專利名稱：工業(yè)爐高溫空氣燃燒技術(shù)的同心式軸向旋流燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬燃燒器噴嘴領(lǐng)域，特別是涉及一種工業(yè)爐高溫空氣燃燒技術(shù)的同心 式軸向旋流燃燒器。
背景技術(shù)：
工業(yè)爐在鋼鐵、冶金、機械、陶瓷、玻璃等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛，是進行熱加工的關(guān)鍵 設(shè)備。在熱處理和各類熱加工過程的工業(yè)爐中，越來越多地采用燃氣燃燒的方式作為加熱 的技術(shù)途徑。高溫空氣燃燒(High temperature air combustion, HTAC)是一種采用高預(yù) 熱空氣在超低氧濃度條件下的先進燃燒技術(shù)，以天然氣或煤氣為燃料，以射流的方式送入 工業(yè)爐內(nèi)進行燃燒，并且通過采用高效的蓄熱陶瓷材料極限回收燃燒后的煙氣中的余熱， 并用來加熱進入爐膛內(nèi)的空氣，從而大幅度地節(jié)約了能量。同時，由于它是在超低氧濃度 下的高強度燃燒，因此在燃燒過程生成的熱力型氮氧化物(N4)濃度可以很低，具有很低的 N0X排放特性，因而其環(huán)保優(yōu)勢十分顯著。此外，在超低氧條件下，使得金屬元件的被氧化程 度降低，從而在一定程度上提高了金屬的熱加工品質(zhì)。高溫空氣燃燒技術(shù)在過去20年里得 到了迅速發(fā)展，在鋼鐵冶金、玻璃、陶瓷、水泥等行業(yè)的工業(yè)爐中具有廣闊的應(yīng)用前景。從有關(guān)的實驗來看，由于改變氣體燃料和預(yù)熱空氣的噴入條件，可以有效改變它 們在爐內(nèi)的混合過程，對超低氧條件下的穩(wěn)定燃燒、溫度分布的均勻性以及N0X的局部生成 量影響很大。目前，工程中應(yīng)用的高溫空氣燃燒工業(yè)爐的燃燒器結(jié)構(gòu)通常都是高溫預(yù)熱空氣和 氣體燃料以直射流的方式高速噴入爐膛，這幾股射流在爐膛的有限空間內(nèi)的湍流運動引起 煙氣回流和燃料、空氣與煙氣之間的混合，來保證爐內(nèi)的溫度分布、局部氧濃度分布等特 性，從而維持在低氧條件下的穩(wěn)定燃燒和局部熱力型N0X的生成。多股直射流的相互干擾 引起的爐內(nèi)的回流范圍和程度比較有限。如果能使高溫預(yù)熱空氣和燃料在爐內(nèi)能更充分地 混合，則將使爐內(nèi)的局部氧濃度和溫度分布更加合理，從而使燃燒能夠在更低的進口氧濃 度下實現(xiàn)燃燒和降低局部N0X的生成量。旋流能夠起到更好地混合作用。在本發(fā)明設(shè)計的燃燒器噴嘴結(jié)構(gòu)中，外層為幾股 旋流高溫預(yù)熱空氣射流，中心為燃氣直射流，它們在進入爐膛后，多股旋流射流包圍一股直 流射流，在爐膛的有限空間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)比直射流更充分的混合，從而實現(xiàn)在更低氧濃度下 的穩(wěn)定燃燒和更低的N4排放。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種工業(yè)爐高溫空氣燃燒技術(shù)的同心式 軸向旋流燃燒器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中直射流難以使爐內(nèi)氣體間的更充分混合和使溫度分布 更均勻、N0X生成量更低的難題。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種工業(yè)爐高溫空氣燃燒 技術(shù)的同心式軸向旋流燃燒器，由中心圓形直通管，外層套管，旋轉(zhuǎn)通道，螺旋肋片組成，所述的中心圓形直通管位于外層套管內(nèi)部同軸位置。所述的旋轉(zhuǎn)通道的高溫空氣進口和出口的旋轉(zhuǎn)角度為90度到360度變化。所述的旋轉(zhuǎn)通道由2-4條螺旋肋片沿軸向按90度到360度螺旋角度和1 3無 因次螺旋伸展長度R(R = 1/h，1為螺旋肋片的軸向長度，h為螺旋肋片高度)旋轉(zhuǎn)布置于 中心圓形直通管與外層套管之間。有益效果本實用新型可強化氣體燃料和高溫空氣在工業(yè)爐爐膛內(nèi)的充分混合，從而保證了 在更低的進口空氣氧濃度下實現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒，室爐膛內(nèi)的溫度分布更加均勻，減少局部高 溫，同時極大地降低了氮氧化物(N0X)的排放，實現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保的目標。

圖1為同心式軸向旋流燃燒器主視圖；圖2為同心式軸向旋流燃燒器進氣示意圖；圖3為軸向螺旋肋片結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本 實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容 之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申 請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實施例1一種工業(yè)爐高溫空氣燃燒技術(shù)的同心式軸向旋流燃燒器，由中心圓形直通管1，外 層套管2，旋轉(zhuǎn)通道3，螺旋肋片4組成，中心圓形直通管1位于外層套管2內(nèi)部同軸位置。 旋轉(zhuǎn)通道3的高溫空氣進口和出口的旋轉(zhuǎn)角度為90度到360度變化。旋轉(zhuǎn)通道3由2-4 條螺旋肋片4沿軸向按90度到360度螺旋角度和1 3無因次螺旋伸展長度R(R = 1/h, 1為螺旋肋片的軸向長度，h為螺旋肋片高度)旋轉(zhuǎn)布置于中心圓形直通管1與外層套管2 之間。空氣旋轉(zhuǎn)通道旋流角度為0° (直射流)時，進口參數(shù)分別為燃料為城市天然 氣，中心圓管射流速度29. 5m/s ；空氣旋轉(zhuǎn)通道射流速度35. 6m/s。預(yù)熱空氣1273K，過量空 氣系數(shù)1. 2，空氣中氧濃度8%，爐膛底部散熱為恒定熱流密度，大小為28580W/m2。工業(yè)爐高溫空氣燃燒后，燃燒室平均溫度為1556K，最終N0X排放濃度為 38. 2ppm，燃燒室內(nèi)平均C0、02濃度分別為80. 6ppm禾口 1.98%。實施例2空氣旋轉(zhuǎn)通道旋流角度為180°時，進口參數(shù)分別為燃料為城市天然氣，中心圓 管射流速度29. 5m/s ；空氣旋轉(zhuǎn)通道射流速度35. 6m/s。預(yù)熱空氣1273K，過量空氣系數(shù)1. 2， 空氣中氧濃度8%，爐膛底部散熱為恒定熱流密度，大小為28580W/m2。工業(yè)爐高溫空氣燃燒后，燃燒室平均溫度為1577K，最終N0X排放濃度為 34. 3ppm，燃燒室內(nèi)平均C0、02濃度分別為30. 4ppm和1.31%。實施例3[0024]空氣旋轉(zhuǎn)通道旋流角度為210°時，進口參數(shù)分別為燃料為城市天然氣，中心圓 管射流速度29. 5m/s ；空氣旋轉(zhuǎn)通道射流速度35. 6m/s。預(yù)熱空氣1273K，過量空氣系數(shù)1. 2， 空氣中氧濃度8%，爐膛底部散熱為恒定熱流密度，大小為28580W/m2。工業(yè)爐高溫空氣燃燒后，燃燒室平均溫度為1584K，最終N0X排放濃度為 34. lppm，燃燒室內(nèi)平均C0、02濃度分別為28. 6ppm禾口 1. 29%.對比實施例1和2、3可知，當采用旋流式燃燒器時，在相同的條件下，燃燒室內(nèi)的 平均溫度增大，N0X最終的排放量減少，而燃料的燃燼程度(以CO的濃度表征)提高，結(jié)果 表明，旋流式燃燒器能使采用高溫空氣燃燒技術(shù)工業(yè)爐的性能得到顯著改善。
權(quán)利要求一種工業(yè)爐高溫空氣燃燒技術(shù)的同心式軸向旋流燃燒器，由中心圓形直通管(1)，外層套管(2)，旋轉(zhuǎn)通道(3)，螺旋肋片(4)組成，其特征是所述的中心圓形直通管(1)位于外層套管(2)內(nèi)部同軸位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)爐高溫空氣燃燒技術(shù)的同心式軸向旋流燃燒器，其 特征是所述的旋轉(zhuǎn)通道⑶的高溫空氣進口和出口的旋轉(zhuǎn)角度為90度到360度變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種工業(yè)爐高溫空氣燃燒技術(shù)的同心式軸向旋流燃燒 器，其特征是所述的旋轉(zhuǎn)通道(3)由2-4條螺旋肋片(4)沿軸向按90度到360度螺旋角 度和1 3無因次螺旋伸展長度R，R = 1/h，1為螺旋肋片的軸向長度，h為螺旋肋片高度， 旋轉(zhuǎn)通道(3)旋轉(zhuǎn)布置于中心圓形直通管(1)與外層套管(2)之間。
專利摘要本實用新型涉及一種工業(yè)爐高溫空氣燃燒技術(shù)的同心式軸向旋流燃燒器，由中心圓形直通管(1)，外層套管(2)，旋轉(zhuǎn)通道(3)，螺旋肋片(4)組成，所述的中心圓形直通管(1)位于外層套管(2)內(nèi)部同軸位置。本實用新型可強化氣體燃料和高溫空氣在工業(yè)爐爐膛內(nèi)的充分混合，從而保證了在更低的進口空氣氧濃度下實現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒，室爐膛內(nèi)的溫度分布更加均勻，減少局部高溫，同時極大地降低了氮氧化物(NOX)的排放，實現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保的目標。
文檔編號F23D14/24GK201582822SQ200920073328
公開日2010年9月15日 申請日期2009年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月3日
發(fā)明者汪文輝, 蘇亞欣 申請人:東華大學(xué)