CN103438452A - 纯氧燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纯氧燃烧器，涉及冶金设备制造技术领域，它的燃气通道分为主燃气通道和辅助燃气通道，它的助燃气通道分为助燃氧气通道和助燃空气通道，所述助燃氧气通道为直孔形状的中央通道，在位于燃烧口的前段，所述主燃气通道围在所述助燃氧气通道外，所述辅助燃气通道围在所述主燃气通道外，所述助燃空气通道围在所述辅助燃气通道外，各通道的横截面积比及其出口的位置进行了具体设置。这种纯氧燃烧器可以解决现有燃烧器燃烧效率低，当燃烧器安装倾斜角度过大时会造成火焰变形变短的问题。
Description
技术领域
本发明涉及冶金设备制造技术领域，尤其是一种大型冶金工业炉中使用的含氧量大的纯氧助燃燃气燃烧器。
背景技术
冶金行业中富氧燃烧技术的使用可以延长炉体寿命，提高产品质量，提高燃料燃烧效率。随着助燃氧气浓度的不断提高，一种高效、节能、环保、使用寿命长的高富氧燃烧器具有重要的经济及技术价值。国内外专家们对富氧燃烧器的革新研究从来没有停息过，但效果一直不够理想。
中国发明专利申请公开说明书CN1043376A公开了一种《带点火装置的气态燃料和氧的燃烧器》，氧气通道同心地围绕可燃气喷嘴， 专利在传统空气助燃燃烧器的基础上创新，采用高浓度氧气助燃，并提高了燃烧效率和火焰温度。但由于富氧燃烧火焰温度过高，烧嘴得不到及时的降温将缩短烧嘴的使用寿命；另一方面，高温下有助于氮氧化物的生成，造成周边环境的破坏。
中国实用新型专利“高富氧燃烧器”（公告号为：CN2366695Y，公告日为2000年3月1日），该专利也是一种以含氧量大于９０％的氧气作为助燃气体的燃烧器，具有燃料管、供氧管和隔热烧嘴，烧嘴与燃料管同轴线设置于燃料管前端，轴线位置开设有与燃料管相连通的燃料喷口。烧嘴上与燃料喷口外圈等距离的同一圆周上均布有氧气喷口，氧气喷口与供氧管之间燃料管外围安装有环形稳压腔。该高富氧燃烧器在烧嘴处设置助燃氧气喷出气流呈多股环绕在燃料气流之外，使助燃氧气在与燃料气混合之前混入适量炉气，从而达到降低了火焰温度，增加了火焰动能，炉内温度分布均匀的目的，由于氧气喷口与燃料喷口之间有足够距离，使得氧气与燃料混合前，预先吸入适量炉气并进行混合使之形成氧气浓度控制在20%或20%以下形成稀氧燃烧。该发明有效控制了燃烧器温度，提高了燃烧器使用寿命，但稀氧燃烧降低了火焰燃烧温度，影响了燃烧效率，且燃烧器倾斜角度过大时将造成火焰变形变短。
因此，现有燃烧器主要存在燃烧效率与使用寿命的矛盾问题，很难在保证高燃烧效率的同时延长燃烧器的使用寿命。
发明内容
本发明提供了一种纯氧燃烧器，它可以解决现有燃烧器燃烧效率与使用寿命矛盾的问题，使燃烧器在助燃氧气浓度超过95%时仍保持着较长的使用寿命。
为了解决上述问题，本纯氧燃烧器采用以下技术方案：这种纯氧燃烧器包括有由管材和板材围成的燃气通道和助燃气通道，所述燃气通道分为主燃气通道和辅助燃气通道，所述助燃气通道分为助燃氧气通道和助燃空气通道；所述助燃氧气通道为直孔的中央通道；所述主燃气通道围在所述助燃氧气通道外，所述辅助燃气通道围在所述主燃气通道外；所述助燃空气通道围在所述辅助燃气通道外，空气通道中通入大量空气对燃烧器有冷却作用；在所述辅助燃气通道内，所述助燃氧气通道的直径为D1，所述主燃气通道的直径为D2，所述辅助燃气通道的直径为D3，D1：D2：D3=1：1.4～1.6：1.7～2.0；所述空气通道出口的直径为所述助燃氧气通道出口直径的7~10倍。
更进一步地，所述纯氧燃烧器的技术方案中：所述辅燃料通道与所述空气通道之间设有气体预混合通孔，使燃气在燃烧前与空气充分混合，提高燃烧效率。所述空气通道的外壳上装有外面套有冷却风管的火焰检测器；构成所述助燃氧气通道，主燃气通道和辅助燃气通道的金属构件可以采用如焊接或其它连接方式连接成一个整体；所述空气通道由筒形外壳，与该筒形外壳贯通的空气进口管，通过螺栓连接封闭所述筒形外壳后端口的封板和一端通过连接法兰连接在所述封板上的中心安装管构成；所述冷却风管装在所述封板上；本纯氧燃烧器在前端可以设有安装法兰盘，至少在位于所述法兰盘之前的部分可以采用防止炉内高温加热变形的耐高温的合金材料制造。
燃气最好使用天然气，燃气最好由液态天然气气化而来，助燃氧气最好由液态氧气气化而来，这样它们的温度相对较低，对燃烧器有一定的降温作用。
本纯氧燃烧器在使用时可利用法兰安装于冶金炉的墙面上，火焰通过冶金炉的墙面开孔直接喷入炉内。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1、本发明采用中心通氧气，中间二次通燃料，最外侧通空气的方式，提高了燃烧稳定性，即使燃烧器安装倾斜角度大，火焰也不会发生变形、变短，刚性好，燃烧效率高。工作时，将氧气包裹的燃料气住还阻止了炉中材料的氧化和脱碳。
2、采用上述技术方案控制了燃烧器的工作温度，本发明无需另设冷却装置，使燃烧器在助燃氧气浓度超过95%时仍保持着较长的使用寿命。本公司燃烧器已连续工作2年多时间仍未出现故障。
附图说明
图1为本纯氧燃烧器第一个实施例的结构示意图。
图2为本纯氧燃烧器第二个实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
图1表示的是本发明纯氧燃烧器的一个实施例。纯氧燃烧器包括有由管材和板材围成的燃气通道和助燃气通道，燃气通道分为主燃气通道4和辅助燃气通道3，助燃气通道分为助燃氧气通道5和助燃空气通道7，助燃氧气通道5为直孔形状的中央通道，在辅助燃气通道3内，助燃氧气通道5的直径为D1=60毫米；主燃气通道4围在助燃氧气通道5外，在辅助燃气通道3内，主燃气通道4的直径为D2=85毫米；辅助燃气通道3围在主燃气通道4外，在辅助燃气通道3内，辅助燃气通道3的直径为D3=100毫米；助燃空气通道7围在辅助燃气通道3外，空气通道7的出口直径为420毫米。
为了不发生偏移，助燃氧气通道5、主燃气通道4和辅助燃气通道3的金属构件焊接连成一个整体。最外层的空气通道7由筒形外壳12、13，与该筒形外壳13轴线相交连接的空气进口管6，通过螺栓连接封闭筒形外壳13后端口的封板15和一端通过连接法兰连接在封板15上的中心安装管14构成，空气通道7的后端口的封板15上装有外面套有冷却风管9的火焰检测器10，筒形外壳12外焊接有用于连接安装的法兰盘8，空气通道7的筒形外壳12位于法兰盘8之前的部分采用我国铬18系列的耐高温合金钢材制造。松开空气通道7筒形外壳与封板之间的连接螺栓可以自由更换空气通道7。
助燃氧气由助燃氧气通道5末端的氧气管通入，燃料由环形主燃料通道4及环形辅燃料通道3外侧的燃料管通入，助燃空气由助燃空气通道6外侧的空气管通入。燃料和助燃氧气由液态天然气、液态氧气气化而来，它们的温度相对较低，对燃烧器起到一定的降温作用。
工作前，利用法兰盘8将本纯氧燃烧器安装于本申请人生产的350吨废杂铜精炼摇炉的炉墙面上，在法兰盘8与埋装在炉墙上的法兰盘之间装有密封隔热垫。工作时，70%~90%氧气由助燃氧气通道6通入作为中心助燃介质，氧气从中心通入，具有较大的动能，氧气高速射流和环形主燃料通道4供出的燃料射流形成强烈的剪切、拉伸、搅拌作用，在燃烧器出口至200mm 距离内就掺混得十分均匀，与过量的燃料充分混合后进行一级富氧燃烧；与此同时，大量的空气从最外层助燃空气通道6进入，与一级燃烧产物及环形辅燃料通道2供出的剩余10%~30%燃料进行混合，不仅补充了氧气进行二级燃烧。燃烧器这种二次燃烧方式，提高了燃烧稳定性，即使燃烧器安装倾斜角度大，火焰也不会发生变形、变短，刚性好，燃烧效率高。而最外层助燃空气通入，对燃烧器具有很好的冷却效果，有效降低火焰的中心温度，延长了燃烧器使用寿命。
正常工作状态下，燃料气压为0.4 MPa，气体流量为1000 Nm3/h；助燃氧气气压为0.3~0.5 MPa，气体流量为800 Nm3/h；助燃空气气压为15Kpa，气体流量为6750 Nm3/h，燃烧火焰长度达6000~6500mm。燃烧进行时，燃烧器中心氧气具有很大动量，高压氧气射流将燃料卷至燃烧器的前方混合、燃烧，燃烧火焰离开燃烧器有一定的距离，有效控制了燃烧器的温度。当炉内温度过低或过高时，可以调节燃料、助燃氧气、助燃空气三种气体的流量，燃料气体最大气体调节量为1250Nm3/h，助燃氧气最大气体调节量为1200 Nm3/h，助燃空气最大气体调节量为14000 Nm3/h，助燃氧气通道6内的助燃氧气流量与环形主燃料通道4、环形辅燃料通道3内的燃料总气流量调节比为1.8~2.2，通过调节这三种气体的流量控制炉内温度。在燃烧器点火或燃烧过程中，火焰检测器10返回火焰燃烧情况，工作人员根据情况做出相应的处理，而火检冷却风管9中的冷却风对火焰检测器10起到降温作用。
实施例2：
图2示出了本发明一种纯氧燃烧器的第二个实施例，如图2所示，该实施例与第一个实施例在结构上的区别在于：
A．在辅助燃气通道3内，助燃氧气通道5的直径为D1=50毫米；主燃气通道4的直径为D2=80毫米；辅助燃气通道3的直径为D3=100毫米；助燃空气通道出口的直径为500毫米。
B．在环形辅燃料通道2外壁开设了4个气体预混合孔11，使燃料在燃烧前与空气充分混合，提高燃烧效率。
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，做出的变化也在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种纯氧燃烧器，包括有由管材和板材围成的燃气通道和助燃气通道，其特征在于：所述燃气通道分为主燃气通道(4)和辅助燃气通道(3)，所述助燃气通道分为助燃氧气通道(5)和助燃空气通道(7)；所述助燃氧气通道(5)为直孔的中央通道；所述主燃气通道(4)围在所述助燃氧气通道(5)外，所述辅助燃气通道(3)围在所述主燃气通道(4)外；所述助燃空气通道(7)围在所述辅助燃气通道(3)外；在所述辅助燃气通道(3)内，所述助燃氧气通道(5)的直径为D1，所述主燃气通道(4)的直径为D2，所述辅助燃气通道(3)的直径为D3，D1：D2：D3=1：1.4～1.6：1.7～2.0；所述空气通道(7) 出口的直径为所述助燃氧气通道(5)出口直径的7~10倍。
2.根据权利要求1所述的纯氧燃烧器，其特征在于：所述空气通道(7)的外壳上装有外面套有冷却风管(9)的火焰检测器(10)。
3.根据权利要求1所述的纯氧燃烧器，其特征在于：在前端设有法兰盘（8），至少在位于所述法兰盘（8）之前的部分(12)采用耐高温的合金材料制造。
4.根据权利要求1、2或3所述的纯氧燃烧器，其特征在于：所述辅助燃气通道(3)与所述空气通道(7)之间设有气体预混合通孔(11)。
5.根据权利要求1、2或3所述的纯氧燃烧器，其特征在于：构成所述助燃氧气通道(5)，主燃气通道(4)和辅助燃气通道(3)的金属构件连接成一个整体；所述空气通道(7)由筒形外壳（13），与该筒形外壳（13）贯通的空气进口管(6)，通过螺栓连接封闭所述筒形外壳（13）后端口的封板（15）和一端通过连接法兰连接在所述封板（15）上的中心安装管（14）构成；所述冷却风管(9)装在所述封板（15）上。
6.根据权利要求4所述的纯氧燃烧器，其特征在于：构成所述助燃氧气通道(5)，主燃气通道(4)和辅助燃气通道(3)的金属构件连接成一个整体；所述空气通道(7)由筒形外壳（13），与该筒形外壳（13）贯通的空气进口管(6)，通过螺栓连接封闭所述筒形外壳（13）后端口的封板（15）和一端通过连接法兰连接在所述封板（15）上的中心安装管（14）构成；所述冷却风管(9)装在所述封板（15）上。
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