一种烟气发生器

1.本发明涉及燃烧设备技术领域，尤其涉及一种烟气发生器。

背景技术：

2.随着工业的不断发展，对高温烟气的需求不断增大，烟气发生器是工业生产中高温烟气的主要来源之一，燃料在烟气发生器内着火燃烧，产生的高温烟气可用于加热、做功或者调控化学转化过程等。烟气发生器根据燃烧燃料的类型大致可分为轻油燃烧器、重油燃烧器、煤粉燃烧器、气体燃烧器等几大类。与轻油燃烧器和气体燃烧器相比，由于煤粉、重油或渣油等燃料中杂质和污染物含量较高，使得烟气的清洁度大大降低，增加烟气除尘和洁净处理成本；此外，重油的粘度较高，为了增加其流动性，需要使用辅助加热设备对其进行加热。因此，为了获得清洁的高温烟气，气体燃烧器和轻油燃烧器是较好的选择。石脑油、汽油或纯组分的液体碳氢燃料等是轻油烟气发生器的主要燃料，天然气、煤气或者纯组分的轻烃等气态燃料是气体烟气发生器的主要燃料，这两种烟气发生器产生的高温烟气清洁度较高，着火稳定，温度响应迅速，且烟气量和组成调节范围广，是使用广泛的烟气发生器。
3.在能源化工领域，对高温烟气有特殊的要求，需要保证烟气的清洁度、组分可控且稳定、高温高焓等，因此这对燃料燃烧过程和烟气发生器的几何结构提出较高要求。此外，烟气发生器的节能、材料温度耐受可靠性等参数是保证获得预期烟气的重要指标。一方面，通过强化和稳定燃烧过程来保证燃料燃尽率，使得燃烧产物稳定，并充分释放化学能和热量；另一方面，通过减少散热损失，维持烟气的高温高焓。烟气的散热过程是炉膛内高温烟气通过对流换热和辐射传热将热量传到炉膛壁面的隔热内衬，热流再从内壁面传导至外壁面，随后再经外壁面与环境气流的换热将热量散失。
4.现有的烟气发生器，燃烧不充分，能量利用率低，对预热及散热的性能不佳。

技术实现要素：

5.本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种烟气发生器。
6.本发明是通过以下技术方案来实现的：一种烟气发生器，包括呈筒状结构造型的发生器本体，发生器本体的圆筒侧设有第一进料通道，发生器本体平面侧的两端分别设有第二进料通道和烟气出口；所述发生器本体内设有与其共轴线设置的隔热内衬，所述隔热内衬沿圆筒的轴向设置且呈圆筒状构造，所述隔热内衬将所述发生器本体内部分为位于内衬内部的炉膛和位于内衬外部的散热吸收涵道；所述散热吸收涵道一端与所述第一进料通道连通，其另一端与所述炉膛连通；所述第二进料通道、所述烟气出口分别与所述炉膛两端连通。
7.两个进料通道，一个用来进燃料，一个进氧化剂或添加剂；隔热内衬可将炉膛内高温烟气通过对流换热和辐射传热方式将能量传递到炉膛外壁面，使其与散热吸收涵道进行换热，将热量散失；散热吸收涵道的设置，可有效吸收炉膛散热同时降低炉外壁温度；散热吸收涵道内热量可重新进入炉膛，实现超晗燃烧，使得燃料充分燃烧，提高能源利用率。
8.所述隔热内衬其两端分别固定在所述发生器本体两端平面侧的内壁，还包括第一连接管和筒状结构的氧化剂通道，所述氧化剂通道套设在所述第二进料通道外周并固定在所述发生器本体平面侧；所述第一连接管一端与所述散热吸收涵道连通，其另一端与所述氧化剂通道连通，所述氧化剂通道与所述炉膛连通，连通处为氧化剂喷口。第一连接管将氧化剂通道与散热吸收涵道连通，氧化剂或添加剂从第一进料通道进入，氧化剂在散热吸收涵道内具有一定的停留时间，达到充分的热交换，吸收炉膛隔热内衬外壁的热量同时降低外壁温度。吸收热量后的氧化剂从第一连接管进入氧化剂通道内，氧化剂喷口的设置，可保证氧化剂出口流速，达到燃烧功率。
9.所述第一连接管设有六根，六根所述第一连接管的第一端均匀设置在所发生器本体平面侧上并与所述散热吸收涵道连通，各所述第一连接管的另一端均匀环绕在所述氧化剂通道外周并与所述氧化剂通道连通。
10.所述第一连接管为l型管，包括垂直段和与其连通的水平段，水平段的自由端与所述散热吸收涵道连通，垂直段的自由端与所述氧化剂通道连通。
11.所述第二进料通道与所述炉膛连通处具有圆锥形结构，圆锥形尖端处形成与所述炉膛连通的燃烧嘴；所述第二进料通道的圆柱形结构的锥形面开设有若干燃烧溢流孔，所述燃烧溢流孔将所述第二进料通道与所述炉膛连通；所述氧化剂喷口为直通式喷口，所述氧化剂喷口设有若干个，均匀环绕在所述第二进料通道外周。第二进料通道采用圆锥形机构，可对燃料进行提速，以保证获得一定的燃料出口流速，达到设计的燃烧功率。氧化剂喷口为螺旋式喷口，可增强燃料与氧化剂的混合效果，强化燃烧并减小火焰长度，有利于缩小烟气发生器结构。
12.所述隔热内衬的一端固定在所述发生器本体设有所述烟气出口一端的平面侧内壁上，其另一端与所述发生器本体另一平面侧内壁之间具有间隙；还包括燃烧喷嘴和第二连接管；所述第二进料通道穿过所述发生器本体平面侧固定在所述隔热内衬上，所述隔热内衬开设有制剂溢流孔，所述制剂溢流孔将所述第二进料通道与所述炉膛连通；所述燃烧喷嘴安装在所述隔热内衬的端部，其外端位于所述第二进料通道内，其内端呈圆锥形结构并插入所述炉膛内，所述燃烧喷嘴内端在圆锥形尖端处开设有燃烧喷口，所述燃烧喷口与所述炉膛连通；所述燃烧喷嘴的锥形面开设有若干呈螺旋状的燃烧喷射孔；所述第二连接管一端穿过所述第二进料通道管壁后与所述散热吸收涵道连通，其另一端与所述燃烧喷嘴连通。
13.所述第二连接管设有若干根，若干根所述第二连接管的第一端均匀地且呈放射状设置在所述燃烧喷嘴外周，所述第二连接管的第二端穿过所述第二进料通道管壁后与所述散热吸收涵道连通。
14.所述第一进料通道设有两个，对称设置在所述发生器本体圆筒侧的对侧边。
15.所述烟气出口与所述炉膛之间设有连接筒，所述连接筒一端与所述炉膛连通，其另一端设有圆锥状的出气口，该出气口与所述烟气出口连通。
16.所述第二进料通道的进口设有具有喇叭形的进口段，所述进口段的出口与所述第二进料通道的直径相匹配，所述进口段的进口的直径小于所述第二进料通道的直径；所述制剂溢流孔为直通式溢流孔，所述制剂溢流孔设有若干个，均匀环绕在所述第二进料通道外周。
17.与现有技术对比，本发明的优点在于：本装置有效吸收炉膛散热同时降低炉外壁温度；涵道内热量重新进入炉膛，实现超焓燃烧；氧化剂或燃料吸收热量有助于强化和稳定燃烧。实现超焓稳定强化燃烧、气液燃料主动冷却吸热和氧化剂预热降低炉膛外壁温度；提供温度、烟气成分、流量可调的的高品质烟气。当使用凝固点较高的燃油时无需额外提供加热设备对燃料进行预热以增强其流动性，并充分利用液体燃料热解产生的额外的化学热沉提高吸热能力，最终充分燃烧产生高温高焓且温度、流量、成分可调的目标烟气。
附图说明
18.图1为本发明实施例1的主视图；
19.图2为本发明实施例1的左视图；
20.图3为本发明实施例1的右视图；
21.图4为本发明实施例1的俯视图；
22.图5为本发明实施例1的仰视图；
23.图6为本发明实施例1上侧方向的立体图；
24.图7为本发明实施例1下侧方向的立体图；
25.图8为本发明实施例1沿纵向剖开的剖视图；
26.图9为本发明实施例1沿纵向剖开的结构示意图之一；
27.图10为本发明实施例1沿纵向剖开的结构示意图之二；
28.图11为本发明实施例1主视方向的透视图；
29.图12为图11中a-a向的剖视图；
30.图13为本发明实施例1侧视方向的透视图；
31.图14为图13中b-b向的剖视图；
32.图15为本发明实施例1仰视方向的透视图；
33.图16为本发明实施例1立体方向的透视图；
34.图17为本发明实施例2的主视图；
35.图18为本发明实施例2的左视图；
36.图19为本发明实施例2的右视图；
37.图20为本发明实施例2的俯视图；
38.图21为本发明实施例2的仰视图；
39.图22为本发明实施例2的立体图；
40.图23为本发明实施例2沿纵向剖开的剖视图；
41.图24为本发明实施例2沿纵向剖开的结构示意图之一；
42.图25为本发明实施例2沿纵向剖开的结构示意图之二；
43.图26为本发明实施例2主视方向的透视图；
44.图27为图26中c-c向的剖视图；
45.图28为本发明实施例2仰视方向的透视图；
46.图29为本发明实施例2立体方向的透视图。
47.图中附图标记含义：1、第一进料通道；2、第二进料通道；3、烟气出口；4、隔热内衬；5、炉膛；6、散热吸收涵道；7、第一连接管；8、氧化剂通道；9、氧化剂喷口；10、燃烧嘴；11、燃
烧溢流孔；12、燃烧喷嘴；13、第二连接管；14、制剂溢流孔；15、燃烧喷口；16、连接筒；17、燃烧喷射孔。
具体实施方式
48.下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
49.实施例1
50.参阅图1至图16，为一种烟气发生器，包括呈筒状结构造型的发生器本体，发生器本体的圆筒侧设有第一进料通道1，发生器本体平面侧的两端分别设有第二进料通道2和烟气出口3；发生器本体内设有与其共轴线设置的隔热内衬4，隔热内衬4沿圆筒的轴向设置且呈圆筒状构造，隔热内衬4将发生器本体内部分为位于内衬内部的炉膛5和位于内衬外部的散热吸收涵道6；散热吸收涵道6一端与第一进料通道1连通，其另一端与炉膛5连通；第二进料通道2、烟气出口3分别与炉膛5两端连通。
51.两个进料通道，一个用来进燃料，一个进氧化剂或添加剂；隔热内衬4可将炉膛5内高温烟气通过对流换热和辐射传热方式将能量传递到炉膛5外壁面，使其与散热吸收涵道6进行换热，将热量散失；散热吸收涵道6的设置，可有效吸收炉膛5散热同时降低炉外壁温度；散热吸收涵道6内热量可重新进入炉膛5，实现超晗燃烧，使得燃料充分燃烧，提高能源利用率。
52.隔热内衬4其两端分别固定在发生器本体两端平面侧的内壁，还包括第一连接管7和筒状结构的氧化剂通道8，氧化剂通道8套设在第二进料通道2外周并固定在发生器本体平面侧；第一连接管7一端与散热吸收涵道6连通，其另一端与氧化剂通道8连通，氧化剂通道8与炉膛5连通，连通处为氧化剂喷口9。第一连接管7将氧化剂通道8与散热吸收涵道6连通，氧化剂或添加剂从第一进料通道1进入，氧化剂在散热吸收涵道6内具有一定的停留时间，达到充分的热交换，吸收炉膛5隔热内衬4外壁的热量同时降低外壁温度。吸收热量后的氧化剂从第一连接管7进入氧化剂通道8内，氧化剂喷口9的设置，可保证氧化剂出口流速，达到燃烧功率。
53.第一连接管7设有六根，六根第一连接管7的第一端均匀设置在所发生器本体平面侧上并与散热吸收涵道6连通，各第一连接管7的另一端均匀环绕在氧化剂通道8外周并与氧化剂通道8连通。
54.第一连接管7为l型管，包括垂直段和与其连通的水平段，水平段的自由端与散热吸收涵道6连通，垂直段的自由端与氧化剂通道8连通。
55.第二进料通道2与炉膛5连通处具有圆锥形结构，圆锥形尖端处形成与炉膛5连通的燃烧嘴10；第二进料通道2的圆柱形结构的锥形面开设有若干燃烧溢流孔11，燃烧溢流孔11将第二进料通道2与炉膛5连通；氧化剂喷口9为直通式喷口，氧化剂喷口9设有若干个，均匀环绕在第二进料通道2外周。第二进料通道2采用圆锥形机构，可对燃料进行提速，以保证获得一定的燃料出口流速，达到设计的燃烧功率。氧化剂喷口9为螺旋式喷口，可增强燃料与氧化剂的混合效果，强化燃烧并减小火焰长度，有利于缩小烟气发生器结构。
56.第一进料通道1设有两个，对称设置在发生器本体圆筒侧的对侧边。
57.烟气出口3与炉膛5之间设有连接筒16，连接筒16一端与炉膛5连通，其另一端设有圆锥状的出气口，该出气口与烟气出口3连通。连接筒16设有圆锥状的出气口，有利于将烟
气汇流，稳定提供目标烟气。
58.燃料从第二进料通道2进入，氧化剂从第一进料通道1进入散热吸收涵道6，散热吸收涵道6是一个扩容空间，保证氧化剂在其中一定的停留时间，达到充分的热交换，吸收炉膛5隔热内衬4外壁的热量同时降低外壁温度。吸收热量的氧化剂通过下方的六根第一连接管7的出口进入与第二进料通道2同轴的氧化剂通道8。氧化剂喷口9与燃烧溢流孔11都有设计好的一定截面积的溢流孔道，以保证燃料和氧化剂出口流速，达到设计的燃烧功率。在燃烧嘴10附近点火燃烧，燃料在炉膛5中充分燃烧，保证产物稳定。该燃烧过程属于非预混燃烧，回火等安全隐患较低。随后目标烟气从烟气出口3流出至需要高温烟气的装置或场所。根据燃烧稳定性的需要，氧化剂喷口9可以设计出旋流出口，增强一次风与燃料的混合效果，强化燃烧并减小火焰长度，有利于缩小烟气发生器结构尺寸。根据所需的烟气温度和成分的需要，可以选择不同的燃料种类和氧化剂。如采用甲烷+氧气在当量比1下完全燃烧，产生的烟气中水和二氧化碳的体积比例为2:1；采用乙烯+氧气在当量比1下完全燃烧，产生的烟气中水和二氧化碳的体积比例为1:1；以此类推c
xhy
+o2完全燃烧时水和二氧化碳体积比例为y/2:x。当需要更高温度的烟气时，可以采用更高热值的乙炔、丙烯或丁烷等。任意比例的水和二氧化碳烟气比例可以用多种燃料组合燃烧的方式获取,如∑(n
icxihyi
)+o2,ni为组合燃料中个组分的体积分数，∑ni＝1，在当量比1下完全燃烧产生的烟气中水和二氧化碳体积比例为∑niyi/2:∑nixi。例如甲烷和乙烯各占50％时在氧气中完全燃烧，烟气中水和二氧化碳体积比例为4:3。当然，另外一种更为方便的调节烟气组分比例的方式通过外加水或二氧化碳的方式，如添加剂二氧化碳以设计流量通过第一进料通道1与氧化剂共同进入炉膛5，与燃烧产物充分混合换热后构成所需的烟气。上述烟气成分调控方法对于氧化剂是空气或者其他氧气浓度的氧化剂均适用。
59.实施例2
60.参阅图17至图29，为另一种烟气发生器，实施例2与实施例1的区别之处在于：隔热内衬4的一端固定在发生器本体设有烟气出口3一端的平面侧内壁上，其另一端与发生器本体另一平面侧内壁之间具有间隙；还包括燃烧喷嘴12和第二连接管13；第二进料通道2穿过发生器本体平面侧固定在隔热内衬4上，隔热内衬4开设有制剂溢流孔14，制剂溢流孔14将第二进料通道2与炉膛5连通；燃烧喷嘴12安装在隔热内衬4的端部，其外端位于第二进料通道2内，其内端呈圆锥形结构并插入炉膛5内，燃烧喷嘴12内端在圆锥形尖端处开设有燃烧喷口15，燃烧喷口15与炉膛5连通；燃烧喷嘴12的锥形面开设有若干呈螺旋状的燃烧喷射孔17；第二连接管13一端穿过第二进料通道2管壁后与散热吸收涵道6连通，其另一端与燃烧喷嘴12连通。
61.第二连接管13设有若干根，若干根第二连接管13的第一端均匀地且呈放射状设置在燃烧喷嘴12外周，第二连接管13的第二端穿过第二进料通道2管壁后与散热吸收涵道6连通。
62.第二进料通道2的进口设有具有喇叭形的进口段，进口段的出口与第二进料通道2的直径相匹配，进口段的进口的直径小于第二进料通道2的直径；制剂溢流孔14为直通式溢流孔，制剂溢流孔14设有若干个，均匀环绕在第二进料通道2外周。
63.基于氧化剂气体作为吸热工质，其换热能力不足，根据烟气成分需求考虑采用具有较大热沉的液体燃料作为主动冷却剂(如需要高温烟气水和二氧化碳体积比例1:1时，可
用甲基环己烷做燃料)，充分吸收散热并冷却炉膛5隔热内衬4。对于使用凝固点较高的燃油可以起到提前预热，增强流动性的效果，当炉膛5散热较大时，燃油预热蒸发汽化，有利于着火和稳定燃烧，此外当燃料的物理热沉(汽化显热)满足不了冷却需求时，由于液体燃料发生热解吸热反应，额外的化学热沉可以大大提高冷却能力。由于吸热工质提前吸收了废热并进入燃烧室(炉膛5)燃烧，该过程是超焓燃烧的过程。液体燃料热解生成小分子具有更低的着火延迟和快的火焰传播速度，有利于提高着火和燃烧性能。
64.氧化剂从第二进料通道2进入，燃料从第一进料通道1进入散热吸收涵道6，散热吸收涵道6是一个扩容空间，保证燃料在其中一定的停留时间，达到充分的热交换，吸收炉膛5隔热内衬4外壁的热量同时降低外壁温度。吸收热量的燃料通过下方的第二连接管13进入燃烧喷嘴12。制剂溢流孔14与燃烧喷口15都有设计好的一定截面积的溢流孔道，以保证燃料和氧化剂出口流速，同时保证液体燃料的雾化效果，达到设计的燃烧功率。在燃烧喷嘴12附近点火燃烧，燃料在炉膛5中充分燃烧，保证产物稳定。
65.上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

技术特征：

1.一种烟气发生器，其特征在于：包括呈筒状结构造型的发生器本体，发生器本体的圆筒侧设有第一进料通道，发生器本体平面侧的两端分别设有第二进料通道和烟气出口；所述发生器本体内设有与其共轴线设置的隔热内衬，所述隔热内衬沿圆筒的轴向设置且呈圆筒状构造，所述隔热内衬将所述发生器本体内部分为位于内衬内部的炉膛和位于内衬外部的散热吸收涵道；所述散热吸收涵道一端与所述第一进料通道连通，其另一端与所述炉膛连通；所述第二进料通道、所述烟气出口分别与所述炉膛两端连通。2.根据权利要求1所述的烟气发生器，其特征在于：所述隔热内衬其两端分别固定在所述发生器本体两端平面侧的内壁，还包括第一连接管和筒状结构的氧化剂通道，所述氧化剂通道套设在所述第二进料通道外周并固定在所述发生器本体平面侧；所述第一连接管一端与所述散热吸收涵道连通，其另一端与所述氧化剂通道连通，所述氧化剂通道与所述炉膛连通，连通处为氧化剂喷口。3.根据权利要求2所述的烟气发生器，其特征在于：所述第一连接管设有六根，六根所述第一连接管的第一端均匀设置在所发生器本体平面侧上并与所述散热吸收涵道连通，各所述第一连接管的另一端均匀环绕在所述氧化剂通道外周并与所述氧化剂通道连通。4.根据权利要求3所述的烟气发生器，其特征在于：所述第一连接管为l型管，包括垂直段和与其连通的水平段，水平段的自由端与所述散热吸收涵道连通，垂直段的自由端与所述氧化剂通道连通。5.根据权利要求2所述的烟气发生器，其特征在于：所述第二进料通道与所述炉膛连通处具有圆锥形结构，圆锥形尖端处形成与所述炉膛连通的燃烧嘴；所述第二进料通道的圆柱形结构的锥形面开设有若干燃烧溢流孔，所述燃烧溢流孔将所述第二进料通道与所述炉膛连通；所述氧化剂喷口为直通式喷口，所述氧化剂喷口设有若干个，均匀环绕在所述第二进料通道外周。6.根据权利要求1所述的烟气发生器，其特征在于：所述隔热内衬的一端固定在所述发生器本体设有所述烟气出口一端的平面侧内壁上，其另一端与所述发生器本体另一平面侧内壁之间具有间隙；还包括燃烧喷嘴和第二连接管；所述第二进料通道穿过所述发生器本体平面侧固定在所述隔热内衬上，所述隔热内衬开设有制剂溢流孔，所述制剂溢流孔将所述第二进料通道与所述炉膛连通；所述燃烧喷嘴安装在所述隔热内衬的端部，其外端位于所述第二进料通道内，其内端呈圆锥形结构并插入所述炉膛内，所述燃烧喷嘴内端在圆锥形尖端处开设有燃烧喷口，所述燃烧喷口与所述炉膛连通；所述燃烧喷嘴的锥形面开设有若干呈螺旋状的燃烧喷射孔；所述第二连接管一端穿过所述第二进料通道管壁后与所述散热吸收涵道连通，其另一端与所述燃烧喷嘴连通。7.根据权利要求6所述的烟气发生器，其特征在于：所述第二连接管设有若干根，若干根所述第二连接管的第一端均匀地且呈放射状设置在所述燃烧喷嘴外周，所述第二连接管的第二端穿过所述第二进料通道管壁后与所述散热吸收涵道连通。8.根据权利要求1所述的烟气发生器，其特征在于：所述第一进料通道设有两个，对称设置在所述发生器本体圆筒侧的对侧边。9.根据权利要求1所述的烟气发生器，其特征在于：所述烟气出口与所述炉膛之间设有连接筒，所述连接筒一端与所述炉膛连通，其另一端设有圆锥状的出气口，该出气口与所述烟气出口连通。
10.根据权利要求6所述的烟气发生器，其特征在于：所述第二进料通道的进口设有具有喇叭形的进口段，所述进口段的出口与所述第二进料通道的直径相匹配，所述进口段的进口的直径小于所述第二进料通道的直径；所述制剂溢流孔为直通式溢流孔，所述制剂溢流孔设有若干个，均匀环绕在所述第二进料通道外周。

技术总结

本发明公开了一种烟气发生器，包括呈筒状结构造型的发生器本体，发生器本体的圆筒侧设有第一进料通道，发生器本体平面侧的两端分别设有第二进料通道和烟气出口；发生器本体内设有与其共轴线设置的隔热内衬，隔热内衬沿圆筒的轴向设置且呈圆筒状构造，隔热内衬将发生器本体内部分为位于内衬内部的炉膛和位于内衬外部的散热吸收涵道；散热吸收涵道一端与第一进料通道连通，其另一端与炉膛连通；第二进料通道、烟气出口分别与炉膛两端连通。本装置有效吸收炉膛散热同时降低炉外壁温度；实现超焓稳定强化燃烧、气液燃料主动冷却吸热和氧化剂预热降低炉膛外壁温度；提供温度、烟气成分、流量可调的的高品质烟气。量可调的的高品质烟气。量可调的的高品质烟气。