一种自预热分级燃烧器及高温熔炉的制作方法

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1.本技术涉及燃烧装置及燃烧炉技术领域，具体涉及一种自预热分级燃烧器及高温熔炉。

背景技术：

2.高温熔炉用于熔化例如玻璃，玄武岩熔液或者金属，其一般采用燃烧器输送并燃烧气态燃料(如氢气)及助燃剂(如空气或氧气)的混合气体，来为高温熔炉提供所需的热能。在传统的氢气燃烧器中，氢气与氧化剂的快速混合，特别是纯氧燃烧，使得燃烧快速反应，导致较高的火焰温度和对环境有害的nox排放。过高的火焰温度对燃烧器的寿命和性能造成不利的影响，燃烧速度过快会使热量集中在燃烧器内部，导致热效能降低。

技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本技术的目的在于提供一种自预热分级燃烧器及高温熔炉，来解决目前燃烧炉存在的问题。
4.为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种自预热分级燃烧器,包括：
5.内芯，用于输送气态燃料；
6.稳焰装置，安装于内芯的前端；
7.外管，用于输送助燃剂，所述内芯、稳焰装置均设于外管内；
8.所述稳焰装置将部分气态燃料和部分助燃剂转换运行路径，使自预热分级燃烧器前端由内而外将气态燃料和助燃剂按照引火气态燃料层、引火助燃剂层、气态燃料主燃料层、主助燃剂层依次分层输出；
9.点火装置，所述点火装置设有点火结构且位于内芯前端。
10.本实用新型采用了稳焰装置，将将气态燃料和助燃剂按照引火气态燃料层、引火助燃剂层、气态燃料主燃料层、主助燃剂层依次分层输出，可以控制引火气态燃料层、引火助燃剂层的流量较低，点火装置先将引火气态燃料层、引火助燃剂层的混合气体点燃，形成内焰，然后内焰再引燃外层的气态燃料主燃料层、主助燃剂层的混合气体，可以使得火焰更长，内焰产生的温度同时实现了对气态燃料主燃料层、主助燃剂层的预热。调整稳焰装置的结构，还可以进一步使实现燃烧器内部对气态燃料(如氢气)流场进行整流的设计，使得气态燃料(如氢气)的流动更加稳定，降低了气态燃料(如氢气)和氧化剂的接触，进一步降低了火焰温度。
11.本实用新型通过内外焰分级燃烧，实现燃料气体的预热，通过结构设计降低了气态燃料(如氢气)燃烧的速度，使得燃烧器的火焰更长，热量更多地向火焰末端释放。采用多管式的设计，一级燃烧在中间管前端，作为引火，二级燃烧发生在一次燃烧区域前部。一次燃烧和二次燃烧提供的氧化剂和提供的气态燃料(如氢气)正好充分燃烧。
12.进一步的，所述内芯的前端，由内芯前端向后依次设有用于引火的引火出气孔,和燃烧器主火燃料孔。
13.进一步的，所述稳焰装置包括内杯罩，所述内杯罩套设安装在内芯的前端，内杯罩管壁侧面周向设有贯穿内杯罩管壁的燃料槽，用于将从燃烧器主火燃料孔流出的气态燃料改变运行路径成为气态燃料主燃料层；内杯罩的管壁上环形设置有若干点火助燃剂通孔，用于将外管内的部分助燃剂导入引火气态燃料层和气态燃料主燃料层之间构成引火助燃剂层；所述内杯罩套设有外杯罩，所述外杯罩设有气态燃料主燃料层通道，用于将经由燃料槽的气态燃料输送到引火助燃剂层和主助燃剂层之间；所述外杯罩外壁与外管内壁之间具有供形成主助燃剂层的助燃剂通过的间隙。
14.进一步的，所述外杯罩与外管内壁之间设有多个稳流片。保证氧化剂从管中流出后保持高速向前流出，避免气态燃料(如氢气)和氧化剂的混合，从而控制火焰长度。
15.进一步的，所述外杯罩前端口向前延伸并与内杯罩前端口之间具有距离，且距离为大于等于0mm。
16.进一步的，所述外杯罩前端口向前延伸并与内杯罩前端口之间距离50-150mm。
17.进一步的，所述点火结构包括火花塞和火焰监控装置，所述火花塞插入到内杯罩中。
18.进一步的，火焰监控装置采用火焰棒或者紫外线探测装置，所述火焰棒与火花塞呈对称分布。
19.进一步的，点火装置通过高压放电点火,
20.对于浸没式燃烧，外杯罩的伸出长度为0。
21.用于浸没式燃烧时，在自预热分级燃烧器(简称燃烧器)外侧设计水冷套，整体密封进行循环水冷却，防止燃烧器被高温损坏。
22.进一步的，还包括气态燃料流速控制器和助燃剂流速控制器，用于控制气态燃料和助燃剂的流速一致。
23.本实用新型还提供一种高温熔炉，包括上述任一所述的自预热分级燃烧器。
24.本实用新型还提供了一种火焰控制方法，包括以下步骤：
25.s1，在自预热分级燃烧器前端由内而外将气态燃料和助燃剂按照引火气态燃料层、引火助燃剂层、气态燃料主燃料层、主助燃剂层依次分层输出；气态燃料主燃料层、主助燃剂层的气态燃料和助燃剂的流量大于引火气态燃料层、引火助燃剂层的气态燃料和助燃剂的流量；
26.s2，将引火气态燃料层、引火助燃剂层的混合气体点燃形成内焰，由内焰预热气态燃料主燃料层、主助燃剂层并将气态燃料主燃料层、主助燃剂层的混合气体点燃形成外焰。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
28.图1和图2是本技术燃烧装置及燃烧炉的一种结构示意图；
29.图3是本技术的内杯罩的结构示意图。
30.其中附图中所涉及的标号如下：
31.内芯1，气态燃料输入接口11，引火出气孔12，燃烧器主火燃料孔13，外管2，后外管21，前外管22，外管法兰盘23，助燃剂输入接口24，端盖25，内杯罩3，燃料槽31，点火助燃剂通孔32，通孔33，稳流片34，内杯罩管壁35，法兰盘36，气态燃料主燃料通道37，外杯罩38，点火结构安装孔39，点火装置4，点火结构41，引火气态燃料层5、引火助燃剂层6、气态燃料主燃料层7、主助燃剂层8。
具体实施方式
32.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施方式及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。
33.下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
34.如图1和图2所示，本技术提供了一种自预热分级燃烧器,包括：
35.内芯1，用于输送气态燃料；一般采用管状结构，其一般还设有气态燃料输入接口11。
36.稳焰装置，安装于内芯1的前端；
37.外管2，用于输送助燃剂，所述内芯1、稳焰装置均设于外管2内；一般外管也采用管状结构，一般也设有助燃剂输入接口24。
38.所述稳焰装置将内芯1中输送的部分气态燃料和外管2输送的部分助燃剂转换运行路径，使自预热分级燃烧器前端由内而外将气态燃料和助燃剂按照引火气态燃料层5、引火助燃剂层6、气态燃料主燃料层7、主助燃剂层8依次分层输出；
39.点火装置4，所述点火装置4设有点火结构41且位于内芯1前端。
40.本实用新型采用了稳焰装置，将将气态燃料和助燃剂按照引火气态燃料层5、引火助燃剂层6、气态燃料主燃料层7、主助燃剂层8依次分层输出，可以控制引火气态燃料层5、引火助燃剂层6的流量较低，点火装置4先将引火气态燃料层5、引火助燃剂层6的混合气体点燃，形成内焰，然后内焰再引燃外层的气态燃料主燃料层7、主助燃剂层8的混合气体，可以使得火焰(外焰)更长，内焰产生的温度同时实现了对气态燃料主燃料层7、主助燃剂层8的预热。调整稳焰装置的结构，还可以进一步使实现燃烧器内部对气态燃料(如氢气)流场进行整流的设计，使得气态燃料(如氢气)的流动更加稳定，降低了气态燃料(如氢气)和氧化剂的接触，进一步降低了火焰温度。
41.本实用新型通过分级燃烧，实现燃料气体的预热，通过结构设计降低了气态燃料(如氢气)燃烧的速度，使得燃烧器的火焰更长，热量更多地向火焰末端释放。采用多管式的设计，一级燃烧在中间管前端，作为引火，二级燃烧发生在一次燃烧区域前部。一次燃烧和二次燃烧提供的氧化剂和提供的气态燃料(如氢气)正好充分燃烧。
42.为了配合稳焰装置对气态燃料进行分层输送，在一些实施例中，所述内芯1的前端，由内芯1前端向后依次设有用于引火的引火出气孔12,和燃烧器主火燃料孔13。在一些实施例中，引火出气孔12可以设置在内芯1的前端面或前端的管壁上，或两者都有；和燃烧器主火燃料孔13则设置在靠后(如附图2中示例中13标号的位置)内芯1管壁上，可以是环状
设置的一排通孔或多排通孔，根据需要设置，合理设置引火出气孔12和燃烧器主火燃料孔13的相对孔径和数量，就可以实现对引火气态燃料层5、气态燃料主燃料层7流量的分配。
43.如图3所示，在一些实施例中，所述稳焰装置包括内杯罩3，所述内杯罩3套设安装在内芯1的前端，内杯罩管壁35侧面周向设有贯穿内杯罩管壁35的燃料槽31，用于将从燃烧器主火燃料孔13流出的气态燃料改变运行路径成为气态燃料主燃料层7；内杯罩3的管壁上环形设置有若干点火助燃剂通孔32，用于将外管2内的部分助燃剂导入引火气态燃料层5和气态燃料主燃料层7之间构成引火助燃剂层6；在图3的示例中，点火助燃剂通孔32纵向贯穿内杯罩3的管壁，和燃料槽31间隔排布，燃料槽31的贯通方向和点火助燃剂通孔32垂直。所述内杯罩3上套设有外杯罩38，在具体实施中，外罩杯可以为一双层的圆筒结构，两层圆筒之间的间隙即为气态燃料主燃料层通道；在图1和图2的示例中，外杯罩为一圆柱形结构，在圆柱形的管壁上纵向加工有若干气态燃料主燃料通孔37，这些气态燃料主燃料通孔37与燃料槽31一一对应连通，作为所述外杯罩38的气态燃料主燃料层通道，用于将经由燃料槽31的气态燃料输送到引火助燃剂层6和主助燃剂层8之间，形成气态燃料主燃料层7；所述外杯罩38外壁与外管2内壁之间具有供形成主助燃剂层8的助燃剂通过的间隙，大部分助燃剂由此流过形成最外层的主助燃剂层8。在图1-3的示例中，内杯罩35是一个具有一定管壁厚度的圆管，圆管中间的通孔33为引火气态燃料层5、引火助燃剂层6的通道，也是内焰所在的位置。在一些实施例中，内杯罩35后端设有一个稳焰装置法兰盘36，它以及外杯罩38的外壁与外管2的内壁之间具有的间隙为大部分助燃剂流通通道，经外管2输送的助燃剂大部分通过这里形成主助燃剂层8。
44.在一些实施例中，所述外杯罩的外侧设有多个稳流片34，保证助燃剂从管中流出后保持高速向前流出，降低靠近燃烧器一侧的气态燃料(如氢气)和助燃剂(如空气或氧气)的混合率，从而延长火焰长度。图1的示例中，优选为8个稳流片34.
45.在实际应用中，内杯罩3在外杯罩38的内部，为了提高预热效果，外杯罩38向前延伸一定的长度，所述外杯罩38的前端面(外罩杯端口或称为外罩杯口)与内杯罩3的前端面(内杯罩端口或称为内杯罩口)之间具有一定的距离，这样内焰就可以对流经外杯罩内的气态燃料主燃料层7和更外侧的主助燃剂层8进行预加热，外杯罩口和内杯罩口之间的距离为0mm或大于0mm，在一般的高温熔炉中优选50-150mm，实际应用中，例如选择100mm。在实际应用中，外杯罩38的长度由需要控制的火焰长度决定。但对于浸没式燃烧(火焰在熔融的液面之下)，外杯罩38的伸出长度优选为0。
46.在实际应用中，所述点火结构41包括火花塞和火焰监控装置，所述火花塞插入到内杯罩37中，位于引火气态燃料层5、引火助燃剂层6之间，利于将二者的混合气体点燃。内杯罩3的管壁上可以加工1及以上的点火结构安装孔39，用于将点火结构由外管2的尾端穿入外管2，并经过点火结构安装孔39伸入到引火气态燃料层5、引火助燃剂层6之间，如图2所示。为了便于安装点火装置和内芯的，外管2的长度可以选择短于内芯1，如图1和图2所示，外管2的尾端装设密封端盖25，还可以起到支撑内芯1的作用，端盖25上加工点火装置安装孔，点火装置由此伸入外管2中，并与点火装置安装孔之间进行密封处理。在一些实施例中，为了进一步降低安装难度，外管2可以分割为前外管22和后外管21两段，前外管22和后外管21之间可采用外管法兰盘23进行密封连接，这样安装和维护内杯罩3都可以先将前外管22拆下，更加方便。
47.一般火焰监控装置采用火焰棒或者紫外线探测装置，如果采用火焰棒，一般选择火焰棒与火花塞呈对称分布。
48.点火装置可以选择通过高压放电点火装置。
49.用于浸没式燃烧时，在自预热分级燃烧器(简称燃烧器)外侧设计水冷套，整体密封进行循环水冷却，防止燃烧器被高温损坏。
50.在优选的实施例中，还包括气态燃料流速控制器和助燃剂流速控制器，用于控制气态燃料和助燃剂的流速一致。这里的流速一致，既包括流速相同，也包括流速相近，例如流速差在20％以内，这样可以有效降低nox的排放，优选气态燃料和助燃剂的流速相同。流速一致还有助于火焰的延长。在更优选的方案中，控制气态燃料和助燃剂高速流动，例如接近或达到音速，使燃烧器达到无焰燃烧的效果，高速气流使得可燃气体以弥散式燃烧的形态进入燃烧空间，也使得火焰的温度降低，燃烧可以在更广的空间完成。
51.本实用新型的燃烧器内部对气态燃料如氢气流场进行整流的设计，使得气态燃料的流动更加稳定，降低了气态燃料和助燃剂(如空气或氧气)的接触。进一步降低了火焰温度。助燃剂或氧化剂浓度一般选择20-100％。
52.本实用新型还提供一种高温熔炉，包括上述任一所述的自预热分级燃烧器。
53.本实用新型还提供了一种火焰控制方法，包括以下步骤：
54.s1，在自预热分级燃烧器前端由内而外将气态燃料和助燃剂按照引火气态燃料层、引火助燃剂层、气态燃料主燃料层、主助燃剂层依次分层输出；气态燃料主燃料层、主助燃剂层的气态燃料和助燃剂的流量大于引火气态燃料层、引火助燃剂层的气态燃料和助燃剂的流量；
55.s2，将引火气态燃料层、引火助燃剂层的混合气体点燃形成内焰，由内焰预热气态燃料主燃料层、主助燃剂层并将气态燃料主燃料层、主助燃剂层的混合气体点燃形成外焰。
56.优选的，利用内焰对还未点燃的气态燃料主燃料层、主助燃剂层的气态燃料和助燃剂进行预加热。本实用新型的技术方案，除了能对主燃料和主助燃剂进行预热以外，还可以使热量集中在外焰上，拉长火焰长度。在优选的方案中，还可以增加控制气态燃料和助燃剂的流速一致的步骤。这里的流速一致，既包括流速相同，也包括流速相近，例如流速差在20％以内，这样可以有效降低nox的排放，优选气态燃料和助燃剂的流速相同。流速一致还有助于火焰的延长。在更优选的方案中，控制气态燃料和助燃剂高速流动，例如接近或达到音速，使燃烧器达到无焰燃烧的效果，高速气流使得可燃气体以弥散式燃烧的形态进入燃烧空间，也使得火焰的温度降低，燃烧可以在更广的空间完成。
57.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本技术的可行性实施方式的具体说明，并非用以限制本技术的保护范围，凡未脱离本技术技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：

1.一种自预热分级燃烧器,其特征在于，包括：内芯，用于输送气态燃料；稳焰装置，安装于内芯的前端；所述稳焰装置用于将内芯中的部分气态燃料和外管中的部分助燃剂转换运行路径，使自预热分级燃烧器前端由内而外将气态燃料和助燃剂按照引火气态燃料层、引火助燃剂层、气态燃料主燃料层、主助燃剂层依次分层输出；外管，用于输送助燃剂，所述内芯、稳焰装置均设于外管内；点火装置，所述点火装置设有点火结构且位于内芯前端。2.根据权利要求1所述的自预热分级燃烧器，其特征在于，所述内芯的前端，由内芯前端向后依次设有用于引火的引火出气孔,和燃烧器主火燃料孔。3.根据权利要求2所述的自预热分级燃烧器，其特征在于，所述稳焰装置包括内杯罩，所述内杯罩套设安装在内芯的前端，内杯罩管壁侧面周向设有贯穿内杯罩管壁的燃料槽，用于将从燃烧器主火燃料孔流出的气态燃料改变运行路径成为气态燃料主燃料层；内杯罩的管壁上环形设置有若干点火助燃剂通孔，用于将外管内的部分助燃剂导入引火气态燃料层和气态燃料主燃料层之间构成引火助燃剂层；所述内杯罩套设有外杯罩，所述外杯罩设有气态燃料主燃料层通道，用于将经由燃料槽的气态燃料输送到引火助燃剂层和主助燃剂层之间；所述外杯罩外壁与外管内壁之间具有供形成主助燃剂层的助燃剂通过的间隙。4.根据权利要求3所述的自预热分级燃烧器，其特征在于，所述外杯罩与外管内壁之间设有多个稳流片。5.根据权利要求4所述的自预热分级燃烧器，其特征在于，所述外杯罩前端口向前延伸并与内杯罩前端口之间具有距离，且距离为大于等于0mm。6.根据权利要求5所述的自预热分级燃烧器，其特征在于，所述外杯罩前端口向前延伸并与内杯罩前端口之间距离为50-150mm。7.根据权利要求4所述的自预热分级燃烧器，其特征在于，所述点火结构包括火花塞和火焰监控装置，所述火花塞插入到内杯罩中。8.根据权利要求7所述的自预热分级燃烧器，其特征在于，火焰监控装置采用火焰棒或者紫外线探测装置，所述火焰棒与火花塞呈对称分布。9.根据权利要求1-8任一所述的自预热分级燃烧器，其特征在于，还包括气态燃料流速控制器和助燃剂流速控制器，用于控制气态燃料和助燃剂的流速一致。10.一种高温熔炉，其特征在于，包括权利要求1-7任一所述的自预热分级燃烧器。

技术总结

本申请涉及了一种自预热分级燃烧器及高温熔炉,包括内芯，稳焰装置，外管和点火装置，本实用新型采用了稳焰装置，将将气态燃料和助燃剂按照引火气态燃料层、引火助燃剂层、气态燃料主燃料层、主助燃剂层依次分层输出，可以控制引火气态燃料层、引火助燃剂层的流量较低，点火装置先将引火气态燃料层、引火助燃剂层的混合气体点燃，形成内焰，然后内焰再引燃外层的气态燃料主燃料层、主助燃剂层的混合气体，可以使得火焰更长，内焰产生的温度同时实现了对气态燃料主燃料层、主助燃剂层的预热。调整稳焰装置的结构，还可以进一步使实现燃烧器内部对气态燃料(如氢气)流场进行整流的设计，使得气态燃料(如氢气)的流动更加稳定，降低了气态燃料(如氢气)和氧化剂的接触，进一步降低了火焰温度。降低了火焰温度。降低了火焰温度。