燃气稳定喷射卷吸烟气与空气的蓄热式分级燃烧装置技术领域
本发明涉及工业炉窑中熔炼炉类的热利用设备的燃烧装置，是特别适合于燃烧高
热值气体燃料的一种燃气稳定喷射卷吸烟气与空气的蓄热式分级燃烧装置。
背景技术
当前，工业炉窑为满足节能与环保要求，在热利用设备的燃烧装置燃烧不同燃气
的条件下如何做到获得高效可控的完全燃烧，并有效降低燃烧过程中的氮氧化物（NOX）和
硫化物（SOX）的生成量，如何最终达到高效、节能、环保与安全使用目标，是当前迫切要解决
技术难题。为此，在工业炉窑及其燃烧装置的结构设计上，除了必须实现快速均匀混合与稳
定燃烧外，还应能适应不同的燃气品种使其具有燃烧过程的调节可控的特征，以及较好的
节能环保效果。为此蓄热式燃烧结构得到了广泛地应用，但目前蓄热式燃烧结构断续式的
燃烧方式会影响燃烧的稳定性，以及高温助燃空气容易形成高燃烧温度而不易控制氮氧化
物的生成，虽然可以做到高效节能，但不易做到清洁环保的烟气排放，污染环境。
发明内容
要实现熔炼炉在熔炼过程中节能与环保的技术要求，有针对性地提出一种燃气稳
定喷射卷吸烟气与空气的蓄热式分级燃烧装置，可有效解决现有蓄热式燃烧结构燃烧不稳
定，氮氧化物的生成难以控制，烟气排放达不到环保标准，污染环境的问题。
本发明解决的技术方案是，燃气喷嘴两侧对称装有烟气或空气喷出通道，燃气喷
嘴是燃气高速喷管、气流喷嘴管和喷嘴气流环道构成，燃气高速喷管和气流喷嘴管同心套
接，燃气高速喷管和气流喷嘴管套接处的环形空间为喷嘴气流环道，烟气或空气喷出通道
由进出口连接段、进出口缩放通道和连通管构成，进出口连接段和进出口缩放通道同心对
接在一起，进出口缩放通道内侧装有连通管，进出口缩放通道经连通管和喷嘴气流环道连
通，燃气喷嘴中除燃气高速喷管的左端外其余部分置于熔炼炉的炉墙内，气流喷嘴管的右
端和熔炼炉的炉墙内的燃烧室连通，进出口连接段经上进出口连结管和蓄热式换热器连
通，蓄热式换热器为圆形或方形的上部和下部均有开口的空腔体，蓄热式换热器内填充有
蓄热耐火球（或称蓄热球，或称耐火球，以下同），蓄热式换热器的外墙上部开口处连通有上
进出口连结管，蓄热式换热器的外墙下部开口处连通有下进出口连结管，以实现空腔体与
外界的连通，由于烟气或空气喷出通道是对称装在燃气喷嘴两侧，和烟气或空气喷出通道
相连通的上进出口连结管、蓄热式换热器、下进出口连结管均为对称的两个，两对称的下进
出口连结管分别与四通换向阀的其中两个相对应的连接口连通，四通换向阀的另两个相对
应的连接口分别与烟气引出管、空气进入管连通。
本发明借助两个蓄热式换热器的吸热与放热过程的互换，将高温排烟的热量传递
给助燃空气，而燃气以稳定高速喷射方式同时卷吸部分高温烟气和预热后的助燃空气，从
而实现稳定的高温低氧的半预混分级燃烧，本发明是一种在不控制燃烧温度的同时有效降
低燃烧产物氮氧化物含量与节省煤气耗量的节能与环保兼备的燃烧装置或系统。
附图说明
图1为本发明的剖面主视图。
图2为本发明图1的A-A向剖视图。
图3为本发明图1的B-B向剖视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施作进一步详细说明。
如图1-图3所示，本发明的结构是，燃气喷嘴1两侧对称装有烟气或空气喷出通道
2，燃气喷嘴1是燃气高速喷管1a、气流喷嘴管1b和喷嘴气流环道1c构成，燃气高速喷管1a和
气流喷嘴管1b同心套接，燃气高速喷管和气流喷嘴管套接处的环形空间为喷嘴气流环道
1c，烟气或空气喷出通道2由进出口连接段2a、进出口缩放通道2b和连通管2c构成，进出口
连接段2a和进出口缩放通道2b同心对接在一起，进出口缩放通道内侧装有连通管2c，进出
口缩放通道经连通管和喷嘴气流环道1c连通，燃气喷嘴中除燃气高速喷管1a的左端外其余
部分置于熔炼炉的炉墙7b内，气流喷嘴管1b的右端和熔炼炉的炉墙内的燃烧室6连通，进出
口连接段2a经上进出口连结管4b和蓄热式换热器4连通，蓄热式换热器为圆形或方形的上
部和下部均有开口的空腔体，蓄热式换热器内填充有蓄热耐火球4a（或称蓄热球，或称耐火
球，以下同），蓄热式换热器的外墙上部开口处连通有上进出口连结管4b，蓄热式换热器的
外墙下部开口处连通有下进出口连结管4c，以实现空腔体与外界的连通，由于烟气或空气
喷出通道2是对称装在燃气喷嘴1两侧，和烟气或空气喷出通道相连通的上进出口连结管
4b、蓄热式换热器4、下进出口连结管4c均为对称的两个，两对称的下进出口连结管4c分别
与四通换向阀9的其中两个相对应的连接口连通，四通换向阀9的另两个相对应的连接口分
别与烟气引出管10、空气进入管11连通。
所述的熔炼炉的炉墙7b为环形墙体，熔炼炉的炉墙顶部覆盖有炉顶7a、底部封装
有炉底7c，熔炼炉的炉墙圈围的空间为燃烧室6，熔炼炉的炉墙、炉顶、炉底和燃烧室组合在
一起构成熔炼炉。
所述的熔炼炉为金属壳体内砌筑或浇注耐火材料构成的封闭筒体。
所述的四通换向阀9为现有技术，如上海开维喜Q346F四通四密封球阀。
所述的进出口连接段2a为左端开口大、右端开口小的渐扩形结构，进出口缩放通
道2b为左端开口小、右端开口大的渐缩形结构，进出口连接段2a的右端开口和进出口缩放
通道2b为左端开口直径相同。
所述的进出口缩放通道2b和连通管2c置于熔炼炉的炉墙7b内。
所述的燃气高速喷管1a的左端伸出熔炼炉的炉墙7b，燃气高速喷管1a的右端穿过
熔炼炉的炉墙伸进气流喷嘴管1b的左端和气流喷嘴管同心套接。
所述的气流喷嘴管1b的左端横截面大于气流喷嘴管的中部横截面，气流喷嘴管的
右端横截面大于气流喷嘴管1b的左端横截面。
所述的气流喷嘴管1b右端向下呈倾斜状。
所述的燃气喷嘴1 置于烟气或空气喷出通道2的下方，连通管2c顺倾斜状分别连
通喷嘴气流环道和进出口缩放通道2b。
由上述可知，本发明包括一个燃气喷嘴1、两个烟气或空气喷出通道2、两个蓄热式
换热器4、一个四通换向阀9、一个烟气引出管10、一个空气进入管11、放置燃气喷嘴1和两个
烟气或空气喷出通道的熔炼炉的炉墙7b，以及完成喷射燃烧过程的燃烧室6；构成了一个可
以通过燃气稳定喷射与通过蓄热式换热器实现烟气与空气之间的热交换的，高温烟气与高
温空气部分被燃气喷射所卷吸高温低氧喷射燃烧，以及喷射进入燃烧室后的与高温空气之
间的分级燃烧（继续的扩散混合燃烧）的燃烧装置或燃烧系统。
具体实施时，当四通换向阀9是处在使空气进入管11连通后侧的下进出口连结管
时，同时，烟气引出管10连通前侧的下进出口连结管的状态时，助燃空气通过空气进入管
11，再进入后侧的下进出口连结管后进入后侧的蓄热式换热器中的蓄热耐火球中，经蓄热
耐火球预热后通过后侧的上进出口连结管连通后侧的进出口连接段而进入后侧的烟气或
空气喷出通道，再经后侧的进出口缩放通道进入燃烧室6中；同时，高温烟气通过前侧的烟
气或空气喷出通道进入前侧的进出口缩放通道2b，再经过前侧的进出口连接段2a与前侧的
上进出口连结管4b连通而进入前侧的蓄热式换热器4内的蓄热耐火球中，烟气流在加热了
蓄热耐火球之后经过前侧的下进出口连结管4c，再通过四通换向阀9而与烟气引出管10连
通，经引风机作用而排入大气环境或进入烟气处理装置；此时，燃气也进入设置在两个烟气
或空气喷出通道2之间的燃气喷嘴1，经由燃气高速喷管1a和气流喷嘴管1b而进入燃烧室6，
由于在喷嘴气流环道1c上设置有分别连通两个烟气或空气喷出通道2的连通管2c，借此将
预热后的高温助燃空气的一部分和高温的排除烟气的一部分，在燃气高速喷管1a喷出的高
速燃气流的卷吸作用下进入燃气喷嘴1，经快速混合而从气流喷嘴管1b进入燃烧室6；这样
就在燃烧室内形成稳定的高温低氧的半预混的燃烧状态，定期通过四通换向阀9改变烟气
与助燃空气是通过前侧的烟气或空气喷出通道2与前侧的蓄热式换热器4还是要通过后侧
的烟气或空气喷出通道与后侧的蓄热式换热器；交换的频率取决于排烟温度的高低（或变
化）以及助燃空气加热的温度高低（或变化）。
这种熔炼炉的蓄热式燃烧装置的性能特征在于，其一不同于一般的燃气、空气和
烟气均需要进行换向的蓄热式燃烧装置，其燃烧过程基本上稳定，没有燃烧断续的时间，使
得燃烧过程的稳定性得到显著提高；其二是利用高速燃气流的卷吸作用，促使部分高温烟
气和高温空气提前与燃气混合，形成部分高温低氧预混燃烧喷射燃烧，之后再在燃烧室中
烟气与未燃燃气与助燃空气边混合边高温燃烧，形成典型分级燃烧状态，有效抑制在高温
燃烧状态下的氮氧化物生成量；其三是这样的混合燃烧属于高温低氧的长焰燃烧，高温火
焰能有效提高燃烧室的辐射能力，有利于金属材料的融化和熔液的进一步快速加热，从而
整体实现熔炼炉的有效节能与环保；其四是提供蓄热式换热器有效降低排烟温度和提高助
燃空气温度，做到既能实现高温燃烧又能有效控制和降低烟气温度，还能有效利用排烟余
热。此外，由于省去了燃气的换向和调节，使得燃烧系统得到一定程度的简化，设备成本明
显降低。显然，该燃烧装置既能做到高效节能，还能降低投资成本与运行管理费用，也通过
高温低氧燃烧而实现氮氧化物排放的环保要求，因而具有较为可观的经济效益和社会效
益。