专利名称：聚温式带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及聚温式带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧系统，适用于所有燃油燃 气的各种工业锅炉、加热炉、窑炉、熔炉、焚烧炉等，属于综合节能减排技术领域和燃烧科学 技术领域。
背景技术：
随着工业和农业深加工业的发展，我们的生存生活环境变得越来越糟糕，因此，低 碳经济、低碳生活的压力变得越来越大；现代工业各种各样的工业锅炉、加热炉、窑炉、熔 炉、焚烧炉等是排放二氧化碳等排放物的最大释放体，所以降低工业生产中的排放是实现 低碳经济、保护人类生存生活环境的关键；现在富氧局部增氧助燃节能减排技术已越来越 成为工业生产中节能减排的香饽饽，而且富氧助燃节能减排技术的最大优点是不仅节能减 排效果好，同时他是对炉体改造最少(只有富氧喷嘴和富氧预热器与炉体接触)、操作参数 基本不变(助燃风量调小)并随时能恢复到原炉状态的高新集成技术；但在现有燃烧器燃烧 的火焰上实施富氧局部增氧射流助燃，对提高燃烧火焰的最高温度有一定不利，因为现在 一般的燃烧器其燃烧效率都能达到80%以上，有的甚至达到或超过90%，对于这种较高热效 率的燃烧炉，要实现提高它的热效率最好的办法就是想办法提高它的燃烧火焰温度来提高 热辐射效率。目前国内只有魏伯卿的“燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高热效率的方法及 其装置(201010115450. 7)”是利用富氧来提高燃烧炉的火焰温度来提高热辐射效率，从而 实现提高燃烧炉的热效率的专利，但这个方法对于热效率达到或超过90%的燃烧炉，燃烧 火焰温度提高的量较小，有的甚至小到实施富氧助燃没有实际意义。另外，一般的燃烧器其 从燃烧器进入的助燃风都是扩散的，也就是说燃烧器内的风道是直的，有的甚至是逐渐变 大的，因此，从燃烧器进入的助燃风不利于助燃，尽管有的燃烧器加有旋风片，但也不能很 好地使从燃烧器进入的助燃风较好地进入到燃烧火焰中心助燃。所以如何能提高较高热效 率的燃烧炉的燃烧火焰温度和提高从燃烧器进入的助燃风的助燃效果，是较高热效率的燃 烧炉节能和提高炉温及扩大燃烧炉产能的关键。本说明书中三个概念名词说明常氧燃烧——燃料在正常的空气中燃烧，其助燃 空气的氧含量为标准空气氧含量；富氧燃烧——燃料在大于标准空气氧含量的气体中燃烧 或将大于标准空气氧含量的气体也就是富氧气体送入燃烧火焰局部增氧射流助燃的燃烧； 贫氧燃烧——燃料在低于标准空气氧含量的气体中燃烧或燃烧的燃料火焰区形成缺氧状 态下的燃烧。
发明内容本发明的目的是提供一种能在燃烧炉内自带预热器的且能根据燃料特性、燃烧状 况、炉膛结构等特点设计确定燃烧器燃料喷嘴与富氧喷嘴相对位置及其夹角的聚温式带富 氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧系统。聚温式带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧系统，包括燃油或燃气或燃水煤浆等燃烧气态或/和液态燃料的燃烧器，以及环绕在燃烧炉内燃烧器周围的管式预热器和连接 在管式预热器上的总体对称分布在燃烧器周边的小扩散角富氧喷嘴，燃烧器内助燃风道中 间到出风口逐渐变小，并在变小区间内侧装有多块旋流板，即燃烧器出风口(燃烧器前端 面)比中间到进风口区间小，而且从燃烧器中间到出风口的变小区间装有多块旋流板，其特 征在于1、燃烧器内助燃风道中间到出风口逐渐变小，并在变小区间内侧装有多块旋流 板，逐渐变小并带旋流板的燃烧器助燃风道能使从燃烧器风道进入的助燃风，有一个倾角 并以10度 45度角旋流进入喷射的燃料流中助燃。2、燃烧器的燃料喷嘴口离燃烧器(炉内)前端面的垂直距离在(T22CM，较通常的燃 烧器要短，而且将可调节的燃料喷嘴口调节到离燃烧器前端面较近的距离位置，使得燃烧 火焰大部分露在燃烧器前端面之外，有利于炉内富氧喷嘴喷射的富氧气体进入燃烧火焰指 定位置；从而使富氧进入燃烧火焰后形成的富氧燃烧火焰最高温度区与原燃烧火焰形成的 常氧燃烧火焰最高温度区重叠形成更高的火焰最高温度区，进而形成更高温度的能最大限 度地提高热辐射效率的火焰高温区。因为局部增氧射流助燃的技术关键就是使两个最高温 度区重叠形成更高温度的火焰高温区，即富氧气体进入燃烧火焰前的燃烧火焰中有个最高 温度的常氧燃烧火焰高温区，而富氧气体进入燃烧火焰后又会在燃烧火焰中形成另一个最 高温度的富氧燃烧火焰高温区，只有这两个最高温度区重叠才能形成更高温度的最高温度 区，从而更大限度地提高燃烧热辐射效率和热量的利用率，进而实现提高燃烧炉温度、扩大 燃烧炉生产负荷及节能减排等目的。3、本发明的燃烧器燃料喷嘴喷射的燃料流比较集中，燃料喷嘴喷射的燃料流其喷 射扩散角较一般的燃烧器其喷射燃料流的扩散角要小，因而使燃料流集中稠密，燃烧中心 缺氧燃烧，同时减小助燃风量，也使其在不加富氧状态下缺氧燃烧；因此，其燃烧火焰在不 加富氧助燃时的常氧燃烧状态，形成火焰贫氧燃烧，其火焰整体贫氧(缺氧)59Γ15%左右； 并使其火焰区燃料燃烧不完全率达到59Γ20%左右；在这种状态下利用小扩散角富氧喷嘴 给燃烧火焰中心射流注入富氧高效助燃，从而能使火焰区温度提高更多，进而更有利于提 高燃烧热辐射效率和热量的利用率。本发明的燃烧器只适用于富氧燃烧，因为一般的燃烧 器其喷射的燃料流扩散角太小，会影响助燃空气进入燃料流的中心而使燃料流中心过分缺 氧，进而使燃料燃烧更不完全；但对于局部增氧射流助燃的富氧燃烧器，燃料流集中燃烧， 能使富氧进入燃料流燃烧的火焰中心某部位补充供氧助燃，使燃料更集中高氧燃烧，从而 使燃烧火焰中心某部位的燃烧温度更高更集中，进而提高燃烧效率和燃烧热辐射效率。4、形成燃烧器贫氧燃烧的方法，可以通过燃料喷嘴设计各燃料喷射的角度使燃料 流集中，形成燃料流中心区缺氧而贫氧燃烧，也可以通过调节燃料供给压力和燃烧器进风 量使其形成贫氧燃烧。5、耐高温的管式预热器安装在燃烧器周围，并贴在或半埋在燃烧器四周的保温层 中，富氧气体预热吸取燃烧器四周的热量而不影响燃烧炉热辐射效果及燃烧炉内热辐射分布。6、富氧喷嘴直接焊接在管式预热器上，并按燃烧器和火焰总体对称分布在燃烧器 的周围，其具体按燃烧器燃料喷嘴、燃烧火焰和炉内结构及炉内热辐射分布等条件计算加 经验确定富氧喷嘴的数量及焊接于炉内管式预热器上的位置及角度、富氧喷嘴与燃烧器燃料喷嘴的相对位置及夹角。7、富氧喷嘴与炉内管式预热器的连接口内，富氧喷嘴管有一个背朝气流方向的斜 口，伸入管式预热器管内，以阻挡在管式预热器的富氧预热管内流动的气体直接进入富氧 喷嘴连接管，而且离管式富氧预热器富氧气体入口越近的富氧喷嘴管，其伸入管式富氧预 热器的富氧预热管内的斜口部分越长，从而保证管式富氧预热器上远离富氧气体入口的富 氧喷嘴流经的富氧气体，能与其他各个离富氧气体进入管式富氧预热器入口的远近不同的 富氧喷嘴流经的富氧气体流量和压力相近，因为炉内安装的富氧喷嘴不能与炉外安装的富 氧喷嘴一样可以通过安装压力表和调节阀来调节实现流经各富氧喷嘴的富氧气体流量相 近。8、实验和实践证明富氧从炉底取热预热富氧气体不仅不会降低燃烧炉的热效率， 相反会较大地提高燃烧中心某区域火焰的温度，从而能较大地提高燃烧的热辐射效率。9、将普通燃烧器的燃料喷枪即燃料喷嘴的喷射角度改成较小扩散角燃料喷嘴，并 将燃料喷嘴向炉膛前移一定距离，使燃烧火焰伸出火盆大部分露在燃烧器前端面之上，再 加上富氧预热器和连接于富氧预热器上的富氧喷嘴系统，即改造成为带富氧喷嘴的燃烧炉 自预热富氧燃烧器。10、将炉内富氧预热器和富氧喷嘴与燃烧器设计成完全配套的一体化结构，有利 于局部增氧射流助燃技术的高效应用和标准化；即本发明能使局部增氧射流助燃技术中最 复杂、最关键、最需要根据具体燃烧炉多因素现场确定的富氧喷嘴的设计应用技术做成标 准化；也就是说利用本发明能将复杂的个体差异较大的且需争对每个燃烧炉单独设计富氧 喷嘴及其安装位置和角度的局部增氧射流助燃应用集成技术实现标准化、规范化、简易化、 大众化，从而更适合于其大面积的推广应用。11、如果燃烧炉内有多个比较集中紧凑的燃烧器，则可以将炉内富氧预热器设计 成围绕多个燃烧器布置，其富氧喷嘴的位置可以根据燃烧火焰等条件，设计在多个燃烧器 的周围总体对称分布或根据燃烧炉内结构条件总体不对称分布。12、富氧预热器和富氧喷嘴系统与富氧燃烧器相对独立，并可以单独更换。本发明与现有技术相比具有以下优点1.燃烧器内助燃风道中间到出风口逐渐变小，并在变小区间内侧装有多块旋流 板，逐渐变小并带旋流板的燃烧器助燃风道能使从燃烧器风道进入的助燃风，有一个倾角 并以10度 45度角旋流进入喷射的燃料流中助燃。2.将富氧预热器放在炉内燃烧器周围，并和富氧喷嘴直接连接，安装比较方便、简 单、安全。3.将燃烧器设计成贫氧燃烧状态，有利于富氧局部增氧射流助燃时能将燃烧火焰 中心区域的温度提高更多，更利于提高燃烧的热辐射效率和提高热量的利用率。4.因为富氧预热所吸收的热量占燃烧放出的热量比例相对较小，且又不改变燃烧 炉内的热辐射环境，所以安装带富氧喷嘴的炉内富氧预热器，能大大地减少富氧预热器的 成本和复杂的安装工作。5.将炉内富氧预热器和富氧喷嘴与燃烧器设计成完全配套的一体结构，有利于 局部增氧射流助燃技术的高效应用和标准化；即本发明能将局部增氧射流助燃技术中最复 杂、最关键、个体差异较大的且需争对每个燃烧炉单独设计富氧喷嘴及其安装位置和角度的局部增氧射流助燃应用集成技术实现标准化、规范化、简易化、大众化。更适合于其大面 积的扩广应用。6.很容易将普通燃烧器的燃料喷枪即燃料喷嘴改成小扩散角燃料喷嘴，并将燃料 喷嘴向炉膛前移一定距离，使燃烧火焰伸出火盆大部分露在燃烧器前端面之上，再加上富 氧预热器和连接于富氧预热器上的富氧喷嘴系统，即改造成为带富氧喷嘴的燃烧炉自预热 富氧燃烧器。
图1是本发明实施例的结构示意图；图2是图1所示实施例中A-A剖面示意图；图3是图1所示实施例中富氧喷嘴管斜口背向伸入预热管内部分结构示意图；图4是图1所示实施例中旋流板的结构示意图。图中1、富氧预热管 2、富氧喷嘴管3、富氧气体入口 4、燃料喷嘴 5、燃 料喷嘴口 6、燃烧器 7、富氧喷嘴 8、燃烧器前端面 9、富氧喷嘴管背向伸入预热 管内的斜口部分 10、富氧喷嘴管背向伸入预热管内的斜口部分 11、富氧气体流方向 12、燃烧器变小的出风口 13、旋流板
具体实施方式
在图1 一4所示的实施例中燃烧器6内助燃风道中间到出风口 12逐渐变小，并在 变小区间内侧装有多块旋流板13，逐渐变小并带旋流板13的燃烧器6助燃风道能使从燃 烧器6风道进入的助燃风，有一个倾角并以10度 45度角旋流进入喷射的燃料流中助燃； 炉内富氧预热管1环绕在燃烧炉内燃烧器6的周围，贴在或半埋在燃烧器6四周的保温层 中，炉内富氧预热管1上焊接有两个或数个与燃烧器6对称分布的富氧喷嘴管2，富氧喷嘴 7连接在富氧喷嘴管2上，富氧喷嘴7的喷口对着燃烧器6的中轴线，并与燃烧器6中轴线 成10度 90度的夹角，使富氧喷嘴7将富氧气体送入到燃烧火焰指定的区域；富氧喷嘴管 2伸入富氧预热管1内的斜口部分9和10，斜口背向富氧气体流方向11，而且离富氧气体入 口 3较近的伸入富氧预热管1内的斜口部分9，比离富氧气体入口 3较远的伸入富氧预热管 1内的斜口部分10要长，从而使流经各富氧喷嘴7并喷射送入燃烧火焰某区域的富氧气体 流量相近。带富氧喷嘴7的燃烧炉内富氧预热管1的安装和燃烧器各部分的安装调试需要 注意的是首先富氧喷嘴7 —定要与燃烧器6对称分布，其次要在炉外调节燃烧器6的燃料 喷嘴4的燃料喷嘴口 5与燃烧器前端面8的距离，以保证燃烧火焰绝大部分露在燃烧器前 端面8之外燃烧，从而使富氧喷嘴7喷射的富氧气体准确进入到燃烧火焰某区域，实现局部 增氧射流高效集中助燃。
权利要求1、聚温式带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧系统，其特征在于包括燃烧气态或/ 和液态燃料的燃烧器(6)，以及环绕在燃烧炉内燃烧器(6)周围的管式预热器和连接在管 式预热器上的总体对称分布在燃烧器(6)周边的富氧喷嘴(7)，燃烧器(6)内助燃风道中间 到出风口(12)逐渐变小，并在变小区间内侧装有多块旋流板(13)，即燃烧器(6)前端面(8) 的出风口(12)比中间到进风口区间小，而且从燃烧器(6)中间到出风口(12)的变小区间装 有多块旋流板(13)。
2、如权利要求1所述的聚温式带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧系统，其特征在 于燃烧器(6)的燃料喷嘴(4) 口离燃烧器的前端面(8)的垂直距离在(T22CM。
3、如权利要求1所述的聚温式带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧系统，其特征在 于富氧喷嘴(7 )与炉内管式预热器的连接口内，富氧喷嘴管(2 )有一个背朝气流方向的斜 口(9、10)，伸入管式预热器的富氧预热管(1)内，以阻挡在管式预热器的富氧预热管(1)内 流动的气体直接进入富氧喷嘴(7)连接管，而且离管式富氧预热器富氧气体入口越近的富 氧喷嘴管(2)，其伸入管式富氧预热器的富氧预热管(1)内的斜口部分越长。
4、如权利要求3所述的聚温式带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧系统，其特征在 于耐高温的管式预热器安装在燃烧器(6)周围，并贴在或半埋在燃烧器(6)四周的保温层 中。
5、如权利要求1所述的聚温式带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧系统，其特征在 于将炉内富氧预热器和富氧喷嘴(7)与燃烧器(6)设计成完全配套的一体化结构。
专利摘要聚温式带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧系统，包括燃烧气态或/和液态燃料的燃烧器，以及环绕在燃烧炉内燃烧器周围的管式富氧预热器和连接在管式富氧预热器上的总体对称分布在燃烧器周边的小扩散角富氧喷嘴，燃烧器内助燃风道中间到出风口逐渐变小，并在变小区间内侧装有多块旋流板，旋流板能使从燃烧器进入的助燃风以10度~45度角旋流进入喷射的燃料流，燃料喷嘴喷射出较小扩散角的燃料流在燃烧器前端面上贫氧燃烧，然后通过炉内富氧喷嘴将富氧气体射流送入燃烧火焰富氧助燃以提高热辐射效率。
文档编号F23L7/00GK201885214SQ201020571420
公开日2011年6月29日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者魏伯卿 申请人:魏伯卿