预混气流引射烟气回流控温与低氮燃烧的燃烧器的制作方法

本实用新型涉及工业炉窑类的热利用设备的燃烧装置，特别适合于燃烧高热值气体燃料的锅炉、加热炉、熔炼炉、回转窑、隧道窑、梭式窑等工业炉窑使用的一种预混气流引射烟气回流控温与低氮燃烧的燃烧器。

背景技术：

当前，工业炉窑为满足节能与环保要求，在燃烧装置燃烧不同燃气的条件下获得高效可控的完全燃烧，并有效降低燃烧过程中的氮氧化物（NOx）的生成量，成为最终达到高效、节能、环保与安全使用目标的主要技术方向。为此，在工业炉窑燃烧器的结构设计上除了必须实现快速均匀混合与稳定燃烧外，还应能适应不同的燃气品种使其具有燃烧过程的调节可控的特征。这就不仅要求燃烧装置与对应燃烧室的结构与相互间的配置合理，更重要的是燃烧器本身结构的特殊的设计，从而产生出相应的技术效果。纵观目前各种工业炉窑使用的常规燃烧器，明显存在因设计理念问题而引起的结构上的各种问题，这就势必造成燃气与空气之间混合不均匀与燃烧不完全。尤其是工业炉窑上一种燃烧与传热现象被人们长期忽略，这就是对于燃烧温度与使用温度之间的差异而导致的能量损失视而不见（能级损失暂不考虑），通常采取增大过量空气系数的办法去适应工艺温度的要求，这实际上是一种高温端能量的无形损失，这也是人们在能源梯级应用中所长期忽视的一个重要问题。如何利用燃烧过程中高温端的能量，最切实可行的办法就是低温烟气回流燃烧，在实现燃烧温度的合理控制的同时，将高温端的热量充分加以利用，达到有效实现节省燃料的目的。由于燃烧温度的降低也抑制了氮氧化物的生成，若进一步采用分级燃烧的方式，烟气中氮氧化物的含量还会进一步下降。在此提出一种燃烧装置用以完成气体燃料燃烧过程中的烟气自动回流完成低氧高温燃烧的燃烧过程，在有效节约燃料的同时减少氮氧化物的含量，真正达到燃烧设备的高效、节能与环保的技术目标。

技术实现要素：

出于对工业炉窑实现控温、低氮与节能的燃烧技术的追求，本实用新型有针对性地提出一种预混气流引射烟气回流控温与低氮燃烧的燃烧器，也就是一种煤气（燃气）、空气的高速预混喷射以卷吸低温烟气并实现恰当混合与稳定可控的燃烧，在控制燃烧温度的同时有效降低燃烧产物氮氧化物含量与节省煤气耗量的节能环保的燃烧装置，可以有效完成气流的直流或旋流的高速预混与燃烧，并通过高速喷射卷吸低温烟气实现燃烧温度的有效控制，在实现整体燃烧温度降低的条件下，实现氮氧化物含量有效控制的同时也有效减少了煤气的使用量而达到节能的效果。此外，烟气的回流在降低燃烧温度的同时也增大了燃烧空间中的烟气流量，从而强化了燃烧室热利用空间的气流与物体间的传热过程。还能有条件地实现热利用空间的烟气流场的均匀分布，从而提高热利用空间利用率。由于采用这种新结构的燃烧装置，在改善与优化燃烧与传热过程的同时，还能有效减小燃烧室乃至热利用装置的结构空间，从而节省设备的初次投资费用。

本实用新型解决的技术方案是，包括筒状的混合预燃室和由煤气喷嘴管与空气喷嘴管构成的高速预混气喷嘴，混合预燃室的封闭端装有高速预混气喷嘴、开口端为燃烧烟气的排出口，在混合预燃室靠近封闭端的筒体外设置有回流烟气入口管，回流烟气入口管的内端伸进混合预燃室和环绕在混合预燃室内的回流烟气分配环道连通，在靠近混合预燃室开口端的回流烟气分配环道一侧上均布有回流烟气喷口，回流烟气喷口和置于混合预燃室内的高速燃烧气流混合空间一端连通，高速燃烧气流混合空间另一端和燃烧烟气的排出口连通，高速预混气喷嘴的结构是，煤气喷嘴管的一端为封闭端，另一端为开口端,煤气喷嘴管的开口端由空气喷嘴管的封闭端伸入到空气喷嘴管的内部，构成阶梯状同心套装结构，煤气喷嘴管的封闭端侧壁上接有煤气进口管，煤气喷嘴管的开口端端部呈渐缩形，伸进空气喷嘴管内部的煤气喷嘴管的外壁和空气喷嘴管的内壁之间有环形空气通道，环形空气通道内在煤气喷嘴管的开口端端部处沿周向均布有管间支撑片，每两个相邻的管间支撑片之间的空隙为空气喷口，空气喷嘴管的开口端呈渐缩形伸进混合预燃室、置于回流烟气分配环道的内环中和高速燃烧气流混合空间同心连通, 空气喷嘴管的封闭端上倾斜装有空气入口管，煤气喷嘴管的开口端端部的出口与空气喷嘴管的开口端同心连通，煤气喷嘴管开口端端部的出口至空气喷嘴管开口端出口之间为火焰调节间距。

本实用新型属于一种喷射混合与高速气流卷吸混合的套筒结构的喷射式燃烧装置，煤气以直流喷射与助燃空气旋流喷射在高速预混气喷嘴内形成初始混合的高速喷射气流，进入高速燃烧气流混合空间,卷吸回流烟气喷口出来的回流烟气，形成旋流混和射流从燃烧烟气的排出口流出进入其外的热利用空间。如果回流烟气温度高于着火温度，回流烟气则与高速喷射气流作用而实现高速稳定的燃烧气流进入热利用空间，这样就有效强化了燃烧过程。如果回流烟气温度低于着火温度，回流烟气则与高速喷射气流作用而形成低氧浓度的待燃烧气流在热利用空间实现预混气流的完全燃烧。由于回流烟气的温度都会低于燃烧温度，只要参与燃烧过程就必然会限制高燃烧温度的出现，这样就有效抑制了氮氧化物的生成量。由于回流烟气能有效调节燃烧状态和燃烧温度，其排烟温度也会相应降低，且还可以可通过空气预热装置来进一步降低，节能效果就更为突出。由于回流烟气的温度总是低于助燃空气温度，利用其回流来调节燃烧温度，就一定优于用过量空气系数来调节燃烧温度（这样排烟量会增加且增加部分一定会直接引起环境温度与排烟温度之间的热能损失（附加热损失））。因此，根据不同的燃气成分与组成，控制回流烟气量与喷射速度，实现有效控制燃烧温度与氮氧化物生成量的目的。在工业炉窑上采用这种预混气流引射烟气回流的控温与低氮燃烧的高速燃烧器，就能在安全稳定燃烧的前提下合理控制燃烧温度与有效减少氮氧化物的排放量，在实现节省燃料与节约投资的前提下减少对大气环境的污染。

附图说明

图1为本实用新型的剖面主视图。

图2为本实用新型图1的A-A截面视图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

如图1及图2所示，本实用新型燃烧装置包括筒状的混合预燃室1和由煤气喷嘴管3与空气喷嘴管2构成的高速预混气喷嘴，混合预燃室的封闭端装有高速预混气喷嘴、开口端为燃烧烟气的排出口1e，在混合预燃室靠近封闭端的筒体外设置有回流烟气入口管1a，回流烟气入口管的内端伸进混合预燃室和环绕在混合预燃室内的回流烟气分配环道1b连通，在靠近混合预燃室开口端的回流烟气分配环道一侧上均布有回流烟气喷口1c，回流烟气喷口和置于混合预燃室内的高速燃烧气流混合空间1d一端连通，高速燃烧气流混合空间另一端和燃烧烟气的排出口连通，高速预混气喷嘴的结构是，煤气喷嘴管3的一端为封闭端，另一端为开口端,煤气喷嘴管3的开口端由空气喷嘴管2的封闭端伸入到空气喷嘴管的内部，构成阶梯状同心套装结构，煤气喷嘴管3的封闭端侧壁上接有煤气进口管3a，煤气喷嘴管的开口端端部3b呈渐缩形，伸进空气喷嘴管2内部的煤气喷嘴管的外壁和空气喷嘴管的内壁之间有环形空气通道2b，环形空气通道内在煤气喷嘴管的开口端端部处沿周向均布有管间支撑片2d，每两个相邻的管间支撑片之间的空隙为空气喷口2c，空气喷嘴管的开口端2e呈渐缩形伸进混合预燃室1、置于回流烟气分配环道的内环中和高速燃烧气流混合空间1d同心连通, 空气喷嘴管的封闭端上倾斜装有空气入口管2a，煤气喷嘴管的开口端端部3b的出口与空气喷嘴管的开口端2e同心连通，煤气喷嘴管开口端端部3b的出口至空气喷嘴管开口端2e出口之间为火焰调节间距。

所述的混合预燃室1为由金属制成的筒状结构，混合预燃室内部在回流烟气入口管1a、回流烟气分配环道1b、回流烟气喷口1c、高速燃烧气流混合空间1d、燃烧烟气的排出口1e外部均有用耐高温（高温为1000℃左右）的耐火材料浇注成的浇注层1f。

所述的回流烟气入口管1a垂直于混合预燃室的外侧壁，和回流烟气分配环道1b的外环呈0°—90°连接，回流烟气分配环道的内环自靠近混合预燃室1封闭端的一侧向靠近混合预燃室1开口端的一侧呈倾斜状、和空气喷嘴管的开口端的倾斜角度相一致。

所述的回流烟气喷口1c一端垂直连通高速燃烧气流混合空间1d，另一端垂直连通回流烟气分配环道1b，回流烟气喷口的内侧壁和回流烟气分配环道1b的内环在同一条斜线上，保持回流烟气喷口1c的气流流出方向与回流烟气分配环道1b内的气流方向一致。

所述的管间支撑片2d为沿环形空气通道2b轴向倾斜布置的钢板，至少有四片，倾斜角度的大小由气流的旋流强度确定，倾斜的方向取决由气流的旋流方向。

具体实施时，煤气通过煤气进口管3a进入煤气喷嘴管3以直流喷射的形式进入空气喷嘴管的开口端2e内；在此，与从空气入口管2a经由环形空气通道2b和空气喷口2c进入的助燃空气相遇，共同形成预混气流从空气喷嘴管的开口端2e内高速喷射进入以旋流（或直流）喷射形式进入高速燃烧气流混合空间1d；在此，与从回流烟气入口管1a经由回流烟气分配环道1b和回流烟气喷口1c进入的回流烟气相遇，形成低氧高温燃烧的气流而进入热利用空间，在此完成燃烧过程和热交换过程后进入排烟通道，而其中一部分则成为高速预混气流喷射卷吸的回流烟气。这样，该燃烧装置的煤气与助燃空气在实现充分混合的同时受到较低温度烟气混入而使得燃烧温度得到有效可控与调节，保证了燃烧过程中氮氧化物的生成量的有效较少；同时，因采用了低温烟气的回流在有效调节燃烧温度的同时也达到高温段热能的有效利用。由于回流烟气能有效调节燃烧温度，排烟温度可通过空气预热装置而进一步降低，节能效果将更为突出。显见，工业炉窑要达到确定的环保要求和既定的节能目标，采用这种烟气引射回流实现控温与低氮燃烧的高速燃烧装置是一种合适的选择，因为该燃烧器具有极强的燃烧适应性和广泛的适用范围，适用于不同工业炉窑实现工业炉窑的低氮燃烧与节能燃烧，有着显著的经济效益和社会效益。