CN101639219B - 无焰燃烧蓄热式高速烧嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了无焰燃烧蓄热式高速烧嘴，包括烧嘴本体，在烧嘴本体内设置有空气或烟气通道、多孔状蓄热体、燃烧空腔、燃气管道和点火装置；其特征在于：在所述燃气管道上连接有焰燃烧燃气管和无焰燃烧燃气管，有焰燃烧燃气管上设置有焰燃烧控制阀进行控制，无焰燃烧燃气管上设置无焰燃烧控制阀进行控制，有焰燃烧燃气管和无焰燃烧燃气管都通入燃烧空腔内；无焰燃烧燃气管末端的无焰燃烧燃气喷孔的孔径小于有焰燃烧燃气管末端的有焰燃烧燃气喷孔的孔径。本发明的无焰燃烧蓄热式高速烧嘴，能源利用效率高，保证炉温均匀性，还能大幅度降低NOX排放量；能保护空腔周围的各种管道不被烧损，有效延长其使用寿命；在高温下进行无焰燃烧，有效控制火焰温度。
Description
技术领域
本发明涉及一种高、中、有焰燃料工业炉烧嘴，尤其是高、中、有焰燃料工业炉的无焰燃烧蓄热式高速烧嘴。
背景技术
蓄热式燃烧技术是目前世界上节能效果最好的节能燃烧技术，其原理是采用成对的带有蓄热体的烧嘴进行控制式燃烧，当一个烧嘴燃烧时，另一个烧嘴进行吸气排烟，高温烟气通过蓄热体时与蓄热体进行热能交换，蓄热体吸热、高温烟气温度降低；经过一定时间，蓄热体蓄热饱和后，进行换向，另一个烧嘴燃烧时，冷空气或燃料从已吸热温度较高的蓄热体中进入烧嘴，被该蓄热体加热；同时，原燃烧的烧嘴进行吸气排烟，高温烟气又将其蓄热体加热，进行热交换，通过两个烧嘴不断的反复交替燃烧，达到节能的效果。本专利申请人于2006年3月8日申请的名称为“蓄热式脉冲烧嘴”、专利号为ZL200620110073.7的实用新型专利所公开的技术内容，就是一种蓄热式燃烧烧嘴。现有技术中的烧嘴，结构各有差别，其共同点是助燃空气进气管和燃料进气管在烧嘴内混合后一次性燃烧，导致火焰燃烧温度较高，对于高热值煤气，火焰温度可达2000℃以上，由于火焰温度与NOX生成量成指数关系，常规的蓄热式燃烧极大的促成NOX的产生。NOX作为燃烧废气，可以破坏臭氧层，造成酸雨和对人体产生强烈的刺激，促成肺部疾病等，有较大的环境污染，是需要严格控制的。
目前，冶金行业常用的弥散燃烧方式，虽然可以降低NOX排放量，但是，不适用于周期炉，特别是有焰和中温炉。弥散燃烧造成有焰燃烧效率低，火焰动量和速度不足，无法满足周期炉高控温精度，高炉温均匀性的要求。
另外，在前述的蓄热式烧嘴中，由于火焰温度可达2000℃以上，容易烧坏明火周围的管道等，导致其使用寿命缩短；尤其是金属管道，在使用一段时间后就烧坏而不能使用了。而如果采用陶瓷管道，虽然提高了耐高温性能，但陶瓷管道在蓄热式燃烧过程中反复的冷热交替作用下，容易脆裂，其使用寿命仍然不长。
发明内容
本发明针对现有技术的烧嘴的以上不足，提供一种通过无焰燃烧方式降低燃烧产物中NOX含量、延长烧嘴使用寿命的无焰燃烧蓄热式高速烧嘴。
本发明的技术方案：无焰燃烧蓄热式高速烧嘴，包括烧嘴本体，在烧嘴本体内设置有空气或烟气通道、多孔状蓄热体、燃烧空腔、燃气管道和点火装置；其特征在于：在所述燃气管道上连接有焰燃烧燃气管和无焰燃烧燃气管，有焰燃烧燃气管上设置有焰燃烧控制阀进行控制，无焰燃烧燃气管上设置无焰燃烧控制阀进行控制，有焰燃烧燃气管和无焰燃烧燃气管都通入燃烧空腔内；无焰燃烧燃气管末端的无焰燃烧燃气喷孔的孔径小于有焰燃烧燃气管末端的有焰燃烧燃气喷孔的孔径。
附加的特征是：所述的燃烧空腔的末端是火焰喷口，火焰喷口的截面积逐渐缩小，呈缩口状。
在有焰燃烧燃气管和无焰燃烧燃气管末端设置火焰保护罩。
所述有焰燃烧燃气管和无焰燃烧燃气管是同心层结构，有焰燃烧燃气管在外层，无焰燃烧燃气管在内层。
在火焰保护罩内，设置有常开式点火结构，包括点火进气管、点火燃气管和点火针；点火进气管将点火需要的空气通入，点火燃气管将点火需要的燃气通入，在点火针产生的火花作用下点燃燃气。
所述无焰燃烧燃气管的末端直接通入炉膛内或燃烧空腔内。
无焰燃烧是将燃烧分段进行，周期炉加热过程是从有焰到高温。当炉温不高时，经蓄热体加热的空气温度不高，常用有焰燃烧方式进行燃烧，燃烧发生在烧嘴的有焰燃烧空腔内，空腔的出口为缩口设计，燃烧产生高温气体，经燃烧空腔缩孔呈高速喷射方式，高速和高温气流强烈搅动炉气，炉温均匀性好。由于炉温低时，空气预热温度不高，燃烧后火焰温度不高，常用有焰燃烧方式即可保证燃烧效率，又可以保证炉温均匀性，同时还保证NOX排放量低于国家环保要求。
当炉温升高，空气预热温度高到一定温度后，通过有焰燃烧控制阀和无焰燃烧控制阀将燃烧方式从有焰燃烧方式切换到无焰燃烧方式，无焰燃烧状态是燃气喷入速度非常高，在有焰燃烧空腔内，燃料还来不及燃烧，与经预热的高温气体混合后，经空腔缩口，高速喷入空腔，在喷速的带动下，与炉气迅速混合，氧含量很低的炉气与燃料混合后，大大降低了可燃混合气的氧含量，造成燃烧在低氧环境下进行，氧含量的降低，大大地降低了火焰温度，试验证明，在特定条件下，此时燃烧为无焰燃烧，根本观察不到火焰，从而降低了NOX排放量。由于燃气的喷射动力和空气预热后的气体膨胀后的喷出动能很高，无焰燃烧同样可以满足炉温均匀性和控温精度的要求。
从上可知，本发明的无焰燃烧蓄热式高速烧嘴，具有蓄热式燃烧装置节能赦果好的优点，能源利用效率高；在保证炉温均匀性的同时，还能大幅度降低NOX排放量，符合环保的趋势和要求；同时又能保护空腔周围的各种管道不被烧损，有效延长其使用寿命；燃料根据炉温通过不同的喷孔喷入，形成不同的火焰形式，在高温下进行无焰燃烧，有效控制火焰温度。
附图说明
图1是本发明第一种实施例结构示意图；
图2是本发明第二种实施例结构示意图；
图3是本发明第三种实施例结构示意图；
图4是本发明第四种实施例结构示意图。
具体实施方式
如图1中，本发明的无焰燃烧蓄热式高速烧嘴，包括烧嘴本体1，在烧嘴本体1内设置有空气或烟气通道2、多孔状蓄热体3、燃烧空腔4、燃气管道5和点火装置6等，空气或烟气通道2作为燃烧时的助燃空气进入的通道，或向外排烟气的烟气通道，将空气输入烧嘴本体1内(在燃烧空腔4与燃气混合燃烧)或将燃烧产生的烟气排出烧嘴本体1外，由耐火材料(如高温陶瓷类材料)制成的多孔状蓄热体3，内部有许多供气体通过的细小孔洞，在气体通过时，能与气体进行热量交换；如通过的是高温烟气，多孔状蓄热体3则吸收高温烟气的热量，使其自身温度升高，将热能贮存起来；当较有焰度的助燃空气通过时，则多孔状蓄热体3放热，在加热空气时又降低其自身温度，将热能传递到助燃空气上。燃烧空腔4是燃气与助燃空气混合燃烧的区域，产生高温火焰；燃气管道5将外界的燃气输入到烧嘴本体1内；点火装置6能按照需要及时将喷入燃烧空腔4内的燃气点燃，防止燃气大量聚集而引发安全事故。以上作为现有技术，在此不作进一步的说明。
本发明的改进，是在燃气管道5上连接有焰燃烧燃气管7和无焰燃烧燃气管8，有焰燃烧燃气管7上设置有焰燃烧控制阀9进行控制，无焰燃烧燃气管8上设置无焰燃烧控制阀10进行控制，有焰燃烧燃气管7和无焰燃烧燃气管8都通入燃烧空腔4内，分别将其内的燃气输入燃烧空腔4内；无焰燃烧燃气管8末端的无焰燃烧燃气喷孔81的孔径小于有焰燃烧燃气管7末端的有焰燃烧燃气喷孔71的孔径，形成提高喷射速度的束口喷射，使从无焰燃烧燃气喷孔81喷出的燃气速度大于从有焰燃烧燃气喷孔71喷出的燃气速度。如果需要，尤其是在某些特殊要求的烧嘴内，为了使从无焰燃烧燃气喷孔81喷出的燃气速度更高，可以采用在无焰燃烧燃气管8上设置推进装置，给无焰燃烧燃气管8内的燃气推动力，使其速度增大；该推进装置是适合气体的鼓风机、压力阀等，能提高无焰燃烧燃气管8内的燃气输送速度。有焰燃烧控制阀9和无焰燃烧控制阀10按照烧嘴燃烧的需要，按时打开或关闭，在打开时向燃烧空腔4内通入燃气。
燃烧空腔4的末端是火焰喷口41，火焰喷口41的截面积逐渐缩小，呈缩口状，能提高火焰或燃气从火焰喷口41喷射到炉膛的速度；图中的火焰喷口41是圆锥状缩口。在有焰燃烧状态下，火焰以较高的速度经火焰喷口41进入炉膛；在无焰燃烧状态下，燃气经缩口状的火焰喷口41，高速喷入炉膛，在喷速的带动下，与炉气迅速混合，氧含量很低的炉气与燃气混合后，大大降低了可燃混合气体的氧含量，造成燃烧在低氧环境下进行，氧含量的降低，大大地降低了火焰温度，从而降低了NOX排放量。
为了防止火焰被冷空气吹灭，在有焰燃烧燃气管7和无焰燃烧燃气管8的末端设置火焰保护罩11，火焰保护罩11将燃气喷口保护在内，阻止助燃空气直接吹向火焰，以稳定火焰、防止火焰熄灭，避免安全事故。另外，火焰保护罩11末端的喷口11a是缩口状，喷口11a的截面积逐渐缩小，有利于提高火焰或气体的喷射速度，高速从缩口状的喷口11a进入燃烧空腔4内，有利于有焰或无焰燃烧状态下燃气的充分燃烧。
在燃烧初期，火焰和炉膛温度都较低，为了在燃烧初期获得稳定的火焰，本发明在火焰保护罩11上开设引流孔11b，引流孔11b的开口较小，将从空气或烟气通道2进入的少量助燃空气引入到火焰保护罩11内，同时又能防止助燃空气将火焰吹灭，使其在燃烧初期低温状态下，在火焰保护罩11内具有稳定的火焰。
为了有效掌握和控制燃烧的情况，设置火焰检测器12，火焰检测器12的末端设置在能检测到无焰燃烧燃气喷孔81和有焰燃烧燃气喷孔71周围，能检测到该区域火焰燃烧情况(火焰保护罩11以内)，以便检测从无焰燃烧燃气喷孔81和有焰燃烧燃气喷孔71喷出的燃气是否被及时点燃、燃烧是否稳定等，保证烧嘴的正常、安全燃烧。
燃气管道5的无焰燃烧燃气管8上的无焰燃烧燃气喷孔81的中心线、火焰保护罩11的喷口11a的中心线与火焰喷口41的中心线相重合，能保证燃气或火焰以最短的距离进入炉膛内，减少其流动阻力，有利于低温或无焰燃烧状态下燃气的充分燃烧。
如图2所示，本发明第二种实施例结构中，与图1中的结构相同部分不再介绍。本发明第二种实施例结构的进一步改进是：有焰燃烧燃气管7和无焰燃烧燃气管8是同心层结构，常用的是有焰燃烧燃气管7在外层，无焰燃烧燃气管8在内层，分别由有焰燃烧控制阀9和无焰燃烧控制阀10进行控制。无焰燃烧燃气管8末端的无焰燃烧燃气喷孔81的孔径小于有焰燃烧燃气管7末端的有焰燃烧燃气喷孔71的孔径。
如图3中，本发明第三种实施例结构中，与图1、图2中的结构相同部分不再介绍。本实施例中，有焰燃烧燃气管7和无焰燃烧燃气管8是同心层结构以外；所述的点火装置6，包括点火进气管13、点火燃气管14和点火针15，点火进气管13将点火需要的空气通入，点火燃气管14将点火需要的燃气通入，在点火针15产生的火花作用下点燃燃气，作为火焰保护罩11内的常明火，希望其在烧嘴燃烧期间一直保持燃烧(尤其是在低温阶段)，作为点燃有焰燃烧燃气管7和无焰燃烧燃气管8内喷入的燃气的火源。点火针15设置在钝体16上，钝体16背面的空气流动很低，有利于燃气和空气在钝体16背面混合后形成稳定的点火火焰。本发明的点火装置，在控制装置作用下能够保证燃气按照要求可靠点燃，防止爆炸等安全事故。
如图4种，本发明第四种实施例结构中，与图1、图2、图3中的结构相同部分不再介绍。本实施例中，无焰燃烧燃气管8不通入火焰保护罩11内，无焰燃烧燃气管8的末端直接通入炉膛内或燃烧空腔4内，图中所示的结构是直接通入炉膛内，而不经过火焰保护罩11和燃烧空腔4。该种结构的无焰燃烧燃气管8更方便地设置在炉膛周围，使燃气能以更合理的方位和角度喷入炉膛内，燃气与炉气混合均匀，更有利于无焰燃烧阶段的燃烧。
Claims (8)
1.无焰燃烧蓄热式高速烧嘴，包括烧嘴本体(1)，在烧嘴本体(1)内设置有空气或烟气通道(2)、多孔状蓄热体(3)、燃烧空腔(4)、燃气管道(5)和点火装置(6)；其特征在于：在所述燃气管道(5)上连接有焰燃烧燃气管(7)和无焰燃烧燃气管(8)，有焰燃烧燃气管(7)上设置有焰燃烧控制阀(9)进行控制，无焰燃烧燃气管(8)上设置无焰燃烧控制阀(10)进行控制，有焰燃烧燃气管(7)和无焰燃烧燃气管(8)都通入燃烧空腔(4)内；无焰燃烧燃气管(8)末端的无焰燃烧燃气喷孔(81)的孔径小于有焰燃烧燃气管(7)末端的有焰燃烧燃气喷孔(71)的孔径；所述的燃烧空腔(4)的末端是火焰喷口(41)，火焰喷口(41)的截面积逐渐缩小，呈缩口状。
2.根据权利要求1所述的无焰燃烧蓄热式高速烧嘴，其特征在于：在有焰燃烧燃气管(7)和无焰燃烧燃气管(8)末端设置火焰保护罩(11)。
3.根据权利要求2所述的无焰燃烧蓄热式高速烧嘴，其特征在于：在火焰保护罩(11)上开设引流孔(11b)。
4.根据权利要求1-3任一所述的无焰燃烧蓄热式高速烧嘴，其特征在于：所述有焰燃烧燃气管(7)和无焰燃烧燃气管(8)是同心层结构，有焰燃烧燃气管(7)在外层，无焰燃烧燃气管(8)在内层。
5.根据权利要求4所述的无焰燃烧蓄热式高速烧嘴，其特征在于：所述的点火装置(6)，包括点火进气管(13)、点火燃气管(14)和点火针(15)，点火进气管(13)将点火需要的空气通入，点火燃气管(14)将点火需要的燃气通入，在点火针(15)产生的火花作用下点燃燃气。
6.根据权利要求5所述的无焰燃烧蓄热式高速烧嘴，其特征在于：还包括钝体(16)，点火针(15)设置在钝体(16)上，在钝体(16)背面形成稳定的点火火焰。
7.根据权利要1所述的无焰燃烧蓄热式高速烧嘴，其特征在于：无焰燃烧燃气管(8)的末端直接通入燃烧空腔(4)内。
8.根据权利要3所述的无焰燃烧蓄热式高速烧嘴，其特征在于：无焰燃烧燃气喷孔(81)的中心线、火焰保护罩(11)的喷口(11a)的中心线与火焰喷口(41)的中心线相重合。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHONGQING WORKS TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: GU XIANGTAO Effective date: 20130104 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 400013 YUZHONG, CHONGQING TO: 400039 JIULONGPO, CHONGQING |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130104 Address after: High Kam No. 18 building, 400039 Chongqing Jiulongpo Yuzhou Road No. 20-2 Patentee after: Chongqing Aokeqi Technology Co., Ltd. Address before: 26, No. 400013, building 1, Shuang Steel Road, Yuzhong District, Chongqing, 1-11 Patentee before: Gu Xiangtao |