CN103453525B - 富氧燃烧器的使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种富氧燃烧器及其使用方法,涉及冶金工艺设备制造及使用技术领域。该燃烧器的插入段部分中的氧气管装在燃气管内,氧气管的前端部与燃气管的前端部之间连接有设有用于喷射氧气的中心喷气孔和多个用于喷射燃气的外侧喷气孔的喷嘴;中心喷气孔的外端口位于外侧喷气孔的外端口的前方,在燃气管外设有冷却介质环回通道。这种燃烧器的使用可以解决现有富氧燃烧器在燃烧低分子量燃气时稳定性差,火焰刚性较弱、变形和铺展性不好,以及会造成炉内材料的氧化和脱碳问题。

Description

富氧燃烧器的使用方法
技术领域
本发明涉及冶金工艺设备制造技术领域,尤其是一种大型冶金工业炉中使用的以高含量氧气作为助燃气的气体燃料的燃烧器及其使用方法。
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。这种高富氧燃烧器但当采用天然气、氢气等低分子量气体作燃料气时,其动能较低,火焰容易发散;特别当燃烧器倾斜安装时,火焰易发生变形变短,这不仅会影响到炉内温度分布的均匀性,而且不适合在深度较大的冶金炉体中采用;最重要的问题是:处于燃料气外围的氧气容易使炉内材料氧化,造成冶炼产品的氧含量超标。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种富氧燃烧器的使用方法,使用这种燃烧器可以解决现有富氧燃烧器在燃烧低分子量燃气时稳定性差,火焰刚性较弱、变形和铺展性不好,以及会造成炉内材料的氧化和脱碳问题。
为了解决上述问题,本使用方法的富氧燃烧器采用以下技术方案:具有位于前方,长度大于5000毫米的插入段和位于后方的接口段两部分,包括有氧气管、燃气管和喷嘴;在所述插入段部分中,所述氧气管装在所述燃气管内,所述氧气管的前端部与所述燃气管的前端部之间连接所述喷嘴;所述喷嘴有一个中心喷气孔和环绕在该中心喷气孔外的多个外侧喷气孔,所述喷嘴的中心喷气孔与所述氧气管的内孔连通,所述喷嘴的各个外侧喷气孔与所述燃气管的气道连通所述燃气管外设有由外套管和位于该外套管与所述燃气管之间的中间隔管分隔形成的冷却介质环回通道,冷却介质环回通道由隔挡环封闭;所述冷却介质环回通道的进口接头和出口接头,以及燃气管进口接头和氧气管进口接头均设在所述接口段部分中;其使用方法是:将所述氧气管的进口接头通过氧气调节阀与含氧量>95%,压力为0.3~0.5MPa的氧气源连接;将燃气管进口接头通过燃气调节阀与压力为0.4MPa的天然气源连接;将所述冷却介质环回通道的进口接头和出口接头连接冷却压缩空气源或冷却水源;控制天然气流量:氧气流量=1:1.8~2.2的输出进行富氧燃烧。
进一步地,所述喷嘴的各个外侧喷气孔和中心喷气孔均为直孔;所述喷嘴的各个外侧喷气孔的横截面积之和:所述喷嘴的中心喷气孔横截面积=1:2.5~6,这个比值过小或过大都将造成助燃氧气与燃烧气体的失衡,比值过大时造成燃烧气体的余量,比值过小时造成助燃氧气的余量,从而影响燃烧效率;所述喷嘴的中心喷气孔的长度为130~180毫米,这个长度过小会影响火焰的刚性,过大会影响火焰的稳定性;所述喷嘴的中心喷气孔的直径:所述氧气管内孔直径=1:1.2~1.57;
所述喷嘴的中心喷气孔的直径:所述喷嘴的外侧喷气孔中心的环绕直径=1:2.43,这个比值过小会减小燃烧器燃烧时的供氧量,不断增大天然气流量时将影响燃烧器燃烧效率,甚至造成熄火,当这个比值过大将降低助燃氧气的喷射动量,影响燃烧火焰的刚性;所述喷嘴的中心喷气孔的外端口可以设置在位于所述各个外侧喷气孔的外端口的前方,所述喷嘴的中心喷气孔的外端口与所述各个外侧喷气孔的外端口的距离为3~15毫米。
为方便所述喷嘴的更换,喷嘴与燃气管的前端部最好为螺纹连接。
燃料最好使用天然气,燃料和助燃氧气最好由液态天然气、液态氧气气化而来,它们的温度相对较低,对燃烧器有一定的降温作用。
燃料可调最大气体流量为2090Nm3/h,助燃氧气可调最大流量为4000Nm3/h,燃烧器调节比为1:5。
正常工作下,燃料气体流量为1630Nm3/h,气压为0.4MPa;助燃氧气正常气体流量为2900Nm3/h,气压为0.3MPa。
富氧燃烧器的前端最好采用耐高温的合金材料,以延长燃烧器使用寿命。
富氧燃烧器的前端长度为8000毫米,可以根据炉内的原料的多少或炉膛的深度调节燃烧器入炉长度,可以适应各种炉膛深度的冶金炉体。
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、燃烧稳定性好,长时间燃烧火焰形状保持不变;
2、火焰铺展性好,烧嘴火焰长度可达6米至6.5米;
3、火焰刚性强好,即使倾斜安装,其喷出的火焰也不会发生变形;
4、燃料气将氧气包围,使氧气与炉内材料隔离,因此可以防止炉内材料的氧化和脱碳;
5、由于富氧燃烧器的插入段较长,而且外层设有环回的冷却介质通道,因此可以根据炉内的原料的多少或炉膛的深度调节燃烧器插入炉内长度,可以适应各种炉膛深度的冶金炉体的需要,而且增强了冷却效果,延长燃烧器使用寿命。
附图说明
图1为本发明富氧燃烧器的结构示意图。
图2是图1中B处的局部放大视图。
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、图2所示的富氧燃烧器,具有位于前方长度为8000毫米的插入段L1,在插入段L1的后方为接口段L2。位于整个接口段L2和插入段L1的前端外有一根内孔径A2为110毫米的氧气管1,氧气管1在图1中右端折弯部分为氧气管接头,氧气管1在图1中的左端为前端,氧气管1的前端与喷嘴8螺纹连接,使氧气管1的前端与喷嘴8中央的中心喷气孔连通,且通过螺纹连接方式还可以起到及时更换喷嘴8的效果。在插入段L1的部分中,氧气管1装在燃气管3内,喷嘴8在氧气管1的前端部与燃气管3的前端部之间,喷嘴8的中心喷气孔外环绕设置有6个均匀分布的外侧喷气孔,喷嘴8的各个外侧喷气孔与燃气管3的气道连通;喷嘴8的各个外侧喷气孔和中心喷气孔均为直的通孔,喷嘴8的各个外侧喷气孔的横截面积之和为1526平方毫米,喷嘴8的中心喷气孔横截面积为3815平方毫米,即喷嘴8的各个外侧喷气孔的横截面积之和:喷嘴8的中心喷气孔横截面积为1:2.5;喷嘴8的中心喷气孔的长度L4为130毫米。喷嘴8的中心喷气孔的直径A1为70毫米,氧气管1内孔直径A2为110毫米,喷嘴8的外侧喷气孔中心的环绕直径A3为170毫米。喷嘴8的各个外侧喷气孔的出口前有一个扩张区,喷嘴8的中心喷气孔的外端口位于各个外侧喷气孔的外端口的前方,喷嘴的中心喷气孔的外端口与各个外侧喷气孔的外端口的距离L3为3毫米,这个距离可以控制燃气扩张的角度以有使燃气能够充分与助燃氧气混合。燃气管3外还设有由外套管7和位于该外套管7与燃气管3之间的中间隔管5分隔形成的冷却介质环回通道,冷却介质环回通道由隔挡环9封闭;氧气管1和燃气管3的后部均焊接有连接法兰,氧气管1和燃气管3的后部通过这两个连接法兰和连接螺栓2相连接,在这两个连接法兰之间装有密封垫;中间隔管5的后端与燃气管3的后部也是通过连接法兰、螺栓4和装在两个连接法兰之间的密封垫连接;外套管7的后端与中间隔管5的后部也是通过连接法兰、密封垫和螺栓6相连接,上述三对连接法兰和冷却介质环回通道的进口接头11和出口接头10,以及燃气管进口接头12和氧气管进口接头均设在接口段L2部分中,在冷却介质环回通道的进口接头11之前的部分为插入段L1,插入段L1的长度为8000毫米。
本富氧燃烧器的使用方法是:先将富氧燃烧器的插入段根据炉内的原料的多少或炉膛的深度插入适当的长度,将氧气管1的进口接头通过氧气调节阀与含氧量>95%,刚由液态氧气化压力为0.3~0.5MPa氧气的储藏气罐连接;将燃气管3的进口接头12通过燃气调节阀与刚从液态气化的、压力为0.4MPa的天然气罐连接;将冷却介质环回通道的进口接头和出口接头连接冷却循环系统中,通过调节氧气调节阀和燃气调节阀控制天然气流量:氧气流量=1:1.8~2.2的输出量状态下进行点火富氧燃烧。由液态天然气、液态氧气气化而来燃料气和氧气温度较低,对燃烧器有一定的降温作用。该规格的富氧燃烧器正常工作下,燃料气体流量为1630Nm3/h,气压为0.4MPa,助燃氧气正常气体流量为2900Nm3/h,气压为0.3MPa,燃烧火焰长度达3500~4000毫米。燃烧进行时,高压氧气射流从喷嘴8中心喷气孔射出,从外侧喷气孔将喷出的天然气卷至燃烧器的前方混合、燃烧。当炉内温度过低或过高时,可以调节燃料、助燃氧气两种气体的流量,燃料可调最大气体流量为2090Nm3/h,助燃氧气可调最大流量为4000Nm3/h,燃烧器调节比为1:5,通过调节这两种气体的流量可控制炉内温度。
实施例2:
如图1~2所示,本实施例中喷嘴8的各个外侧喷气孔的横截面积之和为1526平方毫米,喷嘴8的中心喷气孔横截面积为9156平方毫米,即喷嘴8的各个外侧喷气孔的横截面积之和:喷嘴8的中心喷气孔横截面积为1:6;喷嘴8的中心喷气孔的直径A1为70毫米,氧气管1内孔直径A2为84毫米,喷嘴8的中心喷气孔外环绕设置有8个均匀分布的外侧喷气孔,喷嘴8的外侧喷气孔中心的环绕直径A3为170毫米;喷嘴8的中心喷气孔的长度L4为180毫米;喷嘴的中心喷气孔的外端口与各个外侧喷气孔的外端口的距离L3为15毫米。本实施例的其它部分与上述实施例1的相同。

Claims (2)

1.一种富氧燃烧器的使用方法,其特征在于:
富氧燃烧器包括有氧气管(1)、燃气管(3)和喷嘴(8),分为具有位于前方,长度大于5000毫米的插入段(L1)和位于后方的接口段(L2)两部分;在所述插入段(L1)部分中,所述氧气管(1)装在所述燃气管(3)内,所述氧气管(1)的前端部与所述燃气管(3)的前端部之间连接所述喷嘴(8);所述喷嘴(8)有一个中心喷气孔和环绕在该中心喷气孔外的多个外侧喷气孔,所述喷嘴(8)的中心喷气孔与所述氧气管(1)的内孔连通,所述喷嘴(8)的各个外侧喷气孔与所述燃气管(3)的气道连通;所述燃气管(3)外设有由外套管(7)和位于该外套管与所述燃气管(3)之间的中间隔管(5)分隔形成的冷却介质环回通道;所述冷却介质环回通道的进口接头(11)和出口接头(10),以及燃气管进口接头(12)和氧气管(1)的进口接头均设在所述接口段(L2)部分中;
使用方法是:将所述氧气管(1)的进口接头通过氧气调节阀与含氧量>95%,压力为0.3~0.5MPa的氧气源连接;将燃气管进口接头(12)通过燃气调节阀与压力为0.4MPa的天然气源连接;将所述冷却介质环回通道的进口接头(11)和出口接头(10)连接冷却压缩空气源或冷却水源;控制天然气流量:氧气流量=1:1.8~2.2的输出进行富氧燃烧。
2.根据权利要求1所述富氧燃烧器的使用方法,其特征在于,所述喷嘴(8)的各个外侧喷气孔和中心喷气孔均为直孔;所述喷嘴(8)的各个外侧喷气孔的横截面积之和:所述喷嘴(8)的中心喷气孔横截面积=1:2.5~6;所述喷嘴(8)的中心喷气孔的长度(L4)为130~180毫米;所述喷嘴(8)的中心喷气孔的直径(A1):所述氧气管(1)内孔直径(A2)=1:1.2~1.57;所述喷嘴(8)的中心喷气孔的直径(A1):所述喷嘴(8)的外侧喷气孔中心的环绕直径(A3)=1:2.43;所述喷嘴(8)的中心喷气孔的外端口位于所述各个外侧喷气孔的外端口的前方,所述喷嘴的中心喷气孔的外端口与所述各个外侧喷气孔的外端口的距离(L3)为3~15毫米。
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