一种陶瓷窑炉燃气燃烧装置头部的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及燃气燃烧技术领域。
【背景技术】
[0002]目前国内陶瓷窑炉使用的燃气燃烧装置，很多存在着燃气喷枪结构设计不合理，以及燃气喷枪与烧嘴砖或燃烧室筒体的匹配不够合理等问题，其性能较突出表现为存在着火不够稳定，燃烧不够完全，助燃风利用率不高，易于结焦等问题，影响到窑炉的能耗以及陶瓷制品的质量。
【实用新型内容】
[0003]为了克服已有技术的不足，申请人对陶瓷窑炉的燃气燃烧装置的气动布局专门进行了大量的研究工作，提出一种陶瓷窑炉燃气燃烧装置头部，使火焰着火稳定，燃烧较完全，助燃风利用率较高，并且减少结焦现象。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种陶瓷窑炉燃气燃烧装置头部，在燃气燃烧装置头部上有燃气喷枪头部，在燃气喷枪头部的结构中设置有内风管和气管，气管套在内风管之外，内风管之内有内风道，在内风道的出口端设置有风帽，风帽上有风喷出孔；气管与内风管之间有燃气通道，在燃气通道的出口端设置有气帽，气帽上至少有2个气喷出孔。
[0005]该燃气喷枪头部工作时，助燃风沿内风道向前流动，并经风帽上的风喷出孔喷出，由于气体分子不停地在做不规则的热运动，助燃风从风喷出孔喷出后，会一边向前喷射，一边向四周进行扩散运动，同时还会对其周围的气体产生引射作用；燃气沿燃气通道向前流动，并经气帽上的气喷出孔喷出，燃气从气喷出孔喷出后，也会一边向前喷射，一边向四周进行扩散运动，同时还会对其周围的气体产生引射作用。在从各个风喷出孔喷出的各股风射流与从各个气喷出孔喷出的各股燃气射流之间的流场存在有低速区或零速区，由于扩散运动的存在，会在某些低速区或零速区形成燃气与助燃风的配比处于可燃范围的区域，气与助燃风的混气在这些可燃区域发生燃烧，形成稳定的点火源，并从这些稳定的点火源向下游传播，形成稳定的火焰，使火焰的着火过程比较稳定。气管套在内风管之外，这样的结构有利于实现气喷出孔位于风喷出孔的外周的气动布局，从而有利于实现在风喷出孔的四周被燃气包围着的分布状态，试验表明，这样有利于着火稳定，并且可以提高助燃风的利用率。
[0006]本文所述燃气，是指可燃气体的总称，包括天然气、石油液化气、发生炉煤气及其他气体燃料，也包括各种混合气体燃料，还包括各种气体燃料经过与空气预混所得到的混合物。本文所述的风，是指助燃风的简称，也可以称作助燃空气。燃气喷枪头部上的风喷出孔或者气喷出孔可以呈圆柱形，也可以呈其他几何形状。
[0007]在气帽上可以至少有3个气喷出孔具有TA特征，所述TA特征是指:设Q1孔是任意一个具有TA特征的气喷出孔，过％孔的出口端面的中心点F i作一个垂直于燃气喷枪头部轴线的平面PA1，设平面PA1与燃气喷枪头部轴线的交点为点O i，过点FJt与直线O ^垂直的平面PS1，过点FJt Q JL的轴线的切线F J1，该切线F1V1与平面PS i之间的夹角为α<^的范围是:15° ( a i^eO。，此为TA特征。a i在该范围内时，可以使具有TA特征的气喷出孔形成的火焰呈一个锥角较为合理的伞状形状，试验表明，这样有利于火焰着火和传播的稳定，有利于提高燃烧效率，使燃烧更完全。
[0008]在此作如下说明:
[0009]①.任何一个孔的出口端面的中心点(在此所述的孔，包括气喷出孔、风喷出孔，以及其他类型的孔)，是指该孔的出口的一端的端面的形心。
[0010]②.所述直线与平面的夹角，在立体几何中，分为如下三种情形来确定:(I).如果一条直线与一个平面垂直，这条直线与平面的夹角为90° ;(2).如果一条直线与一个平面平行或在平面内，这条直线与平面的夹角为0° ;(3).—条斜线与一个平面的夹角，是斜线和它在平面的射影所成的锐角。
[0011]在气帽上具有TA特征的气喷出孔当中，可以至少有3个具有TB特征，所述TB特征是指:设Qj孔是任意一个具有TB特征的气喷出孔，过Q 的出口端面的中心点F j作一个垂直于燃气喷枪头部轴线的平面PB,，设该平面PBr^燃气喷枪头部轴线的交点为O ,，过点匕作与直线O朽垂直的平面PS j，平面PSj与平面PB郝交线为M ft，过点匕作Q j孔的轴线的切线FjVj，该切线FjVj与直线M jNj的夹角为β j, ^的范围是:70° ( β - 90°，此为TB特征。β j在该范围内时，可以使具有TB特征的气喷出孔的喷出速度在一个以O ]为圆心，0朽为半径的圆的切线方向上的分量较小，从而使其不产生过强的旋流效果，以满足部分陶瓷窑炉对火焰特性的需要。在此作补充说明:按照立体几何的定义，相交的两条直线的夹角为这两条直线所成的锐角或直角。
[0012]设气帽上所有的气喷出孔的流通面积之和为SS，SS的范围可以在如下优选区段选取:78mm2< SS ^ 1020mm 所述的任何一个气喷出孔的流通面积，是指该气喷出孔的内腔通道中最狭窄处的通道截面的面积，在此所述的最狭窄处，是指该处的通道截面的面积在该气喷出孔的内腔通道的所有截面的面积当中最小。试验表明，SS在该范围内时，火焰的刚性在一个较适中的范围内，与风的匹配较好，燃烧效果较为理想，火焰与现有的烧嘴砖或燃烧室筒体的匹配较为理想。
[0013]在此作如下说明:任何一个孔的流通面积(在此所述的孔，包括风喷出孔、气喷出孔，以及其他类型的孔)，是指该孔的内腔通道中最狭窄处的通道截面的面积，在此所述的最狭窄处，是指该处的通道截面的面积在该孔的内腔通道的所有截面的面积当中最小。例如，图21至图23中有三个孔，分别为Kl孔、K2孔、K3孔，图21所示的Kl孔的内腔呈逐渐收缩形，且其孔的轴线垂直于其所处位置的固体外壁面，该孔的内腔通道中的最狭窄处是该孔的出口截面，该截面的面积就是Kl孔的流通面积；图22所示的K2孔的内腔呈先逐渐收缩而后又逐渐扩大的形状，该孔的内腔通道中的最狭窄处是该孔的喉部截面，该喉部截面的面积也就是K2孔的流通面积；图23所示的K3孔，该孔的轴线与固体内、外壁面呈一定的倾斜角，该孔的内腔通道中的最狭窄处是位于横截面JA与横截面JB之间的那一段呈圆柱形的孔的内腔的所有横截面，并且它们的横截面积都相等，都等于JA或JB的横截面积，则K3孔的流通面积等于JA或JB横截面的横截面积，在此说明:所述孔的内腔的横截面是指过孔的轴线上的某一点作垂直于孔的轴线在该点处的切线的平面，再用该平面去截孔的内腔所得到的截面。
[0014]设气帽上所有的气喷出孔的流通面积之和为SS，设气帽上具有TB特征的气喷出孔的流通面积之和为Stb，比值Rtb= S TB/SS，Rtb的范围可以在如下优选区段选取:0.66 ( Rtb^ 10 Rtb在该范围内时，占流通面积大部分的气喷出孔在一个较合理的火焰锥角范围以及旋流强度范围内，使着火较稳定，同时可以满足部分陶瓷窑炉对火焰特性的需要。
[0015]在气帽上具有TA特征的气喷出孔当中，可以至少有3个具有TC特征，设Qk孔是任意一个具有TC特征的气喷出孔，Qk孔的出口端面的中心点为点Fk，设点Fk与燃气喷枪头部轴线的距离为HTCk，HTCk的范围可以在如下优选区段选取:11mm彡HTCkS 38mm。HTC1^该范围内时，气喷出孔之间易于形成一个能量较强的着火区域，在该着火区域内，气喷出孔之间相互传递热量和活性中心，使总体火焰的着火过程更稳定。
[0016]设气帽上所有的气喷出孔的流通面积之和为SS，设具有TC特征的气喷出孔的流通面积之和为STe，比值Rte= S Te/SS，Rte的范围可以在如下优选区段选取:0.66 ^ Rtc^ 10Rtc在该范围内时，燃气大部分集中于比较合适的直径范围内的气喷出孔喷出，气喷出孔之间形成一个能量较强的着火区域，使着火稳定可靠，使总体火焰的着火过程比较稳定。
[0017]设气帽上具有TC特征并且单个孔的流通面积介于7mm2至50mm 2之间的气喷出孔的个数为NG，NG的范围可以在如下优选区段选取:6 < NG < 80。试验表明，单个孔的流通面积在7_2至50_2的范围内既不容易堵塞，燃气和风掺混也较好，孔数在此范围内能形成一个较稳定的着火区域，对加工和清理等都比较容易。
[0018]风帽与气帽为一体成型或经过相连接而形成一个分部件，称为TT分部件，TT分部件与内风管相连接，气帽与气管之间为间隙配合。这样设计结构紧凑，并使加工方便，且使用方便。
[0019]气帽与气管相连接，风帽与内风管相连接，气帽与风帽之间为间隙配合。这样设计也可以达到结构紧凑，使加工方便，且使用也方便。
[0020]在气帽上可以至少有5个气喷出孔的出口端面的中心点位于两个直径分别为26mm和46_的同轴的圆柱面之间，相对应地将两个圆柱面分别称为圆柱面UKA和圆柱面UKB,并且将两个圆柱面的轴称为LQ轴，设气帽上出口端面的中心点位于圆柱面UKA和圆柱面UKB之间的气喷出孔的流通面积之和为Su，气帽上所有的气喷出孔的流通面积之和为SS，比值Ru= S ,/SSAu的范围可以在如下优选区段选取:0.6彡RuS I ;在风帽上可以至少有3个风喷出孔。试验表明，气帽上的气喷出孔分布在此范围内的两个同轴的圆柱面之间，有利于在一个合理的空间范围内形成较强的着火区域，有利于着火和火焰传播的稳定。至少要3个风喷出孔，燃气和风才能掺混得比较好。
[0021]设气帽上所有的气喷出孔的流通面积之和为SS，SS的范围可以在如下优选区段选取:98mm2彡SS ( 626mm2;并且LQ轴与燃气喷枪头部轴线的同轴度为EQA，EQA的范围可以在如下优选区段选取:0彡EQA彡9mm。试验表明，SS在该范围内，并且同轴度EQA在此范围内，有利于在燃气喷枪头部轴线附近形成一个核心着火区域，有利于总体火焰的稳定与分布均匀。
[0022]在风帽上可以至少有3个风喷出孔具有WA特征，所述WA特征是指:设Gni孔是任意一个具有WA特征的风喷出孔，过Gni孔的出口端面的中心点E ?作一个垂直于燃气喷枪头部轴线的平面PWAni,设平面燃气喷枪头部轴线的交点为O ?，过点Eni作与直线O ?^垂直的平面PSni,过点Eni作G ?孔的轴线的切线E Jm,该切线EniVni与平面PS ?之间的夹角为Θ ?，9?的范围是:15° ( θ n<90°，此为WA特征。Θ ?在该范围内时，可以使具有WA特征的风喷出孔形成的射流呈一个与气喷出的射流相似的伞状形状，试验表明，这样有利于火焰着火和传播的稳定，有利于提高燃烧效率，使燃烧更完全。
[0023]在风帽上具有WA特征的风喷出孔当中，可以至少有3个具有WB特征，所述WB特征是指:设Gn孔是任意一个具有WB特征的风喷出孔，过G ?孔的出口端面的中心点E n作一个垂直于燃气喷枪头部轴线的平面PWBn，设该平面？胃8?与燃气喷枪头部轴线的交点为0n，过点Ejt与直线O nEn垂直的平面PS n，平面PSn与平面PWB ?的交线为M nNn，过点Ejt G Ji的轴线的切线EnVn，该切线EnVn与直线ΜΛ的夹角为Φ n，1^的范围是:60° ( Φ n<90°，此为WB特征。Φ n在该范围内时，可以使具有WB特征的风喷出孔的喷出速度在一个以O ?为圆心，OnEn为半径的圆的切线方向上的分量较小，从而使其不产生过强的旋流效果，与燃气射流相匹配，使着火稳定，旋流方向与燃气的旋流方向可以相同也可以反向。
[0024]设风帽上所有的风喷出孔的流通面积之和为SW，设具有WB特征的风喷出孔的流通面积之和为SWB，比值Rwb= S wb/SW，Rwb的范围可以在如下优选区段选取:0.66 < Rwb彡I。Rwb在该范围内时，占流通面积大部分的风喷出孔引射燃气着火，使其在一个较合理的火焰锥角范围以及旋流强度范围内，使着火较稳定，同时可以满足部分陶瓷窑炉对火焰特性的需要。
[0025]在风帽上具有WA特征的风喷出孔当中，可以至少有3个具有WC特征，设Gp孔是任意一个具有WC特征的风喷出孔，Gp孔的出口端面的中心点为点E p，设点Ep与燃气喷枪头部轴线的距离为HWCP，HffCp的范围可以在如下优选区段选取:5mm彡HffCpS