一种高效节能环保型蓄热平焰燃烧器及其燃烧方法
【专利摘要】本发明公开了一种高效节能环保型蓄热平焰燃烧器及其燃烧方法。本发明的燃烧方法包括以下步骤：常温空气经配风体进入蓄热室预热后进入喷口；安装在烧嘴外壁开设的多个通孔内的多组燃料喷射单元向喷口内喷射燃料，且每个燃料喷射单元的喷射方向分别与喷口中心线形成不同夹角；多组燃料喷射单元喷射的燃料与预热后的常温空气在喷口内充分混合后进行燃烧；其中，所述预热后的常温空气在进入喷口时形成旋流风，并利用所述旋流风产生旋转的圆盘形平面形状的火焰，以便对加热炉体内上部空间均匀加热。本发明的蓄热平焰燃烧器不仅具有节能环保的效果，还能高效燃烧，对加热炉体内上部空间均匀加热。
【专利说明】一种高效节能环保型蓄热平焰燃烧器及其燃烧方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在炉顶安装的燃烧器，尤其涉及一种在炉顶安装的高效节能环保型蓄热平焰燃烧器及其燃烧方法。
技术背景
[0002]目前，公知的国内工业炉窑多采用常规平焰燃烧器及相配套的燃烧系统对炉内进行加热，形式多为炉顶位置分布，而蓄热式燃烧器及燃烧系统以良好的节能效果多被应用到炉侧，这些都是国内外已经比较成熟和实用的节能技术。
[0003]常规平焰燃烧器结构简单，制作容易；多采用燃料喷射装置在燃烧器的轴线中心位置，配风系统在燃料喷射装置的外围包裹，火焰通过烧嘴砖内壁向四周扩散这一形式。其特点是炉顶管路布置简单，火焰形状好，加热均匀，火焰温度较高。缺点是燃料浪费大，节能率低。
[0004]蓄热式燃烧器及蓄热式燃烧系统以优良的节能效果已被行业所接受，而安装在炉顶位置的蓄热式燃烧器，因其内部结构复杂、燃烧形状不同于侧端燃烧器、重量大、成本高等问题，国内少有人开发和研究。
[0005]因此，如何设计一种可在炉顶安装的、对加热炉体内上部空间实现均匀加热的、节能率高的蓄热式平焰燃烧器，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种高效节能环保型蓄热平焰燃烧器的燃烧方法，利用本发明提供的燃烧方法对工业炉加热的蓄热平焰燃烧器，继承了蓄热燃烧器和平焰燃烧器的优点，在节能环保的基础上，能够完全满足工艺加热(实现平焰燃烧效果)要求。
[0007]本发明的另一目的还提供一种高效节能环保型蓄热平焰燃烧器。
[0008]根据本发明的第一目的，提供了一种高效节能环保型蓄热平焰燃烧器的燃烧方法:
[0009]一种高效节能环保型蓄热平焰燃烧器的燃烧方法，包括以下步骤:
[0010]常温空气经配风体进入蓄热室预热后进入喷口 ；
[0011]安装在烧嘴外壁开设的多个通孔内的多组燃料喷射单元向喷口内喷射燃料，且每个燃料喷射单元的喷射方向分别与喷口中心线形成不同夹角；
[0012]多组燃料喷射单元喷射的燃料与预热后的常温空气在喷口内充分混合后进行燃烧；
[0013]其中，所述预热后的常温空气在进入喷口时形成旋流风，并利用所述旋流风产生旋转的圆盘形平面形状的火焰，以便对加热炉体内上部空间均匀加热。
[0014]优选地，所述产生旋转的圆盘形平面形状的火焰的步骤包括:所述多组燃料喷射单元沿烧嘴中心圆切向喷射燃料到喷口中；沿烧嘴中心圆切向喷射到喷口的燃料与所述旋流风进行充分混合，并利用所述旋流风使混合后的燃料通过燃烧形成旋转的圆盘形平面形状的火焰。
[0015]优选地，所述蓄热室包括:
[0016]水平设置并与所述配风体连通的蓄热体；
[0017]竖直设置并与所述蓄热体和喷口分别连通的预热空气腔；
[0018]连接并固定所述蓄热体和预热空气腔的L型连接件；
[0019]其中，所述蓄热体和预热空气腔通过L型连接件连接形成具有L型结构的蓄热室。
[0020]优选地，所述常温空气经配风体进入蓄热室预热的具体步骤包括:常温空气经配风体引导至L型结构的蓄热室，水平流经蓄热体时被加热，成为预热空气，预热空气通过竖直设置的预热空气腔竖直向下流动；其中，所述蓄热体为蜂窝体，其左端连接固定有格栅，右端连接固定有挡板砖。
[0021]优选地，所述预热后的常温空气在进入喷口时形成旋流风的具体步骤包括:在预热空气腔和烧嘴之间安装旋流堵砖，所述旋流堵砖为中空体，其上端封闭，其侧壁设有多个倾斜通孔；竖直向下流动的预热空气通过所述旋流堵砖时呈旋流状喷出，在喷口中形成旋流风。
[0022]优选地，所述对加热炉体内上部空间均匀加热的步骤包括:通过把所述旋转的圆盘形平面形状的火焰向下送入加热炉体内，利用旋转的圆盘形平面形状的火焰温度均匀的特性对加热炉体内上部空间进行均匀加热。
[0023]根据本发明第二目的，还提供一种高效节能环保型蓄热平焰燃烧器，包括依次连接的配风体，蓄热室，具有外壁、喷口及燃料喷射单元的烧嘴，其中，常温空气经配风体进入蓄热室预热后进入喷口，烧嘴的外壁开有通向喷口的多个通孔，燃料喷射单元安装在通孔中，燃料喷射单元的喷射方向分别与喷口中心线形成不同夹角，还包括:
[0024]旋流风形成装置，用于将进入喷口的预热后常温空气形成旋流风；
[0025]其中，所述多组燃料喷射单元的喷射方向与烧嘴中心圆成切向分布；
[0026]其中，沿烧嘴中心圆切向喷射到喷口的燃料与所述旋流风进行充分混合，利用所述旋流风使混合后的燃料通过燃烧形成旋转的圆盘形平面形状的火焰，以便对加热炉体内上部空间均匀加热。
[0027]优选地，所述蓄热室包括:
[0028]水平设置并与所述配风体连通的蓄热体；
[0029]竖直设置并与所述蓄热体和喷口分别连通的预热空气腔；
[0030]连接并固定所述蓄热体和预热空气腔的L型连接件；
[0031]其中，所述蓄热体和预热空气腔通过L型连接件连接形成具有L型结构的蓄热室;
[0032]其中，所述常温空气经配风体引导至L型结构的蓄热室，水平流经蓄热体时被加热，成为预热空气，预热空气通过竖直设置的预热空气腔竖直向下流动；
[0033]其中，所述蓄热体为蜂窝体，其左端连接固定有格栅，右端连接固定有挡板砖。
[0034]优选地，所述旋流风形成装置为安装在所述预热空气腔和烧嘴之间的旋流堵砖；
[0035]其中，所述旋流堵砖为中空体，其上端封闭，其侧壁设有多个倾斜通孔；
[0036]其中，所述竖直向下流动的预热空气通过所述旋流堵砖时呈旋流状喷出，在喷口中形成旋流风。
[0037]优选地，所述烧嘴安装在炉体顶部。
[0038]本发明的有益效果体现在以下方面:
[0039]I)本发明的蓄热平焰燃烧器安装在工业炉炉顶，为形成圆盘形平面形状的火焰以及对加热炉体内上部空间均匀加热提供了基础。
[0040]2)本发明的多组燃料喷射单元沿烧嘴中心圆的切线方向喷射燃料，可使燃料均匀分布在喷口四周。
[0041]3)本发明利用旋流堵砖形成的旋流风，可在喷口中与沿烧嘴中心圆切线方向喷射的燃料充分混合，促使燃料燃烧形成旋转的圆盘形平面形状的火焰，从而实现对加热炉体内上部空间均匀加热。
[0042]4)本发明蓄热室设计为L型结构，解决了应力过于集中的问题，使燃烧器本体的耐热强度处于较高水平。
[0043]5)本发明的蓄热平焰燃烧器在节约能源的基础上实现了对加热炉体内上部空间均匀加热的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0044]图1是本发明一种高效节能环保型蓄热平焰燃烧器结构示意图；
[0045]图2是本发明一种高效节能环保型蓄热平焰燃烧器的蓄热室结构示意图；
[0046]图3是本发明一种高效节能环保型蓄热平焰燃烧器的烧嘴结构示意图；
[0047]图4是本发明的燃料喷射单元喷射方向图；
[0048]图5是本发明燃烧器A燃烧时的流场分布与状态图；
[0049]图6是本发明燃烧器B换向时的流场分布与状态图。
[0050]附图标记说明:1_配风体；2_蓄热室；21_蓄热体；22_预热空气腔；23_L型连接件；21a-格栅；21b-挡板砖；3-烧嘴；31_外壁；31a_通孔；32_喷口 ；4_旋流堵砖；41_倾斜通孔；5-燃料喷射单元。
【具体实施方式】
[0051 ] 下面结合具体实施例详细叙述本发明。
[0052]本发明提供了一种高效节能环保型蓄热平焰燃烧器，如图1所示，包括:依次连接的配风体1、蓄热室2，具有外壁31、喷口 32及燃料喷射单元5的烧嘴3，其中，烧嘴3的外壁31开有通向喷口 32的多个通孔31a，燃料喷射单元5安装在通孔31a中。
[0053]具体地，如图2所示，蓄热室2包括:水平设置并与配风体I连通的蓄热体21，蓄热体21为蜂窝体，其左端连接固定有格栅21a，右端连接固定有挡板砖21b，蓄热体21用来对从配风体进入其内的常温空气进行蓄热；竖直设置并与蓄热体21和喷口 32分别连通的预热空气腔22 ;连接并固定蓄热体21和预热空气腔22的L型连接件23 ;其中，蓄热体21和预热空气腔22通过L型连接件23连接形成具有L型结构的蓄热室2。本发明蓄热室2设计为L型结构，可有效避免燃烧器应力过于集中而造成烧嘴3受力过大，使整体耐热强度处于较高水平，延长使用寿命。
[0054]如图3所示，烧嘴3具有外壁31、喷口 32及燃料喷射单元5，其中，烧嘴3的外壁31开有通向喷口 32的多个通孔31a，燃料喷射单元5安装在通孔31a中，可根据实际工程需要，将燃料喷射单元5的喷射方向分别与喷口 32中心线夹角设计为不同角度，这样可以避免燃料同时在一个区域与空气混合，避免了燃烧过于集中，从而避免燃烧温度峰值过高，抑制了 NOx物的形成。
[0055]此外，如图1所示，本发明在预热空气腔22和烧嘴3之间还安装有旋流堵砖4，如图2所示，该旋流堵砖4为中空体，其上端封闭，侧壁设有多个倾斜通孔41。旋流堵砖4相当于传统燃烧器装置上的旋流部件，使经过预热空气腔22进入喷口 32的预热后的常温空气形成旋流风，该旋流风可以和喷射到喷口的燃料进行充分混合。由蓄热式原理得知，燃烧器在工作状态下，从蓄热体换热后的空气温度将会达到1000度以上，因此本发明旋流堵砖4取代传统燃烧器采用的耐热不锈钢而选用陶瓷耐火材料制作，可达到更高的热稳定性和寿命，确保在工作状态下不会被烧坏，从而保证了燃烧器的整体使用寿命要求。
[0056]本发明的高效节能环保型蓄热平焰燃烧器可满足特殊工艺需求，安装在工业炉炉顶。本发明安装在工业炉炉顶的蓄热室2设计为L型结构，可有效避免燃烧器应力过于集中而造成烧嘴3受力过大，使整体耐热强度处于较高水平，延长使用寿命。
[0057]本发明的高效节能环保型蓄热平焰燃烧器的燃烧方法，包括以下步骤:
[0058]常温空气经配风体进入蓄热室预热后进入喷口 ；
[0059]安装在烧嘴外壁开设的多个通孔内的多组燃料喷射单元向喷口内喷射燃料，且每个燃料喷射单元的喷射方向分别与喷口中心线形成不同夹角；
[0060]多组燃料喷射单元喷射的燃料与预热后的常温空气在喷口内充分混合后进行燃烧；其中，预热后的常温空气在进入喷口时形成旋流风，并利用所述旋流风产生旋转的圆盘形平面形状的火焰，以便对加热炉体内上部空间均匀加热。
[0061]具体地，上述产生旋转的圆盘形平面形状的火焰的步骤包括:多组燃料喷射单元沿烧嘴中心圆切向喷射燃料到喷口中；沿烧嘴中心圆切向喷射到喷口的燃料与旋流风进行充分混合，并利用该旋流风使混合后的燃料通过燃烧形成旋转的圆盘形平面形状的火焰。
[0062]具体地，上述常温空气经配风体进入蓄热室预热的具体步骤包括:常温空气经配风体引导至L型结构的蓄热室，水平流经蓄热体时被加热，成为预热空气，预热空气通过竖直设置的预热空气腔竖直向下流动。
[0063]具体地，上述预热后的常温空气在进入喷口时形成旋流风的具体步骤包括:在预热空气腔和烧嘴之间安装旋流堵砖，该旋流堵砖为中空体，其上端封闭，其侧壁设有多个倾斜通孔；竖直向下流动的预热空气通过该旋流堵砖时呈旋流状喷出，在喷口中形成旋流风。
[0064]具体地，上述对加热炉体内上部空间均匀加热的步骤包括:通过把旋转的圆盘形平面形状的火焰向下送入炉体内，利用旋转的圆盘形平面形状的火焰温度均匀的特性对所述炉体上部空间进行均匀加热。
[0065]下面将结合【具体实施方式】详细介绍本发明的高效节能环保型蓄热平焰燃烧器的燃烧方法。
[0066]如图1所示，常温空气经配风体I进入本发明蓄热平焰燃烧器，在经过水平设置的蓄热体21时被加热，常温空气在极短的时间内被预热到接近炉膛温度，并进入竖直设置的预热空气腔22，预热后的常温空气继续向下向设置在预热空气腔之下的喷口流动；在预热后的常温空气从预热空气腔进入喷口时，经过设置在预热空气腔和烧嘴喷口之间的旋流堵砖4，由于该旋流堵砖4为中空体，其上端封闭，侧壁设有多个倾斜通孔41，致使预热后的常温空气只能从旋流堵砖4侧壁上设置的多个倾斜通孔41进入喷口 32，从而使预热后的常温空气呈旋流状喷出，在喷口 32中形成旋流风，卷吸周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21%的稀薄贫氧高温气流；同时安装在通孔31a中的燃料喷射单元5往稀薄高温空气附近注入燃料(燃气)，燃料(燃气)在贫氧(2-20%)状态下实现燃烧。
[0067]具体地，如图3所示，本发明燃料喷射单元5的喷射方向分别与喷口 32中心线夹角设计为不同角度，这样可以避免燃料同时在一个区域与空气混合，避免燃烧过于集中，从而避免燃烧温度峰值过高，抑制了 NOx物的形成；多组从不同角度喷射出的燃料与在喷口中形成的旋流风充分混合燃烧，使燃烧效率大大提高，火焰刚性好。本发明的多组燃料喷射单元可根据实际负荷需要，灵活配置燃料喷射流量与喷射角度，提高燃烧器的调节比。
[0068]此外，如图4所示，本发明燃料喷射单元5沿烧嘴中心圆的切线方向朝喷口内喷射燃料；上述沿烧嘴中心圆切向喷射的燃料在喷口中与旋流风进行充分混合形成旋转流，并在喷口的喇叭口处实现燃烧；在喷口出口处，利用该旋流风使混合后的燃料通过燃烧形成旋转的圆盘形平面形状的火焰，沿烧嘴内壁向四周扩散，具有均匀的温度场，防止局部过热，对加热炉体内上部空间均匀加热。
[0069]本发明蓄热平焰燃烧器可实现换向，具体过程如下，在工业炉炉顶(图中未画出)安装燃烧器A、燃烧器B，如图5所示，首先常温空气经燃烧器A的配风体I进入燃烧器A，在蓄热室2中被加热，经过旋流堵砖4呈旋流状喷出，在喷口 32中与燃料喷射单元5喷射出的燃料混合燃烧。
[0070]如图6所示，燃烧后的热烟气经过另一个燃烧器B排入大气，高温热烟气通过燃烧器B时，将高热储存在其蓄热体21内，然后烟气以低于150°C的低温从配风体I排出。换向时，炉内烟气由炉内(图中未画出)向燃烧器B内部中心吸入，此时燃料喷射单元5停止喷射燃料，由于燃料喷射单元躲在烧嘴3的外壁通孔31a内，不与炉内烟气发生接触，可避免被烟气烧坏。
[0071]可将两个燃烧器A、B处于蓄热与放热交替工作状态，从而达到节能和降低NOx排放量等目的，通过蓄热体21这一媒介，排出的烟气余热绝大部分转换成燃烧介质的物理热，被充分回收利用。
[0072]本发明蓄热平焰燃烧器的蓄热室具有特殊的结构，避免应力集中，可将其安装在工业炉炉顶。不仅可以通过蓄热实现节能环保，而且切向喷射的燃料在旋流风的配合下实现平焰燃烧，对加热炉体内上部空间均匀加热。
[0073]尽管上述对本发明做了详细说明，但本发明不限于此，本【技术领域】的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种高效节能环保型蓄热平焰燃烧器的燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤: 常温空气经配风体进入蓄热室预热后进入喷口； 安装在烧嘴外壁开设的多个通孔内的多组燃料喷射单元向喷口内喷射燃料，且每个燃料喷射单元的喷射方向分别与喷口中心线形成不同夹角； 多组燃料喷射单元喷射的燃料与预热后的常温空气在喷口内充分混合后进行燃烧；其中，所述预热后的常温空气在进入喷口时形成旋流风，并利用所述旋流风产生旋转的圆盘形平面形状的火焰，以便对加热炉体内上部空间均匀加热。
2.如权利要求1所述的燃烧方法，其特征在于，所述产生旋转的圆盘形平面形状的火焰的步骤包括: 所述多组燃料喷射单元沿烧嘴中心圆切向喷射燃料到喷口中； 沿烧嘴中心圆切向喷射到喷口的燃料与所述旋流风进行充分混合，并利用所述旋流风使混合后的燃料通过燃烧形成旋转的圆盘形平面形状的火焰。
3.如权利要求2所述的燃烧方法，其特征在于，所述蓄热室包括: 水平设置并与所述配风体连通的蓄热体； 竖直设置并与所述蓄热体和喷口分别连通的预热空气腔； 连接并固定所述蓄热体和预热空气腔的L型连接件； 其中，所述蓄热体和预热空气腔通过L型连接件连接形成具有L型结构的蓄热室。
4.如权利要求3所述的燃烧方法，其特征在于，所述常温空气经配风体进入蓄热室预热的具体步骤包括: 常温空气经配风体引导至L型结构的蓄热室，水平流经蓄热体时被加热，成为预热空气，预热空气通过竖直设置的预热空气腔竖直向下流动； 其中，所述蓄热体为蜂窝体，其左端连接固定有格栅，右端连接固定有挡板砖。
5.如权利要求4所述的燃烧方法，其特征在于，所述预热后的常温空气在进入喷口时形成旋流风的具体步骤包括: 在预热空气腔和烧嘴之间安装旋流堵砖，所述旋流堵砖为中空体，其上端封闭，其侧壁设有多个倾斜通孔； 竖直向下流动的预热空气通过所述旋流堵砖时呈旋流状喷出，在喷口中形成旋流风。
6.如权利要求5所述的燃烧方法，其特征在于，所述对加热炉体内上部空间均匀加热的步骤包括:通过把所述旋转的圆盘形平面形状的火焰向下送入加热炉体内，利用旋转的圆盘形平面形状的火焰温度均匀的特性对所述加热炉体内上部空间进行均匀加热。
7.一种高效节能环保型蓄热平焰燃烧器，包括依次连接的配风体，蓄热室，具有外壁、喷口及燃料喷射单元的烧嘴，其中，常温空气经配风体进入蓄热室预热后进入喷口，烧嘴的外壁开有通向喷口的多个通孔，燃料喷射单元安装在通孔中，燃料喷射单元的喷射方向分别与喷口中心线形成不同夹角，其特征在于，还包括: 旋流风形成装置，用于将进入喷口的预热后常温空气形成旋流风； 其中，所述多组燃料喷射单元的喷射方向与烧嘴中心圆成切向分布； 其中，沿烧嘴中心圆切向喷射到喷口的燃料与所述旋流风进行充分混合，利用所述旋流风使混合后的燃料通过燃烧形成旋转的圆盘形平面形状的火焰，以便对加热炉体内上部空间均匀加热。
8.如权利要求7所述的高效节能环保型蓄热平焰燃烧器，其特征在于，所述蓄热室包括: 水平设置并与所述配风体连通的蓄热体； 竖直设置并与所述蓄热体和喷口分别连通的预热空气腔； 连接并固定所述蓄热体和预热空气腔的L型连接件； 其中，所述蓄热体和预热空气腔通过L型连接件连接形成具有L型结构的蓄热室；其中，所述常温空气经配风体引导至L型结构的蓄热室，水平流经蓄热体时被加热，成为预热空气，预热空气通过竖直设置的预热空气腔竖直向下流动； 其中，所述蓄热体为蜂窝体，其左端连接固定有格栅，右端连接固定有挡板砖。
9.如权利要求8所述的高效节能环保型蓄热平焰燃烧器，其特征在于，所述旋流风形成装置为安装在所述预热空气腔和烧嘴之间的旋流堵砖； 其中，所述旋 流堵砖为中空体，其上端封闭，其侧壁设有多个倾斜通孔； 其中，所述竖直向下流动的预热空气通过所述旋流堵砖时呈旋流状喷出，在喷口中形成旋流风。
10.如权利要求9所述的高效节能环保型蓄热平焰燃烧器，其特征在于，所述烧嘴安装在炉体顶部。
【文档编号】F23D14/70GK103939902SQ201310019945
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年1月18日 优先权日:2013年1月18日
【发明者】郭建涛 申请人:福建三能节能科技有限责任公司