燃烧装置、燃烧系统及燃烧方法与流程

本披露内容涉及燃烧设备，特别是一种燃烧装置、燃烧系统及燃烧方法。

背景技术：

1、在传统的炉中，燃烧器位于炉的熔体上方，通过辐射传热的方式向熔体和炉料传递热量，传热效率低。众所周知，为了提高炉的热效率，将燃烧器定位在熔体的顶面以下，称为浸没燃烧式燃烧器。现有的浸没燃烧式燃烧器一般采用扩散火焰或预混火焰。采用扩散火焰的浸没燃烧式燃烧器一般包括两个同心管和一个喷嘴，其中，两个同心管包括中心管和外管，中心管将可燃气体输送到喷嘴，中心管与外管之间的环形空间用于将氧气输送到喷嘴，并且离开喷嘴的可燃气体与氧气在熔体中混合后燃烧。采用预混火焰的浸没燃烧式燃烧器通常包括空心管、两个供气管以及喷嘴，其中，两个供气管中的一个向空心管供应可燃气体，两个供气管中的另一个向空心管供应氧化剂，并且供应到空心管内的可燃气体和氧化剂在空心管内混合后经由喷嘴进入熔体内燃烧。

2、在采用扩散火焰的浸没燃烧式燃烧器中，氧化剂和可燃气体分别进入燃烧区，所产生的火焰更稳定、更安全，但是火焰过长，无法满足横向尺寸相对较小的炉的加热需求。在采用预混火焰的浸没燃烧式燃烧器中，氧化剂和可燃气体在混合装置中混合后进入燃烧区，所产生的火焰更短、更高效，但是预混的混合物容易发生回火和爆炸，因此需要使用精密的火焰逆止阀系统和火焰格栅防护系统，导致安全性低。

技术实现思路

1、无论是采用扩散火焰的浸没燃烧式燃烧器还是采用预混火焰的浸没燃烧式燃烧器，都会因为可能出现以下问题而难以确保燃烧器在熔体下方稳定工作。首先，从燃烧器逸出的火焰气泡会在燃烧器上方的熔体中产生持续脉动场反压。燃烧器火焰必须非常稳定，并且在这种强烈的扰动条件下不会熄灭。其次，熔融液体会不断试图渗透并堵塞喷射器开口。再次，熔体往往会在喷射器周围凝固，在一段时间之后会完全堵塞喷射器。

2、本披露内容的一个目的在于提供一种燃烧装置、燃烧系统及燃烧方法，以解决现有技术中存在的燃烧器不能在存在熔体的情况下产生安全性高、稳定性好的短焰的技术问题。

3、为了实现上述目的，提供了一种如所附权利要求中所述的燃烧装置。该燃烧装置包括：

4、壳体，该壳体包括底壁和多个侧壁，该底壁和多个侧壁合围形成顶部具有开口的燃烧室；以及

5、喷射构件，这些喷射构件布置在多个侧壁中的两个彼此相反的侧壁上，这些喷射构件包括若干个第一喷射器和若干个第二喷射器，第一喷射器用于向燃烧室供应可燃气体-第一部分氧化剂混合物，该可燃气体-第一部分氧化剂混合物包括可燃气体和第一部分氧化剂，该可燃气体-第一部分氧化剂混合物中的可燃气体的体积百分比大于可燃气体的燃烧上限，第二喷射器用于向燃烧室供应第二部分氧化剂，并且供应到燃烧室的第一部分氧化剂和第二部分氧化剂的总量与供应到燃烧室的可燃气体的量达到化学计量平衡。

6、有利地，这些喷射构件中的每个喷射构件与底壁之间的夹角介于-40°至40°之间。

7、有利地，喷射构件可拆卸地布置在对应的侧壁上。

8、有利地，由这些喷射构件中的每个喷射构件喷射的流体均在燃烧室内形成再循环区，其中燃烧室的截面为多边形，以便保持再循环区。

9、有利地，燃烧室的截面为矩形、梯形或六边形。

10、有利地，燃烧装置进一步包括混合器，该混合器包括混合管和第一供气管，其中，混合管的入口用于接收第一氧化剂流；混合管内设有纵向隔板，该纵向隔板将混合管的内腔分隔成第一流道和第二流道，第一流道的入口和第二流道的入口均与混合管的入口保持连通，第一流道的出口与第一喷射器连通，并且第二流道的出口与第二喷射器连通；并且第一供气管与第一流道连通并用于将可燃气体流传送到第一流道。

11、有利地，混合器进一步包括第二供气管；并且第二供气管与第二流道连通并用于将第二氧化剂流传送到第二流道。

12、有利地，混合器进一步包括扰流组件，该扰流组件设置在第一流道和/或第二流动内。

13、有利地，燃烧装置进一步包括第一分配室和第二分配室，其中，第一流道经由第一分配室与第一喷射器连通，并且第二流道经由第二分配室与第二喷射器连通。

14、有利地，燃烧装置进一步包括加热器，该加热器用于加热第一部分氧化剂和/或第二部分氧化剂。

15、有利地，燃烧装置进一步包括冷却器，该冷却器布置在壳体的外侧并且用于冷却壳体和这些喷射构件中的每个喷射构件的位于壳体外的部位。

16、有利地，壳体的内侧设有隔热涂层。

17、为了实现上述目的，本披露内容进一步提供了一种燃烧系统，该燃烧系统包括分配管道系统和若干个上述燃烧装置，其中，分配管道系统包括若干个第一分配管，该若干个第一分配管分别用于向若干个燃烧装置供应可燃气体-第一部分氧化剂混合物。可替代地，分配管道系统包括第二分配管和若干个第三分配管，该第二分配管为渐缩管，该若干个第三分配管沿第二分配管的气流方向依次与第二分配管连通，并且该若干个第三分配管分别用于向若干个燃烧装置供应可燃气体-第一部分氧化剂混合物。

18、为了实现上述目的，本披露内容进一步提供了一种燃烧方法，该燃烧方法应用于上述燃烧装置，该燃烧方法包括：

19、将可燃气体与第一部分氧化剂在进入燃烧室之前在防止自燃的同时彼此混合，得到可燃气体-第一部分氧化剂混合物，该可燃气体-第一部分氧化剂混合物中可燃气体的体积百分比大于可燃气体的燃烧上限；

20、通过若干个第一喷射器向燃烧室供应可燃气体-第一部分氧化剂混合物；以及

21、通过若干个第二喷射器向燃烧室供应第二部分氧化剂，其中，供应到燃烧室的第一部分氧化剂和第二部分氧化剂的总量与供应到燃烧室的可燃气体的量达到化学计量平衡。

22、本披露内容提供的燃烧装置具有以下有益效果。与现有技术相比，本披露内容提供的燃烧装置通过若干个第一喷射器向燃烧室供应包括第一部分氧化剂和可燃气体的可燃气体-第一部分氧化剂混合物，并且通过若干个第二喷射器向燃烧室供应第二部分氧化剂，这样还确保向燃烧室供应的可燃气体的量与向燃烧室供应的第一部分氧化剂和第二部分氧化剂的总量达到化学计量平衡，从而可以产生长度短、效率高的部分预混火焰并且从燃烧室的开口进入熔体并对熔体进行加热。此外，通过将可燃气体-第一部分氧化剂混合物中的可燃气体的体积百分比设为大于可燃气体的燃烧上限，可以防止可燃气体-第一部分氧化剂混合物自燃，从而极大提高了燃烧的安全性。此外，喷射构件布置在两个相反的侧壁上，使得从第一喷射器和第二喷射器喷出的气流在燃烧室内形成若干个再循环区，即涡旋。利用涡旋中心处的气体速度几乎为零的特点，在燃烧室内形成若干个稳定火焰燃烧区，并且利用这些稳定火焰燃烧区不断点燃由向燃烧室供应的新鲜可燃气体-第一部分氧化剂混合物和第二部分氧化剂形成的新的混合物部分，这样极大地提高了燃烧的稳定性。此外，再循环区中的涡流可以进一步自动调节燃烧室的容积，将部分从燃烧室的开口进入燃烧室的炉料颗粒重新抛出燃烧室。当燃烧装置的功率较大时，涡流力较大，更多炉料会被抛出燃烧室，反之亦然，使得燃烧室的容积与燃烧装置的功率匹配，进一步确保燃烧装置的稳定性并在熔体的水平面以下实现高效燃烧。