一种两步混合低氧燃烧系统的制作方法

本发明涉及一种两步混合低氧燃烧系统，属于燃烧系统领域。

背景技术：

燃烧器是锅炉和高温炉窑里组织气流流动、传热和燃烧的关键部件。传统的火焰集中型燃烧器通常将燃料和空气通入位置集中设置，燃料和空气在流出燃烧器后在一个很近位置上相交，呈现火焰集中、火焰体积小、有明显的局部高温区、小区域里高强度释热，加热不均匀，不利于需要均匀加热的工艺生产，并且局部高温给热力型nox形成创造了条件，降低炉衬的使用寿命。

为了满足冶炼等工业行业对均匀加热技术的需求，近年来对稀氧燃烧的研究逐步展开。稀氧燃烧的特点是燃烧火焰充满整个炉膛，无明显的高温局部火焰，使待加热产品受热均匀，加热后的产品特性均一稳定。稀氧燃烧的实现需要两个条件，一是高温环境，二是稀薄氧气，稀薄氧气是对氧气浓度小于空气中氧气浓度的助燃气体的统称，高温环境是为了燃烧反应的持续进行，稀薄氧气是为了避免形成局部高温区，即形成明显的燃烧火焰。然而，目前许多稀氧试验维持的无明显火焰状态持续时间不长，燃烧不稳定，使用的燃料也大多限于天然气等气体燃料，燃油雾化后和炉膛内烟气的混合不彻底。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种通过两步混合方式使雾化燃油、烟气和助燃气体混合均匀彻底，无焰燃烧稳定，节省能源的两步混合低氧燃烧系统。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种两步混合低氧燃烧系统，包括：炉体、换热器、烟气回流管、助燃气管以及燃烧器本体，其中，燃烧器本体安装于炉体上，烟气回流管、助燃气管均与燃烧器本体连通，烟气回流管另一端连通炉体的烟气排放管，助燃气管另一端连接换热器的放热端，换热器的吸热端连接烟气排放管。

所述燃烧器本体设有同轴布置的依次从内到外的燃油管、压缩气管、烟气管、间隔布置在烟气管周围的至少两个助燃管，烟气管和助燃管固定在安装板上，所述燃油管靠近安装板的一端连接有燃油雾化混合器，所述燃油雾化混合器有彼此独立的燃油孔和多个压缩气孔，均连通混合腔；所述燃油孔连通燃油管且截面沿着燃油流动方向先收缩后不变，截面最窄处设有分流器，压缩气孔连通压缩气管且截面沿着压缩气体方向收缩，所述烟气管和助燃管的靠近安装板处设有旋流片，所述燃油雾化混合器的雾化燃油出口端位于烟气管内，燃油雾化混合器的雾化燃油出口端、安装板、烟气管的外管和烟气管上的旋流片围成混合室。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述多个压缩气孔围绕燃油孔间隔均匀设置在燃油雾化混合器上。

所述压缩气孔的中心轴线与燃油管的中心轴线相交成锐角。

所述燃油管与安装板相反的一端设有连通燃油供应装置的带调节阀门的燃油入口。

所述压缩气管与安装板相反的一端设有连通压缩气体供应装置、带调节阀门的压缩气入口。

所述烟气管与安装板相反的一端设有连通烟气回流管、带调节阀门的烟气入口。

所述助燃管与安装板相反的一端设有连通助燃气管、带调节阀门的助燃气入口。

上述调节阀门可从完全开启到完全关闭无极调节管道的流通截面积，即可调节各对应管道的流量。所述烟气回流管、助燃气管、压缩气管、燃油管上还均设有流量计，调节阀门和流量计连接控制中心，反馈各管道的流量数据，控制中心将反馈的流量数据与理想值对比，进行偏差调整和优化完善，然后调整各阀门开度，以保证稀氧燃烧的稳定进行。

所述助燃气管靠近换热器的一端连接鼓风机或氧气供应装置。

所述换热器换热方式为间接式换热，即助燃气管内气体和烟气排放管内烟气不直接接触。

所述安装板固定在炉体一端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：被压缩气体雾化的燃油先与回流烟气在混合室混合，再进入炉膛与助燃气体及炉膛内的烟气混合，通过两步混合方式使燃油的雾化和混合弥散更均匀彻底，形成较好的稀氧燃烧弥散混合条件；助燃气体回收烟气余热、回流烟气携带烟气热量，均返回炉窑，实现能源回收利用；助燃气体、回流烟气与燃油和压缩气体同轴同步前进，燃油吸热升温，雾化更彻底；分流器、旋流片以及渐缩通道等的细节设计加强了燃油、烟气与助燃气的混合，加强了混合物的均匀性和稳定性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的燃烧器结构示意图。

图3是本发明的燃油雾化混合器结构示意图。

附图标记

1、炉体，2、换热器，3、烟气回流管，4、助燃气管，5、燃烧器本体，11、烟气排放管，51、燃油管，52、压缩气管，53、烟气管，54、助燃管，55、安装板，56、燃油雾化混合器，561、燃油孔，562、压缩气孔，563、混合腔，564、分流器，565、旋流片，57、混合室，511、燃油入口，521、压缩气入口，531、烟气入口，541、助燃气入口

具体实施方式

下面结合实施例对本发明提供的生物质热解实验炉作进一步详细、完整地说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明包括炉体1，换热器2、烟气回流管3、助燃气管4以及燃烧器本体5。燃烧器本体5安装于炉体1一端，炉体1另一端设有烟气排放管11，烟气排放管11连接换热器2的吸热端，换热器2的放热端连接助燃气管4，助燃气管4另一端连通燃烧器本体5。烟气回流管2为烟气排放管11的分流管，一端连通烟气排放管11，另一端连通燃烧器本体5。

如图2所示为燃烧器本体5的结构示意图，燃烧器本体5设有同轴布置的依次从内到外的内管、中管和外管，以及间隔布置在外管周围的多个助燃管54，所述外管和助燃管54一端均固定在安装板55上，安装板55固定在炉体1的一端。内管为供燃油流通的燃油管51，其与安装板55相反的一端设有燃油入口511，燃油入口511连通燃油供应装置。中管为供压缩气流通的压缩气管52，其与安装板55相反的一端设有压缩气入口521，压缩气入口521连通压缩气供应装置，此压缩气的作用为利用压缩气的高速射流雾化液体燃油，雾化后的燃油液滴群具备较大的与助燃气体的接触面积，能实现更高效的燃烧。外管为供回流烟气流通的烟气管53，其与安装板55相反的一端设有烟气入口531，烟气入口531连通烟气回流管3。助燃管54与安装板55相反的一端设有助燃气入口541，助燃气入口541连通助燃气管4，助燃气管4靠近换热器2的一端连接鼓风机或氧气供应装置。燃油管51的靠近安装板55的一端设有连接有燃油雾化混合器56，燃油雾化混合器56的出口端、安装板55、烟气管53的外管以及烟气管上的旋流片围成混合室57。

如图3所示，所述燃油雾化混合器56设有彼此独立的燃油孔561和多个压缩气孔562，所述燃油孔561连通燃油管51，所述压缩气孔562连通压缩气管52，燃油孔561和多个压缩气孔562均连通混合腔563。燃油孔561的截面积沿着燃油流动方向先收缩后不变，且截面最窄处设有分流器564，燃油流过收缩的截面积流速变大，经过分流器后分成多股喷出进入混合腔563，燃油分成多股后加大了燃油的表面积，且各股之间填充高速射流的压缩气体，有利于燃油的雾化。压缩气孔562的截面积沿着压缩气体方向收缩，因此流经其中的压缩气体的流速逐渐增大，压缩气孔562的中心轴线与燃油管51的中心轴线相交成锐角，并且多个压缩气孔562围绕燃油孔561间隔均匀设置在燃油雾化混合器56上，即压缩气体围绕着燃油高速喷出，以一定角度与燃油相交碰撞，加强了进入混合腔563后压缩气体对燃油的剪切雾化作用。

所述烟气管53和助燃管54的靠近安装板55处设有旋流片565，旋流片565的设置使烟气管53中的回流烟气和助燃管54中的助燃气体以一定速度旋转着进入燃烧室，一方面旋转动作加强了烟气、助燃气和雾化燃油间的混合，另一方面，回流烟气和助燃气的旋转进入形成卷吸效应，进一步均匀了炉窑内的混合物。

混合室57的设置使雾化燃油与烟气和助燃气体的混合分为两步进行，被压缩空气雾化的燃油首先进入混合室57，从烟气管53经过旋流片565旋转流出的回流烟气进一步将燃油雾化并与其混合，此为第一步混合，然后燃油和回流烟气进入炉膛，与从助燃管54中旋转流出的助燃气体以及炉膛内的烟气再一次混合，此时由于助燃气体和雾化燃油的高速射流，炉膛内安装板55附近形成低压区，卷吸炉膛内的烟气，进一步加强雾化燃油、助燃气体和烟气的混合，此为第二步混合。两步混合使雾化燃油、助燃气体和烟气的混合分级进行，混合更彻底且不增加设备结构。

本稀氧燃烧系统的工作过程如下：关闭烟气入口531的阀门，禁止烟气通过烟气回流管3进入炉窑，开启燃油供应装置、压缩气体供应装置、与助燃气管4连接的鼓风机，并打开燃油入口511、压缩气入口521和助燃气入口541上的阀门，此时燃油被压缩气体雾化进入炉膛，与从助燃管54进入炉膛的空气混合，点燃燃油与空气的混合物，形成常规的空气状态下的有焰燃烧，保持有焰燃烧至炉膛的温度升至预定值。炉膛温度达到预定值后打开531的阀门并调节燃油入口511、压缩气入口521、烟气入口531和助燃气入口541的阀门开度，此时，部分高温烟气通过烟气回流管3进入烟气管53，逐渐加热位于其内层的燃油管51和压缩气管52，流经燃油管51的燃油和流经压缩气管52的压缩气体被加热，燃油被加热升温后粘度大幅降低，更利于后续的雾化，且升温后的燃油较没预热的燃油吸收炉膛中的热量较少，利于炉膛无焰燃烧状态的保持。助燃气体进入助燃气管4，通过换热器2吸收烟气排放管11中烟气的热量，一方面回收了烟气中的余热，达到了节能效果，另一方面，结合烟气回流管3中烟气携带的热量，使炉膛中的热量损耗较小，炉膛的温度波动不大，满足炉膛维持稀氧燃烧所需的温度条件。燃油被压缩气体雾化后进入混合室57，此时从烟气管53经过旋流片565旋转流出的回流烟气进入混合室57与雾化燃油相遇，进一步将燃油雾化并与其混合，此为第一步混合，然后燃油和回流烟气的混合物进入炉膛，与从助燃管54中旋转流出的助燃气体以及炉膛内的烟气再一次混合，此时由于助燃气体和雾化燃油的高速射流，炉膛内安装板55附近形成低压区，卷吸炉膛内的烟气，进一步加强雾化燃油、助燃气体和烟气的混合，此为第二步混合。

烟气回流入炉膛，稀释了助燃气体的浓度，使助燃气体浓度小于空气中氧气浓度，雾化燃油、压缩气体、助燃气体、回流烟气充分混合，雾化燃油和助燃气体被炉膛中存在的燃烧产物迅速稀释，使炉膛中的有效助燃气体浓度小于空气中氧气浓度，此时，混合的燃油和氧气在炉膛中呈现均匀的、火焰温度一致的无明显火焰的燃烧状态，形成一种非常均匀的加热体系。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。