專利名稱：燃燒爐富氧局部增氧射流助燃提高熱效率的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃燒爐富氧局部增氧射流助燃提高熱效率的方法及其裝置，適用于各
種燃料和所有窯爐，如燃油燃?xì)獾墓I(yè)鍋爐、加熱爐、冶煉爐、陶瓷窯爐、玻璃窯爐、水泥窯爐等，屬于綜合節(jié)能減排技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前一般窯爐都采用普通空氣助燃，由于空氣中僅含20. 93%的氧氣，其余均為惰性氣體，這些惰性氣體不但不助燃，反而吸收大量的熱量，大大降低窯爐的性能和效率。
目前國內(nèi)有沈光林等申請過局部增氧助燃的專利(CN97104465. 1、CN00110217. 6、CN02281418. 3、CN200420004099. 4、CN200420014005. l)，另外沈博(CN101487593A)和魏伯卿(200920023792. 9、200920195965. 5、200920195812. 0、200920195966. X)也申請過局部增氧助燃節(jié)能及其裝置的改進(jìn)專利，但這些專利都只是從實際應(yīng)用中考慮問題，沒有從提
高熱效率的本質(zhì)——提高熱輻射效率上解決問題 1、這些專利只注重利用最先進(jìn)的膜法制氧技術(shù)獲得30%左右濃度的富氧氣體，代替部分助燃空氣以減少進(jìn)風(fēng)量，從而減少惰性氣體帶走的熱量，同時考慮提高氧含量促進(jìn)燃燒完全從而達(dá)到節(jié)能；但并沒有更多的考慮最充分利用這些有限的富氧資源增加其熱輻射效率的方法。 2、采用普通的氧氣噴嘴，沒有設(shè)置調(diào)試裝置，而氧氣噴嘴的位置和角度是局部增氧助燃提高節(jié)能效率最關(guān)鍵的因素，因此，沒有可調(diào)的調(diào)試裝置就不可能將富氧噴嘴調(diào)到最佳的位置和角度。 3、富氧氣體進(jìn)入燃燒火焰區(qū)域的位置、角度和線速度不對目前將富氧氣體送入燃燒火焰中心位置，并且與燃料噴嘴的夾角只有幾度，而且富氧氣體的線速度又相對較低，這是不可能使富氧氣體真正送入到燃燒火焰最關(guān)鍵區(qū)域的，因此也就不能很好地縮短燃燒火焰的長度從而延長燃燒煙氣在爐膛內(nèi)的停留時間，更不能最大限度地提高火焰某區(qū)域的溫度，從而最大限度地提高熱輻射效率。 4、完全憑經(jīng)驗調(diào)試是不科學(xué)的雖然現(xiàn)在還沒有計算方法可以計算出富氧氣噴嘴設(shè)計的最佳位置和角度，但燃燒是非常復(fù)雜的化學(xué)過程，而任何燃燒爐其原設(shè)置的測溫點(diǎn)是非常有限的，而且與爐膛熱輻射及其分布是沒有關(guān)聯(lián)的，因此，完全靠經(jīng)驗設(shè)置噴嘴的位置和角度是不科學(xué)的。借助紅外測溫儀，選擇包括被加熱介質(zhì)管外壁各區(qū)段和燃燒火焰各區(qū)域等幾十個測溫點(diǎn)，在保證被加熱介質(zhì)管外壁各區(qū)的溫度不變條件下，利用熱輻射理論和射流技術(shù)，通過專用的富氧射流噴嘴，盡量調(diào)小燃料供應(yīng)流量，同時調(diào)整富氧氣噴嘴與燃料噴嘴的相對位置和角度，以最大限度地提高燃燒火焰某區(qū)域的溫度，從而提高煙氣熱輻射效率，進(jìn)而最大的提高富氧助燃節(jié)能效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠克服上述不足、并利用熱輻射理論和射流技術(shù)提高燃燒火焰溫度從而提高燃燒熱輻射效率的燃燒爐富氧局部增氧射流助燃提高熱效率的方 法，還提供了相應(yīng)的裝置。 燃燒爐富氧局部增氧射流助燃提高熱效率的方法，包括富氧氣體通過富氧氣體噴 嘴與燃料通過燃料噴嘴噴射在一起進(jìn)行燃燒，其特征在于，富氧噴嘴與燃料噴嘴之間的夾 角為10° 45° ，富氧氣體的線速度為燃料線速度的1.2 4.0倍，富氧氣體送入到燃燒
火焰頂端與燃料噴嘴的噴口之間距離靠近燃料噴嘴噴口四分之一到四分之二之間的位置。
由于上述改進(jìn)，使燃燒中心燃料與富氧氣體混合充分并具有充足的助燃氧，從而 使燃燒中心處于高氧燃燒而較大地提高了燃燒中心的燃燒溫度，管式加熱爐中輻射室的溫 度可以提高20°C以上，因此其熱效率更高，其理論依據(jù)如下 常用的管式加熱爐，整個加熱爐系統(tǒng)主要由輻射室、對流室及空氣預(yù)熱器組成；在
輻射室內(nèi)高溫?zé)煔庵饕詿彷椛涞姆绞綄崃總鬟f給輻射管，輻射室中的輻射傳熱占輻射
室總傳熱的90%左右，其余的10%左右的傳熱是由高溫?zé)煔庖詫α鞯姆绞絺鬟f給輻射管
的；被加熱介質(zhì)在輻射室的取熱量約占總?cè)崃康?0%以上。 根據(jù)熱輻射理論輻射熱Q = KH(T14_T24)， 其中K為熱輻射系數(shù)，對于同一個燃燒爐是個常數(shù)； H為火焰黑度，燃燒效果越好H值越大； Tl為加熱爐其輻射室的平均溫度； T2為加熱介質(zhì)在輻射室的平均溫度。 假設(shè)某加熱爐其輻射室的平均溫度為70(TC，加熱介質(zhì)在輻射室的平均溫度為 360°C ;—般情況利用本發(fā)明可以提高燃燒火焰溫度達(dá)20°C以上，富氧射流助燃后其輻射室 的平均溫度為72(TC，則其熱輻射效率可以提高 Q后/Q前二 [H2(7204-3604)]/[Hl(7004-3604)] = 1. 1282H2/H1 > 1. 1282
使用富氧后H2要大于H1，因此，Q后/Q前要大于1. 1282 ;也就是說其熱輻射效率 至少要提高12. 82%，這對于熱輻射傳熱占總介質(zhì)取熱量60%以上的加熱爐，其綜合熱效 率的提高是非?？捎^的。這與實驗結(jié)果一致燃油實驗其綜合熱效率的提高可達(dá)計算熱輻 射效率提高值的25. 4% 40. 7%，燃?xì)鈱嶒炦_(dá)21. 1% 33. 5%，火焰區(qū)溫度提高達(dá)18 29°C。 還通過測試燃料區(qū)域的溫度而調(diào)節(jié)(主要是減少)進(jìn)入燃燒區(qū)的燃料量。如果不 減少燃料的供應(yīng)量，燃燒火焰周圍被加熱介質(zhì)管外壁的溫度就相應(yīng)地提高，因為本發(fā)明系 統(tǒng)只通過專用富氧射流噴嘴將富氧氣體送入燃燒中心而不改變爐膛內(nèi)燃料噴嘴和被加熱 介質(zhì)管等的排列分布結(jié)構(gòu)，所以加富氧前后爐膛內(nèi)煙氣以熱輻射為主的熱傳導(dǎo)方式不變； 借助紅外測溫儀測量被加熱介質(zhì)管外壁各區(qū)域的溫度(以火焰輻射到被加熱介質(zhì)管外壁 最近距離點(diǎn)為起點(diǎn)，順各加熱介質(zhì)管約每50CM取點(diǎn)測溫)，并調(diào)節(jié)燃料供應(yīng)管的調(diào)節(jié)閥，減 少燃料的供應(yīng)流量，使被加熱介質(zhì)管外壁各測溫點(diǎn)的溫度達(dá)到與加富氧前基本一致，此時 燃燒中心的溫度比加富氧前燃燒中心溫度一般要高出2(TC以上，所以爐膛內(nèi)煙氣的熱輻射 效率提高很大。 相應(yīng)地，本發(fā)明根據(jù)上述方法還提供了相應(yīng)的燃燒爐提高熱效率的裝置，包括氧 氣富集裝置和燃料噴射裝置，還包括氣體增壓裝置，氣體增壓裝置連接富氧氣體噴嘴，富氧 氣體噴嘴與燃料噴射裝置的燃料噴嘴夾角為10° 45°的角度(燃料越稠、燃料噴嘴越大、燃燒狀況越差、燃燒火焰越長，其富氧氣專用射流噴嘴與燃料噴嘴的夾角就越大)，富氧 氣體以燃料流速1. 2 4. 0倍的線速度(燃料越稠、燃料噴嘴越大、燃燒狀況越差、燃燒火 焰越長，其富氧氣體與燃料流速的速比要越大)射流進(jìn)入燃燒火焰(即燃料噴口到火焰頂 端區(qū))靠近燃料噴嘴噴口四分之一到四分之二區(qū)域之間。 還設(shè)置紅外測溫儀，在燃料噴射裝置中設(shè)置燃燒流量時，借助紅外測溫儀，選擇包 括被加熱介質(zhì)管外壁各區(qū)段和燃燒火焰各區(qū)域等幾十個測溫點(diǎn)，在保證被加熱介質(zhì)管外壁 各區(qū)的溫度不變條件下，通過燃料流量調(diào)節(jié)閥，調(diào)小燃料供應(yīng)流量，同時還在富氧氣體噴嘴 上設(shè)置富氧噴嘴微調(diào)裝置，調(diào)整富氧氣噴嘴與燃料噴嘴的角度，以最大限度地提高燃燒火 焰某區(qū)域的溫度，從而提高煙氣熱輻射效率，進(jìn)而最大的提高富氧助燃節(jié)能效率。如果不減 小燃料的供應(yīng)流量，一般燃燒中心的溫度可以提高達(dá)到幾十度甚至一百多度！因此，在調(diào) 小燃料供應(yīng)流量的同時，借助紅外測溫儀測量被加熱介質(zhì)管外壁各區(qū)域的溫度，以保證加 富氧助燃后與加富氧助燃前的爐內(nèi)被加熱介質(zhì)工藝條件基本一致而達(dá)到最佳節(jié)能效果。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn) 利用專用富氧射流噴嘴和熱輻射原理，不僅能保持減少助燃風(fēng)量和使燃料燃燒完 全雙重節(jié)能效率外，而且還能最大限度地提高燃燒火焰區(qū)域溫度，從而最大限度地提高煙 氣熱輻射。 借助紅外測溫儀的幫助，在被加熱介質(zhì)管外側(cè)各區(qū)段的溫度與加富氧前一致的條 件下，調(diào)節(jié)富氧氣噴嘴與燃料噴嘴的夾角和燃料流量，使燃燒火焰某區(qū)域的溫度提高到最 大，從而能最大限度地提高熱輻射效率。


圖1是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1所示實施例中富氧噴嘴與燃料噴嘴相對位置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是圖1所示實施例中噴嘴微調(diào)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中1、過濾棉2、高效空氣過濾器3、送風(fēng)裝置4、富氧膜裝置5、真空泵6、氣水分 離裝置7、氣體增壓裝置8、富氧預(yù)熱器9、富氧氣體分配器10、調(diào)節(jié)閥11、噴嘴微調(diào)裝置12、 富氧氣噴嘴13、燃料噴嘴14、燃燒爐15、富氧氣噴嘴與燃料噴嘴的夾角①16、燃燒火焰17、 紅外測溫儀18、被加熱介質(zhì)管19、金屬環(huán)20、中心支撐環(huán)21、多個調(diào)節(jié)螺栓22、富氧氣噴嘴 管23、燃料流量調(diào)節(jié)閥
具體實施例方式
在圖1-3所示的實施例中過濾棉1固定在高效空氣過濾器2的入口，送風(fēng)裝置3 連接于高效空氣過濾器2的出口與富氧膜裝置4之間，富氧膜裝置4的出口依次經(jīng)真空泵 5、氣水分離裝置6接氣體增壓裝置7，氣體增壓裝置7為一增壓泵，氣體增壓裝置7出口接 富氧預(yù)熱器8的入口，富氧預(yù)熱器8的出口連接富氧氣體分配器9，富氧氣體分配器9的每 個出口管線均裝有調(diào)節(jié)閥IO，每個調(diào)節(jié)閥10都連接一個噴嘴微調(diào)裝置11及對應(yīng)的富氧氣 噴嘴12，燃燒爐14上每個燃料噴嘴13的兩側(cè)對稱設(shè)置兩個富氧氣噴嘴12，每個富氧氣噴 嘴12可在紅外測溫儀17的幫助下，通過調(diào)節(jié)噴嘴微調(diào)裝置11上的多個調(diào)節(jié)螺栓21，調(diào)節(jié) 富氧氣噴嘴管22在金屬環(huán)19和中心支撐環(huán)20中的相對位置，從而調(diào)節(jié)富氧氣噴嘴12與
5燃料噴嘴13的相對位置及夾角①15，使富氧氣體以設(shè)定的線速度和角度切入到燃燒火焰16 (即燃料噴口到火焰頂端區(qū))距燃料噴嘴13噴口四分之一至四分之二的區(qū)域集中高效射流助燃。 借助紅外測溫儀17測量溫度，當(dāng)被加熱介質(zhì)管18外壁各區(qū)域的溫度之和超過加富氧前測量的溫度之和時，調(diào)節(jié)燃料流量調(diào)節(jié)閥23，減小燃料供應(yīng)流量，在保證被加熱介質(zhì)管18外側(cè)各區(qū)段的溫度與加富氧前一致的條件下，使燃燒火焰16中心溫度提高到最大，從而在保證原加熱效果時減少燃料的消耗，從而實現(xiàn)節(jié)能。 如圖3所示，噴嘴微調(diào)裝置11包括金屬環(huán)19、垂直于金屬環(huán)19軸線螺紋安裝在金屬環(huán)19上的多個調(diào)節(jié)螺栓21和一個中心支撐環(huán)20，其中富氧氣噴嘴管22依次間隙穿過金屬環(huán)19和中心支撐環(huán)20，連接富氧氣噴嘴12，多個調(diào)節(jié)螺栓21均布在金屬環(huán)19上，端部抵觸在富氧氣噴嘴管道22上。
權(quán)利要求
燃燒爐富氧局部增氧射流助燃提高熱效率的方法，包括燃料和富氧氣體各自進(jìn)入燃燒爐中聚集在一起混合而燃燒，其特征在于所述的富氧氣體經(jīng)增壓后，以與噴射的燃料成10°～45°并以燃料流速1.2～4.0倍的線速度射流進(jìn)入燃料流區(qū)域混合而燃燒，富氧氣體進(jìn)入的位置為燃燒火焰頂端與燃料噴嘴(13)的噴口之間距離靠近燃料噴嘴噴口四分之一到四分之二之間的位置。
2. 如權(quán)利要求1所述的燃燒爐富氧局部增氧射流助燃提高熱效率的方法，其特征在 于還通過測試燃燒區(qū)域和輻射區(qū)域的溫度而調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒區(qū)的燃料流量。
3. 燃燒爐富氧局部增氧射流助燃提高熱效率的裝置，包括氧氣富集裝置和燃料噴射裝 置，其特征在于還包括氣體增壓裝置(7)，氣體增壓裝置(7)連接富氧氣體噴嘴(12)，富氧 氣體噴嘴(12)與燃料噴射裝置的燃料噴嘴(13)夾角為10。 45°的角度(15)，并以燃料 流速1. 2 4. 0倍的線速度射流進(jìn)入燃料流區(qū)域混合而燃燒，富氧氣體進(jìn)入的位置為燃燒 火焰頂端與燃料噴嘴(13)的噴口之間距離靠近燃料噴嘴噴口四分之一到四分之二之間的 位置。
4. 如權(quán)利要求3所述的燃燒爐富氧局部增氧射流助燃提高熱效率的裝置，其特征在 于富氧氣噴嘴(12)設(shè)置噴嘴微調(diào)裝置(ll)，以調(diào)整富氧氣噴嘴(12)與燃料噴嘴(13)間 的夾角。
5. 如權(quán)利要求4所述的燃燒爐富氧局部增氧射流助燃提高熱效率的裝置，其特征在 于所述的噴嘴微調(diào)裝置(11)包括金屬環(huán)(19)、垂直于金屬環(huán)(19)軸線螺紋安裝在金屬 環(huán)(19)上的多個調(diào)節(jié)螺栓(21)和一個中心支撐環(huán)(20)，其中富氧氣噴嘴管(22)依次間隙 穿過金屬環(huán)(19)和中心支撐環(huán)(20)，連接富氧氣噴嘴(12)，多個調(diào)節(jié)螺栓(21)均布在金 屬環(huán)(19)上，端部抵觸在富氧氣噴嘴管道(22)上。
6. 如權(quán)利要求3、4或5所述的燃燒爐富氧局部增氧射流助燃提高熱效率的裝置，其特 征在于設(shè)置紅外測溫儀(17)，測量被加熱介質(zhì)管(18)外壁各區(qū)段和燃燒火焰(16)各區(qū) 域測溫點(diǎn)溫度，燃料噴射裝置中設(shè)置燃料流量調(diào)節(jié)閥，根據(jù)紅外測溫儀測得的溫度調(diào)整燃 料進(jìn)料量。
全文摘要
燃燒爐富氧局部增氧射流助燃提高熱效率的方法，包括燃料和富氧氣體各自進(jìn)入燃燒爐中聚集在一起而燃燒，所述的富氧氣體經(jīng)增壓后，以與噴射的燃料成10°～45°并以燃料流速1.2～4.0倍的線速度射流進(jìn)入燃料流區(qū)混合而燃燒，富氧氣體進(jìn)入的位置為燃燒火焰頂端與噴口之間離燃料噴嘴噴口的四分之一到四分之二區(qū)域。還提供了燃燒爐富氧局部增氧射流助燃提高熱效率的裝置。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)利用專用富氧射流噴嘴和熱輻射原理，不僅能保持減少助燃風(fēng)量和使燃料燃燒完全雙重節(jié)能效率外，而且還能最大限度地提高燃燒火焰區(qū)域溫度，從而最大限度地提高煙氣熱輻射。
文檔編號F23L7/00GK101776277SQ201010115450
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月27日
發(fā)明者魏伯卿 申請人:魏伯卿