專利名稱：一種空氣旋流型高溫低氧空氣燃燒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種以燃?xì)庾匀甲鳛榉€(wěn)燃條件，用高溫空氣旋轉(zhuǎn)流動(dòng)方法強(qiáng)化爐內(nèi)煙氣再循環(huán)和推遲爐內(nèi)燃空氣分子聚合，使燃燒火焰充滿整個(gè)爐膛的非預(yù)混型旋流彌散燃燒裝置，具有低NOx和CO排放、高燃燒效率和高效節(jié)能等優(yōu)勢(shì)，適用于燃用低熱值、低能量品位和低能量密度的燃?xì)饣驈U氣燃燒裝置使用。

背景技術(shù)：
燃燒器是鍋爐和高溫爐窯里組織氣流流動(dòng)、傳熱和燃燒的關(guān)鍵部件。燃燒器決定燃?xì)?、空氣、燃?xì)?空氣混合氣流進(jìn)入爐膛的速度方向，決定爐膛內(nèi)燃?xì)夥肿雍涂諝夥肿踊旌闲Ч盎鹧嫣卣?如形狀和大小)。
火焰集中型傳統(tǒng)燃燒器通常將燃?xì)夂涂諝馔ㄈ胛恢眉性O(shè)置，燃?xì)夂涂諝庠诹鞒鋈紵骱蟮囊粋€(gè)很近位置上相交，以便使兩者盡早接觸以實(shí)現(xiàn)常氧(含氧21％)燃燒。此時(shí)，燃?xì)夥肿訚舛群脱鯕夥肿訚舛雀咭鹑紵磻?yīng)速率大，按化學(xué)當(dāng)量比混合好的燃?xì)馀c氧氣來不及擴(kuò)散就被完全消耗，燃燒放熱使得燃燒氣流溫度升高，進(jìn)一步促使反應(yīng)速率增大，激發(fā)了鏈?zhǔn)饺紵磻?yīng)，最終在瞬間和極小空間內(nèi)完成燃燒反應(yīng)，呈現(xiàn)出火焰集中、火焰體積小、有明顯的局部高溫區(qū)、小區(qū)域里高強(qiáng)度釋熱，燃燒噪音大等特征。局部高溫區(qū)給熱力型NOx形成創(chuàng)造了條件。局部高溫區(qū)靠近或接觸受熱面時(shí)會(huì)引起受熱面氧化燒損，有些情況下甚至?xí)霈F(xiàn)更為嚴(yán)重的事故(如鍋爐高壓冷卻水泄漏等)。火焰體積小，可燃?xì)夥肿釉诟邷貐^(qū)域里停留時(shí)間短，機(jī)械不完全燃燒和化學(xué)不完全燃燒引起的CO排放增加。盡管火焰溫度高，但火焰體積很小，熱效率不高。另外，為確保燃燒火焰穩(wěn)定，爐溫不能太低，為此不能燃用熱值太低的燃料。低熱值燃?xì)?如發(fā)生爐煤氣、高爐煤氣、鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐煙氣)熱值較低，難以穩(wěn)定燃燒，且達(dá)不到一般鍋爐和高溫爐窯所要求的爐溫。一些工廠甚至將這部分燃料部分或大部分放空，既浪費(fèi)能源又污染環(huán)境。
實(shí)用新型內(nèi)容 為了解決傳統(tǒng)燃燒器小火焰體積帶來的不節(jié)能和燃燒污染物排放偏高，不能燃用低熱值燃料等問題，實(shí)用新型提供一種以低熱值燃料使用為主要目的，通過高溫空氣射流在爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)和推遲燃空氣接觸混合，并使燃燒反應(yīng)區(qū)域拓寬的低氧彌散燃燒裝置。
空氣旋流型高溫低氧空氣燃燒裝置包括燒嘴磚，燒嘴磚特征在于在垂直于燒嘴磚軸線遠(yuǎn)離爐膛的燒嘴磚平面上，沿著以該平面中心為圓心的圓周均勻交錯(cuò)設(shè)置等面積的空氣噴出圓孔和等面積的燃?xì)庾⑷雸A孔，燃?xì)馔ǖ垒S線平行于燒嘴磚軸線且沿通道軸線方向燃?xì)饬魍娣e不變化，空氣通道沿逆時(shí)針方向向前一個(gè)空氣通道傾斜，空氣通道軸線和通過前一個(gè)靠近爐膛空氣噴出孔的燒嘴磚軸線平行線延長(zhǎng)相交，交點(diǎn)不超過沿?zé)齑u軸線方向爐膛長(zhǎng)度1/3范圍，沿空氣通道方向空氣流通面積逐漸縮小。
實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，NOx排放低于25ppm，CO排放低于140ppm，熱效率高出火焰集中型傳統(tǒng)燃燒5-10％。
各類燃用甲烷氣，低熱值、低品位和低能量密度氣體燃料，及各類以減少低熱值廢氣排空污染和浪費(fèi)、開發(fā)新能源或降低燃燒NOx生成為使用目的民用或工業(yè)鍋爐或燃燒加熱裝置，高溫爐窯均可使用本實(shí)用新型。

圖1為實(shí)用新型涉及的旋流彌散燃燒器氣流組織圖。
圖2為實(shí)用新型涉及的旋流彌散燃燒器端面圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
如圖1和圖2所示，空氣旋流型高溫低氧空氣燃燒裝置主要包括燒嘴磚。O為燒嘴磚中心，A、B、C和D為空氣噴出孔，a、b、c和d為燃?xì)庾⑷肟?。遠(yuǎn)離爐膛垂直于煙嘴磚中心軸線的燒嘴磚平面上設(shè)置四個(gè)等面積的圓形燃?xì)庾⑷肟譨、b、c及d和四個(gè)等面積的圓形空氣噴出孔A、B、C及D。四個(gè)空氣噴出孔和四個(gè)燃?xì)庾⑷肟孜挥谕粋€(gè)以燒嘴磚平面中心為圓心的圓周上，按A→a→B→b→C→c→D→d→A順序相互交錯(cuò)均勻布置。燒嘴磚由高溫耐火材料澆鑄而成，可以嵌入爐壁也可以伸入爐膛，設(shè)有凹向爐膛的凹槽。燃?xì)庾⑷肟譨、b、c和d的中心軸線平行于燒嘴磚軸線且沿通道軸線方向燃?xì)饬魍娣e不發(fā)生變化。沿?zé)齑u中心軸線指向爐膛方向空氣噴出孔A、B、C和D的流通面積逐漸縮小?？諝馔ǖ姥啬鏁r(shí)針方向向前一個(gè)空氣通道傾斜，空氣通道軸線和通過前一個(gè)靠近爐膛空氣噴出孔的燒嘴磚軸線平行線延長(zhǎng)相交，交點(diǎn)在沿?zé)齑u軸線方向爐膛長(zhǎng)度1/3空間范圍以內(nèi)。交點(diǎn)離靠近爐膛的燒嘴磚平面距離L小于沿?zé)齑u中心軸線方向1/3爐膛長(zhǎng)度。
燃燒器可以垂直安裝，也可以水平安裝?？諝饪梢圆扇〈胧╊A(yù)先降低其含氧體積濃度至15-21％范圍?？諝庀韧ㄟ^高溫的球形或蜂窩狀陶瓷蓄熱體，吸收蓄熱體顯熱而升高溫度至1000℃以上。漸縮型空氣通道設(shè)計(jì)可確保空氣壓力勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝鈩?dòng)能，從而保證高溫空氣能高速?gòu)目諝馔ǖ繟、B、C及D均勻傾斜射入爐內(nèi)。燃?xì)饪梢越?jīng)過預(yù)熱也可以不預(yù)熱，燃?xì)鈴娜細(xì)馔ǖ繿、b、c及d均勻平行注入爐內(nèi)。爐內(nèi)襯保溫性能良好且控制裝置熱負(fù)荷，爐溫維持在高于1000℃的溫度水平，燃空氣分子一旦接觸混合即具有自燃條件。
空氣高速傾斜射入爐膛形成傾斜前行的空氣射流，在相鄰傾斜空氣高速射流作用下形成沿逆時(shí)針方向螺旋前行的空氣氣流?？諝馍淞魉俣却螅谏淞鞲慨a(chǎn)生較大的負(fù)壓，引起了較多的高溫低氧煙氣被卷吸混入螺旋空氣射流中，使得空氣含氧體積濃度逐漸降低到15％以下，加上平行注入的燃?xì)夥肿硬粩嗟乇痪砦鼡饺肼菪龤饬髦?，最終形成均勻攪混的高溫低氧預(yù)混氣流。由于爐膛溫度1000℃高于預(yù)混氣體自燃點(diǎn)，相鄰兩股燃空氣預(yù)混物燃燒能形成火焰相連的圓柱側(cè)面狀火焰墻?？諝饴菪隣钚谐?，既延長(zhǎng)可燃物在爐內(nèi)行程和停留時(shí)間，又有利于建立低氧燃燒條件。
和傳統(tǒng)火焰集中式燃燒相比，實(shí)用新型改變了流出燃燒器的空氣分子和燃?xì)夥肿泳酆蠒r(shí)間和地點(diǎn)，分別被推遲和被置后，加上發(fā)生燃燒反應(yīng)時(shí)空氣含氧濃度極低發(fā)生動(dòng)力控制型燃燒反應(yīng)，能夠使得超過2/3爐內(nèi)空間充滿火焰。對(duì)于這個(gè)燃燒反應(yīng)而言，未參與燃燒反應(yīng)的惰性氣體比傳統(tǒng)火焰集中式燃燒的多，燃燒放熱比火焰集中式傳統(tǒng)燃燒的小，反應(yīng)物吸熱而升高的溫度不明顯。升溫不明顯的反應(yīng)物在被消耗前能離開反應(yīng)區(qū)，從而有效地阻止反應(yīng)速率的驟然增大，保證了反應(yīng)區(qū)低強(qiáng)度燃燒釋熱和不明顯的溫度升高。全部燃燒化學(xué)反應(yīng)被設(shè)置在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間和較大的爐內(nèi)空間里完成。
燃燒器組織容積式燃燒，反應(yīng)發(fā)生在小的溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)區(qū)最高溫度降低，爐溫均勻?；鹧孀罡邷囟冉档鸵餘Ox排放降低(低于30ppm)。爐溫均勻，延長(zhǎng)了爐膛內(nèi)襯壽命，且在需表面溫度均勻一致的材料加工領(lǐng)域里有重要意義，如金屬加熱爐和熱處理爐等。燃燒最高溫度可調(diào)節(jié)到爐內(nèi)金屬件所能承受的溫度以下，爐內(nèi)被加熱物料表面附近區(qū)域的燃燒氣流含氧濃度和溫度可調(diào)節(jié)，這樣既可控制燃燒過程，又可控制加工件表面氧化反應(yīng)。爐內(nèi)每個(gè)位置都高于燃?xì)饣旌衔镒匀键c(diǎn)，在火焰脫離傳統(tǒng)燃燒中由燃燒器控制的穩(wěn)焰區(qū)后能依靠燃料自燃作用繼續(xù)燃燒。這種依靠燃料自燃來維持爐內(nèi)穩(wěn)定燃燒的特點(diǎn)，給爐膛設(shè)計(jì)帶來方便。
實(shí)用新型節(jié)能效果明顯。燃?xì)庠跔t內(nèi)停留時(shí)間更長(zhǎng)，燃燒效率更高、CO排放更低(低于140ppm)。爐膛內(nèi)火焰體積大，輻射換熱作用加強(qiáng)，熱效率有所提高(高出火焰集中式傳統(tǒng)燃燒5-10％)。由于高溫預(yù)熱空氣所具有的物理熱增加了爐內(nèi)的理論燃燒溫度，為原來不能用于高溫爐窯的低熱值、低品位和低能量密度的氣體燃料或工業(yè)廢氣利用提供了新機(jī)會(huì)。實(shí)用新型特別適用于各種以減少低熱值、低品位和低能量密度的氣體燃料和廢氣排空污染和浪費(fèi)、開發(fā)新能源或降低燃燒NOx生成為使用目的場(chǎng)所使用。
權(quán)利要求1.一種空氣旋流型高溫低氧空氣燃燒裝置，包括燒嘴磚，其特征在于在垂直于燒嘴磚軸線遠(yuǎn)離爐膛的燒嘴磚平面上，沿著以該平面中心為圓心的圓周均勻交錯(cuò)設(shè)置等面積的空氣噴出圓孔和等面積的燃?xì)庾⑷雸A孔，燃?xì)馔ǖ垒S線平行于燒嘴磚軸線且沿通道軸線方向燃?xì)饬魍娣e不變化，空氣通道沿逆時(shí)針方向向前一個(gè)空氣通道傾斜，空氣通道軸線和通過前一個(gè)靠近爐膛空氣噴出孔的燒嘴磚軸線平行線延長(zhǎng)相交，交點(diǎn)不超過沿?zé)齑u軸線方向爐膛長(zhǎng)度1/3范圍，沿空氣通道軸線方向空氣流通面積逐漸縮小。
專利摘要一種強(qiáng)化煙氣再循環(huán)和推遲燃空氣分子聚合的空氣旋流型高溫低氧空氣燃燒裝置。本實(shí)用新型在垂直于燒嘴磚軸線遠(yuǎn)離爐膛的燒嘴磚平面上，沿著以該平面中心為圓心的圓周均勻交錯(cuò)設(shè)置空氣噴出圓孔和燃?xì)庾⑷雸A孔。燃?xì)馔ǖ垒S線平行于燒嘴磚軸線且沿軸線方向燃?xì)饬魍娣e不變化。空氣通道沿逆時(shí)針方向向前一個(gè)空氣通道傾斜，空氣通道軸線和通過前一個(gè)靠近爐膛空氣噴出孔的燒嘴磚軸線平行線延長(zhǎng)相交，交點(diǎn)在沿?zé)齑u軸線方向爐膛長(zhǎng)度1/3空間范圍以內(nèi)。沿空氣通道軸線方向空氣流通面積逐漸縮小。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)，NOx排放＜30ppm，CO排放＜140ppm，熱效率高出傳統(tǒng)燃燒5-10％，適用于低熱值燃?xì)鉅t窯或鍋爐裝置。
文檔編號(hào)F23L9/00GK201141594SQ20072006493
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2007年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月5日
發(fā)明者艾元方, 蔣紹堅(jiān), 蔣受寶, 熾 梅 申請(qǐng)人:中南大學(xué)