【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于节能环保，具体涉及一种基于半气化反应的窑炉气固燃烧器。
技术介绍
1、窑炉燃烧器可以使用燃气、煤粉等气态或固态的燃料进行燃烧，在现有技术中，使用气体燃料的燃烧器，其燃料为天然气、氢气等在标准状态下处于气体状态的燃料，优点是这类燃料一般着火点较低，易于燃烧放入，但存在燃烧烟气的火焰黑度和辐射传热通量较低的问题，这会导致能量传递中利用率较低。而相比而言，固态燃料燃烧时会产生较多高温颗粒物，如高温的碳烟颗粒、半焦颗粒，因此火焰黑度及辐射传热通量均较高。但是固态燃料中，即使是充分研磨细化后的煤粉，其着火点和易燃性均不及气体燃料。但如果仅仅是简单地将气体和固体燃料混合后点燃，虽然能一定程度利用气体燃料易燃的特性让燃烧器易于点燃，但由于气体燃料的传热效率较低，而固体燃料自身着火点较高，因而在快速流动状态下，简单混合两种状态的燃料并不能保证其中混合的固体燃料被充分点燃，实际燃烧效果和可靠性不足。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于半气化反应的窑炉气固燃烧器，用于解决现有技术中气体燃料燃烧烟气火焰黑度与辐射传热通量较低，燃烧器实际燃烧效果和可靠性不足的技术问题。
2、所述的一种基于半气化反应的窑炉气固燃烧器，包括燃料供应结构和半气化结构，所述半气化结构的一端是位于炉墙外的外端部而另一端是伸入所述炉墙内的内端部，所述燃料供应结构一端是输入固体燃料的输入端而另一端是连通所述外端部输出燃料的输出端，所述燃料预混结构用于供应燃料，所述外端部用于输入助燃气体与燃料，所
3、优选的，所述半气化结构还包括气固半热解筒、半热解通道旋流叶片和高温空气通道，气固半热解通道设于所述气固半热解筒内，所述高温空气通道经所述外端部连通所述气固半热解通道，所述燃料供应结构的输出端经所述外端部连通所述气固半热解通道；半热解通道旋流叶片布置在所述气固半热解通道的内周面，一组半热解通道旋流叶片以气固半热解通道的中心轴轴线为圆心进行圆周阵列，圆周阵列形成的阵列结构中心为空心通道。
4、优选的，所述半热解通道旋流叶片的旋流角度范围45°～60°，所述半热解通道旋流叶片的宽度范围为1/6d2-1/4d2，气固半热解通道长度范围为5d2-10d2，d2是指所述气固半热解通道的内径。
5、优选的，所述燃料供应结构为燃料预混结构，所述燃料预混结构的轴心与所述半气化结构的轴线重合，所述输入端还用于输入气体燃料，所述燃料预混结构用于将气体燃料和固体燃料混合形成气固混合燃料后输出。
6、优选的，所述燃料预混结构包括气固混合通道、气体燃料入口通道和固体燃料送风道，所述气固混合通道位于所述输入端和所述输出端之间，并位于所述半气化结构外，所述气体燃料入口通道和所述固体燃料送风道均经所述输入到连通所述气固混合通道，所述气固混合通道内设有固体燃料送风旋流叶片，所述输出端设有伸入所述半气化结构的气固混合喷口。
7、优选的，所述固体燃料送风旋流叶片布置在所述气固混合通道的内周面，一组固体燃料送风旋流叶片以所述气固混合通道的中心轴轴线为圆心进行圆周阵列，圆周阵列形成的阵列结构中心为空心通道；所述固体燃料送风旋流叶片的旋流角度范围45°～60°，所述固体燃料送风旋流叶片的宽度范围为1/6d1-1/4d1，气固混合通道长度范围为5d1-10d1，d1是指所述气固混合通道的内径。
8、优选的，所述气固混合喷口与所述气固半热解通道同心，所述气固混合喷口与所述气固半热解通道同心，所述气固混合喷口为缩口扩口结构，自连接所述输出端的起始端面起先缩口再扩口，所述缩口扩口结构具有直径小于所述起始端直径的喉口部位和直径大于所述喉口部位直径的出口，所述出口位于所述高温空气通道的开口处。
9、优选的，所述输入端的端面处沿周向设置若干个所述气体燃料入口通道，所述气体燃料入口绕所述气固混合通道的轴心进行中心对称设置对称，气体燃料入口通道的数量为偶数个，所述气体燃料入口通道的喷嘴设置方向与所述输入端的端面形成小于90°的入射角度，同时所述喷嘴的轴线与所述气固混合通道的轴线不相交；所述气体燃料入口通道输出气体燃料的旋流方向与所述固体燃料送风旋流叶片产生的流方向一致。
10、优选的，所述气体燃料入口通道的入射角度的范围为5°～30°，所述气体燃料入口通道上设置有调节阀，以调节气体燃料的喷出速度与流量。
11、本专利技术具有以下优点：本专利技术在燃烧器内通过半气化结构实现了固体燃料的半气化反应，产生大量碳烟和半焦物质，碳烟颗粒和半焦颗粒在火焰中的携带量是提高火焰辐射传热能力的关键核心，因此本方案能有效提高火焰黑度与辐射传热通量，提升燃烧火焰辐射强度。同时由于半气化反应会产生可燃气体，可燃气体更易于着火燃烧，因此也能在半气化气喷口处降低着火点，让燃烧器喷出的半气化气更有效地燃烧，提高了燃烧效率，起到了节能环保效果。
12、而由于半气化反应需要吸热，同时固体燃料本身的着火点较高，因此本专利技术还使用燃料预混结构作为燃料供应结构，将气体燃料与固体燃料预混后喷入气固半热解通道。火点低的气体燃料与固体燃料混合后送入气固半热解筒，利用易燃的气体燃料燃烧时产生的大量热能加热固体燃料，促使固体燃料发生更强的半气化反应。也让半气化气能形成辉焰燃烧效果。
13、该方案中，燃料预混结构利用气固混合喷口的结构，提高气固混合燃料的轴线速度，使其所述气固混合喷口以较高的流速向所述气固半热解通道喷出，同时又让两种燃料能充分混合。高温空气一方面被高速输入的气固混合燃料的引射作用提升了流速，另一方面旋流叶片又促使高温空气形成旋流作用，卷吸中心射流状态的气固混合燃料，从而让外围气固混合燃料处于氧气充足的氛围中，在混入气体燃料降低着火点的情况下充分燃烧。与此同时，气固混合燃料具有较快的轴向速度，处于旋流状态的高温空气在所述气固半热解通道的前段部分无法进入处于轴向喷射状态的气固混合燃料的流体内部。气固混合燃料与高温空气间的边界处发生着火燃烧会导致气固混合燃料中含量较少的空气(空气由气力输送方式混入)的氧浓度下降。因此，气固混合燃料流动时内部会由于供氧量不足，处于贫氧氛围。从而让本专利技术利用燃烧器的半气化结构和气固混合喷口的结构结合就实现了：在燃烧器内输送混和燃料和助燃的高温空气的同时，利用气体燃料燃烧放热，让气固混合燃料中固体燃料经过一定程度的半气化反应，再将产生的半气化气喷出点燃的效果。
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1.一种基于半气化反应的窑炉气固燃烧器，其特征在于：包括燃料供应结构和半气化结构，所述半气化结构的一端是位于炉墙(7)外的外端部而另一端是伸入所述炉墙(7)内的内端部，所述燃料供应结构一端是输入固体燃料的输入端而另一端是连通所述外端部输出燃料的输出端，所述燃料预混结构用于供应燃料，所述外端部用于输入助燃气体与燃料，所述半气化结构中包括气固半热解通道(8)，所述气固半热解通道(8)位于所述炉墙(7)内并用于让通过的燃料发生半气化反应，所述气固半热解通道(8)与所述内端部的半气化气喷口(9)连通；所述半气化反应包括只是部分燃料发生气化情况，也包括发生气化反应的部分仅仅发生脱除挥发分的不完全气化的情况。
2.根据权利要求1所述的一种基于半气化反应的窑炉气固燃烧器，其特征在于：所述半气化结构还包括气固半热解筒(4)、半热解通道旋流叶片(5)和高温空气通道(12)，气固半热解通道(8)设于所述气固半热解筒(4)内，所述高温空气通道(12)经所述外端部连通所述气固半热解通道(8)，所述燃料供应结构的输出端经所述外端部连通所述气固半热解通道(8)；半热解通道旋流叶片(5)布置在所述
3.根据权利要求2所述的一种基于半气化反应的窑炉气固燃烧器，其特征在于：所述半热解通道旋流叶片(5)的旋流角度范围45°～60°，所述半热解通道旋流叶片(5)的宽度范围为1/6D2-1/4D2，气固半热解通道(8)长度范围为5D2-10D2，D2是指所述气固半热解通道(8)的内径。
4.根据权利要求1-3中任一所述的一种基于半气化反应的窑炉气固燃烧器，其特征在于：所述燃料供应结构为燃料预混结构，所述燃料预混结构的轴心与所述半气化结构的轴线重合，所述输入端还用于输入气体燃料，所述燃料预混结构用于将气体燃料和固体燃料混合形成气固混合燃料后输出。
5.根据权利要求4所述的一种基于半气化反应的窑炉气固燃烧器，其特征在于：所述燃料预混结构包括气固混合通道(3)、气体燃料入口通道(1)和固体燃料送风道(11)，所述气固混合通道(3)位于所述输入端和所述输出端之间，并位于所述半气化结构外，所述气体燃料入口通道(1)和所述固体燃料送风道(11)均经所述输入到连通所述气固混合通道(3)，所述气固混合通道(3)内设有固体燃料送风旋流叶片(2)，所述输出端设有伸入所述半气化结构的气固混合喷口(6)。
6.根据权利要求5所述的一种基于半气化反应的窑炉气固燃烧器，其特征在于：所述固体燃料送风旋流叶片(2)布置在所述气固混合通道(3)的内周面，一组固体燃料送风旋流叶片(2)以所述气固混合通道(3)的中心轴轴线为圆心进行圆周阵列，圆周阵列形成的阵列结构中心为空心通道；所述固体燃料送风旋流叶片(2)的旋流角度范围45°～60°，所述固体燃料送风旋流叶片(2)的宽度范围为1/6D1-1/4D1，气固混合通道(3)长度范围为5D1-10D1，D1是指所述气固混合通道(3)的内径。
7.根据权利要求5所述的一种基于半气化反应的窑炉气固燃烧器，其特征在于：所述气固混合喷口(6)与所述气固半热解通道(8)同心，所述气固混合喷口(6)与所述气固半热解通道(8)同心，所述气固混合喷口(6)为缩口扩口结构，自连接所述输出端的起始端面起先缩口再扩口，所述缩口扩口结构具有直径小于所述起始端直径的喉口部位和直径大于所述喉口部位直径的出口，所述出口位于所述高温空气通道(12)的开口处。
8.根据权利要求5所述的一种基于半气化反应的窑炉气固燃烧器，其特征在于：所述输入端的端面处沿周向设置若干个所述气体燃料入口通道(1)，所述气体燃料入口绕所述气固混合通道(3)的轴心进行中心对称设置对称，气体燃料入口通道(1)的数量为偶数个，所述气体燃料入口通道(1)的喷嘴(10)设置方向与所述输入端的端面形成小于90°的入射角度，同时所述喷嘴(10)的轴线与所述气固混合通道(3)的轴线不相交；所述气体燃料入口通道(1)输出气体燃料的旋流方向与所述固体燃料送风旋流叶片(2)产生的流方向一致。
9.根据权利要求8所述的一种基于半气化反应的窑炉气固燃烧器，其特征在于：所述气体燃料入口通道(1)的入射角度的范围为5°～30°，所述气体燃料入口通道(1)上设置有调节阀，以调节气体燃料的喷出速度与流量。
...【技术特征摘要】
1.一种基于半气化反应的窑炉气固燃烧器，其特征在于：包括燃料供应结构和半气化结构，所述半气化结构的一端是位于炉墙(7)外的外端部而另一端是伸入所述炉墙(7)内的内端部，所述燃料供应结构一端是输入固体燃料的输入端而另一端是连通所述外端部输出燃料的输出端，所述燃料预混结构用于供应燃料，所述外端部用于输入助燃气体与燃料，所述半气化结构中包括气固半热解通道(8)，所述气固半热解通道(8)位于所述炉墙(7)内并用于让通过的燃料发生半气化反应，所述气固半热解通道(8)与所述内端部的半气化气喷口(9)连通；所述半气化反应包括只是部分燃料发生气化情况，也包括发生气化反应的部分仅仅发生脱除挥发分的不完全气化的情况。
2.根据权利要求1所述的一种基于半气化反应的窑炉气固燃烧器，其特征在于：所述半气化结构还包括气固半热解筒(4)、半热解通道旋流叶片(5)和高温空气通道(12)，气固半热解通道(8)设于所述气固半热解筒(4)内，所述高温空气通道(12)经所述外端部连通所述气固半热解通道(8)，所述燃料供应结构的输出端经所述外端部连通所述气固半热解通道(8)；半热解通道旋流叶片(5)布置在所述气固半热解通道(8)的内周面，一组半热解通道旋流叶片(5)以气固半热解通道(8)的中心轴轴线为圆心进行圆周阵列，圆周阵列形成的阵列结构中心为空心通道。
3.根据权利要求2所述的一种基于半气化反应的窑炉气固燃烧器，其特征在于：所述半热解通道旋流叶片(5)的旋流角度范围45°～60°，所述半热解通道旋流叶片(5)的宽度范围为1/6d2-1/4d2，气固半热解通道(8)长度范围为5d2-10d2，d2是指所述气固半热解通道(8)的内径。
4.根据权利要求1-3中任一所述的一种基于半气化反应的窑炉气固燃烧器，其特征在于：所述燃料供应结构为燃料预混结构，所述燃料预混结构的轴心与所述半气化结构的轴线重合，所述输入端还用于输入气体燃料，所述燃料预混结构用于将气体燃料和固体燃料混合形成气固混合燃料后输出。
5.根据权利要求4所述的一种基于半气化反应的窑炉气固燃烧器，其特征在于：所述燃料预混结构包括气固混合通道(3)、气体燃料入口通道(1)和固体燃料送风道(11)，所述气固...
【专利技术属性】
技术研发人员：王成鑫，陈永波，刘龙飞，徐晓亮，马明，陈奇，
申请(专利权)人：三碳安徽科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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