[发明专利]燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高热效率的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高热效率的方法及其装置，适用于各种燃料 和所有窑炉，如燃油燃气的工业锅炉、加热炉、冶炼炉、陶瓷窑炉、玻璃窑炉、水泥窑炉等， 属于综合节能减排技术领域。

背景技术

目前一般窑炉都采用普通空气助燃，由于空气中仅含20.93％的氧气，其余均为惰性气 体，这些惰性气体不但不助燃，反而吸收大量的热量，大大降低窑炉的性能和效率。

目前国内有沈光林等申请过局部增氧助燃的专利(CN97104465.1、CN00110217.6、 CN02281418.3、CN200420004099.4、CN200420014005.1)，另外沈博(CN101487593A)和魏 伯卿(200920023792.9、200920195965.5、200920195812.0、200920195966.X)也申请过局部 增氧助燃节能及其装置的改进专利，但这些专利都只是从实际应用中考虑问题，没有从提高 热效率的本质——提高热辐射效率上解决问题：

1、这些专利只注重利用最先进的膜法制氧技术获得30％左右浓度的富氧气体，代替部分 助燃空气以减少进风量，从而减少惰性气体带走的热量，同时考虑提高氧含量促进燃烧完全从 而达到节能；但并没有更多的考虑最充分利用这些有限的富氧资源增加其热辐射效率的方法。

2、采用普通的氧气喷嘴，没有设置调试装置，而氧气喷嘴的位置和角度是局部增氧助燃 提高节能效率最关键的因素，因此，没有可调的调试装置就不可能将富氧气体喷嘴调到最佳 的位置和角度。

3、富氧气体进入燃烧火焰区域的位置、角度和线速度不对：目前将富氧气体送入燃烧火 焰中心位置，并且与燃料喷嘴的夹角只有几度，而且富氧气体的线速度又相对较低，这是不 可能使富氧气体真正送入到燃烧火焰最关键区域的，因此也就不能很好地缩短燃烧火焰的长 度从而延长燃烧烟气在炉膛内的停留时间，更不能最大限度地提高火焰某区域的温度，从而 最大限度地提高热辐射效率。

4、完全凭经验调试是不科学的：虽然现在还没有计算方法可以计算出富氧气体喷嘴设计 的最佳位置和角度，但燃烧是非常复杂的化学过程，而任何燃烧炉其原设置的测温点是非常 有限的，而且与炉膛热辐射及其分布是没有关联的，因此，完全靠经验设置喷嘴的位置和角 度是不科学的。借助红外测温仪，选择包括被加热介质管外壁各区段和燃烧火焰各区域等几 十个测温点，在保证被加热介质管外壁各区的温度不变条件下，利用热辐射理论和射流技术， 通过专用的富氧射流喷嘴，尽量调小燃料供应流量，同时调整富氧气体喷嘴与燃料喷嘴的相 对位置和角度，以最大限度地提高燃烧火焰某区域的温度，从而提高烟气热辐射效率，进而 最大的提高富氧助燃节能效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够克服上述不足、并利用热辐射理论和射流技术提高燃烧火 焰温度从而提高燃烧热辐射效率的燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高热效率的方法，还提供 了相应的装置。

燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高热效率的方法，包括富氧气体通过富氧气体喷嘴与燃 料通过燃料喷嘴喷射在一起进行燃烧，其特征在于，富氧气体喷嘴与燃料喷嘴之间的夹角角 度为10°～45°，富氧气体的线速度为燃料线速度的1.2～4.0倍，富氧气体送入到燃烧火焰顶端 与燃料喷嘴的喷口之间距离靠近燃料喷嘴喷口四分之一到四分之二之间的位置。

由于上述改进，使燃烧中心燃料与富氧气体混合充分并具有充足的助燃氧，从而使燃烧 中心处于高氧燃烧而较大地提高了燃烧中心的燃烧温度，管式加热炉中辐射室的温度可以提 高20℃以上，因此其热效率更高，其理论依据如下：

常用的管式加热炉，整个加热炉系统主要由辐射室、对流室及空气预热器组成；在辐射 室内高温烟气主要以热辐射的方式将热量传递给辐射管，辐射室中的辐射传热占辐射室总传 热的90％左右，其余的10％左右的传热是由高温烟气以对流的方式传递给辐射管的；被加热 介质在辐射室的取热量约占总取热量的70％以上。

根据热辐射理论：辐射热Q＝KH(T1⁴-T2⁴)，

其中：K为热辐射系数，对于同一个燃烧炉是个常数；

H为火焰黑度，燃烧效果越好H值越大；

T1为加热炉其辐射室的平均温度；

T2为加热介质在辐射室的平均温度。