一种小型窑炉燃烧系统的制作方法

本发明属于热工技术领域，特别涉及一种火焰不换向的小型窑炉燃烧系统。

背景技术：

弥散式燃烧是一种不同于预混式燃烧和扩散燃烧的新的燃烧方式。

预混式燃烧：燃料和助燃空气在燃烧器的点火点之前完成均匀混合后点燃进入燃烧器的燃烧室里燃烧的燃烧方式。其优点是：燃烧速度快，火焰短、强度高且刚劲有力，燃烧室体积小；能保证加热速度。其缺点是：燃烧火焰局部温度高(如用天然气为燃料，过剩空气系数α＝1的预混燃烧火焰中心局部温度可达2000℃以上)，伴随大量的nox产生，而nox是大气污染的主要元凶之一；局部高温导致靠近燃烧器的炉体或炉墙易损，加速了财产的损失；存在回火的可能性。

扩散式燃烧：燃料不与任何助燃空气预先混合，而是让燃料流入/或高速射入空气，通过燃料在空气中扩散与空气中的氧气接触进而燃烧的燃烧方式。其优点是：燃烧稳定，不会回火，运行可靠；nox污染物排放少；对燃烧器要求简单易制造。其缺点是：燃烧速度慢，火焰长、强度低且软弱无力，燃烧室体积大；加热速度慢。所以工业燃烧领域很少采用。

弥散式燃烧：是采取助燃空气速度高于燃料速度的射流方式将燃料(通常燃料和极少部分助燃空气混合以保持火焰稳定)和助燃空气分开注入炉内，快速助燃空气气流卷吸燃料和炉内燃烧产物，稀释反应区的含氧体积浓度，获得浓度为3～15％(巻吸产生的湍流团内体积浓度)的低氧气氛。燃料在这种高温低氧气氛中逐渐与氧气结合燃烧，并伴随进行诸如裂解等重组过程，造成与预

混燃烧和扩散燃烧过程完全不同的热力学条件，在与贫氧气体作延缓状燃烧下释出热能，不再存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区。这是一种有待大量研究的新的燃烧方式，集中了预混式燃烧和扩散式燃烧的优点：火焰刚性可强可弱，燃烧速度可快可慢、火焰区域大，能保证加热速度，同时燃烧火焰温度均匀没有局部高温区。由于燃烧火焰温度没有局部高温，因而nox生成率降低，同时延长了炉体或炉墙使用寿命。

蓄热式燃烧：蓄热式燃烧是通过成对使用蓄热器交替储蓄尾气热量和释放热量加热助燃空气，用被加热的助燃空气参与燃烧的一种节能燃烧技术。由于蓄热燃烧高效节能，长期以来蓄热燃烧均采用预混式燃烧，助燃风进入炉膛前在烧嘴内与燃料充分混合并着火后进入炉膛，这样为了配合进风和排烟的切换，就需要两只火嘴并在风向切换时切换火焰，即火焰也是要换向的。这种频繁的火焰切换强化了预混式燃烧的缺点，造成频繁爆燃、炉压波动过大、炉门、炉墙等寿命大大缩短等。

弥散式燃烧兼备预混式燃烧和扩散燃烧两种燃烧方式的优点，早年就有科技人员研究，将蓄热燃烧和弥散式燃烧技术相结合。在小型工业炉(如50吨以下熔铝炉)上，由于空间位置有限，故采用使用设备最少的设计方案，即一对蓄热器(对应一对风口，实现蓄热式余热回收需要最少两只蓄热器交替使用)加一只火口(内含火嘴)的设计方式是一种现实需要。但这种设计方式下无数的实践均以节能效果不佳、熔化生产速度太慢或设备寿命太短等致命问题而宣告失败。因为其由两个风口加一个火口组合，火口位于两个风口的中间位置。两个风口中一个风口输入助燃空气，则另一个风口就会抽出烟气。风口与火口的相互位置、风口的大小、风口的方向、风量风速大小等如果设计不好，就会出现如下状况：

1、系统生产速度慢；

2、风速太小(如风量太小、风口直径太大)、风口方向不对等时进入炉膛的助燃风动量不够大不足以巻吸从火口进入炉膛的燃料，造成不充分燃烧；

3、风口与火口的位置距离不对时从火口进入炉膛的燃料，被抽出烟气的风口吸出炉膛，同样造成不完全燃烧；

4、助燃空气与燃料充分混合而且燃烧充分燃烧了，但如果风口与火口的位置高低不对，火焰没有在炉膛中弥散式展开，而是被另一个风口吸出，导致蓄热器内温度过高，造成蓄热材料板结甚至蓄热器烧坏；

5、风口直径大小、方向不合理等时会严重影响炉膛内流场，从而影响热量传递，导致节能效果不佳；

以上问题如果不解决，就无法达到理想的弥散式燃烧效果。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种小型窑炉燃烧系统，在保证生产速度的前提下，能耗更低，更加节能。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种小型窑炉燃烧系统，包括有炉膛、炉墙、炉顶、炉门、以及蓄热系统；所述蓄热系统包括有两只蓄热器、气流换向系统、鼓风机、引风机以及电脑控制系统；所述的燃烧系统还包括有一个火口和两个风口；火口用于向炉膛内送入燃料；每个蓄热器的一端与一个风口相连、另一端与气流换向系统相连；两个风口中的一个进风时另一个风口排烟；火口与两个风口均布置在炉墙或炉顶上；火口与两个风口布置在炉墙上时火口中心线在水平面上的投影与其安装的炉墙成70-90°角度、布置在炉顶时火口中心线与水平面角度70-90°；火口内部安装火嘴，火嘴向炉膛提供燃料；两个风口以过火口中心线的垂直平面两侧布置；炉膛内墙面上火口中心与风口中心距离l1和l2在0.25米～1.5米之间

进一步地，系统布置在炉墙上时火口中心线与水平面的夹角α为0°～25°，布置在炉顶上时火口中心线与垂线的夹角为0°～20°。

进一步地，系统布置在炉墙上时火口中心线与风口中心线在水平面上投影的夹角θ为0°～40°，布置在炉顶上时火口中心线与风口中心线在垂直面上投影的夹角最大40°。

进一步地，炉膛内墙面上火口中心与风口中心距离l1和l2在0.25米～1.5米之间。

进一步地，炉膛内墙面上火口中心点与炉门槛上表面所在水平面距离h2为50～750。

进一步地，炉膛内墙面上风口中心点高于火口中心点的距离h1为-200～600。

进一步地，火嘴的辅风通道中供应的空气量为过剩空气系数α＝1时燃料所需空气量的5％～35％，进风的风口供应的空气量为过剩空气系数α＝1时燃料所需空气量的65％～265％。

进一步地，进风的风口中单位面积空气流量为：8kg～45kg/秒·㎡。

进一步地，风口截面面积范围为50cm²～3600cm²。

进一步地，风口出口处可以为喇叭形，喇叭形部分截面面积为风口截面面积的1～3倍。

进一步地，火口的直径设置如下：当燃料为天然气、重油、煤油、柴油时，火口的面积设置为50cm²～900cm²之间；当燃料为煤气、固体粉状燃料时，火口的面积设置在450cm²～5000cm²之间。

进一步地，火口里火嘴出口至炉膛壁面长度与火口当量直径(与火口面积相同的圆的直径)的比值为：0.5～4.0。

进一步地，火嘴内部包括有燃料通道和辅风通道，火嘴内部或旁边可以增加点火枪，点火枪用电子自动点火并提供长明火以确保蓄热系统反复切换时系统能平稳正常工作。

进一步地，燃料通道与燃料输送管道连接，燃料输送管道上设置燃料供应量控制装置。

相较于现有技术，本发明小型窑炉燃烧系统在保证生产速度的前提下，能耗更低，更加节能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明小型窑炉燃烧系统的轴测图示意图。

图2是本发明小型窑炉燃烧系统的剖面图示。

图3是图2中沿b-b的剖切图示；

图4是图2中沿d-d的剖切图示；

图5是图2中沿e-e的剖切图示。

具体实施方式

为使得本发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本发明的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它单元。

参照图1-4所示，本发明提供一个采用天然气为燃料的20吨熔铝炉弥散式燃烧系统的实施方案，以下分别进行详细说明。

如图2所示，本发明实施例一种小型窑炉燃烧系统包括有炉墙1、炉膛2、炉顶(图中未示出)、炉门11、以及蓄热系统；其中，蓄热系统包括有左蓄热器9、右蓄热器4、气流换向系统6、鼓风管道7、鼓风机12、引风管道5、引风机(图中未示出)和以及电脑控制系统(图中未示出)。

本发明燃烧系统还包括一个火口11和左风口10、右风口3；火口11为圆形孔用于向炉膛2内送入燃料；左蓄热器9一端与左风口10相连、另一端与气流换向系统6相连，右蓄热器4一端与右风口相连、另一端与气流换向系统6相连。鼓风管道7一端与气流换向系统6相连，另一端与鼓风机12连通、引风管道5一端与气流换向系统6相连，另一端与引风机(图中未示出)连接。通过电脑控制系统控制形成蓄热式余热回收并用其加热通过风口供应的主助燃空气，电脑控制系统为现有成熟技术，故不详细描述；当其两个风口中的一个进风时，另一个排烟。风口为圆形不带喇叭形出口。火口11与左风口10、右风口3均布置在炉墙上；火口11为一个直的圆孔，火口11中心线在水平面上的投影与其安装的炉墙1的一面垂直(90°角)；火口11内部安装有火嘴8，火嘴8向炉膛2提供燃料。左风口10、右风口3以过火口11中心线的垂直平面为对称面对称布置。

参照图3、图4所示，其中，火口11中心线与水平面的夹角α为10.5°；左风口10、右风口3的中心线在过火口11的中心线的垂直面上投影线与水平面的角度β为8.5°。火口11的中心线与左风口10、右风口3的中心线在水平面上投影的夹角θ(图2所示)为25°。炉膛2内墙面上火口中心与风口中心距离l1和l2(图5所示)为0.5～2.0米，本例取0.9米；炉膛2内墙面上火口中心点与炉门槛上表面所在水平面距离h2为50～750，本例取350，炉膛11内墙面上风口中心点高于火口中心点的距离h1为-200～600，本例取300。所有尺寸误差允许±15％。

另外，火嘴11内部包括有燃料通道和辅风通道，燃料供应量设计为每小时250nm³天然气。火嘴辅风通道中供应的空气量为过剩空气系数α＝1时燃料所需空气量的10％，即为250nm³。进风的风口供应的空气量为过剩空气系数α＝1时燃料所需空气量的130％，即整个系统的的空气过剩系数为α＝1.4。进风的风口中单位面积空气流量为：16.47kg/秒·㎡，直径为φ300(面积706.86cm²)，确保射入炉膛的空气量和速度(足够动量)可以卷吸火口流入的燃料和不完全燃烧产物。

特别地，如果炉膛需要火焰行程特别长的，可以通过增加鼓风机12的工作频率来增加空气过剩系数α值或减小风口直径从而提高进风风口风的速度的方式达到最好的弥散式燃烧效果。

进一步地，火口11直径为φ135(面积为143.14cm²)；火口11内火嘴8出口至炉膛2壁面的长度为270，与当量直径(等于圆的直径135)的比值为：2.0。

进一步地，火嘴8内部包括有燃料通道和辅风通道，火嘴8内部或旁边可以增加设置点火枪，点火枪用电子自动点火并提供长明火以确保蓄热系统反复切换时系统能平稳正常工作。

当系统在电脑的控制下变换换向系统的工作位置时，系统进行弥散式蓄热燃烧，实现余热的蓄热式回收和弥散式燃烧的结合。

当系统到达稳定状态时，主风温度可以预热到800℃以上，按800℃计算，系统主风通道中空气流速为45-46米/秒(标态下16-17kg/秒·㎡的流量换算为12-13米/秒，因受热膨胀速度增加)，火嘴中含燃料的气流2速度为9.7米/秒左右。20吨熔铝炉的炉膛宽度一般在3.5～4.5米左右，因而采用这一设计的弥散式燃烧系统，火焰基本可以覆盖大部分炉膛同时没有局部高温，降低了nox排放同时减少了铝的烧损。

综上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。