CN102261651B - 多氧燃烧系统及其燃烧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多氧燃烧系统及其燃烧方法,设有烧嘴体,烧嘴体中间设有喷火口,喷火口的小口一端设有燃料分布器;在所述烧嘴体上喷火口的外周设有与喷火口同方向贯通烧嘴体和一、二次氧喷口、点火器、火焰监测器和观火孔。燃料分布器的外端口设有与燃料进管连接的法兰盘,一、二次氧喷口的外端口均设有与进氧管连接的法兰盘;所述氧气喷口与供氧系统连接;所述燃料旋分器与燃料供给系统连接;另外设有控制柜,实现对整个燃烧器全系统的检测与控制。本发明适用于气体和粉状燃料的燃烧,结构完善,燃烧效率高,排烟少,环保,节能,操作自动化程度高。

Description

多氧燃烧系统及其燃烧方法技术领域[0001] 本发明涉及一种工业燃烧器,属于热能工程领域,提出一种全新的粉状燃料或气体燃料与纯氧燃烧的燃烧系统及燃烧方法。[0002] 背景技术[0003] 在工业领域的生产中会使用大量的燃烧器,它是能源消耗、碳排放和环境污染的主要设备之一,其效率的高低直接影响着能源利用和环境保护的效果好坏。因此,人们非常重视燃烧器技术的改进。目前使用的大都是空气助燃的燃烧器,在燃烧过程中,大量的氮气被加热成高温烟气并排放掉,不但浪费了能源,同时也对环境造成污染。因此,需要提出一种新型结构的燃烧器,以节约能源,减少环境污染。[0004] 发明内容[0005] 本发明的目的是为了解决上述技术问题,提出一种多氧燃烧系统及其燃烧的方法,该多氧燃烧器与现有的空气助燃、富氧助燃或纯氧助燃等所有燃烧器的结构和方法都不同,氧气与燃料在燃烧器内不接触,燃料采用了旋分喷射式,并且氧气以不同角度在炉窑内与燃料进行参混,使火焰弥漫性燃烧,温度均匀,燃料燃烧完全,炉中的烟气量少,大幅度地降低了热量损失,提高了燃烧效率,节约了燃料,极大的改善了炉内的燃烧状况,彻底解决了纯氧燃烧时的局部高温,烧嘴砖和炉墙、窑墙烧蚀等问题,有效地延长了燃烧嘴本身和炉窑的使用寿命。[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:多氧燃烧系统,设有烧嘴体,该烧嘴体由耐火材料制成,形状为圆形或者方形,其特征是:所述烧嘴体中间设有喷火口,该喷火口为直筒形或喇叭口型,喷火口大端即后端的开口夹角为0° -90°,即开口夹角与轴线为0°时为直筒型,大于0°时为喇叭口型;喷火口的小端即前端设有一直筒段,该直筒段内设有燃料旋分器;喷火口的周围设有若干个氧气喷口,其中有一次氧喷口数个和二次主燃氧喷口数个;在喷火口与氧气喷口间设有点火器孔、火焰监测器孔和观火孔,该氧气喷口、点火器孔、火焰监测器孔和观火孔与所述喷火口同方向贯通于烧嘴体;[0007] 所述燃料旋分器的作用是使燃料均匀的分散在窑炉内,燃料旋分器由直管段、旋流叶片和法兰组成,所述直管段的入口端连接第一法兰,直管段的中间设有所述旋转叶片,该旋转叶片为左旋或右旋,旋转叶片与燃料旋分器的中心轴线的夹角为0° -60°,燃料旋分器的材质是由金属耐磨材料焊接或者铸造制成,或由非金属类耐磨材料预制成形高温烘烤制成;[0008] 所述的氧气喷口是孔道形状,孔道形状与轴向形成一定夹角,一次氧喷口和二次氧喷口与轴向夹角为±70°,其外端分别与法兰连接,一次氧量占总供氧量的30%,±20%二次氧量占总供氧量的70%,±20% ;[0009] 所述氧气喷口与供氧系统连接,供氧系统设有供氧管,该供氧管上设有稳压阀、切断阀、供氧压力变速器,一次氧流量计、一次氧调节阀、二次氧流量计、二次氧调节阀;[0010] 所述燃料旋分器与燃料供给系统连接,燃料供给系统设有供燃料粉的给粉器、风机、风流量计、风压力计和控制阀门;或者设有给燃气的供气管、气流量计、气压力计和控制阀门;[0011]另外设有控制柜,该控制柜设有PLC控制器、触摸屏、供电系统和自动化仪表;控制器与所述供氧系统、燃料供给系统控制连接,通过对各压力计、流量计、调节阀、切断阀、稳压阀、点火器、火焰监测器的控制调节,实现对整个多氧燃烧系统的检测与控制。[0012] 上述多氧燃烧系统的燃烧方法:[0013] I)自动点火[0014] 控制器设有自动点火程序,包含在启动开车程序之中,在开车条件具备的情况下启动,通过自动点火器点火,具有延时点火功能,完全做到火等气、火等粉状燃料或气体燃料的作用,保证点火过程的操作安全,点火后自动停止工作;[0015] 2)供氧检测与调节:[0016] a、调节稳定供氧压力:随供氧设备的输出压力和氧气管道压力的变化而调节,保证燃烧器氧气压力稳定,稳压阀将供氧设备所供的氧气压力稳定在设计压力范围之内;[0017] b、氧气压力检测:通过所设氧气压力变速器,将氧气压力的变化传送到控制柜显示并记录;[0018] C、控制调节氧气流量:控制器通过一次氧流量计、一次氧调节阀、二次氧流量计、二次氧调节阀控制并调节供氧流量,达到保证所需炉温的目的;[0019] d、切断阀保证运行安全:切断阀是氧气管线上的安全联锁装置,在燃烧过程中出现事故状态时,控制器接受联锁控制信号,控制切断阀切断氧气供应,保障生产过程安全。[0020] 3)粉状燃料供粉系统的调节:[0021] a、控制器控制调节燃料粉的供给:控制器控制给粉器通过粉状燃料下料阀向燃烧器输送粉状燃料,根据炉膛燃烧温度控制下料阀供给粉状燃料量的大小;[0022] b、控制器通过燃料供给系统风机、风流量计、风压力计和控制阀门,调节控制一、二次风的流量和压力,确保粉状燃料输送到燃烧器,并且在不同的压力下决定粉状燃料喷入炉膛的速度;[0023] 4)联锁控制:[0024] 控制器通过火焰监测器监视炉膛的燃烧情况,在开车时因为炉膛无火,切除其联锁功能,当点火成功后恢复联锁功能;一旦粉状燃料燃烧器在工作状态下炉膛灭火,火焰监测器将灭火信号传递到联锁控制系统,全系统启动联锁停车程序:首先同时关闭氧气总管切断阀、粉状燃料一次风管线切断阀、关闭粉状燃料下料阀。打开粉状燃料反吹管线切断阀,将送粉管线中的残留粉状燃料反吹回粉状燃料储罐中去。全部联锁过程有声光报警显/Jn o[0025] 本发明的多氧燃烧系统的结构和燃烧方法非常合理,特别是燃料和氧气的喷射角度设计非常合理,在燃料进入炉膛后,首先与一次根部氧接触掺混,使部分燃料燃烧形成根部火焰,其余的燃料被分布到炉窑中,与炉膛中弥漫的二次主燃氧发生剧烈反应并完全燃烧,可以使燃烧过程更加理想化。其主要优点是:[0026] I粉状燃料或气体燃料在炉内与氧气掺混,燃烧时远离喷嘴,彻底解决了喷嘴和炉体的烧蚀现象,延长了喷嘴和炉体的使用寿命。[0027] 2多氧燃烧系统燃烧时温度上升时间短,热效率高,且粉状燃料品质要求低,种类适用面广,经济效益高。[0028] 3多氧燃烧系统点火容易,升温快,炉温达到工作区的时间短,工作效率大为提高。[0029] 4多氧燃烧系统内部温度场均匀,炉膛内被加热体的受热覆盖面大,炉渣不易粘结。[0030] 5多氧燃烧系统的粉状燃料或气体燃料经雾化器喷入,雾化后的燃料与氧气进入炉膛后混合均匀,形成弥漫状,燃烧充分,彻底改变了现有的轴向燃烧模式和燃烧方法。[0031] 6多氧燃烧系统使用安全,粉状燃料或气体燃料与氧气完全外混,安全系数增加。[0032] 7国内现有的纯氧燃烧器的烧嘴砖容易烧蚀,寿命短,是一个很难攻克的技术难题。由于纯氧燃烧烧嘴砖烧蚀现象严重,大大缩短了炉子的使用周期。本发明多氧燃烧器彻底解决了炉内高温烧蚀,从而有效的延长炉窑寿命。[0033] 8大幅度的减少了氮氧化物的排放。附图说明[0034] 图1为本发明的立体结构示意图;[0035] 图2本发明的前视图;[0036] 图3是图2的A-A视图;[0037] 图4是图2的B-B视图;[0038] 图5是图4局部I放大图。[0039] 本发明产品的外形并不受此图的限制,仅外形改变也属于本发明的保护范围。具体实施方式[0040] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明,实施例:参见附图,多氧燃烧系统,设有烧嘴体7,该烧嘴体由耐火材料制成,形状为圆形或者方形,所述烧嘴体中间设有喷火口 8,该喷火口为直筒形或喇叭口型,喷火口大端即后端的开口夹角为30°,即开口夹角与轴线为0°时为直筒型,大于0°时为喇叭口型;喷火口的小端即前端设有一直筒段,该直筒段内设有燃料旋分器4 ;喷火口的周围设有若干个氧气喷口,其中有一次氧喷口 2个2、21和二次主燃氧喷口 2个1、11 ;在喷火口与氧气喷口间设有点火器3、火焰监测器孔6和观火孔5,该氧气喷口、点火器孔、火焰监测器孔和观火孔与所述喷火口同方向贯通于烧嘴体;[0041] 所述燃料旋分器的作用是使燃料均匀的分散在窑炉内,燃料旋分器由直管段42、旋流叶片41和法兰43组成,所述直管段的入口端连接法兰,直管段的中间设有所述旋转叶片,该旋转叶片为左旋或右旋,旋转叶片与燃料旋分器的中心轴线的夹角为20°,燃料旋分器的材质是由金属耐磨材料焊接或者铸造制成,或由非金属类耐磨材料预制成形高温烘烤制成;[0042] 所述的氧气喷口是孔道形状,孔道形状与轴向形成一定夹角,一次氧喷口和二次氧喷口与轴向夹角为+30° ,其外端分别与法兰连接,一次氧量占总氧量的30%, ±20%,二次氧量占总氧量的70%,±20% ;[0043] 所述氧气喷口与供氧系统连接,供氧系统设有供氧管,该供氧管上设有稳压阀、切断阀、供氧压力变速器,一次氧流量计、一次氧调节阀、二次氧流量计、二次氧调节阀;[0044] 所述燃料旋分器与燃料供给系统连接,燃料供给系统设有供燃料粉的给粉器、风机、风流量计、风压力计和控制阀门;或者设有给燃气的供气管、气流量计、气压力计和控制阀门;[0045]另外设有控制柜,该控制柜设有PLC控制器、触摸屏、供电系统和自动化仪表;控制器与所述供氧系统、燃料供给系统控制连接,通过对各压力计、流量计、调节阀、切断阀、稳压阀、点火器、火焰监测器的控制调节,实现对整个燃烧器全系统的检测与控制。[0046] 上述多氧燃烧系统的燃烧方法:[0047] I)自动点火[0048] 控制器设有自动点火程序,包含在启动开车程序之中,在开车条件具备的情况下启动,通过自动点火器点火,具有延时点火功能,完全做到火等气、火等粉状燃料或气体燃料的作用,保证点火过程的操作安全,点火后自动停止工作;[0049] 2)供氧检测与调节:[0050] a、调节稳定供氧压力:随供氧设备的输出压力和氧气管道压力的变化而调节,保证燃烧器氧气压力稳定,稳压阀将供氧设备所供的氧气压力稳定在设计压力范围之内;[0051] b、氧气压力检测:通过所设氧气压力变速器,将氧气压力的变化传送到控制柜显示并记录;[0052] C、控制调节氧气流量:控制器通过一次氧流量计、一次氧调节阀、二次氧流量计、二次氧调节阀控制并调节供氧流量,达到保证所需炉温的目的;[0053] d、切断阀保证运行安全:切断阀是氧气管线上的安全联锁装置,在燃烧过程中出现事故状态时,控制器接受联锁控制信号,控制切断阀切断氧气供应,保障生产过程安全。[0054] 3)粉状燃料供粉系统的调节:[0055] a、控制器控制调节燃料粉的供给:控制器控制给粉器通过粉状燃料下料阀向燃烧器输送粉状燃料,根据炉膛燃烧温度控制下料阀供给粉状燃料量的大小;[0056] b、控制器通过燃料供给系统风机、风流量计、风压力计和控制阀门,调节控制一、二次风的流量和压力,确保粉状燃料输送到燃烧器,并且在不同的压力下决定粉状燃料喷入炉膛的速度;[0057] 4)联锁控制:[0058] 控制器通过火焰监测器监视炉膛的燃烧情况,在开车时因为炉膛无火,切除其联锁功能,当点火成功后恢复联锁功能;一旦粉状燃料燃烧器在工作状态下炉膛灭火,火焰监测器将灭火信号传递到联锁控制系统,全系统启动联锁停车程序:首先同时关闭氧气总管切断阀、粉状燃料一次风管线切断阀、关闭粉状燃料下料阀。打开粉状燃料反吹管线切断阀,将送粉管线中的残留粉状燃料反吹回粉状燃料储罐中去。全部联锁过程有声光报警显/Jn o[0059] 本实施例的多氧燃烧系统与空气燃烧器排放烟气的比较:[0060] 空气的成份是:氧气约21%,氮气约79%。若使用以空气为助燃气体的燃烧器,在燃烧过程中,79%的氮气吸热并被完全排放掉,只有21 %的氧气参与燃烧,燃烧后生成CO2排放,在排放的烟气中,吸热的氮气所占成分相当大。而参与燃烧的氧气量相对很少,要满足燃烧的要求就要加大空气量。这就是空气燃烧器耗能、污染的原因。[0061] 使用多氧燃烧器时:助燃气体=氧气+ —次风(空气)[0062] 一次风是粉状燃料或气体燃料的输送风,它占助燃气体的5_15%,按正常使用值10%计算,助燃气体中含氮气的量是(百分比):10% x79%= 7.9%[0063]含氧气量是:100%-7.9%= 92.1 %[0064] 从计算结果看,空气燃烧器中的氮气是多氧燃烧器中氮气的10倍,而多氧燃烧器中的氧气是空气燃烧器中的氧气的4.5倍。多氧燃烧器中的氧气在燃烧过程中生成CO2排放,排放的CO2气体的浓度相当高,可以回收后经过滤处理作为工业原料使用。[0065]多氧燃烧系统的燃料如果使用可燃气体,如天然气、煤气等时,其中无空气成分,其含氧量是空气燃烧器的5倍多,所排放的CO2气体的浓度很纯,可以直接回收使用。通过半年多的生产实践,证明多氧粉状燃烧系统可节能45%,多氧气体燃烧系统可节能55%。大幅度的减少了氮氧化物的排放,减少了污染。[0066] 以上仅是本专利的I个具体实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本专利的保护范围。

Claims (1)

1.一种使用下述燃烧方法的多氧燃烧系统,设有烧嘴体(7),该烧嘴体由耐火材料制成,形状为圆形或者方形,其特征是:所述烧嘴体中间设有喷火口(8),该喷火口为直筒形或喇叭口型,喷火口大端即后端的开口夹角为0° -90°,即开口夹角与轴线为0°时为直筒型,大于0°时为喇叭口型;喷火口的小端即前端设有一直筒段,该直筒段内设有燃料旋分器(4);喷火口的周围设有数个氧气喷口,其中有一次氧喷口数个(2、21)和二次氧喷口数个(1、11);在喷火口与氧气喷口间设有点火器孔(3)、火焰监测器孔¢)和观火孔(5),该氧气喷口、点火器孔、火焰监测器孔和观火孔与所述喷火口同方向贯通于烧嘴体; 所述燃料旋分器的作用是使燃料均匀的分散在窑炉内,燃料旋分器由直管段(42)、旋流叶片(41)和第一法兰(43)组成,所述直管段的入口端连接第一法兰,直管段的中间设有所述旋转叶片,该旋转叶片为左旋或右旋,旋转叶片与燃料旋分器的中心轴线的夹角为0° -60°,燃料旋分器的材质是由金属耐磨材料焊接或者铸造制成,或由非金属类耐磨材料预制成形高温烘烤制成; 所述的氧气喷口是孔道形状,孔道形状与轴向形成一定夹角,一次氧喷口和二次氧喷口与轴向夹角为±70° ,其外端分别与第二法兰连接,一次氧量占总氧量的30%, ±20%,二次氧量占总氧量的70%,±20% ; 所述氧气喷口与供氧系统连接,供氧系统设有供氧管,该供氧管上设有稳压阀、切断阀、供氧压力变速器,一次氧流量计、一次氧调节阀、二次氧流量计、二次氧调节阀; 所述燃料旋分器与燃料供给系统连接,燃料供给系统设有供燃料粉的给粉器、风机、风流量计、风压力计和控制阀门;或者设有给燃气的供气管、气流量计、气压力计和控制阀门; 另外设有控制柜,该控制柜设有PLC控制器、触摸屏、供电系统和自动化仪表;控制器与所述供氧系统、燃料供给系统控制连接,通过对各压力计、流量计、调节阀、切断阀、稳压阀、点火器、火焰监测器的控制调节,实现对整个多氧燃烧系统的检测与控制; 上述多氧燃烧系统的燃烧方法: 1)自动点火 控制器设有自动点火程序,包含在启动开车程序之中,在开车条件具备的情况下启动,通过自动点火器点火,具有延时点火功能,完全做到火等气、火等粉状燃料或气体燃料的作用,保证点火过程的操作安全,点火后自动停止工作; 2)供氧检测与调节: a、调节稳定供氧压力:随供氧设备的输出压力和氧气管道压力的变化而调节,保证燃烧器氧气压力稳定,稳压阀将供氧设备所供的氧气压力稳定在设计压力范围之内; b、氧气压力检测:通过所设氧气压力变速器,将氧气压力的变化传送到控制柜显示并记录; C、控制调节氧气流量:控制器通过一次氧流量计、一次氧调节阀、二次氧流量计、二次氧调节阀控制并调节供氧流量,达到保证所需炉温的目的; d、切断阀保证运行安全:切断阀是氧气管线上的安全联锁装置,在燃烧过程中出现事故状态时,控制器接受联锁控制信号,控制切断阀切断氧气供应,保障生产过程安全。 3)粉状燃料供粉系统的调节: a、控制器控制调节燃料粉的供给:控制器控制给粉器通过粉状燃料下料阀向燃烧器输送粉状燃料,根据炉膛燃烧温度控制下料阀供给粉状燃料量的大小; b、控制器通过燃料供给系统风机、风流量计、风压力计和控制阀门,调节控制一、二次风的流量和压力,确保粉状燃料输送到燃烧器,并且在不同的压力下决定粉状燃料喷入炉膛的速度; 4)联 锁控制: 控制器通过火焰监测器监视炉膛的燃烧情况,在开车时因为炉膛无火,切除其联锁功能,当点火成功后恢复联锁功能;一旦粉状燃料燃烧器在工作状态下炉膛灭火,火焰监测器将灭火信号传递到联锁控制系统,全系统启动联锁停车程序:首先同时关闭氧气总管切断阀、粉状燃料一次风管线切断阀、关闭粉状燃料下料阀,打开粉状燃料反吹管线切断阀,将送粉管线中的残留粉状燃料反吹回粉状燃料储罐中,全部联锁过程有声光报警显示。
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Application publication date: 20111130

Assignee: Beijing Kai Yang Heat Technology Co., Ltd.

Assignor: Wang Lichen

Contract record no.: 2014990000356

Denomination of invention: Oxygen-enriched burner and combustion method thereof

Granted publication date: 20130724

License type: Exclusive License

Record date: 20140528

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Effective date of registration: 20160906

Address after: 100101 Beijing Chaoyang District City Camp Road No. 10 hospital (Yangming Plaza No. 3 3C)

Patentee after: Beijing Mingyang Energy Engineering Company

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Patentee before: Wang Lichen

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