三维涡旋燃烧器制造技术

三维涡旋燃烧器，适用于热能工程技术领域，主要特征在于设置切向进入的空气入口和煤气入口，悬链线回转体形整流室，分层设置的、不同方向的一次空气喷口和二次空气喷口以及导流槽强化喉口，使空气分段供给被被整流成圆锥螺旋线形涡旋，对煤气进行引射，适应极低的煤气压力，并实现“分段燃烧”、“浓淡燃烧”以降低氮氧化物排放。本发明专利技术三维涡旋燃烧器，燃烧充分，阻力损失小，特别适用于功率大、煤气发热值低、煤气压力低、压力波动大、氮氧化物排放要求高的各种工业炉窑，实现节能减排。

Three dimensional vortex burner

The three-dimensional vortex burner is suitable for the field of thermal engineering technology. Its main features are the setting of tangential air inlet and gas inlet, catenary revolving rectifier chamber, stratified primary air outlet and secondary air outlet in different directions, and diversion groove to strengthen the throat, so that the air supply is rectified by stages. The gas is injected into a conical spiral vortex to adapt to extremely low gas pressure and realize \segmented combustion\ and \dense-lean combustion\ to reduce NOx emissions. The three-dimensional scroll burner of the invention has sufficient combustion and small resistance loss, and is especially suitable for various industrial furnaces and kilns with high power, low calorific value of gas, low gas pressure, large pressure fluctuation and high requirement of nitrogen oxide emission, so as to realize energy saving and emission reduction.

【技术实现步骤摘要】
三维涡旋燃烧器
本专利技术涉及热能工程
，具体是一种把气体燃料转化为高温烟气的装置。
技术介绍
燃烧器是一种将燃料通过燃烧这一化学反应方式将化学能转化为热能的设备，广泛应用于冶炼炉、热风炉、热处理炉、加热炉、烟气炉、锅炉等热能相关行业。目前已有技术与现状：工业气体燃烧器有套筒燃烧器、旋流燃烧器、旋切燃烧器等多种结构形式，上述燃烧器存在的弊端是：a燃烧器混合室及各孔口空间布局不合理，气流组织效果较差，导致空气与煤气混合不均匀、燃烧不充分，空气过剩系数大，烟气中CO、O2、NOx含量高，燃烧温度低、热利用率差、b燃烧产生NOx量大，污染环境；c燃烧器阻力损失大，需要较高的和稳定的煤气压力才能正常工作；d燃烧器结构不合理，运行中空气入口、煤气入口、煤气喷口砖易脱落损坏；e燃烧器结构复杂，砖型设计困难，制造质量难以保证。由此可见，上述已有公知技术与现状的燃烧器存在诸多不足、缺陷与弊端，亟待给予改进与解决。鉴于上述已有公知技术与现状的燃烧器所存在的诸多不足、缺陷与弊端，本设计人基于丰富的实践经验及专业知识，在认真研究已有公知技术及现状基础上，积极加以创新，采用“切向空气入口”、“切向煤气入口”、“悬链线回转体整流室”、“空气分段供给”、“圆锥螺旋线形涡旋”、“分段燃烧”、“浓淡燃烧”、“导流槽强化喉口”等关键技术，以期创造一种新型结构的燃烧器，解决已有公知技术与现状燃烧器存在的不足、缺陷与弊端，使其达到更具有实用性及更好使用效果，以提高工业炉窑燃料利用效率、降低氮化物排放量、延长燃烧器使用寿命，满足大功率、燃气压力低、压力波动大等恶略应用场所。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种燃烧器，改进现有燃烧器理念和结构，以此改变空气和煤气气流流动组织方式和煤气燃烧方式，改善空气和煤气混合效果，使得燃烧器功率更大、煤气燃烧更充分，所需要煤气和空气压力更低，煤气压力波动适应性更强，氮氧化物生成量更少，加工制造更容易，使用寿命更长。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：三维涡旋燃烧器，包括空气入口(1)、空气环腔(2)、一次空气喷口(3)、二次空气喷口(4)、煤气入口(5)、煤气环腔(6)、上层煤气喷口(7)、下层煤气喷口(8)、探测孔(9)、整流室上段(10)、整流室下段(11)、喉口收缩段(12)、喉口(13)、喉口导流槽(14)、燃烧室(15)、以及组成上述空间腔室的钢壳(16)和耐火材料(17)组成，其特征在于：所述的整流室上段形状是悬链线(Catenary)回转体，探测孔、整流室上段、整流室下段、喉口收缩段、喉口、燃烧室从上到下依次相连通；所述的上层煤气喷口和下层煤气喷口一侧与整流室上段相连通，另一侧与煤气环腔连通；m个上层煤气喷口沿切线方向并倾斜向下α角设置在整流室上段侧壁直径φa圆周上，切向中心线与整流室中心线夹角β，各喷口中心线相切于直径为φb的假想圆上；n个下层煤气喷口沿整流室径向并倾斜向下γ角设置在整流室上段悬链线回转体侧壁直径φc圆周上，φa≤φb，α≥γ；所述的煤气入口沿煤气环腔的圆周切线方向布置，p个煤气入口设置在煤气环腔外侧壁上。所述的一次空气喷口和二次空气喷口一侧与整流室下段相连通，另一侧与空气环腔连通；q个一次空气喷口沿切线方向并倾斜向下δ角设置在整流室下段侧壁圆周上，与整流室中心线夹角ε，一次空气喷口中心线相切于直径为φd的假想圆上；s个二次空气喷口沿切线方向并倾斜向下ζ角设置在整流室下段侧壁圆周上，与整流室中心线夹角η，各喷口中心线相切于直径为φe的假想圆上，φd≥φe；δ≥ζ，一次空气喷口断面积占空气喷口总面积的80％～50％，二次空气喷口断面占空气喷口总面积的20％～50％；所述的空气入口沿空气环腔的圆周切线方向布置，t个空气入口设置在空气环腔外侧壁上；所述的煤气入口数量p是1～2个，煤气入口中心线位于煤气环腔的切向与径向之间，所述的空气入口数量t是1～2个，空气入口中心线位于空气环腔的切向与径向之间。所述的上层煤气喷口的个数m是0～60个，与水平面的夹角α在0～60度，切向中心线与整流室中心线的夹角β在±35度，下层煤气喷口的个数n是0～80个，与水平面的夹角γ在0～50度，下层煤气喷口沿整流室切向布置，切向中心线与整流室中心线的夹角在±40度。所述的一次空气喷口的个数q是0～80个，与水平面的夹角δ在0～45度，切向中心线与整流室中心线的夹角ε在±45度，二次空气喷口的个数s是0～80个，与水平面的夹角ζ在0～35度，切向中心线与整流室中心线的夹角η在±45度。所述的喉口位于喉口收缩段和燃烧室之间，喉口圆柱体侧壁上有u个呈螺旋形布置的凸台，这些凸台联合组成了喉口导流槽；工作时，空气从空气入口切向进入空气环腔，通过空气环腔输送到各个空气喷口，并通过空气喷口沿假想切线圆喷入整流室下段，由于ζ≥δ，φd≥φe，在切向空气入口、切向空气喷口和整流室下段内圆柱面的综合导流作用下，空气被整流成向下旋转的漏斗状圆锥螺旋线形涡旋，空气涡旋内部存在负压区；煤气从煤气入口切向进入煤气环腔，通过煤气环腔输送到各个煤气喷口，下层煤气喷口喷出的煤气沿整流室径向并向下倾斜γ角喷入整流室下段的空气涡旋内，上层煤气喷口喷出的煤气沿直径为φb的假想圆切向方向并向下倾斜α角喷入整流室，由于上层煤气喷口径向作用，喷出的煤气有旋流，带动下层煤气喷口喷出的煤气也产生弱旋流，使煤气在圆周方向分布趋于均匀；煤气从整流室上段向整流室下段流动进入空气涡旋内，在空气涡旋负压引射作用下，空气裹挟着煤气一同向喉口流动，由于下层煤气喷口的径向煤气流与空气涡旋的旋转气流流动方向不同，并且空气流速大于煤气流速，在流向差和和速度差作用下，一次空气喷口空气与下层煤气喷口煤气发生剧烈扩散、掺混、并开始燃烧；掺混的空气与煤气与燃烧产生的部分烟气混合物依次流经喉口收缩段、喉口，被喉口压缩，流动状态转化为紊流，喉口导流槽增加了喉口的粗糙度，加强紊流效果，使混合进一步强化，最终生成火焰从喉口喷出进入燃烧室。由于空气涡旋的引射作用，在极低的煤气煤气压力下即可顺利进行混合与燃烧；一次空气喷口喷入一次空气量只占总空气量的80％～50％，第一阶段煤气处于过浓燃烧(贫氧)，二次喷口喷入空气补足了燃烧所需要的全部空气量，第二阶段煤气处于过淡燃烧，煤气的分段燃烧和浓淡型燃烧可有效抑制氮氧化物NOX生成；所述的低压煤气三维涡旋燃烧器采用水平或倾斜布置，即中轴线与水平中心线的夹角在0～75度之间，适用于烟气炉、热处理炉、加热炉等不同应用场所。所述的空气和煤气二种介质可以位置互换，当煤气压力充足，空气压力偏低时，可以煤气走下层空气走上层，以煤气涡旋引射空气，适应性强。所述的耐火材料是由定型耐火材料砌筑成型，或者由不定性耐火材料浇注成型，特别适用于功率大，煤气和空气流量大的场所。所述的煤气入口数量p是1～2个，煤气入口中心线位于煤气环腔的切向与径向之间，空气入口数量t是1～2个，空气入口中心线位于空气环腔的切向与径向之间，在现有工程改造中，可以根据现场实际需要灵活选择煤气入口和空气入口数量和放线，从而大幅度减少改造工程量。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：第一，本专利技术中设置的整流室上段为悬链线回转体，订端为盲端，下部与整流室下段圆柱体相连接，进入整流室煤气和空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.三维涡旋燃烧器，包括空气入口(1)、空气环腔(2)、一次空气喷口(3)、二次空气喷口(4)、煤气入口(5)、煤气环腔(6)、上层煤气喷口(7)、下层煤气喷口(8)、探测孔(9)、整流室上段(10)、整流室下段(11)、喉口收缩段(12)、喉口(13)、喉口导流槽(14)、燃烧室(15)、以及组成上述空间腔室的钢壳(16)和耐火材料(17)组成，其特征在于：所述的整流室上段形状是悬链线(Catenary)回转体，探测孔、整流室上段、整流室下段、喉口收缩段、喉口、燃烧室从上到下依次相连通；所述的上层煤气喷口和下层煤气喷口一侧与整流室上段相连通，另一侧与煤气环腔连通；m个上层煤气喷口沿切线方向并倾斜向下α角设置在整流室上段侧壁直径φa圆周上，切向中心线与整流室中心线夹角β，各喷口中心线相切于直径为φb的假想圆上；n个下层煤气喷口沿整流室径向并倾斜向下γ角设置在整流室上段悬链线回转体侧壁直径φc圆周上，φa≤φb，α≥γ；所述的煤气入口沿煤气环腔的圆周切线方向布置，p个煤气入口设置在煤气环腔外侧壁上；所述的一次空气喷口和二次空气喷口一侧与整流室下段相连通，另一侧与空气环腔连通；q个一次空气喷口沿切线方向并倾斜向下δ角设置在整流室下段侧壁圆周上，与整流室中心线夹角ε，一次空气喷口中心线相切于直径为φd的假想圆上；s个二次空气喷口沿切线方向并倾斜向下ζ角设置在整流室下段侧壁圆周上，与整流室中心线夹角η，各喷口中心线相切于直径为φe的假想圆上，φd≥φe；δ≥ζ，一次空气喷口断面积占空气喷口总面积的80％～50％，二次空气喷口断面占空气喷口总面积的20％～50％；所述的空气入口沿空气环腔的圆周切线方向布置，t个空气入口设置在空气环腔外侧壁上；所述的喉口位于喉口收缩段和燃烧室之间，喉口圆柱体侧壁上有u个呈螺旋形布置的凸台，这些凸台联合组成了喉口导流槽；工作时，空气从空气入口切向进入空气环腔，通过空气环腔输送到各个空气喷口，并通过空气喷口沿假想切线圆喷入整流室下段，由于ζ≥δ，φd≥φe，在切向空气入口、切向空气喷口和整流室下段内圆柱面的综合导流作用下，空气被整流成向下旋转的漏斗状三维阿基米德螺线形涡旋，空气涡旋内部存在负压区；煤气从煤气入口切向进入煤气环腔，通过煤气环腔输送到各个煤气喷口，下层煤气喷口喷出的煤气沿整流室径向并向下倾斜γ角喷入整流室下段的空气涡旋内，上层煤气喷口喷出的煤气沿直径为φb的假想圆切向方向并向下倾斜α角喷入整流室，由于上层煤气喷口径向作用，喷出的煤气有旋流，带动下层煤气喷口喷出的煤气也产生弱旋流，使煤气在圆周方向分布趋于均匀；煤气从整流室上段向整流室下段流动进入空气涡旋内，在空气涡旋负压引射作用下，空气裹挟着煤气一同向喉口流动，由于下层煤气喷口的径向煤气流与空气涡旋的旋转气流流动方向不同，并且空气流速大于煤气流速，在流向差和和速度差作用下，一次空气喷口空气与下层煤气喷口煤气发生剧烈扩散、掺混、并开始燃烧；掺混的空气与煤气与燃烧产生的部分烟气混合物依次流经喉口收缩段、喉口，被喉口压缩，且喉口部位受燃烧室高温和烟气回流影响二温度升高，反应速率加块，喉口还能起到点火作用，使燃烧更稳定；喉口导流槽可使来自整流室旋流气体混合物的旋流度得到进一步强化，生成火焰从喉口喷出进入燃烧室时气流分布更均匀；喉口导流槽呈螺旋形布置的凸台对流经喉口的气流起到扰动作用，加强了煤气与空气的混合效果，使煤气燃烧更彻底；由于空气涡旋的引射作用，在极低的煤气压力下即可顺利进行混合与燃烧；由于一次空气喷口喷入一次空气量只占总空气量的80％～50％，第一阶段煤气处于过浓燃烧(贫氧)，二次喷口喷入空气补足了燃烧所需要的全部空气量，第二阶段煤气处于过淡燃烧，煤气的分段燃烧和浓淡型燃烧可有效抑制氮氧化物NOX生成。...

【技术特征摘要】
1.三维涡旋燃烧器，包括空气入口(1)、空气环腔(2)、一次空气喷口(3)、二次空气喷口(4)、煤气入口(5)、煤气环腔(6)、上层煤气喷口(7)、下层煤气喷口(8)、探测孔(9)、整流室上段(10)、整流室下段(11)、喉口收缩段(12)、喉口(13)、喉口导流槽(14)、燃烧室(15)、以及组成上述空间腔室的钢壳(16)和耐火材料(17)组成，其特征在于：所述的整流室上段形状是悬链线(Catenary)回转体，探测孔、整流室上段、整流室下段、喉口收缩段、喉口、燃烧室从上到下依次相连通；所述的上层煤气喷口和下层煤气喷口一侧与整流室上段相连通，另一侧与煤气环腔连通；m个上层煤气喷口沿切线方向并倾斜向下α角设置在整流室上段侧壁直径φa圆周上，切向中心线与整流室中心线夹角β，各喷口中心线相切于直径为φb的假想圆上；n个下层煤气喷口沿整流室径向并倾斜向下γ角设置在整流室上段悬链线回转体侧壁直径φc圆周上，φa≤φb，α≥γ；所述的煤气入口沿煤气环腔的圆周切线方向布置，p个煤气入口设置在煤气环腔外侧壁上；所述的一次空气喷口和二次空气喷口一侧与整流室下段相连通，另一侧与空气环腔连通；q个一次空气喷口沿切线方向并倾斜向下δ角设置在整流室下段侧壁圆周上，与整流室中心线夹角ε，一次空气喷口中心线相切于直径为φd的假想圆上；s个二次空气喷口沿切线方向并倾斜向下ζ角设置在整流室下段侧壁圆周上，与整流室中心线夹角η，各喷口中心线相切于直径为φe的假想圆上，φd≥φe；δ≥ζ，一次空气喷口断面积占空气喷口总面积的80％～50％，二次空气喷口断面占空气喷口总面积的20％～50％；所述的空气入口沿空气环腔的圆周切线方向布置，t个空气入口设置在空气环腔外侧壁上；所述的喉口位于喉口收缩段和燃烧室之间，喉口圆柱体侧壁上有u个呈螺旋形布置的凸台，这些凸台联合组成了喉口导流槽；工作时，空气从空气入口切向进入空气环腔，通过空气环腔输送到各个空气喷口，并通过空气喷口沿假想切线圆喷入整流室下段，由于ζ≥δ，φd≥φe，在切向空气入口、切向空气喷口和整流室下段内圆柱面的综合导流作用下，空气被整流成向下旋转的漏斗状三维阿基米德螺线形涡旋，空气涡旋内部存在负压区；煤气从煤气入口切向进入煤气环腔，通过煤气环腔输...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜凤山，
申请(专利权)人：姜凤山，
类型：发明
国别省市：北京,11