專利名稱：扁平燃燒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種熱工設(shè)備部件，特別涉及一種高效節(jié)能的燃燒裝置。
背景技術(shù)：
冶金加熱爐上使用的燃燒器多是回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，火焰的燃燒通道根部往往是直接位于爐墻上的一個(gè)回轉(zhuǎn)體孔，主反應(yīng)區(qū)空氣包裹著燃?xì)?，旋轉(zhuǎn)噴入爐膛內(nèi)燃燒，形成圓柱形的回轉(zhuǎn)體火焰。相對于其它孔形而言，回轉(zhuǎn)體孔對于爐墻的強(qiáng)度是最有利的。但是，在其他方面， 這種傳統(tǒng)的火焰結(jié)構(gòu)還存在兩點(diǎn)不足。( 1)爐內(nèi)傳熱差回轉(zhuǎn)體火焰對被加熱坯料的傳熱相對較差，主要表現(xiàn)為火焰在水平方向上鋪展程度不夠，在被加熱料坯上的垂直投射面積小，對鋼坯的輻射角系數(shù)相對較低。這將導(dǎo)致爐內(nèi)綜合傳熱系數(shù)低，進(jìn)而降低爐膛熱效率和燃料的利用率，不利于節(jié)能。(2)局部溫度過高回轉(zhuǎn)體火焰呈圓柱形，相同能力條件下回轉(zhuǎn)體火焰在料坯上垂直投射面積小，加熱區(qū)域更為集中，容易造成局部溫度過高等問題，影響料坯的加熱質(zhì)量。(3)燃燒器布置受限制，一次性投資和維護(hù)量大回轉(zhuǎn)體火焰在被加熱坯料上垂直投射面積小，燃燒器間距過大，容易引起坯料受熱不均。而燃燒器的布置間距往往受水梁立柱、側(cè)墻立柱等的影響，又無法隨意縮短。并且對于一定長度，燃燒器的間距縮短意味著其數(shù)量增加，管道和閥門也相應(yīng)增加，建設(shè)成本和維護(hù)成本隨之增大。(4)氮氧化物NOx的排放量大隨著環(huán)保要求的不斷提高，傳統(tǒng)燃燒器的NOx排放指標(biāo)逐漸落后，亟待進(jìn)一步降低燃燒器的NOx排放量。因此，需探索一種高效、節(jié)能、環(huán)保的燃燒器，使其在被加熱料坯上的垂直投射面積大，產(chǎn)生的NOx少，以解決燃燒器加熱效率低、加熱不均勻、布置受限以及NOx的排放不達(dá)標(biāo)等問題。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種扁平燃燒裝置，該燃燒裝置可產(chǎn)生扁平鋪展的火焰，增加火焰在坯料上的垂直投射面積，達(dá)到強(qiáng)化傳熱過程、改善加熱質(zhì)量、解決燃燒器布置受限問題的目的。本實(shí)用新型的一種扁平燃燒裝置，包括噴口布置單元、分別連接于噴口布置單元兩側(cè)的進(jìn)氣單元和火焰控制單元，所述噴口布置單元上設(shè)置有燃?xì)鈬娍凇⒁淮慰諝鈬娍?、二次空氣噴口和火焰穩(wěn)定區(qū)，火焰穩(wěn)定區(qū)為設(shè)置于噴口布置單元上靠近火焰控制單元一側(cè)的柱狀區(qū)域，燃?xì)鈬娍诤鸵淮慰諝鈬娍谖挥诨鹧娣€(wěn)定區(qū)內(nèi)，所述進(jìn)氣單元包括與燃?xì)鈬娍谶B通的燃?xì)馔ǖ?、與一次空氣噴口連通的一次空氣通道和與二次空氣噴口連通的二次空氣通道，所述火焰控制單元的橫截面為橢圓形且橫截面面積沿氣流方向逐漸增大形成喇叭口結(jié)構(gòu)，所述燃?xì)鈬娍?、一次空氣噴口、二次空氣噴口和火焰穩(wěn)定區(qū)均位于火焰控制單元的入口區(qū)域內(nèi)，所述一次空氣噴口呈橢圓形分布于燃?xì)鈬娍诘闹車?，二次空氣噴口呈橢圓形分布于燃?xì)鈬娍诤鸵淮慰諝鈬娍诘闹車?，一次空氣噴口的分布橢圓與二次空氣噴口的分布橢圓長軸方向相同且均與燃?xì)鈬娍谕?，火焰控制單元的橢圓形橫截面的長軸與所述任意一個(gè)分布橢圓的長軸方向相同。進(jìn)一步，所述燃?xì)鈬娍跒楸馄叫螤睿細(xì)鈬娍诘拈L邊與所述任意一個(gè)分布橢圓的長軸平行，燃?xì)鈬娍诘拈L邊與短邊的比值為1 5 ；進(jìn)一步，所述燃?xì)鈬娍谘厮鋈我庖粋€(gè)分布橢圓的長軸方向擴(kuò)張形成擴(kuò)張角I， 擴(kuò)張角I的角度為0 45° ；進(jìn)一步，所述任意一個(gè)分布橢圓短軸兩側(cè)的二次空氣噴口的軸線傾斜形成擴(kuò)張角 II，擴(kuò)張角II的角度為0 60°，擴(kuò)張角II大于或等于擴(kuò)張角I ；進(jìn)一步，所述火焰控制單元的喇叭口的擴(kuò)張角III的角度為20 60°，擴(kuò)張角III大于或等于擴(kuò)張角II ；進(jìn)一步，所述二次空氣噴口由四組噴口構(gòu)成，四組噴口兩兩對稱分布于所述任意一個(gè)分布橢圓的長軸兩側(cè)，同時(shí)也兩兩對稱分布于所述任意一個(gè)分布橢圓的短軸兩側(cè)，位于長軸同一側(cè)的兩組噴口的相鄰邊緣與其分布橢圓中心連線之間的夾角為D4,60° <D4 < 150° ；每組噴口的兩個(gè)邊緣與其分布橢圓中心連線之間的夾角為D5, D4 > 2D5 ；進(jìn)一步，所述二次空氣噴口沿其分布橢圓的徑向?qū)挾葹镃l1,二次空氣噴口邊緣與火焰控制單元入口邊緣沿分布橢圓的徑向距離為d2，IAd1 <d2< 3/2(^本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型的扁平燃燒裝置，包括噴口布置單元、分別連接于噴口布置單元兩側(cè)的進(jìn)氣單元和火焰控制單元，噴口布置單元上設(shè)置有燃?xì)鈬娍?、一次空氣噴口、二次空氣噴口和火焰穩(wěn)定區(qū)，本實(shí)用新型通過對各噴口的合理布置，實(shí)現(xiàn)對燃?xì)獾囊龑?dǎo)形成扁平火焰，扁平火焰可有效增加火焰面在坯料上的垂直投射面積，強(qiáng)化傳熱過程，改善加熱質(zhì)量，在燃燒器布置間距增大的情況下，仍能夠保持良好的加熱效果，解決了現(xiàn)有燃燒器布置間距受限的問題，降低設(shè)備制造成本，另外，本實(shí)用新型通過對噴口的特殊布置，有效降低燃燒反應(yīng)區(qū)的局部氧濃度和局部高溫，有效降低NOx的排放。本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、化工等行業(yè)以氣體為燃料的熱工設(shè)備上。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述；


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為
圖1的A向視圖；圖3為圖2的B-B剖視圖；圖4為圖2中的I處局部放大圖；圖5、圖6和圖7為燃?xì)鈬娍诘娜N孔型示意圖；圖8和圖9為二次空氣噴口的兩種孔型示意圖；
圖10和
圖11為一次空氣噴口的兩種孔型示意圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作詳細(xì)說明，本實(shí)施例的扁平燃燒裝置，包括噴口布置單元1、分別緊靠噴口布置單元1連接于其兩側(cè)的進(jìn)氣單元2和火焰控制單元3，所述噴口布置單元1上設(shè)置有燃?xì)鈬娍?la、一次空氣噴口 lb、二次空氣噴口 Ic和火焰穩(wěn)定區(qū) ld，火焰穩(wěn)定區(qū)Id為設(shè)置于噴口布置單元1上靠近火焰控制單元3 —側(cè)的柱狀區(qū)域，燃?xì)鈬娍?Ia和一次空氣噴口 Ib位于火焰穩(wěn)定區(qū)Id內(nèi)，二次空氣噴口 Ic位于火焰穩(wěn)定區(qū)外，即從燃?xì)鈬娍诤鸵淮慰諝鈬娍趪姵龅臍怏w直接進(jìn)入火焰穩(wěn)定區(qū)的柱狀區(qū)域內(nèi)，所述進(jìn)氣單元 2包括與燃?xì)鈬娍?Ia連通的燃?xì)馔ǖ兰?、與一次空氣噴口 Ib連通的一次空氣通道2b和與二次空氣噴口 Ic連通的二次空氣通道2c，如
圖1所示，一次空氣通道2b為環(huán)繞在燃?xì)馔ǖ兰油庵艿沫h(huán)形通道，二次空氣通道2c為環(huán)繞在一次空氣通道2b外周的環(huán)形通道，所述火焰控制單元3為橫截面面積沿氣流方向逐漸增大的喇叭口結(jié)構(gòu)，所述燃?xì)鈬娍?la、一次空氣噴口 lb、二次空氣噴口 Ic和火焰穩(wěn)定區(qū)Id均位于火焰控制單元3的入口區(qū)域內(nèi)，所述一次空氣噴口 Ib呈橢圓形分布于燃?xì)鈬娍?Ia的周圍，二次空氣噴口 Ic呈橢圓形分布于燃?xì)鈬娍?Ia和一次空氣噴口 Ib的周圍，一次空氣噴口 Ib的分布橢圓與二次空氣噴口 Ic的分布橢圓長軸方向相同且均與燃?xì)鈬娍?Ia同心，如
圖10和
圖11所示，一次空氣噴口除并列排布的圓孔外，也可以采用矩形或弧形孔，燃?xì)鈬娍?la、一次空氣噴口 Ib和二次空氣噴口 Ic由內(nèi)向外依次排布，火焰控制單元3的橫截面也為橢圓形，該橢圓形橫截面的長軸與所述分布橢圓長軸方向相同。由于一次空氣噴口 Ib呈橢圓形分布，空氣從一次空氣噴口 Ib噴出時(shí)，在分布橢圓短軸方向上形成氣封，迫使燃?xì)鈬娍?Ia噴出的燃?xì)庵饕刂植紮E圓的長軸方向擴(kuò)散；同時(shí)，二次空氣噴口 Ic也呈橢圓形分布，空氣從二次空氣噴口 Ic噴出時(shí)，也會(huì)在分布橢圓短軸方向上形成氣封，迫使燃?xì)庋刂植紮E圓的長軸方向進(jìn)一步擴(kuò)散。一次空氣噴口 Ib噴出的空氣與燃?xì)馐紫仍诨鹧娣€(wěn)定區(qū)發(fā)生擴(kuò)散燃燒，形成穩(wěn)定的扁平火焰，未燃燒的燃?xì)饫^續(xù)在分布橢圓的長軸方向上擴(kuò)散，與二次空氣噴口 Ic噴出的空氣在火焰控制單元3的喇叭口內(nèi)繼續(xù)燃燒，進(jìn)一步拓寬火焰面在分布橢圓長軸方向的鋪展程度，最終形成理想的扁平火焰。在空氣和燃?xì)膺M(jìn)入火焰穩(wěn)定區(qū)時(shí)，氣體的噴射效果在入口周圍產(chǎn)生負(fù)壓回流區(qū)，燃?xì)夂涂諝獍l(fā)生回流并混合燃燒，為燃燒裝置形成穩(wěn)定的點(diǎn)火源，確保燃燒過程持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行?；鹧婵刂茊卧獧E圓形橫截面的長軸方向與火焰鋪展方向相同，繼續(xù)迫使火焰沿著其長軸方向扁平鋪展?？諝夥忠淮慰諝夂投慰諝鈪⑴c燃燒，有利于降低反應(yīng)區(qū)的局部氧濃度和局部高溫，從而降低氮氧化物；火焰控制單元的喇叭口結(jié)構(gòu)與二次空氣噴口 Ic的噴射效應(yīng)相結(jié)合，還控制了燃燒廢氣的回流量，引導(dǎo)廢氣回流參與燃燒，進(jìn)一步降低燃燒反應(yīng)區(qū)的局部高溫和局部氧濃度，從而進(jìn)一步降低氮氧化物；同時(shí)，合理控制回流量，又能確保回流廢氣不至于影響火焰根部的穩(wěn)定性。低氧化氮的扁平火焰增加了火焰面在坯料上的垂直投射面積，強(qiáng)化了傳熱過程，改善了加熱質(zhì)量，在燃燒器布置間距增大的情況下，仍能夠保持良好的加熱效果，可廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、化工等行業(yè)的以氣體為燃料的熱工設(shè)備上。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述燃?xì)鈬娍?Ia為扁平形狀，燃?xì)鈬娍?Ia的長邊與所述任意一個(gè)分布橢圓的長軸平行，燃?xì)鈬娍?Ia的長邊與短邊的比值為1 5，燃?xì)饨?jīng)過燃?xì)馔ǖ缽娜細(xì)鈬娍趪姵龊螅稍谌細(xì)鈬娍诘囊龑?dǎo)下沿著分布橢圓的長軸方向扁平擴(kuò)散，提高擴(kuò)散效果，如圖5、6、7所示，燃?xì)鈬娍诳梢允茄鼒A形、矩形、幾個(gè)并排孔相交形成的扁平形狀以及任何能夠引導(dǎo)燃?xì)庀蚍植紮E圓長軸方向鋪展的形狀，均能實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述燃?xì)鈬娍?Ia沿所述任意一個(gè)分布橢圓的長軸方向擴(kuò)張形成擴(kuò)張角I D1,擴(kuò)張角I D1W角度為0 45°，在上述角度范圍內(nèi)既可以起到引導(dǎo)燃?xì)庀蚍植紮E圓長軸方向鋪展的良好效果，又不至于影響燃?xì)鈬娚湫?yīng)引起的燃?xì)饣亓?。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述任意一個(gè)分布橢圓短軸兩側(cè)的二次空氣噴口 Ic的軸線傾斜形成擴(kuò)張角II D2,擴(kuò)張角II D2的角度為0 60°，擴(kuò)張角II越大，對火焰的扁平鋪展越有利，但角度過大會(huì)影響空氣的噴射效應(yīng)引起的廢氣回流，因此，需選擇一個(gè)較佳的角度范圍，擴(kuò)張角II D2大于或等于擴(kuò)張角I D1，否則可能導(dǎo)致燃料不完全燃燒。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述火焰控制單元3的喇叭口的擴(kuò)張角III D3的角度為20 60°，擴(kuò)張角III越大，對火焰的扁平鋪展越有利，但角度過大會(huì)影響空氣的噴射效應(yīng)引起的廢氣回流，因此，需選擇一個(gè)較佳的角度范圍，擴(kuò)張角III D3大于或等于擴(kuò)張角 II D2，否則不利于火焰的扁平鋪展。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述二次空氣噴口 Ib由四組噴口構(gòu)成，如圖8 和圖9所示，除并列圓孔外，四組噴口的孔型也可以是矩形孔或弧形孔等，四組噴口兩兩對稱分布于所述任意一個(gè)分布橢圓的長軸兩側(cè)，同時(shí)也兩兩對稱分布于所述任意一個(gè)分布橢圓的短軸兩側(cè)，位于長軸同一側(cè)的兩組噴口的相鄰邊緣與其分布橢圓中心連線之間的夾角為D4,60° < D4 < 150° ；每組噴口的兩個(gè)邊緣與其分布橢圓中心連線之間的夾角為D5,D4 > 2D5，一次空氣噴口和二次空氣噴口的噴射效應(yīng)引起煙氣在D4范圍內(nèi)和D5范圍內(nèi)回流，回流煙氣降低局部高溫，降低燃燒反應(yīng)區(qū)的局部氧氣濃度，從而實(shí)現(xiàn)大幅度降低燃燒所產(chǎn)生的氮氧化物。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述二次空氣噴口 Ic沿其分布橢圓的徑向?qū)挾葹镃l1, 二次空氣噴口 Ic邊緣與火焰控制單元3入口邊緣沿分布橢圓的徑向距離為d2， IAd1 <d2< 3/2^, d2過小，噴射氣流容易緊貼燃燒控制單元的喇叭口內(nèi)壁，產(chǎn)生貼壁效應(yīng)，不利于回流；d2過大，回流氣體容易從二次空氣噴口處干燒二次空氣，影響火焰在寬度方向上的鋪展，不利于火焰穩(wěn)定性，因此，Cl1和d2之間需確定一個(gè)合適的比例關(guān)系。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種扁平燃燒裝置，包括噴口布置單元(1)、分別連接于噴口布置單元(1)兩側(cè)的進(jìn)氣單元(2)和火焰控制單元(3)，其特征在于所述噴口布置單元(1)上設(shè)置有燃?xì)鈬娍?(la)、一次空氣噴口 (lb)、二次空氣噴P(Ic)和火焰穩(wěn)定區(qū)(Id),火焰穩(wěn)定區(qū)(Id)為設(shè)置于噴口布置單元(ι)上靠近火焰控制單元(3) —側(cè)的柱狀區(qū)域，燃?xì)鈬娍? la)和一次空氣噴口(Ib)位于火焰穩(wěn)定區(qū)(Id)內(nèi)，所述進(jìn)氣單元(2)包括與燃?xì)鈬娍?la)連通的燃?xì)馔ǖ?2a)、與一次空氣噴口(Ib)連通的一次空氣通道(2b)和與二次空氣噴口(Ic)連通的二次空氣通道(2c)，所述火焰控制單元(3)的橫截面為橢圓形且橫截面面積沿氣流方向逐漸增大形成喇叭口結(jié)構(gòu)，所述燃?xì)鈬娍?la)、一次空氣噴口(lb)、二次空氣噴口(Ic)和火焰穩(wěn)定區(qū)(Id)均位于火焰控制單元(3)的入口區(qū)域內(nèi)，所述一次空氣噴口(Ib)呈橢圓形分布于燃?xì)鈬娍?Ia)的周圍，二次空氣噴口(Ic)呈橢圓形分布于燃?xì)鈬娍?Ia)和一次空氣噴口(Ib)的周圍，一次空氣噴口(Ib)的分布橢圓與二次空氣噴口(Ic)的分布橢圓長軸方向相同且均與燃?xì)鈬娍?Ia)同心，火焰控制單元(3)的橢圓形橫截面的長軸與所述任意一個(gè)分布橢圓的長軸方向相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扁平燃燒裝置，其特征在于所述燃?xì)鈬娍?Ia)為扁平形狀， 燃?xì)鈬娍?Ia)的長邊與所述任意一個(gè)分布橢圓的長軸平行，燃?xì)鈬娍?Ia)的長邊與短邊的比值為1 5。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的扁平燃燒裝置，其特征在于所述燃?xì)鈬娍?Ia)沿所述任意一個(gè)分布橢圓的長軸方向擴(kuò)張形成擴(kuò)張角I (D1),擴(kuò)張角I (D1)的角度為0 45°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的扁平燃燒裝置，其特征在于所述任意一個(gè)分布橢圓短軸兩側(cè)的二次空氣噴口(Ic)的軸線傾斜形成擴(kuò)張角II (D2),擴(kuò)張角II (D2)的角度為0 60°，擴(kuò)張角II (D2)大于或等于擴(kuò)張角I (D1)0
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的扁平燃燒裝置，其特征在于所述火焰控制單元(3)的喇叭口的擴(kuò)張角III (D3)的角度為20 60°，擴(kuò)張角III (D3)大于或等于擴(kuò)張角II (D2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一條所述的扁平燃燒裝置，其特征在于所述二次空氣噴口 (Ib)由四組噴口構(gòu)成，四組噴口兩兩對稱分布于所述任意一個(gè)分布橢圓的長軸兩側(cè)，同時(shí)也兩兩對稱分布于所述任意一個(gè)分布橢圓的短軸兩側(cè)，位于長軸同一側(cè)的兩組噴口的相鄰邊緣與其分布橢圓中心連線之間的夾角為D4,60° <D4< 150° ；每組噴口的兩個(gè)邊緣與其分布橢圓中心連線之間的夾角為D5, D4 > 2D5。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的扁平燃燒裝置，其特征在于所述二次空氣噴口(Ic)沿其分布橢圓的徑向?qū)挾葹镃l1,二次空氣噴口(Ic)邊緣與火焰控制單元(3)入口邊緣沿分布橢圓的徑向距離為d2，!/Sd1 < d2 < 3/2V
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種扁平燃燒裝置，包括噴口布置單元、分別連接于噴口布置單元兩側(cè)的進(jìn)氣單元和火焰控制單元，噴口布置單元上設(shè)置有燃?xì)鈬娍?、一次空氣噴口、二次空氣噴口和火焰穩(wěn)定區(qū)。本實(shí)用新型通過對各噴口的合理布置，實(shí)現(xiàn)對燃?xì)獾囊龑?dǎo)形成扁平火焰，扁平火焰可有效增加火焰面在坯料上的垂直投射面積，強(qiáng)化傳熱過程，改善加熱質(zhì)量，在燃燒器布置間距增大的情況下，仍能夠保持良好的加熱效果，解決了現(xiàn)有燃燒器布置間距受限的問題，降低設(shè)備制造成本；另外，本實(shí)用新型通過對噴口的特殊布置，有效降低燃燒反應(yīng)區(qū)的局部氧濃度和局部高溫，有效降低NOX的排放。本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、化工等行業(yè)以氣體為燃料的熱工設(shè)備上。
文檔編號(hào)F23D14/26GK202132950SQ201120244649
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)明者張道明, 程奇伯, 雍海泉 申請人:重慶賽迪工業(yè)爐有限公司