專利名稱：工業(yè)爐高溫空氣燃燒技術(shù)的外繞式軸向旋流燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬燃燒器噴嘴領(lǐng)域，特別是涉及一種工業(yè)爐高溫空氣燃燒技術(shù)的外繞 式軸向旋流燃燒器。
背景技術(shù)：
工業(yè)爐在鋼鐵、冶金、機(jī)械、陶瓷、玻璃等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛，是進(jìn)行熱加工的關(guān)鍵 設(shè)備。在熱處理和各類熱加工過程的工業(yè)爐中，越來越多地采用燃?xì)馊紵姆绞阶鳛榧訜?的技術(shù)途徑。高溫空氣燃燒(High temperature air combustion, HTAC)是一種采用高預(yù) 熱空氣在超低氧濃度條件下的先進(jìn)燃燒技術(shù)，以天然氣或煤氣為燃料，以射流的方式送入 工業(yè)爐內(nèi)進(jìn)行燃燒，并且通過采用高效的蓄熱陶瓷材料極限回收燃燒后的煙氣中的余熱， 并用來加熱進(jìn)入爐膛內(nèi)的空氣，從而大幅度地節(jié)約了能量。同時(shí)，由于它是在超低氧濃度 下的高強(qiáng)度燃燒，因此在燃燒過程生成的熱力型氮氧化物(N4)濃度可以很低，具有很低的 N0X排放特性，因而其環(huán)保優(yōu)勢十分顯著。此外，在超低氧條件下，使得金屬元件的被氧化程 度降低，從而在一定程度上提高了金屬的熱加工品質(zhì)。高溫空氣燃燒技術(shù)在過去20年里得 到了迅速發(fā)展，在鋼鐵冶金、玻璃、陶瓷、水泥等行業(yè)的工業(yè)爐中具有廣闊的應(yīng)用前景。從有關(guān)的實(shí)驗(yàn)來看，由于改變氣體燃料和預(yù)熱空氣的噴入條件，可以有效改變它 們在爐內(nèi)的混合過程，對超低氧條件下的穩(wěn)定燃燒、溫度分布的均勻性以及N0X的局部生成 量影響很大。目前，工程中應(yīng)用的高溫空氣燃燒工業(yè)爐的燃燒器結(jié)構(gòu)通常都是高溫預(yù)熱空氣和 氣體燃料以直射流的方式高速噴入爐膛，這幾股射流在爐膛的有限空間內(nèi)的湍流運(yùn)動(dòng)引起 煙氣回流和燃料、空氣與煙氣之間的混合，來保證爐內(nèi)的溫度分布、局部氧濃度分布等特 性，從而維持在低氧條件下的穩(wěn)定燃燒和局部熱力型N0X的生成。多股直射流的相互干擾 引起的爐內(nèi)的回流范圍和程度比較有限。如果能使高溫預(yù)熱空氣和燃料在爐內(nèi)能更充分地 混合，則將使?fàn)t內(nèi)的局部氧濃度和溫度分布更加合理，從而使燃燒能夠在更低的進(jìn)口氧濃 度下實(shí)現(xiàn)燃燒和降低局部N0X的生成量。旋流能夠起到更好地混合作用。在本發(fā)明設(shè)計(jì)的燃燒器噴嘴結(jié)構(gòu)中，中心為幾股 旋流高溫空氣射流，外繞的為幾股燃?xì)庵鄙淞?，它們在進(jìn)入爐膛后，多股旋流射流和直射流 在爐膛的有限空間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)比完全直射流更充分的混合，從而實(shí)現(xiàn)在更低氧濃度下的穩(wěn) 定燃燒和更低的N0X排放。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種工業(yè)爐高溫空氣燃燒技術(shù)的外繞式 軸向旋流燃燒器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中直射流難以使?fàn)t內(nèi)氣體間的更充分混合和使溫度分布 更均勻、N0X生成量更低的難題。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種工業(yè)爐高溫空氣燃燒 技術(shù)的外繞式軸向旋流燃燒器，由圓管噴口，旋轉(zhuǎn)通道噴口，肋片組成，所述的旋轉(zhuǎn)通道噴口沿同心圓環(huán)通道軸向布置。所述的旋轉(zhuǎn)通道噴口周圍按無因次距離I = 1. 5 3和30度到180度角度(I = L/D，L為圓管噴口的中心線到同心圓環(huán)通道的中心線的距離，D為同心圓環(huán)通道的外徑)布
置的圓管噴口。所述的旋轉(zhuǎn)通道噴口的高溫預(yù)熱空氣的進(jìn)口和出口的旋轉(zhuǎn)角度為90度到360度。所述的旋轉(zhuǎn)通道噴口由2-4條肋片沿流動(dòng)方向(軸向)按90度到360度螺旋角 度和1 3無因次伸展長度R(R = 1/h，1為螺旋肋片的軸向長度，h為螺旋肋片高度)旋
轉(zhuǎn)布置。有益效果本實(shí)用新型可強(qiáng)化氣體燃料和高溫空氣在工業(yè)爐爐膛內(nèi)的充分混合，從而保證了 在更低的進(jìn)口空氣氧濃度下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒，室爐膛內(nèi)的溫度分布更加均勻，減少局部高 溫，同時(shí)極大地降低了氮氧化物(N0X)的排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保的目標(biāo)。

圖1為外繞式軸向旋流燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為外繞式軸向旋流燃燒器進(jìn)氣示意圖；圖3為軸向螺旋肋片結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本 實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容 之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申 請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1一種工業(yè)爐高溫空氣燃燒技術(shù)的外繞式軸向旋流燃燒器，由圓管噴口 2，旋轉(zhuǎn)通道 噴口 1，肋片3組成，旋轉(zhuǎn)通道噴口 1沿同心圓環(huán)通道4軸向布置。旋轉(zhuǎn)通道噴口 1周圍按 無因次距離I = 1.5 3和30度到180度角度(I = L/D，L為圓管噴口 2的中心線到同心 圓環(huán)通道4的中心線的距離，D為同心圓環(huán)通道4的外徑)布置的圓管噴口 2。旋轉(zhuǎn)通道噴 口 1的高溫預(yù)熱空氣的進(jìn)口和出口的旋轉(zhuǎn)角度為90度到360度。旋轉(zhuǎn)通道噴口 1由2-4 條肋片3沿流動(dòng)方向(軸向)按90度到360度螺旋角度和1 3無因次伸展長度R(R = 1/h, 1為螺旋肋片的軸向長度，h為螺旋肋片高度)旋轉(zhuǎn)布置。空氣旋轉(zhuǎn)通道噴口 1旋流角度為0° (直射流)時(shí)，兩外繞圓管噴口 2成180°分 布，進(jìn)口參數(shù)分別為燃料為城市天然氣，外繞圓管噴口 2射流速度30. lm/s ；空氣旋轉(zhuǎn)通道 噴口 1射流速度35.6m/s。預(yù)熱空氣1273K，過量空氣系數(shù)1.2，空氣中氧濃度8%，爐膛底 部散熱為恒定熱流密度，大小為28580W/m2。工業(yè)爐高溫空氣燃燒后，燃燒室平均溫度為1521K，最終N0X排放濃度為 23. 3ppm，燃燒室內(nèi)平均C0、02濃度分別為118ppm和1.99%。實(shí)施例2空氣旋轉(zhuǎn)通道噴口 1旋流角度為180°時(shí)，兩外繞圓管噴口 2成180°分布，進(jìn)口參數(shù)分別為燃料為城市天然氣，外繞圓管噴口 2射流速度30. lm/s ；空氣旋轉(zhuǎn)通道噴口 1 射流速度35. 6m/s。預(yù)熱空氣1273K，過量空氣系數(shù)1. 2，空氣中氧濃度8%，爐膛底部散熱 為恒定熱流密度，大小為28580W/m2。工業(yè)爐高溫空氣燃燒后，燃燒室平均溫度為1548K，最終N0X排放濃度為 22. 6ppm，燃燒室內(nèi)平均C0、02濃度分別為58ppm和1.58%。實(shí)施例3空氣旋轉(zhuǎn)通道噴口 1旋流角度為270°時(shí)，兩外繞圓管噴口 2成180°分布，進(jìn)口 參數(shù)分別為燃料為城市天然氣，外繞圓管噴口 2射流速度30. lm/s ；空氣旋轉(zhuǎn)通道噴口 1 射流速度35. 6m/s。預(yù)熱空氣1273K，過量空氣系數(shù)1. 2，空氣中氧濃度8 %，爐膛底部散熱 為恒定熱流密度，大小為28580W/m2。工業(yè)爐高溫空氣燃燒后，燃燒室平均溫度為1559K，最終N0X排放濃度為 22. lppm，燃燒室內(nèi)平均C0、02濃度分別為:45ppm和1.32%.對比實(shí)施例1和2、3可知，當(dāng)采用旋流式燃燒器時(shí)，在相同的條件下，燃燒室內(nèi)的 平均溫度增大，N0X最終的排放量減少，而燃料的燃燼程度(以CO的濃度表征)提高，結(jié)果 表明，旋流式燃燒器能使采用高溫空氣燃燒技術(shù)工業(yè)爐的性能得到顯著改善。
權(quán)利要求一種工業(yè)爐高溫空氣燃燒技術(shù)的外繞式軸向旋流燃燒器，由圓管噴口(2)，旋轉(zhuǎn)通道噴口(1)，肋片(3)組成，其特征是所述的旋轉(zhuǎn)通道噴口(1)沿同心圓環(huán)通道(4)軸向布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)爐高溫空氣燃燒技術(shù)的外繞式軸向旋流燃燒器，其 特征是所述的旋轉(zhuǎn)通道噴口(1)周圍按無因次距離I = 1. 5 3和30度到180度角度布 置的圓管噴口(2)，I = L/D，L為圓管噴口(2)的中心線到同心圓環(huán)通道(4)的中心線的距 離，D為同心圓環(huán)通道⑷的外徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)爐高溫空氣燃燒技術(shù)的外繞式軸向旋流燃燒器，其 特征是所述的旋轉(zhuǎn)通道噴口(1)的高溫預(yù)熱空氣的進(jìn)口和出口的旋轉(zhuǎn)角度為90度到360 度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)爐高溫空氣燃燒技術(shù)的外繞式軸向旋流燃燒器，其 特征是所述的旋轉(zhuǎn)通道噴口(1)由2-4條肋片(3)沿流動(dòng)方向按90度到360度螺旋角度 和1 3無因次伸展長度R旋轉(zhuǎn)布置，R = 1/h，1為螺旋肋片的軸向長度，h為螺旋肋片高度。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種工業(yè)爐高溫空氣燃燒技術(shù)的外繞式軸向旋流燃燒器，由圓管噴口(2)，旋轉(zhuǎn)通道噴口(1)，肋片(3)組成，所述的旋轉(zhuǎn)通道噴口(1)沿同心圓環(huán)通道軸向布置。本實(shí)用新型可強(qiáng)化氣體燃料和高溫空氣在工業(yè)爐爐膛內(nèi)的充分混合，從而保證了在更低的進(jìn)口空氣氧濃度下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒，室爐膛內(nèi)的溫度分布更加均勻，減少局部高溫，同時(shí)極大地降低了氮氧化物(NOX)的排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保的目標(biāo)。
文檔編號F23D14/24GK201582823SQ200920073329
公開日2010年9月15日 申請日期2009年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月3日
發(fā)明者汪文輝, 蘇亞欣 申請人:東華大學(xué)