形成空氣通 >道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多段式自預(yù)熱燃燒器，其特征在于所述高溫?zé)煔饣亓鞴?4) 的一側(cè)設(shè)有分別用來連接待加熱對象和燃燒室(15)的兩個法蘭盤。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的多段式自預(yù)熱燃燒器，其特征在于所述燃料管(29) 包括呈嵌套狀布置的內(nèi)燃料管(8)和外燃料管(6)，所述內(nèi)燃料管(8)上設(shè)有內(nèi)燃料管閥門 (7),所述外燃料管(6)上設(shè)有外燃料管閥門(26)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的多段式自預(yù)熱燃燒器，其特征在于所述空氣管(30) 包括由上至下依次排列的上空氣管(5)和下空氣管(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的多段式自預(yù)熱燃燒器，其特征在于所述空氣管(30) 和燃料管(29)均為兩根并固定于管道固定裝置(27)上，所述空氣管(30)和燃料管(29)呈間隔狀分布并以管道固定裝置(27)為中心線呈對稱狀布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的多段式自預(yù)熱燃燒器，其特征在于所述空氣管(30) 為三根，所述燃料管(29)為兩根，所述空氣管(30)和燃料管(29)均固定于管道固定裝置 (27 )上，所述空氣管(30 )和燃料管(29 )呈間隔狀分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的多段式自預(yù)熱燃燒器，其特征在于所述空氣管(30) 為四根，所述燃料管(29)為兩根，所述空氣管(30)和燃料管(29)均固定于管道固定裝置 (27 )上，所述兩根燃料管(29 )依次排列，以每根燃料管(29 )為中心，在燃料管(29 )的兩側(cè)分別布置一根空氣管(30)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的多段式自預(yù)熱燃燒器，其特征在于所述空氣管(30) 為三根，所述燃料管(29)為兩根，所述空氣管(30)和燃料管(29)均固定于管道固定裝置 (27)上，所述空氣管(30)由上至下依次排列，所述兩根燃料管(29)以排列后的空氣管(30) 為中心線呈對稱布置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的多段式自預(yù)熱燃燒器，其特征在于所述燃料管 (29)和空氣管(30)均采用光管或肋片管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多段式自預(yù)熱燃燒器，包括預(yù)熱室以及一端呈封閉狀的燃燒室，預(yù)熱室包含進口風(fēng)箱、設(shè)置于進口風(fēng)箱內(nèi)的高溫?zé)煔饣亓鞴芤约耙欢嗽O(shè)置于高溫?zé)煔饣亓鞴軆?nèi)的燃料管和空氣管，燃料管和空氣管的噴射端朝向燃燒室的開口端，空氣管的進口端與進口風(fēng)箱的內(nèi)腔連通，進口風(fēng)箱上設(shè)有空氣進口管道，燃燒室的開口端與高溫?zé)煔饣亓鞴艿囊欢讼噙B，高溫?zé)煔饣亓鞴艿牧硪欢伺c待加熱對象相連通。本發(fā)明是基于高溫?zé)煔饽媪鬟M行預(yù)熱，具有性能穩(wěn)定可靠、操作簡便、燃燒效率高、燃燒污染物排放低等優(yōu)點。
文檔編號F23D14/46GK102434881SQ20111028154
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者成珊, 陳冬林 申請人:長沙理工大學(xué)