專利名稱：環(huán)道內(nèi)煤氣噴嘴均布上噴空氣旋流混合燃燒的燃燒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高爐熱風(fēng)爐及其它工業(yè)窯爐用的一種環(huán)道內(nèi)煤氣噴嘴均布上噴空氣旋流混合燃燒的燃燒裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，高爐熱風(fēng)爐和其它工業(yè)爐窯從節(jié)能降耗上考慮要求在燃燒低熱值高爐煤氣下獲得高性能和高效益，而最終達(dá)到高效、節(jié)能、環(huán)保、增產(chǎn)的目的。為此，高效而強(qiáng)化的燃燒過程就是十分必要的，這就涉及到燃燒裝置性能的好壞?？v觀目前使用的各種氣體燃燒裝置，均以煤氣與空氣在燃燒空間中混合、預(yù)熱、著火燃燒模式為主，這種模式總是存在混合不均、燃燒不完全、燃燒室空間大、燃燒器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、燃燒氣流組織不當(dāng)(氣流分布不均)、 燃燒氣流特征隨負(fù)荷變動(dòng)(即可控性差)等問題。對(duì)于燃燒室中氣流混合燃燒的模式，關(guān)鍵的是快速均勻的混合、回流預(yù)熱而均勻迅速的燃燒，使燃燒過程得以在燃燒裝置中完成，使得完成燃燒的空間進(jìn)一步縮小，從而有效減少熱利用設(shè)備的容積，使得熱風(fēng)爐和其它工業(yè)窯爐的制作成本明顯下降。如將這樣的燃燒裝置應(yīng)用到相應(yīng)的熱風(fēng)爐中，就能實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的無焰或短焰燃燒過程，且能進(jìn)一步通過格子磚調(diào)壓均流和增強(qiáng)傳熱的結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)均勻高效的傳熱-蓄熱過程。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提出一種環(huán)道內(nèi)煤氣噴嘴均布上噴空氣旋流混合燃燒的燃燒裝置，能有效解決眾多爐窯燃燒裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或需要較大的燃燒空間，且氣體混合不均勻、燃燒不充分、污染環(huán)境、浪費(fèi)能源等問題(尤其是高爐熱風(fēng)爐和以熱利用為主的窯爐)。本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，由燃燒室墻體、旋流與回流燃燒室、煤氣進(jìn)氣管、空氣進(jìn)氣管、煤氣分配環(huán)道、空氣進(jìn)氣噴口、煤氣噴嘴、氣流混合環(huán)道、氣流出口和燃燒裝置出口段構(gòu)成，燃燒室墻體是由球形拱頂和圓筒體組合構(gòu)成，燃燒室墻體內(nèi)的上部空間為旋流與回流燃燒室，燃燒室墻體的圓筒體上垂直其軸線布置有煤氣進(jìn)氣管和空氣進(jìn)氣管，煤氣進(jìn)氣管置于空氣進(jìn)氣管下方一側(cè)，煤氣進(jìn)氣管垂直或以傾斜角度接砌筑在燃燒室墻體內(nèi)的煤氣分配環(huán)道，煤氣分配環(huán)道的截面為矩形，上部有多個(gè)沿環(huán)道周向均勻分布的扇形截面的煤氣噴嘴，煤氣噴嘴轉(zhuǎn)折向上后接氣流混合環(huán)道的環(huán)形底面，氣流混合環(huán)道位于旋流與回流燃燒室的底部，是上部開口的倒梯形截面的圓形環(huán)道，空氣進(jìn)氣管通過空氣進(jìn)氣噴口在水平方向以傾斜角度接氣流混合環(huán)道，空氣進(jìn)氣噴口的截面為圓形、拱形、矩形的一種或拱形和矩形的組合形狀，空氣進(jìn)氣噴口內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流擋板，用于改變氣流方向與提高流速，燃燒室墻體的側(cè)面環(huán)墻上或者在球形拱頂?shù)捻敳吭O(shè)置氣流出口，旋流與回流燃燒室的下部為燃燒裝置出口段。本發(fā)明拱形空間下是一個(gè)環(huán)形的氣流混合環(huán)道，均布在環(huán)道底部的煤氣噴嘴向上噴射煤氣，與在水平方向以一定旋切角噴射進(jìn)入氣流混合環(huán)道的空氣進(jìn)行快速而均勻的混合并旋流向上流進(jìn)出，并在旋流與回流燃燒室中產(chǎn)生周向與軸向回旋運(yùn)動(dòng)，煤氣與空氣在其中基本完成混合過程和燃燒過程，之后向下進(jìn)入熱利用裝置，如熱風(fēng)爐的蓄熱室或其他的爐窯的熱利用空間。由于熱風(fēng)爐中多孔蓄熱體是管狀蜂窩結(jié)構(gòu)，有較大的接觸面積，即使因氣流的快速流動(dòng)而未完成的燃燒過程也能在其中快速且充分地完成，且同時(shí)借助于多孔體混流均壓的作用而形成均溫、均流的煙氣流場(chǎng)，因此，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)煤氣與空氣通過氣流混合環(huán)道而快速混合，并以回旋上行的混合氣流進(jìn)入旋流與回流燃燒室，徹底完成混合氣體的高溫預(yù)熱與集中且快速穩(wěn)定的高強(qiáng)度燃燒，從而有效解決了低熱值煤氣燃燒不穩(wěn)定、燃燒強(qiáng)度弱、燃燒溫度低等關(guān)鍵問題；將煤氣與空氣間的邊混合邊燃燒的占用大量燃燒空間的長(zhǎng)焰燃燒方式改變?yōu)樾髋c回流的預(yù)混氣流的高速與高強(qiáng)度燃燒方式。鑒于燃燒過程集中在燃燒裝置內(nèi)完成，這樣就極大地節(jié)省了爐窯的燃燒空間，有效減低其制作成本。 顯然，采用這種無焰或短焰的燃燒方式既提高了燃燒過程的完全程度又省去了爐窯的燃燒室，且還能達(dá)到一定程度的借助大回流的自身預(yù)熱。如果作為熱風(fēng)爐的燃燒裝置，其蓄熱體可以作為少量未燃燒的混合氣流完成燃燒過程的空間而有效提升蓄熱體的溫度，為提供高風(fēng)溫創(chuàng)造極為有利的條件。因此，該燃燒裝置相對(duì)于其他采用氣體燃燒類型的燃燒裝置而言，不僅自身在較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)下實(shí)現(xiàn)了氣流快速旋流預(yù)混、回流煙氣的高溫預(yù)熱、與高強(qiáng)度燃燒，而且對(duì)工業(yè)爐窯整體結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化和改善其特性都起到了很重要的作用。


圖1為本發(fā)明的剖面主視圖。圖2為本發(fā)明圖1中A-A部截面圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明。如圖1、2所示，本發(fā)明由燃燒室墻體1、旋流與回流燃燒室2、煤氣進(jìn)氣管3、空氣進(jìn)氣管4、煤氣分配環(huán)道5、空氣進(jìn)氣噴口 6、煤氣噴嘴7、氣流混合環(huán)道8、氣流出口 9和燃燒裝置出口段10構(gòu)成，燃燒室墻體1是由球形拱頂和圓筒體組合構(gòu)成，燃燒室墻體內(nèi)的上部空間為旋流與回流燃燒室2，燃燒室墻體1的圓筒體上垂直其軸線布置有煤氣進(jìn)氣管3和空氣進(jìn)氣管4，煤氣進(jìn)氣管置于空氣進(jìn)氣管下方一側(cè)，煤氣進(jìn)氣管3垂直或以傾斜角度接砌筑在燃燒室墻體1內(nèi)的煤氣分配環(huán)道5，煤氣分配環(huán)道的截面為矩形，上部有多個(gè)沿環(huán)道周向均勻分布的扇形截面的煤氣噴嘴7，煤氣噴嘴轉(zhuǎn)折向上后接氣流混合環(huán)道8的環(huán)形底面，氣流混合環(huán)道8位于旋流與回流燃燒室2的底部，是上部開口的倒梯形截面的圓形環(huán)道，空氣進(jìn)氣管4通過空氣進(jìn)氣噴口 6在水平方向以傾斜角度接氣流混合環(huán)道8，空氣進(jìn)氣噴口 6的截面為圓形、拱形、矩形的一種或拱形和矩形的組合形狀，空氣進(jìn)氣噴口內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流擋板6a， 用于改變氣流方向與提高流速，燃燒室墻體1的側(cè)面環(huán)墻上或者在球形拱頂?shù)捻敳吭O(shè)置氣流出口 9，旋流與回流燃燒室2的下部為燃燒裝置出口段10。所述的燃燒室墻體1為由金屬外殼內(nèi)砌筑耐火材料制成的重質(zhì)耐材(耐材又稱耐火材料，以下同，重質(zhì)耐材為硅磚或紅柱石高鋁磚)內(nèi)層、輕質(zhì)耐材(如輕質(zhì)硅磚或高鋁聚輕磚)外層和外層外面的陶瓷纖維棉與噴涂層構(gòu)成；所述的旋流與回流燃燒室2是燃燒室墻體內(nèi)的氣流混合環(huán)道8上部的空間，是一個(gè)類似于蘑菇形空間的蘑菇頭；所述的空氣進(jìn)氣管4與煤氣進(jìn)氣管3是金屬管內(nèi)用耐火材料(如高鋁磚或粘土磚)砌筑的圓形通道，沿燃燒裝置的周向均勻布置的空氣進(jìn)氣管4和煤氣進(jìn)氣管3均為1 3個(gè)；所述的煤氣進(jìn)氣管3 以0 30°的角度接砌筑在燃燒室墻體1內(nèi)的煤氣分配環(huán)道5，煤氣分配環(huán)道的內(nèi)側(cè)環(huán)墻上有多個(gè)沿環(huán)道周向均勻分布的煤氣噴嘴7，煤氣噴嘴為矩形孔，煤氣噴嘴沿其徑向平面轉(zhuǎn)折垂直向上接氣流混合環(huán)道8的環(huán)形底面，煤氣噴嘴7至少有15個(gè)；所述的導(dǎo)流擋板6a是由耐材(如堇青石_莫來石磚、硅_鋁磚等)砌筑而成的棱形柱體，至少有2個(gè)，每個(gè)導(dǎo)流擋板之間有間隔，放置在空氣進(jìn)氣噴口 6中，形成在空氣進(jìn)氣噴口徑向方向上0° 60°角度的氣流通道，空氣進(jìn)氣噴口 6的開口傾斜對(duì)著上部開口的氣流混合環(huán)道8，空氣進(jìn)氣噴口和氣流混合環(huán)道的底部平齊；所述的氣流混合環(huán)道8的高度大于或等于空氣進(jìn)氣噴口 6的高度，以保證空氣進(jìn)氣噴口 6出來的高速氣流回旋向上流動(dòng)；所述的氣流出口 9為熱風(fēng)出口或煙氣出口，對(duì)用于熱風(fēng)爐的燃燒裝置，設(shè)置的是熱風(fēng)出口，對(duì)用于其他自預(yù)熱工業(yè)爐窯則為煙氣出口 ；所述的燃燒裝置出口段10為煙氣進(jìn)入熱利用空間的通道或蓄熱材料充填的空間，對(duì)用于熱風(fēng)爐的燃燒裝置，其內(nèi)為蓄熱材料充填如格子磚或者耐火球，對(duì)用于其他工業(yè)爐窯則為煙氣進(jìn)入熱利用空間的通道。由上述結(jié)構(gòu)可知，本發(fā)明的外形為下部開口的球形頂?shù)耐矤罱Y(jié)構(gòu)，煤氣與空氣分別進(jìn)入各自的進(jìn)氣管后，煤氣流入煤氣分配環(huán)道5再由煤氣噴嘴7形成高速上噴的氣流進(jìn)入氣流混合環(huán)道8 ；而空氣流經(jīng)空氣進(jìn)氣噴口 6后進(jìn)入氣流混合環(huán)道8則產(chǎn)生沿氣流混合環(huán)道8的強(qiáng)烈的回旋氣流。在氣流混合環(huán)道8中兩種氣流相遇且在快速旋流流動(dòng)中迅速相互混合，并從上部開口以一定的旋流強(qiáng)度的向上氣流進(jìn)入旋流與回流燃燒室2。在這里隨著上噴氣流的折返與周向旋流的作用下，整個(gè)氣流流場(chǎng)就形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)渦環(huán)結(jié)構(gòu)，成為氣流強(qiáng)烈混合、快速預(yù)熱、迅速著火與燃燒的環(huán)境；隨著氣流完成燃燒過程并產(chǎn)生較高的燃燒溫度后，煙氣以均勻分布的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入燃燒裝置出口段10，對(duì)于熱風(fēng)爐是指進(jìn)入蓄熱室，對(duì)于其它工業(yè)爐窯就是進(jìn)入熱利用空間的煙氣通道?？傊?，本發(fā)明采用緊湊而獨(dú)特的燃燒室結(jié)構(gòu)，應(yīng)用煤氣從均布噴嘴上噴與旋流空氣快速混合、回流預(yù)熱穩(wěn)焰、高強(qiáng)度燃燒的燃燒技術(shù)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)入燃燒室氣流的快速而均勻的混合、迅速著火與強(qiáng)烈燃燒，并借助回流蝸旋的自身預(yù)熱作用提高局部燃燒溫度，造成高強(qiáng)度燃燒的有利環(huán)境，最后形成均流、均溫、與高速的進(jìn)入蓄熱室或熱利用空間的煙氣流。本發(fā)明是一種高爐熱風(fēng)爐及其它工業(yè)窯爐用的煤氣從均布噴嘴上噴與旋流空氣快速混合、回流預(yù)熱穩(wěn)焰、高強(qiáng)度燃燒的燃燒裝置，克服了常規(guī)氣體燃燒裝置存在的氣流混合不均、燃燒不完全、火焰不穩(wěn)定、燃燒強(qiáng)度低、燃燒氣流分布不均勻、氣流結(jié)構(gòu)不可控等燃燒過程中的關(guān)鍵問題。使用本發(fā)明能夠有效地保證工業(yè)爐窯實(shí)現(xiàn)高效、高溫、均速、高熱強(qiáng)度、且安全與穩(wěn)定地運(yùn)行，繼而實(shí)現(xiàn)節(jié)省燃料、節(jié)約投資、降低廢氣溫度與排放量、減少環(huán)境污染的良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)道內(nèi)煤氣噴嘴均布上噴空氣旋流混合燃燒的燃燒裝置，其特征在于，由燃燒室墻體(1)、旋流與回流燃燒室(2)、煤氣進(jìn)氣管(3)、空氣進(jìn)氣管(4)、煤氣分配環(huán)道(5)、空氣進(jìn)氣噴口(6)、煤氣噴嘴(7)、氣流混合環(huán)道(8)、氣流出口(9)和燃燒裝置出口段(10)構(gòu)成，燃燒室墻體(1)是由球形拱頂和圓筒體組合構(gòu)成，燃燒室墻體內(nèi)的上部空間為旋流與回流燃燒室(2)，燃燒室墻體(1)的圓筒體上垂直其軸線布置有煤氣進(jìn)氣管(3)和空氣進(jìn)氣管 (4)，煤氣進(jìn)氣管置于空氣進(jìn)氣管下方一側(cè)，煤氣進(jìn)氣管(3)垂直或以傾斜角度接砌筑在燃燒室墻體(1)內(nèi)的煤氣分配環(huán)道(5)，煤氣分配環(huán)道的截面為矩形，上部有多個(gè)沿環(huán)道周向均勻分布的扇形截面的煤氣噴嘴(7)，煤氣噴嘴轉(zhuǎn)折向上后接氣流混合環(huán)道(8)的環(huán)形底面，氣流混合環(huán)道(8)位于旋流與回流燃燒室(2)的底部，是上部開口的倒梯形截面的圓形環(huán)道，空氣進(jìn)氣管(4)通過空氣進(jìn)氣噴口(6)在水平方向以傾斜角度接氣流混合環(huán)道(8)， 空氣進(jìn)氣噴口(6)的截面為圓形、拱形、矩形的一種或拱形和矩形的組合形狀，空氣進(jìn)氣噴口內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流擋板(6a)，用于改變氣流方向與提高流速，燃燒室墻體(1)的側(cè)面環(huán)墻上或者在球形拱頂?shù)捻敳吭O(shè)置氣流出口(9)，旋流與回流燃燒室(2)的下部為燃燒裝置出口段 (10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)道內(nèi)煤氣噴嘴均布上噴空氣旋流混合燃燒的燃燒裝置，其特征在于，所述的燃燒室墻體(1)為由金屬外殼內(nèi)砌筑耐火材料制成的重質(zhì)耐材內(nèi)層、輕質(zhì)耐材外層和外層外面的陶瓷纖維棉與噴涂層構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)道內(nèi)煤氣噴嘴均布上噴空氣旋流混合燃燒的燃燒裝置，其特征在于，所述的空氣進(jìn)氣管(4)與煤氣進(jìn)氣管(3)是金屬管內(nèi)用耐火材料砌筑的圓形通道，沿燃燒裝置的周向均勻布置的空氣進(jìn)氣管(4)和煤氣進(jìn)氣管(3)均為1 3個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)道內(nèi)煤氣噴嘴均布上噴空氣旋流混合燃燒的燃燒裝置，其特征在于，所述的煤氣進(jìn)氣管(3)以0 30°的角度接砌筑在燃燒室墻體(1)內(nèi)的煤氣分配環(huán)道(5)，煤氣分配環(huán)道的內(nèi)側(cè)環(huán)墻上有多個(gè)沿環(huán)道周向均勻分布的煤氣噴嘴(7)，煤氣噴嘴為矩形孔，煤氣噴嘴沿其徑向平面轉(zhuǎn)折垂直向上接氣流混合環(huán)道(8)的環(huán)形底面，煤氣噴嘴(7)至少有15個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)道內(nèi)煤氣噴嘴均布上噴空氣旋流混合燃燒的燃燒裝置，其特征在于，所述的導(dǎo)流擋板(6a)是由耐材砌筑而成的棱形柱體，至少有2個(gè)，每個(gè)導(dǎo)流擋板之間有間隔，放置在空氣進(jìn)氣噴口(6)中，形成在空氣進(jìn)氣噴口徑向方向上0° 60°角度的氣流通道，空氣進(jìn)氣噴口(6)的開口傾斜對(duì)著上部開口的氣流混合環(huán)道(8)，空氣進(jìn)氣噴口和氣流混合環(huán)道的底部平齊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)道內(nèi)煤氣噴嘴均布上噴空氣旋流混合燃燒的燃燒裝置，其特征在于，所述的氣流混合環(huán)道(8)的高度大于或等于空氣進(jìn)氣噴口(6)的高度，以保證空氣進(jìn)氣噴口(6)出來的高速氣流回旋向上流動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)道內(nèi)煤氣噴嘴均布上噴空氣旋流混合燃燒的燃燒裝置，其特征在于，所述的氣流出口(9)為熱風(fēng)出口或煙氣出口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)道內(nèi)煤氣噴嘴均布上噴空氣旋流混合燃燒的燃燒裝置，其特征在于，所述的燃燒裝置出口段(10)為煙氣進(jìn)入熱利用空間的通道或蓄熱材料充填的空間。
全文摘要
本發(fā)明涉及環(huán)道內(nèi)煤氣噴嘴均布上噴空氣旋流混合燃燒的燃燒裝置，有效解決燃燒裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要較大的燃燒空間，且氣體混合不均勻、燃燒不充分、污染環(huán)境、浪費(fèi)能源問題，燃燒室墻體內(nèi)上部為旋流與回流燃燒室，圓筒體上有煤氣和空氣進(jìn)氣管，煤氣進(jìn)氣管接煤氣分配環(huán)道，煤氣分配環(huán)道上部的煤氣噴嘴接氣流混合環(huán)道，氣流混合環(huán)道位于旋流與回流燃燒室的底部，空氣進(jìn)氣管經(jīng)空氣進(jìn)氣噴口接氣流混合環(huán)道，空氣進(jìn)氣噴口內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流擋板，燃燒室墻體上或者在球形拱頂?shù)捻敳吭O(shè)置氣流出口，旋流與回流燃燒室的下部為燃燒裝置出口段，本發(fā)明有效解決了低熱值煤氣燃燒不穩(wěn)定、燃燒強(qiáng)度弱、燃燒溫度低等關(guān)鍵問題；制作成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)F23D14/70GK102494343SQ201110434370
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者劉輝凱, 陳維漢 申請(qǐng)人:陳維漢