专利名称：环道旋流预混喷射短焰燃烧装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体燃料燃烧装置，特别是一种环道旋流预混喷射短焰燃烧装置，它
作为一种燃烧装置应用于工业加热的热风炉及工业炉窑上。
二背景技术：
燃烧器是燃烧类炉窑设备所不可缺少的核心装置，其性能与结构优良与否直接影 响到炉窑的燃料利用率、热效率、以及是否满足节能环保的要求。目前，就燃烧低热值煤气 (如高炉煤气、发生炉煤气)的各种燃烧器而言，其混合燃烧模式可分为扩散燃烧(长焰燃 烧)、半预混燃烧、及预混燃烧(短焰燃烧)三种形式，其对应的燃烧器结构也各不相同，如 煤气集中喷射与空气四周多流股喷射切入的套筒型或矩型的扩散燃烧结构、煤气与空气分 层喷射混合燃烧结构、煤气与空气交错喷射混合燃烧结构、煤气与空气预先混合的内预混 喷射燃烧结构、以及新近发展的煤气与空气交错向上喷射混合燃烧气流折返的燃烧器结构 等。总之，工业炉窑的燃烧器已经完成从套筒燃烧器，逐步过渡到梳篦形空气喷嘴的矩形燃 烧器的转换，并发展到环形多喷嘴喷射旋流混合回流预热稳焰燃烧技术或者环形多喷嘴交 错上喷预混燃烧后气流折返预热稳焰强化燃烧技术。随着燃烧技术的发展，使低热值煤气 的燃烧强度与火焰的稳定性都得到了较大的提高，再配合上煤气与助燃空气的预热使得燃 烧温度也不断升高、燃烧效率也逐步提升。但纵观现有的煤气燃烧器，仍然存在燃烧器结构 复杂、燃烧气流分配不均、燃烧气流的可控性差等问题，而一些使用在工业炉上的发生炉煤 气的燃烧器，由于仍然采用结构简单的燃烧器，致使燃烧强度不高、气流分配紊乱、煤气与 空气混合不佳等，由此而导致燃烧不完全或燃烧不稳定、热负荷调节性能差等问题出现。因 此，改进燃烧装置的结构，使其与炉膛空间形成合理可控的流场结构，实现高强度燃烧与均 匀高效传热的完美结合，应该是燃烧器发展的方向。
三
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明之目的就是提供一种环道旋流预混 喷射短焰燃烧装置，可有效解决煤气与空气在环形通道中旋流快速混合，而后经喷嘴喷射 进入预燃室高强度旋流燃烧，且形成可控的旋转烟气流场，及小空间的快速预混与喷射短 焰燃烧，能有效降低空气过量系数、提高燃烧温度与燃烧强度、进而简化结构与减轻燃烧装 置重量的问题，其解决的技术方案是，本发明为一种煤气与空气在环形通道中旋流快速混 合并经旋切布置的喷嘴喷射进入预燃室短焰燃烧的燃烧装置，故称之为环道旋流预混喷射 短焰燃烧装置，其结构是，该燃烧装置(如图l所示)为一个球顶圆筒状下开口结构(以图 1为准的相对上下)，包含圆筒墙体l，半球形拱顶2，一起构成能使气流在其中旋转燃烧的 预燃室结构3 ;圆筒墙体l内壁上环状布置矩形截面的预混气流喷嘴4，并以1-60度旋切角 度进入预燃室3 ;喷嘴的另一端与设置在筒体1内的喷射气流的分配兼预混合环道5相通， 喷射气流的分配兼预混合环道5与对称布置的煤气进气管6和空气进气管7相连通，在两 种进气管与喷射气流的分配兼预混合环道5连接处设置有导流挡块8，形成煤气与空气的同向流动与混合结构。 使用上述燃烧装置时，煤气通过进气管6而空气通过进气管7进入喷射气流的分
配兼预混合环道5，借助导流挡块8使煤气与空气均按同一旋转方向流动，并在流动中实现
相互的快速混合；旋转的预混气流流经预混气流喷嘴4后进入预燃室3并预热着火燃烧，燃
烧后烟气流以旋流方式向下进入燃烧室。选取合适的旋切角度、喷嘴4的形状与喷嘴4中
的流速、喷射气流的分配兼预混合环道5的形状与大小，就能实现煤气与空气气流的快速
预混合与喷射短焰燃烧，从而提高燃烧强度与燃烧温度并有效控制燃烧过程，且保持足够
的旋流强度在燃烧室中形成回流涡旋，以实现整体气流的稳定与可控。 总之，这种燃烧装置能顺利实现煤气与空气的预混环道中的充分混合与旋流喷射
高强度稳定燃烧，从而有效解决了低热值煤气燃烧不稳定、燃烧强度小、燃烧温度低等关键
问题，其简单的结构明显优于气流内混合喷射短焰燃烧装置与交错喷射快速混合燃烧装置。
四
图1为本发明的剖面主视图。
图2为图1A-A向剖面俯视图。
五具体实施例方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式
作详细说明。 由图1、2所示，本发明燃烧装置为一端封闭的圆筒形结构l，其封闭端为半球形拱 顶结构2，均用优质耐火材料砌筑而成，圆筒壁中空部分为预燃室3，其圆筒形结构1内砌 筑矩形截面的喷射气流的分配兼预混合环道5，其外壁面与对称布置的煤气进口管6和空 气进口管7相连接，在两个进口管处设置了导流挡块8，以形成煤气与空气的同向流动与混 合；预混气流喷嘴4的一端与喷射气流的分配兼预混合环道5内壁面相通，另一端则开口 于预燃室内壁；预混气流喷嘴4是沿预燃室内壁周向布置，其纵截面为高度大而宽度小的 矩形开口，并与预燃室内壁面成的a =1° 60°旋切角度，其中，在实施时，最好旋切角 度是15度、30度、45度，喷嘴的横截面是进口大而出口小，且顺着气流流动方向逐步收縮而 成；预混气流喷嘴4的数目根据燃烧装置的热负荷大小、喷嘴流速选择、以及燃烧装置的直 径大小而定， 一般在20 60个之间选择。 在燃烧装置用于热风炉时，燃烧装置对称设置在燃烧室的顶部，且燃烧室设计成 逐渐扩大的锥形结构，以便于旋转气流在其中形成回流涡旋，起到稳定火焰与稳定气流的 作用；在燃烧装置与燃烧室之间采用热应力分隔的迷宫连接方式，且将燃烧装置独立支撑 在热风炉炉壳上，以利于热风炉整体结构的稳定。 在燃烧装置用于工业炉窑时，应将燃烧装置安装在工业炉窑的燃烧段的炉墙上， 让燃烧装置的喷出端以不同角度朝向炉膛空间，并一起组成了工业炉的燃烧段。布置在燃 烧段上燃烧装置的个数、位置及大小由工业炉的热负荷和温度要求而定，其固定方法可采 用多种形式。但燃烧装置本体的结构形态是不变的。 总之，本发明以简单而合理的结构，有效地解决了燃烧装置喷射气流混合效果差、 燃烧不稳定与燃烧强度低、燃烧气流速度温度分布不均或不可控等关键问题，能有效地保
4证热风炉、工业炉窑等高效、均温、高热强度、且安全与稳定地运行；继而实现节省燃料、节 约投资、降低废气温度与排放量、减少环境污染的良好的经济和社会效益。
权利要求
一种环道旋流预混喷射短焰燃烧装置，其特征在于，该燃烧装置为一个球顶圆筒状下开口结构，圆筒墙体1和半球形拱顶2一起构成能使气流在其中旋转燃烧的预燃室结构3；圆筒墙体1内壁上环状布置矩形截面的预混气流喷嘴4，并以1-60度旋切角度进入预燃室3；喷嘴的另一端与设置在筒体1内的喷射气流的分配兼预混合环道5相通，喷射气流的分配兼预混合环道5与对称布置的煤气进气管6和空气进气管7相连通，在两种进气管与喷射气流的分配兼预混合环道5连接处设置有导流挡块8，形成煤气与空气的同向流动与混合结构。
2. 根据权利要求1所述的环道旋流预混喷射短焰燃烧装置，其特征在于，预混气流喷 嘴(4)是沿预燃室内壁周向布置，其纵截面为高度大而宽度小的矩形开口 ；喷嘴的横截面 是进口大而出口小，顺着气流流动方向呈渐縮式结构。
3. 根据权利要求1或2所述的环道旋流预混喷射短焰燃烧装置，其特征在于，预混气流 喷嘴(4)为20-60个。
4. 根据权利要求1所述的环道旋流预混喷射短焰燃烧装置，其特征在于，旋切角度为 15度或30度或45度。
5. 根据权利要求1所述的环道旋流预混喷射短焰燃烧装置，其特征在于，该燃烧装置 用于热风炉，燃烧装置对称设置在燃烧室的顶部，且燃烧室设计成逐渐扩大的锥形结构，以 便于旋转气流在其中形成回流涡旋，起到稳定火焰与稳定气流的作用；在燃烧装置与燃烧 室之间采用热应力分隔的迷宫连接方式，且将燃烧装置独立支撑在热风炉炉壳上，以利于 热风炉整体结构的稳定。
6. 根据权利要求1所述的环道旋流预混喷射短焰燃烧装置，其特征在于，该燃烧装置 用于工业炉窑，将燃烧装置安装在工业炉窑的燃烧段的炉墙上，燃烧装置的喷出端以不同 角度朝向炉膛空间，并一起组成工业炉的燃烧段。
全文摘要
本发明涉及环道旋流预混喷射短焰燃烧装置，可有效解决煤气与空气在环形通道中旋流快速混合，有效降低空气过量系数、提高燃烧温度与燃烧强度的问题，其结构是，该燃烧装置为一个球顶圆筒状下开口结构，包含圆筒墙体，半球形拱顶，一起构成能使气流在其中旋转燃烧的预燃室结构；圆筒墙体内壁上环状布置矩形截面的预混气流喷嘴，并以1-60度旋切角度进入预燃室；喷嘴的另一端与设置在筒体内的喷射气流的分配兼预混合环道相通，喷射气流的分配兼预混合环道与对称布置的煤气进气管和空气进气管相连通，在两种进气管与喷射气流的分配兼预混合环道连接处设置有导流挡块，本发明有效解决了低热值煤气燃烧不稳定、燃烧强度小、燃烧温度低等问题。
文档编号F23D14/46GK101749705SQ201010030198
公开日2010年6月23日 申请日期2010年1月18日 优先权日2010年1月18日
发明者刘世聚, 印民, 李月慧, 陈维汉 申请人:刘世聚