专利名称：多层对流强混高效燃烧器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及冶金、燃气发电、水泥生产、玻璃生产等领域，具体涉及一种燃烧器，特别适用但不限于高炉(及非高炉)炼铁的顶燃式、外燃式、内燃式热风炉。
背景技术：
炼铁工序占钢铁生产总能耗的65％以上，降低炼铁工序能耗的每一项技术进步可为企业产生巨大的效益，为社会贡献能源节约效益。高炉(及非高炉)炼铁使用热风冶炼是大幅度降低工序能耗的主要、关键技术措施，热风温度越高，节能降耗效益越大。热风炉的作用就是把空气或富氧空气加热成热风，供给冶炼炉(如高炉)进行燃烧反应、还原反应。高炉煤气是高炉炼铁的副产品之一，是炼铁热风炉的主要燃料。
高炉炼铁热风炉是一种蓄热式热风炉，主要由摆放格子砖的蓄热室和燃烧室两大部分组成，燃烧器通常布置在燃烧室内或紧邻相通。燃烧器是热风炉的核心设备，在燃烧期间使用，其技术先进性直接影响燃烧效率、高温烟气温度、热风炉送风温度水平，其结构稳定性直接影响燃烧器本体和热风炉的使用寿命。热风炉采用燃烧(蓄热)一送风(放热以加热空气)周期性循环工作制度。在热风炉燃烧期间，气体燃料及助燃空气在热风炉的燃烧器、燃烧室中燃烧产生高温烟气，高温烟气从热风炉格子砖的孔洞中通过，把热量传给蓄热室中的格子砖蓄热。在热风炉送风期间，来自鼓风机的冷风进入热风炉，被格子砖加热成热风后，通过热风管送至高炉内。热风炉技术不断进步、发展、演变，先后出现了内燃式、顶燃式、外燃式三种形式，三种形式都有广泛应用，并各有特色。
内燃式热风炉的蓄热室、燃烧室布置在同一个钢质壳体内，两部分之间用隔墙隔开，燃烧器布置在燃烧室内下部、燃烧出口朝上。外燃式热风炉的蓄热室、燃烧室分别布置在两个钢质壳体内，两部分的拱顶之间用联络管连接，燃烧器布置在燃烧室内下部、燃烧出口朝上。目前内燃式热风炉采用的燃烧器有落后的套筒式和相对先进的矩形式，外燃式热风炉采用的燃烧器有圆形套筒式和多孔式，都存在如下缺陷1)使用寿命短，一般5至8年，最高的15年；2)细股流相互交叉切割混合燃烧，混合强度较弱，属长焰燃烧器；为了达到期望的燃烧效率，要求足够的混燃时间和空间，燃烧室上部的火井高度很高；火井高度越高，工程投资越大、隔墙稳定性越差。3)所需空气过剩系数较高。
顶燃式热风炉中国首创并工业应用。第一代技术是沿蓄热室上部拱顶的圆周方向设置多个小燃烧器，利用拱顶作燃烧空间。生产实践表明存在严重的缺陷燃烧器及拱顶使用寿命普遍仅1至3年；火焰在格子砖内燃烧导致热风炉整体性能迅速降低。国内外相关技术不断进步，近年出现了第二代顶燃式热风炉，上部为混合及预燃部分(即预燃室)、中部为主燃空间及高温烟气通道、下部为蓄热室，垂直、同心布置在一个钢质壳体内，燃烧器燃烧出口垂直朝下。第二代技术在结构稳定性、使用寿命等方面比第一代有了显著的进步，但目前所采用的旋流式燃烧器由于燃料气、助燃空气的通道、环道及其对应喷口分区上下布置，仍存在如下缺陷和不足1)每种介质纵向区域过厚，两种介质初始混合条件差，旋切混合的动力和强度不够，仍需要较高的混燃空间；2)沿上部预燃室及中部主燃空间内旋混燃烧不完全，燃尽点(即烟气温度最高点)延伸到格子砖内，因此实际生产出现燃烧末期拱顶温度低于送风前期拱顶温度的现象，格子砖内燃烧将严重影响该区域格子砖寿命和热风炉整体热工性能；大中型高炉高风温热风炉常采用硅质格子砖，(火焰直接与硅砖接触)其危害性更严重；3)燃烧期与送风期间燃烧器混燃室温度差高达300℃，长期、周期性、频繁波动降低了燃烧器使用寿命；4)燃烧效率不高、不充分，所需空气过剩系数仍然偏高。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种燃烧效果好的多层对流强混高效燃烧器。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是多层对流强混高效燃烧器，由耐火材料砌筑或浇注而成，包括混合预燃室、缩口段、接入口、环道、喷口，混合预燃室与终燃室的之间为缩口段，混合预燃室设在环道的中央区域，混合预燃室的内侧设有喷口，混合预燃室的外侧设有接入口和环道，接入口、环道、喷口、混合预燃室依次相互连通；环道分为燃料气体介质环道和助燃空气介质环道，喷口分为燃料气体喷口和助燃空气喷口；每一环道上至少设有一层喷口，每一喷口层至少设有4个喷口；其特征在于喷口中心延长线水平投影相对于混合预燃室的径向有一夹角，其夹角为偏转角，紧邻的两组不同介质喷口层的喷口的偏转角反向偏角布置；喷口中心延长线垂直投影相对于混合预燃室轴线的垂线有一夹角，其夹角为渗透角，渗透角为0°-60°。
所述的接入口、环道分别为二个以上，两种气体介质的环道交错布置，紧邻的两组喷口层为不同介质喷口层。
所述的环道为燃料气体介质环道6、第一助燃空气介质环道11、第二助燃空气介质环道13，燃料气体介质环道6位于第一助燃空气介质环道11、第二助燃空气介质环道13之间，燃料气体介质环道6上设有二个喷口层，第一助燃空气介质环道11、第二助燃空气介质环道13上分别设有一喷口层，燃料气体介质环道6上的第一个喷口层与第一助燃空气介质环道11上的喷口层紧邻，燃料气体介质环道6上的第二个喷口层与第二助燃空气介质环道13上的喷口层紧邻。
所述的第一助燃空气介质环道11、第二助燃空气介质环道13分别与第一助燃空气介质分管道10、第二助燃空气介质分管道17相连通，第一助燃空气介质分管道10、第二助燃空气介质分管道17分别与助燃空气介质主管道9相连通，第一助燃空气介质分管道10、第二助燃空气介质分管道17上分别设有第一调节阀15、第二调节阀18。
所述的喷口为紧邻的两组不同介质喷口层的喷口，其中一组不同介质喷口层的喷口的渗透角为0°，另一组不同介质喷口层的喷口的渗透角为1°-60°。
所述的喷口中心延长线水平投影相对于混合预燃室径向的偏转角为5°-85°。
所述的每一喷口层的喷口中心延长线水平投影相对于混合预燃室径向的偏转角相等。
所述的紧邻的两组不同介质喷口层的喷口的偏转角反向偏角布置且数值相等。
所述的喷口为旋道。
所述的喷口断面呈长方形或方形或椭圆形或圆形。
所述的环道断面呈长方形或方形或椭圆形或圆形。
所述的混合预燃室横断面形状为圆形或椭圆形。
所述的混合预燃室一端为封闭式拱顶结构。
所述的混合预燃室一端为悬链线形封闭式拱顶结构。
本实用新型采用喷口中心延长线水平投影相对于混合预燃室的径向有一夹角，紧邻的两组不同介质喷口层的喷口的偏转角反向偏角布置；喷口中心延长线垂直投影相对于混合预燃室轴线的垂线有一夹角(β1、β2)，渗透角为0°-60°；形成对旋对撞混燃流场。混合预燃室内，每层燃料气体喷口与紧邻的一层助燃空气喷口通过设置横断面方向的偏转角(夹角α1、α2)产生两种介质气流反向旋转，混合效果好；通过设置纵断面方向的渗透角(即渗透角β1、β2)创造两种介质交互渗透条件，从而形成对旋对撞混燃流场，实现充分快速均匀混合，强化混燃条件，燃烧效果好。对旋对撞混燃模式在迅速混合均匀的同时在混合预燃室内快速相互抵消旋转动能，为终燃室提供了平稳、迅速、燃尽条件，燃尽效果好；并为高温烟气流向格子砖均匀分配提供了很好的条件、强化了格子砖蓄热总能力。而非本专利燃烧器的同向顺旋混燃模式不能实现迅速混匀却相互加速同向旋转动能，对终燃室平稳燃烧不利、很难保证迅速燃尽，并扩大了高温烟气流向格子砖分配偏析的程度、恶化了其均匀分配条件、降低了格子砖蓄热总能力。
本实用新型采用接入口、环道分别为二个以上，两种气体介质的环道交错布置，紧邻的两组喷口层为不同介质喷口层。1、多层混合界面两种气体介质的环道交错布置，将燃料气体与助燃空气的混合界面设计成多层，减薄单一介质的厚度，优化混燃条件。2、每一气体介质有多层喷口每层燃料气体喷口紧邻设置一层助燃空气喷口、并成组，设置多层喷口，细化流股，实现充分快速混匀，优化混燃条件。3、设置多层对旋对撞的混燃流场，加速燃烧，提高混合预燃室内的燃烧率；对旋对撞混燃模式的混合强度是同向顺旋混燃模式的4倍以上。4、多层对旋对撞混燃模式产生高效燃烧、稳定燃烧(避免脉动燃烧和燃烧振动)、提高热风炉蓄热能力等综合效能。
应用本燃烧器，配合多种布置方式适用于多种形式的热风炉对于顶燃式热风炉(含冶金行业通称的“球式热风炉”)，本燃烧器可以倒扣在热风炉的顶部并与热风炉同心、燃烧出口朝下，也可以横置或以一定角度布置在热风炉拱顶旁、预混燃出口与热风炉拱顶非同心相接、利用热风炉拱顶作终燃、燃尽空间。对于外燃式热风炉，该燃烧器布置在燃烧室内、燃烧出口朝上。对于内燃式热风炉，该燃烧器布置在热风炉内部的燃烧室火井内、燃烧出口朝上。
本实用新型从原理上保证强混、快混、并混合均匀，具有短焰燃烧、快速燃尽和高效燃烧的特点，可提高风温水平；燃烧器结构稳定，缩小了燃烧与送风期间燃烧器温差，提高燃烧器的使用寿命。由于本燃烧器火焰短、所需燃烧空间较小，可以缩短传统外燃式热风炉、内燃式热风炉燃烧室火井高度50％以上，大量节约工程投资。应用本燃烧器，其特点是短焰、高效、节能，燃烧空气过剩系数低、燃烧产物温度高、燃烧迅速充分，特别实用但不限于高炉(及非高炉)炼铁顶燃式、外燃式、内燃式热风炉。
图1为本实用新型实施例2的结构示意图图2为本实用新型实施例3的结构示意图图3为图1或图2中沿A-A线剖面示意图图4为图1或图2中沿B-B线剖面示意图图中1-耐火材料环形砌体或浇注体，2-混合预燃室，3-耐火材料砌体，4-终燃室，5-燃料气体介质接入口，6-燃料气体介质环道，7-第一层燃料气体喷口，8-第二层燃料气体喷口，9-助燃空气介质主管道，10-第一助燃空气介质分管道，11-第一助燃空气介质环道，12-第一层助燃空气喷口，13-第二助燃空气介质环道，14-第二层助燃空气喷口，15-第一调节阀，16-缩口段，17-第二助燃空气介质分管道，18-第二调节阀。
具体实施方式
为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1为2个环道、2个喷口层。
多层对流强混高效燃烧器，由耐火材料砌筑或浇注而成，包括混合预燃室、缩口段、接入口、环道、喷口，混合预燃室与终燃室的之间为缩口段，混合预燃室设在环道的中央区域，混合预燃室的内侧设有喷口，混合预燃室的外侧设有接入口和环道，接入口、环道、喷口、混合预燃室依次相互连通；环道为2个，分为燃料气体介质环道和助燃空气介质环道；喷口层为2个，分为燃料气体喷口层和助燃空气喷口层，每一环道上设有一层喷口，每一喷口层至少设有4个喷口；喷口中心延长线水平投影相对于混合预燃室的径向有一夹角，其夹角为偏转角，紧邻的两组不同介质喷口层的喷口的偏转角反向偏角布置；喷口中心延长线垂直投影相对于混合预燃室轴线的垂线有一夹角，其夹角为渗透角，其中一组不同介质喷口层的喷口的渗透角为0°，另一组不同介质喷口层的喷口的渗透角为1°-60°实施例2为3个环道、4个喷口层；顶燃式热风炉、燃烧器倒扣在热风炉顶部(燃烧器出口朝下)并与热风炉同心的应用模式。
如图1、图3、图4所示，多层对流强混高效燃烧器，由耐火材料砌筑或浇注而成(耐火材料环形砌体或浇注体1)，包括混合预燃室2、缩口段16、3个接入口、3个环道、4个喷口层，混合预燃室2与终燃室4的之间为缩口段16；混合预燃室2设在3个环道的中央区域，混合预燃室的内侧设有喷口，混合预燃室的外侧设有接入口和环道，接入口、环道、喷口、混合预燃室依次相互连通。3个环道为燃料气体介质环道6、第一助燃空气介质环道11、第二助燃空气介质环道13，燃料气体介质环道6位于第一助燃空气介质环道11、第二助燃空气介质环道13之间，燃料气体介质环道6上设有二个喷口层，第一助燃空气介质环道11、第二助燃空气介质环道13上分别设有一喷口层，燃料气体介质环道6上的第一个喷口层与第一助燃空气介质环道11上的喷口层紧邻，燃料气体介质环道6上的第二个喷口层与第二助燃空气介质环道13上的喷口层紧邻；燃料气体介质环道6上的第一个喷口层至少设有4个第一层燃料气体喷口7，燃料气体介质环道6上的第二个喷口层至少设有4个第二层燃料气体喷口8，第一助燃空气介质环道11上的喷口层至少设有4个第一层助燃空气喷口12，第二助燃空气介质环道13上的喷口层至少设有4个第二层助燃空气喷口14。
第一层燃料气体喷口7、第二层燃料气体喷口8、第一层助燃空气喷口12、第二层助燃空气喷口14的中心延长线水平投影相对于混合预燃室的径向有一夹角(每一喷口层，可以部分喷口夹角为0°)，其夹角为偏转角，喷口中心延长线水平投影相对于混合预燃室径向的偏转角为5°-85°；第一层燃料气体喷口7与第一层助燃空气喷口12的偏转角反向偏角布置，第二层燃料气体喷口8的偏转角(α1)与第二层助燃空气喷口14的偏转角(α2)反向偏角布置。
第一层助燃空气喷口12的中心延长线垂直投影相对于水平线有一夹角为0°，第一层燃料气体喷口7的中心延长线垂直投影相对于水平线有一夹角β1，β1为1°-60°；第二层燃料气体喷口8的中心延长线垂直投影相对于水平线有一夹角为0°，第二层助燃空气喷口14的中心延长线垂直投影相对于水平线有一夹角β2，β2为1°-60°。
所述的第一助燃空气介质环道11、第二助燃空气介质环道13分别与第一助燃空气介质分管道10、第二助燃空气介质分管道17相连通，第一助燃空气介质分管道10、第二助燃空气介质分管道17分别与助燃空气介质主管道9相连通，第一助燃空气介质分管道10、第二助燃空气介质分管道17上分别设有第一调节阀15、第二调节阀18。所述的燃料气体介质环道6由燃料气体介质接入口5与燃料气体介质输送管相连。
每一喷口层的喷口中心延长线水平投影相对于混合预燃室径向的偏转角(如图3、图4中的α1或α2)相等或不相等。
紧邻的两组不同介质喷口层的喷口的偏转角反向偏角布置且数值相等或不相等。
所述的喷口为旋道或非旋道。所述的喷口断面呈长方形或方形或椭圆形或圆形。所述的环道断面呈长方形或方形或椭圆形或圆形。所述的混合预燃室横断面形状为圆形或椭圆形。
燃烧器设置多个助燃空气(或煤气)接入口时，其对应各支管上设置的气量调节分配设施。
注本实例图是按照燃料气体从中部、助燃空气从上下方位接入画出。但本实用新型不限于于此，两种介质接入方式可以互换。
实施例3应用于外燃式热风炉。
如图2、图3、图4所示，与实施例2结构基本上相同，为3个环道、4个喷口层；燃烧器出口朝上，应用于外燃式热风炉。
权利要求1.多层对流强混高效燃烧器，包括混合预燃室、缩口段、接入口、环道、喷口，混合预燃室与终燃室的之间为缩口段，混合预燃室设在环道的中央区域，混合预燃室的内侧设有喷口，混合预燃室的外侧设有接入口和环道，接入口、环道、喷口、混合预燃室依次相互连通；环道分为燃料气体介质环道和助燃空气介质环道，喷口分为燃料气体喷口和助燃空气喷口；每一环道上至少设有一层喷口，每一喷口层至少设有4个喷口；其特征在于喷口中心延长线水平投影相对于混合预燃室的径向有一夹角，其夹角为偏转角，紧邻的两组不同介质喷口层的喷口的偏转角反向偏角布置；喷口中心延长线垂直投影相对于混合预燃室轴线的垂线有一夹角，其夹角为渗透角，渗透角为0°-60°。
2.根据权利要求1所述的多层对流强混高效燃烧器，其特征在于所述的接入口、环道分别为二个以上，两种气体介质的环道交错布置，紧邻的两组喷口层为不同介质喷口层。
3.根据权利要求2所述的多层对流强混高效燃烧器，其特征在于所述的环道为燃料气体介质环道(6)、第一助燃空气介质环道(11)、第二助燃空气介质环道(13)，燃料气体介质环道(6)位于第一助燃空气介质环道(11)、第二助燃空气介质环道(13)之间，燃料气体介质环道(6)上设有二个喷口层，第一助燃空气介质环道(11)、第二助燃空气介质环道(13)上分别设有一喷口层，燃料气体介质环道(6)上的第一个喷口层与第一助燃空气介质环道(11)上的喷口层紧邻，燃料气体介质环道(6)上的第二个喷口层与第二助燃空气介质环道(13)上的喷口层紧邻。
4.根据权利要求3所述的多层对流强混高效燃烧器，其特征在于所述的第一助燃空气介质环道(11)、第二助燃空气介质环道(13)分别与第一助燃空气介质分管道(10)、第二助燃空气介质分管道(17)相连通，第一助燃空气介质分管道(10)、第二助燃空气介质分管道(17)分别与助燃空气介质主管道(9)相连通，第一助燃空气介质分管道(10)、第二助燃空气介质分管道(17)上分别设有第一调节阀(15)、第二调节阀(18)。
5.根据权利要求1所述的多层对流强混高效燃烧器，其特征在于所述的喷口为紧邻的两组不同介质喷口层的喷口，其中一组不同介质喷口层的喷口的渗透角为0°，另一组不同介质喷口层的喷口的渗透角为1°-60°。
6.根据权利要求1所述的多层对流强混高效燃烧器，其特征在于所述的喷口中心延长线水平投影相对于混合预燃室径向的偏转角为5°-85°。
7.根据权利要求1所述的多层对流强混高效燃烧器，其特征在于所述的每一喷口层的喷口中心延长线水平投影相对于混合预燃室径向的偏转角相等。
8.根据权利要求1所述的多层对流强混高效燃烧器，其特征在于所述的紧邻的两组不同介质喷口层的喷口的偏转角反向偏角布置且数值相等。
9.根据权利要求1所述的多层对流强混高效燃烧器，其特征在于所述的混合预燃室一端为悬链线形封闭式拱顶结构。
专利摘要本实用新型涉及一种燃烧器。多层对流强混高效燃烧器，包括混合预燃室、缩口段、接入口、环道、喷口，接入口、环道、喷口、混合预燃室依次相互连通；环道分为燃料气体介质环道和助燃空气介质环道，喷口分为燃料气体喷口和助燃空气喷口；每一环道上至少设有一喷口层，每一喷口层至少设有4个喷口；其特征在于喷口中心延长线水平投影相对于混合预燃室的径向有一夹角，其夹角为偏转角，紧邻的两组不同介质喷口层的喷口的偏转角反向偏角布置；喷口中心延长线垂直投影相对于混合预燃室轴线的垂线有一夹角，其夹角为渗透角，渗透角为0°－60°。本实用新型采用了对旋对撞混燃流、多层混合方式，使本实用新型具有强混、快混、并混合均匀，具有短焰燃烧、快速燃尽和高效燃烧的特点，提高燃烧器的使用寿命。
文档编号C21B9/02GK2856729SQ20062009713
公开日2007年1月10日 申请日期2006年6月9日 优先权日2006年6月9日
发明者程冬生, 周强, 臧中海, 郭俊, 秦涔, 严仍奇, 舒军, 彭朝文 申请人:中冶南方工程技术有限公司