一种可变预混度的无焰燃烧炉

技术领域

本发明涉及燃烧技术领域，特别涉及一种可变预混度的无焰燃烧炉。

背景技术

能源与环境是关系人类生存的重大课题，随着化石能源的大量燃烧，产生的污染物严重危害人类生命健康，如NOx是酸雨和光化学烟雾形成的重要原因。因此，开发一种清洁高效的燃烧技术具有很重要的现实意义。

无焰燃烧是一种在高温低氧条件下进行的新型燃烧方式，其核心原理是在燃烧过程中通过烟气对氧气的稀释形成低氧工况来改变反应物浓度和温度分布，从而实现更高的燃烧效率和更低的污染排放。无焰燃烧的特点是形成一个延迟反应区，这是由于烟气回流，对空气和燃料进行稀释，使得燃料和氧气的混合程度较低。在这个延迟反应区内，燃料和氧气的扩散相对较慢，使得燃烧过程更加均匀和稳定。在高温低氧条件下，反应物浓度的降低，也增大了反应区域，甚至可充满整个炉膛，这也使得火焰锋面无法稳定存在，炉内温度分布更加均匀，不再出现传统燃烧条件下的局部高温高氧区，因此减少了NOx的排放，另外，反应区域的增大，使得燃料燃烧的更加充分，这在一定程度上提高了燃烧效率，从而减少燃料的消耗和相关的碳排放量。但以往研究中，实现无焰燃烧通常需要超高速喷口速度(≥100m/s)，且由于新鲜反应物的冷却作用使得炉膛内温度分布不均匀。

为了解决上述问题，本发明因此而来。

发明内容

本发明目的是提供一种可变预混度的无焰燃烧炉，可在中等射流速度下实现无焰燃烧。

基于上述问题，本发明提供的技术方案是：

一种可变预混度的无焰燃烧炉，包括：

燃烧炉主体，其下部设有空气进口且上部设有出烟口；

多个可变预混度燃烧器，其间隔布置在所述燃烧炉主体的下部，所述可变预混度燃烧器包括：

空气管道，其固定在所述燃烧炉本体上，所述空气管道的外壁上设有空气进入管道，且远离所述空气进入管道的轴向第一端设有延伸至所述燃烧炉主体内的燃烧器出口，所述空气管道的轴向第二端延伸至所述燃烧炉主体外且设有端盖；

燃气管道，其轴向第一端位置可调的设置在所述空气管道中，所述燃气管道轴向第二端延伸至所述空气管道外形成燃料进口，所述燃气管道与所述端盖滑动密封配合；

多个点火源，其分别与所述多个可变预混度燃烧对应设置，用于点燃所述燃烧器出口的燃料；

多个钝体组件，其分别与所述多个可变预混度燃烧器对应设置，每个钝体组件设置在对应的可变预混度燃烧器与点火源之间。

在其中的一些实施方式中，所述空气管道的延伸方向与所述燃烧炉主体的径向成角度布置。

在其中的一些实施方式中，所述空气进口包括固定在所述燃烧炉主体上的多个空气进管，所述多个空气进管与所述多个可变预混度燃烧器对应安装，且所述空气进管的延伸方向与所述空气管道的延伸方向成夹角a布置。

在其中的一些实施方式中，所述可变预混度燃烧器、空气进管的数目均为n，所述夹角a的度数为180/n。

在其中的一些实施方式中，所述空气进入管道与所述空气管道相切连接。

在其中的一些实施方式中，所述钝体组件包括：

钝体滑道，其固定在所述燃烧炉主体上，所述钝体滑道位于所述燃烧炉主体内的轴向第一端开口，且轴向第二端设有封盖；

支撑件，其与所述封盖滑动密封配合，所述支撑件长度方向第一端固定有钝体，所述支撑件长度方向第二端延伸至所述钝体滑道外形成手柄部。

在其中的一些实施方式中，所述钝体滑道的内壁设有滑动支撑部，所述支撑件上设有与所述滑动支撑部匹配的导向套，当所述导向套沿着所述滑动支撑部滑动至所述封盖位置，所述钝体收容至所述钝体滑道内。

在其中的一些实施方式中，所述燃烧炉主体包括圆筒状炉体、设置在所述炉体下端的底板及设置在所述炉体上端的顶盖。

在其中的一些实施方式中，所述炉体上设有多组测量口，每组测量口包括沿所述炉体高度方向间隔布置的多个测量口，所述测量口的外端可拆卸设有密封盖。

在其中的一些实施方式中，所述顶盖上设置所述出烟口，所述顶盖上设有观察窗，所述顶盖外侧设有隔热层。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、采用可变预混度燃烧器，燃气管道可在空气管道内滑动，可改变燃料和空气的预混情况，出口设置钝体，可实现高速射流条件下的稳定燃烧；

2、可以在可变预混度燃烧器中实现同轴射流燃烧、部分预混燃烧，也可以通过无焰燃烧空气进口实现旋转非预混燃烧，且三种情况下都可实现无焰燃烧；

3、燃烧炉的结构简单，操作方便，且无焰燃烧状态稳定，在改变功率等操作条件时可以仍然稳定燃烧。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种可变预混度的无焰燃烧炉的结构示意图之一；

图2为图1中A-A剖面示意图；

图3为图1中B-B剖面示意图；

图4为本发明实施例中可变预混度燃烧器的结构示意图；

图5为图4中C-C剖面示意图；

图6为本发明实施例中钝体组件的结构示意图；

其中：

1、燃烧炉主体；1-1、炉体；1-2、底板；1-3、顶盖；1-3a、出烟口；1-3b、观察窗；

2、可变预混度燃烧器；2-1、空气管道；2-2、空气进入管道；2-3、燃气管道；2-3a、燃料进口；2-4、端盖；

3、点火源；3-1、感应针；3-2、点火针；

4、钝体组件；4-1、钝体滑道；4-2、支撑件；4-3、钝体；4-4、滑动支撑部；4-5、导向套；4-6、封盖；4-7、封片；4-8、手柄部；

5、空气进管；

6、测量口；6-1、密封盖。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

参见图1至图3，为本发明实施例的结构示意图，提供一种可变预混度的无焰燃烧炉，包括燃烧炉主体1、多个可变预混度燃烧器2、多个点火源3及多个钝体组件4。

点火源3、钝体组件4的数目与可变预混度燃烧器2的数目相对应，本例中，可变预混度燃烧器2的数目设置为两个，应该理解，在其他的实施方式中，根据需要，可设置其他数目的可变预混度燃烧器2，本发明不做限制。

燃烧炉主体1包括圆筒状炉体1-1、设置在炉体1-1下端的底板1-2及设置在炉体1-1上端的顶盖1-3，在顶盖1-3上设有出烟口1-3a，用于烟气的排出，同时在顶盖1-3上还设有观察窗1-3b，便于观察炉内燃烧情况，观察窗1-3b直径为40mm～200mm，出烟口1-3a的直径为炉体1-1直径的1/10至1/5。顶盖1-3铰接设置在炉体1-1上，方便开启，同时在顶盖1-3、炉体1-1、底板1-2的外侧设有隔热层，起到隔热作用，提高安全性能。

为了便于监测炉内燃烧情况，在炉体1-1上设有多组测量口6，本例中，设置了两组测量口6，它们成九十度布置在炉体1-1上，每组测量口6包括沿炉体1-1高度方向间隔布置的多个测量口6，相邻两个测量口6之间可间隔10mm-200mm布置，在测量口6的外端可拆卸设置密封盖6-1密封，测量时，将密封盖6-1去除，以便监测炉膛内的温度和燃烧成分等参数，不测量时将测量口6密封。

两个可变预混度燃烧器2间隔布置在炉体1-1的下部，如图4所示，可变预混度燃烧器2包括固定在炉体1-1上的空气管道2-1及穿设在空气管道2-1内的燃气管道2-3。在空气管道2-1的外壁上设有空气进入管道2-2，在空气管道2-1远离空气进入管道2-2的轴向第一端设有延伸至燃烧炉主体1内的燃烧器出口，燃烧器出口与炉体1-1内壁相切，可防止温度过高，烧毁管道，空气管道2-1的轴向第二端延伸至燃烧炉主体1外且设有端盖2-4。其中，如图5所示，空气进入管道2-2与空气管道2-1相切连接，以便于空气从空气管道2-1的切向进入，形成空气旋流，增大空气与燃料的混合度，使其在预热阶段能够稳定燃烧。

燃气管道2-3与端盖2-4滑动密封配合，燃气管道2-4的轴向第一端位置可调的设置在空气管道2-1中，燃气管道2-3的轴向第二端延伸至空气管道2-1外形成燃料进口2-3a。

本例中，空气管道2-1的延伸方向与炉体1-1的径向成角度布置，该角度可根据施工条件设置为0°～80°。

为了使进入炉体1-1的空气更加分散均匀，延缓反应时间，空气进口包括固定在炉体1-1上的多个空气进管5，空气进管5与可变预混度燃烧器2对应安装，且空气进管5的延伸方向与空气管道2-1的延伸方向成夹角a布置，可变预混度燃烧器2、空气进管5的数目均为n，则夹角a的度数为180/n，本例中，n为2，则夹角a为90度。空气进管5靠近炉体1-1内部的头部设置内螺纹安装头，在内螺纹安装头上可拆卸固定不同的喷嘴，可获得不同的空气进入速度。

两个点火源3分别与两个可变预混度燃烧器2对应布置，用于点燃燃烧器出口的燃料，点火源3采用现有技术中的结构，包括感应针3-1和点火针3-2，当感应针3-1感应到燃料后，点火针3-2对其进行点火燃烧。

如图6所示，钝体组件4设置在对应的可变预混度燃烧器2与点火源3之间，用于稳定燃烧，钝体组件4包括固定在炉体1-1上的钝体滑道4-1、穿设在钝体滑道4-1内的支撑件4-2及固定在支撑件4-2上的钝体4-3，钝体滑道4-1位于燃烧炉主体1内的轴向第一端开口，且轴向第二端设有封盖4-6。支撑件4-2与封盖4-6滑动密封配合，还可以在封盖4-6外端设置封片4-7以起到密封作用。钝体4-3固定在支撑件4-2长度方向第一端且与可变预混燃烧器出口之间相距5mm～100mm，支撑件4-2长度方向第二端延伸至钝体滑道4-1外形成手柄部4-8，通过手柄部4-8拉动支撑件4-2可将钝体4-3收容在钝体滑道4-1内。

为了提高钝体4-3移动的稳定性，在钝体滑道4-1内壁设有滑动支撑部4-4，在支撑件4-2上设有与滑动支撑部4-4匹配的导向套4-5，通过导向套4-5与滑动支撑部4-4的滑动配合，可调节钝体4-3伸出的长度，以适应稳定燃烧的需求。当导向套4-5沿着滑动支撑部4-4滑动至封盖4-6位置，钝体4-3可收容在钝体滑道4-1内。

上述的工作原理为：

燃烧炉燃烧过程分为两个阶段：常规燃烧和无焰燃烧。在常规燃烧阶段，在可变预混度燃烧器2中，空气和燃气经过一定的预混，以10～100m/s的速度喷出，经过钝体4-3后被点燃，进行常规燃烧，对炉膛进行加热；根据燃料不同，当炉膛被加热到600℃-1200℃后，可通过两种方式实现无焰燃烧，第一，撤出钝体4-3，使得可变预混度燃烧器2的出口处无降速，火焰无法稳定存在，实现无焰；第二，将可变预混度燃烧器2中的空气关闭，转为空气进管5提供空气，进而实现无焰燃烧。

综上，该燃烧炉可在可变预混度燃烧器中实现同轴射流燃烧、部分预混燃烧，也可以通过空气进管实现旋转非预混燃烧，结构简单，无焰燃烧状态稳定。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。