专利名称：大功率无焰陶瓷燃烧器的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃烧器，特别是大功率无焰陶瓷燃烧器，其应用于需要无焰燃烧的工业窑炉领域。
目前，顶燃式热风炉作为为高炉生产提供热风的设备，已被人们认为是热风炉技术的发展方向。由于顶燃式热风炉没有特设的供煤气燃烧的燃烧室，其炉顶空间与外燃式热风炉和内燃式热风炉高大的燃烧室相比又要小得很多，在如此小的空间内，欲使数量庞大的煤气实现完全燃烧，就应配备燃烧强度很大的无焰燃烧装置才行。然而，据申请人所知，自顶燃式热风炉开始用于炼铁生产以来，虽然出现了一些不同的炉型结构，但皆因采用的燃烧器的性能不能满足要求，同时，因燃烧器严重回火，破坏了燃烧的稳定性和燃烧器的寿命短，而未能获得推广应用。如前苏联专利926017公开的顶燃式热风炉，其基本结构是，在由蓄热室、球顶、环状煤气——空气主管和通向主管的煤气——空气输送支管，以及处于蓄热室墙与球顶之间的烧嘴等装置组成的热风炉中，设置环状的向上的大喷烧室，烧嘴就安装在喷烧室下部，球顶座落在环状的完全封闭的梁上，用带有波纹膨胀圈的隔板将梁下空间分成两个环形的集气管道，一个管道与煤气支管连接，另一个管道与送空气支管连接，在煤气——空气集气管上开有通向喷烧室的栅格式排列的孔洞，在孔上面砌筑带有立道的陶瓷砖格子，立道上面有盖板，侧壁有孔洞。因该燃烧器的结构所致使煤气和空气混合不良，造成即使在很大的过剩空气量下也不能实现煤气的完全燃烧，从而使燃烧温度大大降低；且当煤气量减少到一定程度时，火焰便回窜到混合室内，破坏了燃烧的稳定性；加之其炉顶结构庞大，现在布置紧凑的热风炉无法采用。又如中国专利文献CN85100733公开的《多火孔环形燃烧器及顶燃式热风炉》，其燃烧器的基本结构是，有一个混合气环室，在环室上方有一圈均匀分布的火孔，两根煤气管分别与两根助燃空气管在热风炉外相连接，煤气与助燃空气在此得到混合，两根混合气管与燃烧器环室相连。这种结构的燃烧器的致命缺陷是煤气在混合环道内即开始燃烧，严重破坏了燃烧的稳定性。《钢铁》1985年№4期所载“高温顶燃式热风炉的试验及推广”一文中所述的燃烧器，实际上与用于内燃式热风炉和外燃式热风炉上的具有很长火焰的套筒式燃烧器没有多大不同，其功率小，使得一座热风炉需要多个燃烧器，不仅煤气与空气混合不好，且造成炉顶庞大、管道复杂，设备多，事故频繁。西德专利1526029所述的燃烧器，除具有类似于前述的几种燃烧器存在的问题外，还由于它从煤气和空气围管分出的支管中的流量无法进行确切的判断和控制，因而必然会造成每一股煤气所配助燃空气的比例严重不均和预混效果不良，其结果是造成燃烧不完全和使燃烧温度大大下降。
本发明的目的是，针对上述现有技术存在的不足，进行改进，研究并设计出大功率无焰陶瓷燃烧器，以消除以往用于顶燃式热风炉的诸种燃烧器的缺陷，实现顶燃式热风炉的高温、长寿、高效，并使其投资与其它类型的热风炉相比大大降低和具有广泛的实用价值，为顶燃式热风炉的推广应用创造有利条件。
本发明的技术解决方案是，采用由圆变方的煤气和空气入口管、入口处设置有导流板的且截面逐渐缩小的具有分流孔的环形通道、分流支管和气室、混合道、燃烧器空腔以及带缩口的出口，其特征在于，两条具有分流孔的环形通道，分别与空气和煤气入口管相连，分别用来通空气和煤气，其中，一条具有分流孔的环形通道配接带有锥角的支管，另一条具有分流孔的环形通道与气室相通，采用了若干混合道，带有锥角的支管穿过气室与混合道相通，混合道采用了具有不同气流喷出方向的出口结构。
其特征在于，分别用来通空气和煤气的具有分流孔的环形通道上的分流孔的设置，二者彼此对应。
其特征在于，带有锥角的支管具有3-30°锥角。
其特征在于，气室围绕与具有分流孔的环形通道的分流孔相连接的末端带有锥角的支管。
其特征在于，混合道采用具有流线形的混合道入口，混合道的截面为圆形或者为椭圆形或者为方形或者为矩形。
其特征在于，混合道的出口的方直向圆心，或有0-60°仰角，或者与其中心与燃烧器中心的连线有0-60°夹角。
其特征在于，混合道在轴线长度上分为多段，依次为带有流线形的入口、等截面的混合段、扩散段和收缩段。
本发明的工作原理是，当煤气和助燃空气分别经各自的入口管被引入并与设置在燃烧器砌体内的其入口处设置有导流板的且截面逐渐缩小的通煤气的环形通道和通助燃空气的环形通道相接通，通过分别开设在两个环形通道上的一定数量小孔将煤气和空气分成极为均匀的细流，然后，将一股空气细流引至砌筑在燃烧器内衬中的混合道入口的中心处喷入混合道中；同时，将与此股空气细流相对应的一股煤气细流引入与煤气分流孔相连通的混合道入口周围的气室内，在空气喷出气流及煤气本身气流所具有的压力的作用下进入混合道内与空气进行强制性的充分预混合，而后，煤气和空气的混合物通过混合道的出口喷入燃烧器空腔，在燃烧器空腔内开始燃烧，高温燃烧产物通过带有缩口的燃烧器出口向下经热风炉炉顶空间，在进入格子砖砌体之前，煤气中的可燃成分已经燃烧净烬。为保证燃烧的效果，本发明对混合道的结构进行了合理而巧妙的设计，采用了具有不同气流喷出方向的混合道。使通过混合道出口喷入燃烧器空腔内的混合物气流的方向为直向圆心，或有一仰角(0-60°)，或与喷口中心与燃烧器中心的连线有一夹角(0-60°)等等。混合道的截面形状为圆形、椭圆形、方形或矩形等等。混合道的数量依燃烧器燃烧煤气量的增加而增加，但依旧能保证实现煤气的完全燃烧。
本发明的优点是，与现有的其它燃烧器相比，结构独特，构思巧妙，具有众多的优点，其一是采用结构新颖的煤气和空气环行通道，可以将煤气和空气分成极为均匀的细流(环形通道本身的分流均匀程度达97.6％)，为煤气在极小的过剩空气量(≤2％，即过剩空气系数α≤1.02)下，实现完全燃烧创造了必要的前提条件，与其它燃烧器需要高达12-25％的过剩空气、即使如此煤气还不能实现完全燃烧的情况相比，可使燃烧温度，进而使热风温度大幅度提高，节焦增铁效益显著；其二是新颖的混合道结构，可使煤气和空气在短距离内实现充分的预混合，加之每一股煤气细流与相对应的一股空气细流的配比均相同，因此，其混合能够做到充分和完全，因而，具有很大的燃烧强度；其三是燃烧稳定，不会发生回火，即使在煤气压力降至正常操作下煤气下限压力的30％时也不会发生；其四是本发明的功率大，即使特大型的热风炉也只需要一个燃烧器，炉顶只需要开一个煤气管孔和一个空气管孔，从而实现了管路简单，设备少，维护简单，燃烧阀工作环境温度接近于大气温度，勿需水冷，使设备寿命大大延长；其五是燃烧器调节比大(可达5以上)，而且调节方便，欲改变燃烧器的出力时，只需调节煤气和空气管上总的蝶阀即可，而使煤气和空气每股的分流量得到相应改变，但分流的均匀程度不变；其六是燃烧器的功率大而体积小，设置在顶燃式热风炉炉顶部，整个炉子看去是一个“小头”结构，结构紧凑稳定；其七是燃烧器自身对煤气和助燃空气具有强烈的预热作用，在煤气和空气混合物喷出燃烧之前，可被预热到150℃以上，使燃烧温度大大提高。
图1、本发明的基本结构主视2、本发明的混合道出口有仰角的结构示意3、本发明的混合道出口在№1象限及№4象限切向布置的结构示意4、本发明的基本结构俯视图下面，根据附图详细描述本发明的实施例。
如图1、图2、图3、图4所示，本发明布置在热风炉的顶部，空气入口管1、煤气入口管2设置在燃烧器砌体上，空气入口管1、煤气入口管2采用由圆变方的入口管。燃烧器砌体包容着燃烧器空腔10。燃烧器砌体用陶瓷材料加工制作。煤气入口管2、空气入口管1分别与设置在燃烧器砌体内的环形通道5和环形通道3相接通，环形通道5和环形通道3上分别开有相等数量的小孔作为分流孔。在这里，环形通道3用来通助燃空气，环形通道5用来通煤气，可以根据需要进行互换。环形通道5和环形通道3的入口处均设有导流板，环形通道5和环形通道3的截面采用变截面结构，其截面逐渐缩小。两条具有分流孔的环形通道3、5的截面为方形或者长方形。环形通道3的分流孔配接支管4，支管4带有3-30°锥角，环形通道5的分流孔与分流管6相接，分流管6与气室7相通，气室7围绕与具有分流孔的环形通道3的分流孔相连接的末端的带有锥角的支管4。带有3-30°锥角的支管4和气室7分别与混合道8相通。混合道8的出口9与燃烧器空腔10相通。燃烧器空腔10与配有带缩口的燃烧器出口11相通。混合道8采用具有流线形的混合道入口，混合道8的截面为圆形或者为椭圆形或者为方形或者为矩形。混合道8采用了具有不同气流喷出方向的出口结构。混合道8有若干条，其均匀地分布在包容着燃烧器空腔10的燃烧器砌体的圆周上。混合道8在轴线长度上可分为多段，依次为带有流线形的入口、等截面的混合段、扩散段和收缩段。混合道8的出口9的方向直向圆心，或有0-60°仰角，或者与其中心与燃烧器中心的连线有0-60°夹角。其中，在№1象限及№4象限内，混合道出口9的方向对称偏离圆心一定的夹角，在圆周的另一边的№2象限及№3象限内，混合道出口9的方向以中心直径与№1象限及№4象限内的对称。本发明的工作情况是，煤气通过煤气入口管2，助燃空气通过空气入口管1进入燃烧器后，分别经过与煤气入口管2相通的环形通道5和与空气入口管1相通的环形通道3。其中，助燃空气通过环形通道3的分流孔末端的具有3-30°锥角的支管4进入设置在燃烧器砌体内的混合道8内，煤气则经过环形通道5配接的分流管6进入气室7，在空气气流的抽吸及煤气气流本身压力的作用下，均匀地进入混合道8内与空气进行均压和混合。经充分混合后的煤气和空气的混合物，通过混合道出口9喷入燃烧器空腔10内进行燃烧。众多的喷出气流在燃烧器空腔10内一边燃烧，一边进行强力地扰动混合，待高温燃烧产物通过带有缩口的燃烧器出口11进入热风炉炉顶空间，煤气中的全部可燃成份即可燃烧净烬。由于，本发明喷出的高温燃烧物截面流速均匀对称，使它能够均匀地进入砌筑在蓄热室的格子砖砌体中，使格子砖得到均匀充分地加热，为热风炉稳定地向高炉供送高温热风创造了必要的条件。
权利要求
1.大功率无焰陶瓷燃烧器，采用由圆变方的煤气和空气入口管、入口处设置有导流板的且截面逐渐缩小的具有分流孔的环形通道、分流支管和气室、混合道、燃烧器空腔以及带缩口的出口，其特征在于，两条具有分流孔的环形通道(3)、(5)，分别与空气入口管(1)和煤气入口管(2)相连，分别用来通空气和煤气，其中，一条具有分流孔的环形通道(3)配接带有锥角的支管(4)，另一条具有分流孔的环形通道(5)与气室(7)相通，采用了若干混合道(8)，带有锥角的支管(4)穿过气室(7)与混合道(8)相通，混合道(8)采用了具有不同气流喷出方向的出口结构。
2.根据权利要求1所述的大功率无焰陶瓷燃烧器，其特征在于，分别用来通空气和煤气的具有分流孔的环形通道(3)、(5)上的分流孔的设置，二者彼此对应。
3.根据权利要求1所述的大功率无焰陶瓷燃烧器，其特征在于，带有锥角的支管(4)具有3-30°锥角。
4.根据权利要求1所述的大功率无焰陶瓷燃烧器，其特征在于，气室(7)围绕与具有分流孔的环形通道(3)的分流孔相连接的末端带有锥角的支管(4)。
5.根据权利要求1所述的大功率无焰陶瓷燃烧器，其特征在于，混合道(8)采用具有流线形的混合道入口，混合道(8)的截面为圆形或者为椭圆形或者为方形或者为矩形。
6.根据权利要求1所述的大功率无焰陶瓷燃烧器，其特征在于，混合道(8)的出口(9)的方向直向圆心，或有0-60°仰角，或者与其中心与燃烧器中心的连线有0-60°夹角。
7.根据权利要求1所述的大功率无焰陶瓷燃烧器，其特征在于，混合道(8)在轴线长度上分为多段，依次为带有流线形的入口、等截面的混合段、扩散段和收缩段。
8.根据权利要求1所述的大功率无焰陶瓷燃烧器，其特征在于，两条具有分流孔的环形通道(3)、(5)的截面为方形或者长方形。
全文摘要
本发明涉及大功率无焰陶瓷燃烧器,用于高炉热风炉。煤气和助燃空气经入口管引入燃烧器内的环形通道后被分成极为均匀的细流,再将一股煤气和与之相对应的一股空气引入特设的混合道内进行预混合,后喷入燃烧器空腔内燃烧。它能在极小的过剩空气量下(≤2%)实现煤气的完全燃烧;煤气和空气混合物经燃烧器又可被预热到较高的温度(>150℃),因此,其燃烧温度,进而使拱顶温度和热风温度大幅度提高,本燃烧器结构新颖独特,体积小而功率大,一座热风炉只需要一个燃烧器即可,其燃烧稳定,安全可靠,且管路简单,设备少,燃烧阀无需冷却,维修简单,寿命长。
文档编号F23C5/00GK1277338SQ0011457
公开日2000年12月20日 申请日期2000年5月17日 优先权日2000年5月17日
发明者段润心, 段中坚, 段中栋, 周少萍, 刘宇红, 张玉霞 申请人:武汉宏图高炉热风炉高新技术研究所