[实用新型]一种小型窑炉燃烧系统

说明书

技术领域

本实用新型属于热工技术领域，特别涉及一种火焰不换向的小型窑炉燃烧系统。

背景技术

弥散式燃烧是一种不同于预混式燃烧和扩散燃烧的新的燃烧方式。

预混式燃烧：燃料和助燃空气在燃烧器的点火点之前完成均匀混合后点燃进入燃烧器的燃烧室里燃烧的燃烧方式。其优点是：燃烧速度快，火焰短、强度高且刚劲有力，燃烧室体积小；能保证加热速度。其缺点是：燃烧火焰局部温度高(如用天然气为燃料，过剩空气系数α＝1的预混燃烧火焰中心局部温度可达2000℃以上)，伴随大量的NO_X产生，而NO_X是大气污染的主要元凶之一；局部高温导致靠近燃烧器的炉体或炉墙易损，加速了财产的损失；存在回火的可能性。

扩散式燃烧：燃料不与任何助燃空气预先混合，而是让燃料流入/或高速射入空气，通过燃料在空气中扩散与空气中的氧气接触进而燃烧的燃烧方式。其优点是：燃烧稳定，不会回火，运行可靠；NOx污染物排放少；对燃烧器要求简单易制造。其缺点是：燃烧速度慢，火焰长、强度低且软弱无力，燃烧室体积大；加热速度慢。所以工业燃烧领域很少采用。

弥散式燃烧：是采取助燃空气速度高于燃料速度的射流方式将燃料(通常燃料和极少部分助燃空气混合以保持火焰稳定)和助燃空气分开注入炉内，快速助燃空气气流卷吸燃料和炉内燃烧产物，稀释反应区的含氧体积浓度，获得浓度为3～15％(巻吸产生的湍流团内体积浓度)的低氧气氛。燃料在这种高温

低氧气氛中逐渐与氧气结合燃烧，并伴随进行诸如裂解等重组过程，造成与预混燃烧和扩散燃烧过程完全不同的热力学条件，在与贫氧气体作延缓状燃烧下释出热能，不再存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区。这是一种有待大量研究的新的燃烧方式，集中了预混式燃烧和扩散式燃烧的优点：火焰刚性可强可弱，燃烧速度可快可慢、火焰区域大，能保证加热速度，同时燃烧火焰温度均匀没有局部高温区。由于燃烧火焰温度没有局部高温，因而NO_X生成率降低，同时延长了炉体或炉墙使用寿命。

蓄热式燃烧：蓄热式燃烧是通过成对使用蓄热器交替储蓄尾气热量和释放热量加热助燃空气，用被加热的助燃空气参与燃烧的一种节能燃烧技术。由于蓄热燃烧高效节能，长期以来蓄热燃烧均采用预混式燃烧，助燃风进入炉膛前在烧嘴内与燃料充分混合并着火后进入炉膛，这样为了配合进风和排烟的切换，就需要两只火嘴并在风向切换时切换火焰，即火焰也是要换向的。这种频繁的火焰切换强化了预混式燃烧的缺点，造成频繁爆燃、炉压波动过大、炉门、炉墙等寿命大大缩短等。

弥散式燃烧兼备预混式燃烧和扩散燃烧两种燃烧方式的优点，早年就有科技人员研究，将蓄热燃烧和弥散式燃烧技术相结合。在小型工业炉(如50吨以下熔铝炉)上，由于空间位置有限，故采用使用设备最少的设计方案，即一对蓄热器(对应一对风口，实现蓄热式余热回收需要最少两只蓄热器交替使用)加一只火口(内含火嘴)的设计方式是一种现实需要。但这种设计方式下无数的实践均以节能效果不佳、熔化生产速度太慢或设备寿命太短等致命问题而宣告失败。因为其由两个风口加一个火口组合，火口位于两个风口的中间位置。两个风口中一个风口输入助燃空气，则另一个风口就会抽出烟气。风口与火口的相互位置、风口的大小、风口的方向、风量风速大小等如果设计不好，就会出现如下状况：

1、系统生产速度慢；

2、风速太小(如风量太小、风口直径太大)、风口方向不对等时进入炉膛的助燃风动量不够大不足以巻吸从火口进入炉膛的燃料，造成不充分燃烧；

3、风口与火口的位置距离不对时从火口进入炉膛的燃料，被抽出烟气的风口吸出炉膛，同样造成不完全燃烧；

4、助燃空气与燃料充分混合而且燃烧充分燃烧了，但如果风口与火口的位置高低不对，火焰没有在炉膛中弥散式展开，而是被另一个风口吸出，导致蓄热器内温度过高，造成蓄热材料板结甚至蓄热器烧坏；

5、风口直径大小、方向不合理等时会严重影响炉膛内流场，从而影响热量传递，导致节能效果不佳；

以上问题如果不解决，就无法达到理想的弥散式燃烧效果。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种小型窑炉燃烧系统，在保证生产速度的前提下，能耗更低，更加节能。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：