專利名稱：燃燒爐內(nèi)帶富氧噴嘴的自預熱富氧燃燒系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃燒爐內(nèi)帶富氧噴嘴的自預熱富氧燃燒系統(tǒng)，適用于所有燃油燃氣的 各種工業(yè)鍋爐、加熱爐、窯爐、熔爐、焚燒爐等，屬于綜合節(jié)能減排技術(shù)領(lǐng)域和燃燒科學技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)和農(nóng)業(yè)深加工業(yè)的發(fā)展，我們的生存生活環(huán)境變得越來越糟糕，因此，低 碳經(jīng)濟、低碳生活的壓力變得越來越大；現(xiàn)代工業(yè)各種各樣的工業(yè)鍋爐、加熱爐、窯爐、熔 爐、焚燒爐等是排放二氧化碳等排放物的最大釋放體，所以降低工業(yè)生產(chǎn)中的排放是實現(xiàn) 低碳經(jīng)濟、保護人類生存生活環(huán)境的關(guān)鍵；現(xiàn)在富氧局部增氧助燃節(jié)能減排技術(shù)已越來越 成為工業(yè)生產(chǎn)中節(jié)能減排的香餑餑，而且富氧助燃節(jié)能減排技術(shù)的最大優(yōu)點是不僅節(jié)能減 排效果好，同時他是對爐體改造最少(只有富氧噴嘴和富氧預熱器與爐體接觸)、操作參數(shù) 基本不變(助燃風量調(diào)小)并隨時能恢復到原爐狀態(tài)的高新集成技術(shù)；但在實施過程中，富 氧氣體與燃燒火焰的相對位置及其夾角是富氧節(jié)能減排和富氧提溫擴產(chǎn)技術(shù)成功最最關(guān) 鍵的因素；而很多燃燒爐因為燃燒器的分布和位置等原因，使得富氧噴嘴的設計、安裝位置 及其與燃燒火焰的夾角(或與燃燒器的夾角)在實際操作中有一定的局限性或影響，因此， 尋找一種能夠較方便地、簡單地將富氧噴嘴安裝到與燃燒火焰形成最佳位置和最佳角度的 方法，是加速富氧局部增氧射流助燃節(jié)能減排高新集成技術(shù)推廣實施進程的關(guān)鍵。目前國內(nèi)申請的幾個富氧燃燒器的專利(200610020153. 8、200910022531.X、 2010101邪480.5)，都是重新設計的與現(xiàn)有的一般燃燒器有較大區(qū)別，且不能在現(xiàn)有絕大多 數(shù)燃燒爐中的燃燒器上改造使用。此外，在現(xiàn)有燃燒器燃燒的火焰上實施富氧局部增氧射流助燃，對提高燃燒火焰 的最高溫度有一定局限性，因為現(xiàn)在一般的燃燒器其燃燒效率都能達到80%以上，有的甚 至達到或超過90%，對于這種較高熱效率的燃燒爐，要實現(xiàn)提高它的熱效率最好的辦法就是 利用熱輻射原理，想辦法提高它的燃燒火焰溫度來提高熱輻射效率。目前國內(nèi)只有魏伯卿 的“20101011M50.7燃燒爐富氧局部增氧射流助燃提高熱效率的方法及其裝置”是利用富 氧提高燃燒爐的火焰溫度來提高熱輻射效率，從而實現(xiàn)提高燃燒爐的熱效率的專利，但這 個方法對于熱效率達到或超過90%的燃燒爐，燃燒火焰溫度提高的量較小，有的甚至小到 實施富氧助燃沒有實際意義。所以如何利用富氧局部增氧射流助燃提高較高熱效率的燃 燒爐的燃燒火焰溫度，是較高熱效率的燃燒爐節(jié)能減排和提高爐溫及擴大燃燒爐產(chǎn)能的關(guān) 鍵。本說明書中三個概念名詞說明常氧燃燒——燃料在正常的空氣中燃燒，其助燃 空氣的氧含量為標準空氣氧含量；富氧燃燒——燃料在大于標準空氣氧含量的氣體中燃燒 或?qū)⒋笥跇藴士諝庋鹾康臍怏w即富氧氣體送入燃燒火焰局部增氧射流助燃的燃燒；貧氧 燃燒——燃料在低于標準空氣氧含量的氣體中燃燒或燃燒的燃料火焰區(qū)形成缺氧狀態(tài)下 的燃燒。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種在燃燒爐內(nèi)自帶富氧預熱器的且能根據(jù)燃料特性、燃燒 狀況、爐膛結(jié)構(gòu)等特點設計確定燃燒器燃料噴嘴與富氧噴嘴相對位置及其夾角的，并且通 過將燃燒器常氧燃燒改造成貧氧燃燒后，再加富氧局部增氧射流助燃，從而能較大幅度地 提高富氧助燃的燃燒火焰溫度的燃燒爐內(nèi)帶富氧噴嘴的自預熱富氧燃燒系統(tǒng)。燃燒爐內(nèi)帶富氧噴嘴的自預熱富氧燃燒系統(tǒng)，包括燃油或燃氣或燃水煤漿等燃燒 氣態(tài)或/和液態(tài)燃料的燃燒器，以及環(huán)繞在燃燒爐內(nèi)燃燒器周圍的管式預熱器和連接在管 式預熱器上的總體對稱分布在燃燒器周邊的小擴散角富氧噴嘴，其特征在于1、燃燒器的原理和結(jié)構(gòu)與通常的燃燒器一樣，但本發(fā)明中燃燒器的燃料噴嘴口 離燃燒器(爐內(nèi))前端面的垂直距離在(T22CM，較通常的燃燒器要短，而且將可調(diào)節(jié)的燃料 噴嘴口調(diào)節(jié)到離燃燒器前端面較近的距離位置，使得燃燒火焰大部分露在燃燒器前端面之 外，有利于爐內(nèi)富氧噴嘴噴射的富氧氣體進入燃燒火焰指定位置；從而使富氧進入燃燒火 焰后形成的富氧燃燒火焰最高溫度區(qū)與原燃燒火焰形成的常氧燃燒火焰最高溫度區(qū)重疊 形成更高的火焰最高溫度區(qū)，進而形成更高溫度的能最大限度地提高熱輻射效率的火焰高 溫區(qū)。因為局部增氧射流助燃的技術(shù)關(guān)鍵就是使兩個最高溫度區(qū)重疊形成更高溫度的火焰 高溫區(qū)，即富氧氣體進入燃燒火焰前的燃燒火焰中有個最高溫度的常氧燃燒火焰高溫區(qū)， 而富氧氣體進入燃燒火焰后又會在燃燒火焰中形成另一個最高溫度的富氧燃燒火焰高溫 區(qū)，只有這兩個最高溫度區(qū)重疊才能形成更高溫度的最高溫度區(qū)，從而更大限度地提高燃 燒熱輻射效率和熱量的利用率，進而實現(xiàn)提高燃燒爐溫度、擴大燃燒爐生產(chǎn)負荷及節(jié)能減 排等目的。2、本發(fā)明的燃燒器燃料噴嘴噴射的燃料流比較集中，燃料噴嘴噴射的燃料流其噴 射擴散角較一般的燃燒器其噴射燃料流的擴散角要小，因而使燃料流集中稠密，燃燒中心 缺氧燃燒，同時減小助燃風量，也使其在不加富氧狀態(tài)下缺氧燃燒；因此，其燃燒火焰在不 加富氧助燃時的常氧燃燒狀態(tài)，形成火焰貧氧燃燒，其火焰整體貧氧(缺氧)59Γ15%左右； 并使其火焰區(qū)燃料燃燒不完全率達到59Γ20%左右；在這種狀態(tài)下利用小擴散角富氧噴嘴 給燃燒火焰中心射流注入富氧高效助燃，從而能使火焰區(qū)溫度提高更多，進而更有利于提 高燃燒熱輻射效率和熱量的利用率。本發(fā)明的燃燒器只適用于富氧燃燒，因為一般的燃燒 器其噴射的燃料流擴散角太小，會影響助燃空氣進入燃料流的中心而使燃料流中心過分缺 氧，進而使燃料燃燒更不完全；但對于局部增氧射流助燃的富氧燃燒器，燃料流集中燃燒， 能使富氧進入燃料流燃燒的火焰中心某部位補充供氧助燃，使燃料更集中高氧燃燒，從而 使燃燒火焰中心某部位的燃燒溫度更高更集中，進而提高燃燒效率和燃燒熱輻射效率。3、形成燃燒器貧氧燃燒的方法，可以通過燃料噴嘴設計各燃料噴射的角度使燃料 流集中，形成燃料流中心區(qū)缺氧而貧氧燃燒，也可以通過調(diào)節(jié)燃料供給壓力、液體燃料的霧 化和燃燒器進風量使其形成貧氧燃燒。4、耐高溫的管式預熱器安裝在燃燒器周圍，并貼在或半埋在燃燒器四周的保溫層 中，富氧氣體預熱吸取燃燒器四周的熱量而不影響燃燒爐熱輻射效果及燃燒爐內(nèi)熱輻射分布。5、富氧噴嘴直接焊接在管式預熱器上，并按燃燒器和火焰總體對稱分布在燃燒器的周圍，其具體按燃燒器中燃料噴嘴、燃燒火焰和爐內(nèi)結(jié)構(gòu)及爐內(nèi)熱輻射分布等條件計算 加經(jīng)驗確定富氧噴嘴的數(shù)量及焊接于爐內(nèi)管式預熱器上的位置及角度、富氧噴嘴與燃燒 器中燃料噴嘴的相對位置及夾角。6、富氧噴嘴與爐內(nèi)管式預熱器的連接口內(nèi)，富氧噴嘴管有一個背朝氣流方向的斜 口，伸入管式預熱器管內(nèi)，以阻擋在管式預熱器的富氧預熱管內(nèi)流動的氣體直接進入富氧 噴嘴連接管，而且離管式富氧預熱器富氧氣體入口越近的富氧噴嘴管，其伸入管式富氧預 熱器管內(nèi)的斜口部分越長，從而保證管式富氧預熱器上遠離富氧氣體入口的富氧噴嘴流經(jīng) 的富氧氣體，能與其他各個離富氧氣體進入管式富氧預熱器入口的遠近不同的富氧噴嘴流 經(jīng)的富氧氣體流量和壓力相近，因為爐內(nèi)安裝的富氧噴嘴不能與爐外安裝的富氧噴嘴一樣 可以通過安裝壓力表和調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)實現(xiàn)流經(jīng)各富氧噴嘴的富氧氣體流量相近。7、實驗和實踐證明富氧從燃燒器周圍的爐底或爐壁取熱預熱富氧氣體不僅不會 降低燃燒爐的熱效率，相反會較大地提高燃燒中心某區(qū)域火焰的溫度，從而能較大地提高 燃燒的熱輻射效率。8、將普通燃燒器的燃料噴槍即燃料噴嘴的噴射角度改成較小擴散角燃料噴嘴，并 將燃料噴嘴向爐膛前移一定距離，使燃燒火焰伸出火盆并大部分露在燃燒器前端面之外， 再加上富氧預熱器和連接于富氧預熱器上的富氧噴嘴系統(tǒng)，即改造成為帶富氧噴嘴的燃燒 爐自預熱富氧燃燒器。9、將爐內(nèi)富氧預熱器和富氧噴嘴與燃燒器設計成完全配套的一體化結(jié)構(gòu)，有利于 局部增氧射流助燃技術(shù)的高效應用和標準化；即本發(fā)明能使局部增氧射流助燃技術(shù)中最復 雜、最關(guān)鍵、最需要根據(jù)具體燃燒爐多因素現(xiàn)場確定的富氧噴嘴的設計應用技術(shù)做成標準 化；也就是說利用本發(fā)明能將復雜的個體差異較大的且需爭對每個燃燒爐單獨設計富氧噴 嘴及其安裝位置和角度的局部增氧射流助燃應用集成技術(shù)實現(xiàn)標準化、規(guī)范化、簡易化、大 眾化，從而更適合于其大面積的推廣應用。10、如果燃燒爐內(nèi)有多個比較集中緊湊的燃燒器，則可以將爐內(nèi)富氧預熱器設計 成圍繞多個燃燒器布置，其富氧噴嘴的位置可以根據(jù)燃燒火焰等條件，設計在多個燃燒器 的周圍總體對稱分布或根據(jù)燃燒爐內(nèi)結(jié)構(gòu)條件總體不對稱分布。11、管式富氧預熱器不能存在沒有富氧氣體流動的死角或盲端，以保證爐內(nèi)富氧 預熱器不被高溫燒損。12、富氧預熱器和富氧噴嘴系統(tǒng)與富氧燃燒器相對獨立，并可以單獨更換。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1.將富氧預熱器放在爐內(nèi)燃燒器周圍，并和富氧噴嘴直接連接，安裝比較方便、簡 單、安全。2.將燃燒器設計成貧氧燃燒狀態(tài)，有利于富氧局部增氧射流助燃時能將燃燒火焰 中心區(qū)域的溫度提高更多，更有利于提高燃燒的熱輻射效率和提高熱量的利用率。3.因為富氧預熱所吸收的熱量占燃燒放出的熱量比例相對較小，且又不改變?nèi)紵?爐內(nèi)的熱輻射環(huán)境，所以安裝帶富氧噴嘴的爐內(nèi)富氧預熱器，能大大地減少富氧預熱器的 成本和復雜的安裝工作。4.將爐內(nèi)富氧預熱器和富氧噴嘴與燃燒器設計成完全配套的一體結(jié)構(gòu)，有利于 局部增氧射流助燃技術(shù)的高效應用和標準化；即本發(fā)明能將局部增氧射流助燃技術(shù)中最復雜、最關(guān)鍵、個體差異較大的且需爭對每個燃燒爐單獨設計富氧噴嘴及其安裝位置和角度 的局部增氧射流助燃應用集成技術(shù)實現(xiàn)標準化、規(guī)范化、簡易化、大眾化。更適合于其大面 積的推廣應用。5.很容易將普通燃燒器的燃料噴槍即燃料噴嘴改成小擴散角燃料噴嘴，并將燃料 噴嘴向爐膛前移一定距離，使燃燒火焰伸出火盆并大部分露在燃燒器前端面之外，再加上 富氧預熱器和連接于富氧預熱器上的富氧噴嘴系統(tǒng)，即改造成為帶富氧噴嘴的燃燒爐自預 熱富氧燃燒系統(tǒng)。

圖1是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示實施例中A-A剖面示意圖；圖3是圖1所示實施例中富氧噴嘴管斜口背向伸入預熱管內(nèi)部分結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、富氧預熱管 2、富氧噴嘴管3、富氧氣體入口 4、燃料噴嘴 5、燃 料噴嘴口 6、燃燒器 7、富氧噴嘴 8、燃燒器前端面 9、富氧噴嘴管背向伸入預熱 管內(nèi)的斜口部分 10、富氧噴嘴管背向伸入預熱管內(nèi)的斜口部分 11、富氧氣體流方向
具體實施方式在圖1一3所示的實施例中燃燒器6的結(jié)構(gòu)與普通的燃燒器一樣，燃燒器6為圓 柱形或爐內(nèi)燃燒器內(nèi)口變大的喇叭形，中間是燃料噴槍即燃料噴嘴管，燃料噴嘴4在燃料 噴嘴管的頂端，燃料噴嘴管四周是燃燒器的風道，與普通燃燒器不同的是燃料噴嘴口 5離 燃燒器前端面8的距離較近，即燃燒器6的燃料噴嘴口 5離燃燒器(爐內(nèi))前端面8的垂直 距離在(T22CM，較通常的燃燒器要短，使得燃燒火焰大部分露在燃燒器前端面8之外；爐內(nèi) 富氧預熱管1環(huán)繞在燃燒爐內(nèi)燃燒器6的周圍，貼在或半埋在燃燒器6四周的保溫層中，爐 內(nèi)富氧預熱管1上焊接有兩個或多個與燃燒器6對稱分布的富氧噴嘴管2，富氧噴嘴7連接 在富氧噴嘴管2上，富氧噴嘴7的噴口對著燃燒器6的中軸線，并與燃燒器6中軸線成10 度 90度的夾角，使富氧噴嘴7將富氧氣體送入到燃燒火焰指定的區(qū)域；富氧噴嘴管2伸入 富氧預熱管1內(nèi)的斜口部分9和10，斜口背向富氧氣體流動的方向，而且離富氧氣體入口 3較近的伸入富氧預熱管1內(nèi)的斜口部分9，比離富氧氣體入口 3較遠的伸入富氧預熱管1 內(nèi)的斜口部分10要長，從而使流經(jīng)各富氧噴嘴7并噴射送入燃燒火焰某區(qū)域的富氧氣體流 量相近。帶富氧噴嘴7的燃燒爐內(nèi)富氧預熱管1的安裝和燃燒器6各部分的安裝調(diào)試需要 注意以下三點第一，連接在富氧預熱管1上的富氧噴嘴7 —定要與燃燒器6對稱分布；第 二，要在爐外調(diào)節(jié)燃燒器6中的燃料噴嘴4的燃料噴嘴口 5與燃燒器前端面8的距離，以保 證燃燒火焰絕大部分露在燃燒器前端面8之外燃燒，從而使富氧噴嘴7噴射的富氧氣體準 確進入到燃燒火焰某區(qū)域，實現(xiàn)局部增氧射流高效集中助燃；第三，因為燃燒器6中的燃料 噴嘴4是小擴散角噴嘴，因此這個燃料噴嘴4只能在富氧局部增氧射流助燃條件下使用，一 旦富氧氣體停止供應，就要將燃燒器6中的小擴散角燃料噴嘴4更換成普通型燃料噴嘴才 能不出現(xiàn)貧氧燃燒。
權(quán)利要求1、燃燒爐內(nèi)帶富氧噴嘴的自預熱富氧燃燒系統(tǒng)，包括燃燒氣態(tài)或/和液態(tài)燃料的燃燒 器(6)，以及環(huán)繞在燃燒爐內(nèi)燃燒器(6)周圍的管式富氧預熱器和連接在管式富氧預熱器 上的總體對稱分布在燃燒器(6)周邊的富氧噴嘴(7)，其特征在于本發(fā)明中燃燒器(6)的 燃料噴嘴(4) 口離燃燒器的前端面(8)的垂直距離在(T22CM。
2、如權(quán)利要求1所述的燃燒爐內(nèi)帶富氧噴嘴的自預熱富氧燃燒系統(tǒng)，其特征在于富 氧噴嘴(7 )直接焊接在管式預熱器上，并按燃燒器(6 )和火焰總體對稱分布在燃燒器(6 )的 周圍。
3、如權(quán)利要求1所述的燃燒爐內(nèi)帶富氧噴嘴的自預熱富氧燃燒系統(tǒng)，其特征在于富 氧噴嘴(7)與爐內(nèi)管式預熱器的連接口內(nèi)，富氧噴嘴管(2)有一個背朝氣流方向的斜口(9、 10)，伸入管式預熱器管內(nèi)，以阻擋在管式預熱器的富氧預熱管(1)內(nèi)流動的氣體直接進入 富氧噴嘴(7)連接管，而且離管式富氧預熱器富氧氣體入口越近的富氧噴嘴管(2)，其伸入 管式富氧預熱器的富氧預熱管(1)內(nèi)的斜口部分越長。
4、如權(quán)利要求3所述的燃燒爐內(nèi)帶富氧噴嘴的自預熱富氧燃燒系統(tǒng)，其特征在于耐 高溫的管式預熱器安裝在燃燒器(6 )周圍，并貼在或半埋在燃燒器(6 )四周的保溫層中。
5、如權(quán)利要求1或3所述的燃燒爐內(nèi)帶富氧噴嘴的自預熱富氧燃燒系統(tǒng)，其特征在于 富氧預熱器和富氧噴嘴(7 )系統(tǒng)與富氧燃燒器(6 )相對獨立，并可以單獨更換。
專利摘要燃燒爐內(nèi)帶富氧噴嘴的自預熱富氧燃燒系統(tǒng)，包括燃油或燃氣或燃水煤漿等燃燒氣態(tài)或/和液態(tài)燃料的燃燒器，以及環(huán)繞在燃燒爐內(nèi)燃燒器周圍的管式富氧預熱器和連接在管式富氧預熱器上的總體對稱分布在燃燒器周邊的小擴散角富氧噴嘴，其特征在于燃燒器的燃料噴嘴口離燃燒器的前端面的垂直距離在0~22cm，燃料噴嘴噴射出較小擴散角的燃料流在燃燒器前端面上貧氧燃燒，然后通過爐內(nèi)富氧預熱器預熱后再經(jīng)爐內(nèi)富氧噴嘴將富氧氣體射流送入燃燒火焰富氧燃燒，并使貧氧燃燒火焰的最高溫度區(qū)和富氧燃燒的最高溫度區(qū)重疊，以達到最大的燃燒高溫區(qū)而提高熱輻射效率。
文檔編號F23C5/08GK201885215SQ20102057143
公開日2011年6月29日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者魏伯卿 申請人:魏伯卿