一种换热式的无焰燃烧炉膛及其控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106152500A(43)申请公布日2016.11.23(21)申请号201610512122.8(22)申请日2016.06.30(71)申请人北京大学地址100871北京市海淀区颐和园路5号(72)发明人米建春张健鹏代冲舒子云(74)专利代理机构北京万象新悦知识产权代理事务所(普通合伙)11360代理人王岩(51)Int.Cl.F24H1/44(2006.01)F24H9/18(2006.01)F23C1/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种换热式的无焰燃烧炉膛及其控制方法(57)摘要本发明公开了一种换热式的无焰燃烧炉膛及其控制方法。本发明的耐火材料炉胆具有渐扩角，并且对于耐火材料炉胆内的不同区域采用多个独立的区域水冷套管进行热交换控制，使得对无焰燃烧的速度和稀释要求降低，并且可以实现更高体积功率的无焰燃烧；燃烧后的高温烟气能更加迅速的回流至前混合区，达到了增强炉内混合的效果；实验结果表明，采用渐扩式的炉胆设计后，实现无焰燃烧的燃气和氧化剂的速度可降低20％，有效降低了送气的动力要求；同时，独立的水冷套管热交换后，可将耐火材料炉胆内产生的热量及时有效地带走，从而将耐火材料炉胆内的体积功率和温度控制在无焰燃烧的最佳范围。CN106152500ACN106152500A权利要求书1/2页1.一种换热式的无焰燃烧炉膛，其特征在于，所述无焰燃烧炉膛包括：耐火材料炉胆、水冷套管、保温层、炉体结构外壳、无焰燃烧机和烟气出口；其中，所述耐火材料炉胆内从前至后依次为前混合区、主反应区和烟气回流区，耐火材料炉胆的内壁从前至后具有渐扩角；所述水冷套管环绕在耐火材料炉胆的外侧壁，水冷套管包括多个独立的区域水冷套管，每个独立的区域水冷套管分别具有各自的进水口和出水口，独立的区域水冷套管分别控制各自所环绕的耐火材料炉胆的区域的热交换量，或者相邻的进水口和出水口相连串联起来作为一个整体的水冷套管；与多个独立的区域水冷套管相对应，在耐火材料炉胆上连接多个温度传感器；所述保温层包裹耐火材料炉胆和水冷套管；所述炉体结构外壳设置在保温层外；所述无焰燃烧机依次穿过炉体结构外壳和保温层，连接至耐火材料炉胆的前端；耐火材料炉胆的后端连接烟气出口，所述烟气出口依次穿过保温层和炉体结构外壳连接至外部；无焰燃烧机将燃料和氧化剂输送至耐火材料炉胆内部，燃料和氧化剂先在前混合区与耐火材料炉胆内高温烟气混合，稀释并升温，到达主反应区后，发生燃烧反应并且释放热量，所产生的高温烟气到达烟气回流区后，一部分从烟道排出，另一部分则由于流动的作用回流至前混合区，与输送进来的燃料和氧化剂继续混合，如此反复进行；耐火材料炉胆内壁的渐扩角使得烟气速度降低，烟气回流区的静压高于前混合区，促进烟气回流区中的高温烟气迅速回流至前混合区，增强炉胆内混合效果，从而高温烟气回流量达到实现无焰燃烧的要求；独立的区域水冷套管根据对应的温度传感器的测温结果，对各自所环绕的耐火材料炉胆的区域进行独立热交换，及时带走耐火材料炉胆内的热量，从而将耐火材料炉胆内的体积功率和温度控制在无焰燃烧的最佳范围。2.如权利要求1所述的换热式的无焰燃烧炉膛，其特征在于，在耐火材料炉胆的外侧壁表面具有与水冷套管的外壁形状一致的凹陷，从而水冷套管半嵌入耐火材料炉胆的外侧壁。3.如权利要求1所述的换热式的无焰燃烧炉膛，其特征在于，所述水冷套管与保温层之间的缝隙用保温棉或耐火水泥填充。4.如权利要求1所述的换热式的无焰燃烧炉膛，其特征在于，所述燃料采用气体燃料、燃油、燃煤和生物质染料燃料中的一种或多种。5.如权利要求1所述的换热式的无焰燃烧炉膛，其特征在于，所述耐火材料炉胆的渐扩角在0～15度之间。6.如权利要求1所述的换热式的无焰燃烧炉膛，其特征在于，所述耐火材料炉胆的形状为圆柱形或方柱形；耐火材料炉胆主体的轴剖面长宽比在1.5：1～7：1之间；耐火材料炉胆的厚度在3cm～30cm之间；采用耐火温度不低于1600℃的刚玉材料，或者采用多晶莫来石、硅酸铝、氧化铝、氧化镁和氧化锆材质中的一种。7.如权利要求1所述的换热式的无焰燃烧炉膛，其特征在于，所述保温层采用多晶莫来石、矿物棉、硅酸铝和玻璃棉中的一种或多种。8.如权利要求1所述的换热式的无焰燃烧炉膛，其特征在于，烟气出口的面积占耐火材料炉胆的后端内底面面积的10％～70％之间。9.一种换热式的无焰燃烧炉膛的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：1)预热耐火材料炉胆至800℃以上，水冷套管的多个独立的区域水冷套管中，相邻的进水口和出水口相连串联起来作为一个整体的水冷套管，控制水流量所带走的热量小于总燃2CN106152500A权利要求书2/2页烧功率的10％；2