CN104266189B - 低热值燃气辐射管烧嘴的控制方法 - Google Patents
低热值燃气辐射管烧嘴的控制方法 Download PDFInfo
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Classifications
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Abstract
本发明公开了一种低热值燃气辐射管烧嘴，包括燃烧室、空气配风盘、煤气喷头、煤气导管、第一电极导管、点火电极以及固定装置；燃烧室的入口处安装有空气配风盘，燃烧室的出口处将燃烧室的燃烧腔与辐射管连通，空气配风盘上开设有空气进风口，第一电极导管套设于点火电极上，第一电极导管贯穿于固定装置与空气配风盘上，煤气导管贯穿于固定装置与空气配风盘上，煤气喷头安装于煤气导管靠近空气配风盘的一端，固定装置用于将低热值燃气辐射管烧嘴固定于辐射管中，固定装置上开设有助燃口。本发明还提出一种低热值燃气辐射管烧嘴的控制方法。本低热值燃气辐射管烧嘴，提高了烧嘴在应用低热热值煤气的点火稳定性，同时降低了污染物的排放量。
Description
技术领域
[0001]本发明涉及燃烧装置领域，尤其涉及一种低热值燃气辐射管烧嘴的控制方法。
背景技术
[0002]在金属热处理领域，随着对产品质量要求的提高，辐射管加热技术已经得到了广泛的普及和应用。为满足日益严苛的生产工艺要求和污染物排放要求，辐射管烧嘴的结构设计得到了不断优化，烧嘴在管表面温度均匀性、点火及火焰稳定性以及燃烧产物NOx控制方面的性能都在不断提升。在燃气介质方面，目前的辐射管烧嘴已经能够适应包括天然气、焦炉煤气以及高于1800kal/m3的高焦混合煤气的燃烧应用。
[0003]但是，随着近年来国内对于燃烧低热值煤气，包括转炉煤气、高炉煤气提纯气以及1600kal/m3以下的高焦混合煤气的需求日益增多，现有的辐射管烧嘴结构在应用低热值煤气时，会出现点火不稳定、燃烧功率降低、辐射管表面温度均匀性变差以及污染物排放量增大等诸多方面的问题，对辐射管的使用寿命、产品的生产工艺及质量产生影响。
[0004]因此如何设计一种能够适用于低热值煤气燃烧的辐射管烧嘴，改善燃烧方式，保证火焰点火、燃烧及监测的稳定性及可靠性，同时有效控制污染物排放是该类型烧嘴设计中亟需解决的问题。
发明内容
[0005]本发明的主要目的在于提供一种低热值燃气辐射管烧嘴的控制方法，旨在提高烧嘴在应用低热热值煤气的点火稳定性，同时降低污染物的排放量。
[0006]为实现上述目的，本发明提供一种低热值燃气辐射管烧嘴，包括燃烧室、空气配风盘、煤气喷头、煤气导管、第一电极导管、点火电极以及固定装置;其中，
[0007]所述燃烧室设有入口与出口，所述燃烧室的入口处安装有所述空气配风盘，所述燃烧室的出口处将所述燃烧室的燃烧腔与辐射管连通，所述空气配风盘上开设有与所述燃烧腔连通的空气进风口，所述第一电极导管套设于所述点火电极上，所述第一电极导管贯穿于所述固定装置与所述空气配风盘上使所述点火电极的点火端容纳于所述燃烧腔内，所述煤气导管贯穿于所述固定装置与所述空气配风盘上，所述煤气喷头安装于所述煤气导管靠近所述空气配风盘的一端且其喷头容纳于所述燃烧腔内，所述固定装置用于将低热值燃气辐射管烧嘴固定于辐射管中，所述固定装置上开设有用于与助燃空气通道连通的助燃口，助燃空气经所述助燃口进入所述固定装置的腔室中，经所述空气进风口进入到所述燃烧腔内。
[0008]优选地，所述燃烧室设有一缩口，所述燃烧室的出口位于其缩口处。
[0009] 优选地，所述燃烧室的侧面上开设有多组环形分布的空气配风口，每组空气配风口包括多个配风孔，组成每组所述空气配风口的多个配风孔在所述燃烧室的圆周方向均匀分布，组成相邻两组的空气配风口的多个配风孔交错设置。
[0010]优选地，所述煤气喷头上开设有多个煤气喷口。[0011 ]优选地，所述煤气喷头上的煤气喷口包括位于其侧面的第一煤气喷口和位于其顶端面上的第二煤气喷口，所述第一煤气喷口设有多个，多个所述第一煤气喷口在所述煤气喷头的圆周方向均匀分布。
[0012]优选地，所述低热值燃气辐射管烧嘴还包括贯穿于所述固定装置与所述空气配风盘上的第二电极导管，所述第二电极导管上安装有火焰监测装置。
[0013]优选地，所述空气进风口设有多个，多个所述空气进风口环绕煤气喷头安装孔设置。
[0014]优选地，所述固定装置包括用于与波纹管连接的空气壳体以及固定于所述空气壳体上的壳体端板，其中，所述空气壳体为三通圆柱状筒体结构，所述空气壳体的第一端设有与所述壳体端板配合的安装法兰，所述空气壳体的第二端设有与辐射管配合的安装法兰，所述空气壳体的第三端上开设有所述助燃口。
[0015]优选地，所述第一电极导管端部设有冷却风接头。
[0016]本发明进一步提出一种基于上述的低热值燃气辐射管烧嘴的控制方法，包括以下步骤:
[0017]当辐射管应用炉膛温度低于第一预设温度时，助燃空气经固定装置的助燃口进入，沿固定装置和辐射管进入空气配风盘处，经煤气喷头喷出的低热值煤气与助燃空气在空气配风盘处混合，点火电极放电将低热值煤气引燃，助燃空气通过空气配风盘的空气进风口、燃烧室侧面的空气配风口进行加强混合，火焰在燃烧室中燃烧；
[0018]当辐射管应用炉膛温度高于第一预设温度时，助燃空气经固定装置的助燃口进入，沿固定装置和辐射管进入空气配风盘处，经煤气喷头喷出的低热值煤气与助燃空气在燃烧室中混合后，从燃烧室的出口喷出后，点火电极未点火，通过辐射管内高温引燃燃烧室出口喷出的混合气体，形成无焰燃烧。
[0019]本发明提出的低热值燃气辐射管烧嘴，通过设置燃烧室对助燃空气与煤气进行充分混合，从而提高了燃烧低热值煤气时点火、燃烧及升温的稳定性。同时，本低热值燃气福射管烧嘴，通过设置燃烧室对助燃空气与煤气进行混合，通过其出口喷出，从而实现了将无焰燃烧技术应用于辐射管烧嘴燃烧，大幅降低辐射管烧嘴NOx排放，提高了辐射管表面温度分布均匀度。在保证低热值燃气点火及燃烧稳定的同时，有效地降低了污染物NOx排放。本低热值燃气辐射管烧嘴可实现两种模式燃烧，在低温模式下，利用燃烧室保证点火，保证了在燃烧低热值煤气时点火、燃烧及升温的稳定性;在高温模式下，利用预混方式实现无焰燃烧，降低NOx排放，提高辐射管表面温度均匀性。即本低热值燃气辐射管烧嘴既可实现无焰燃烧又能保证低热值燃气的稳定燃烧。
附图说明
[0020]图1为本发明低热值燃气辐射管烧嘴优选实施例的结构示意图；
[0021]图2为图1所示的A处细节放大结构示意图；
[0022]图3为本发明低热值燃气辐射管烧嘴中空气配风盘与煤气喷头装配时的结构示意图；
[0023]图4为图1所示的B向的局部结构示意图；
[0024]图5为本发明低热值燃气辐射管烧嘴与辐射管配套使用时处于低温模式的原理示意图；
[0025]图6为本发明低热值燃气辐射管烧嘴与辐射管配套使用时处于高温模式的原理示意图。
[0026]本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0027]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0028]需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0029]本发明提出一种低热值燃气辐射管烧嘴。
[0030]参照图1至图3，图1为本发明低热值燃气辐射管烧嘴优选实施例的结构示意图；图2为图1所示的A处细节放大结构示意图；图3为本发明低热值燃气辐射管烧嘴中空气配风盘与煤气喷头装配时的结构示意图。
[0031]本优选实施例中，一种低热值燃气辐射管烧嘴包括燃烧室10、空气配风盘20、煤气喷头30、煤气导管40、第一电极导管50、点火电极60以及固定装置70;其中，
[0032] 燃烧室10设有入口 12与出口 11(入口 12、出口 11与燃烧室10的燃烧腔相连通)，燃烧室10的入口 12处安装有空气配风盘20，燃烧室10的出口 11处将燃烧室10的燃烧腔与辐射管81连通，空气配风盘20上开设有与燃烧腔连通的空气进风口 201，第一电极导管50套设于点火电极60上，第一电极导管50用于安装点火电极60，第一电极导管50贯穿于固定装置70，第一电极导管50固定在空气配风盘20上，点火电极60的点火端容纳于燃烧腔内，煤气导管40贯穿于固定装置70，煤气导管40固定在空气配风盘20上，煤气喷头30安装于煤气导管40靠近空气配风盘20的一端且其喷头容纳于燃烧腔内，固定装置70用于将低热值燃气辐射管烧嘴固定于辐射管81中，固定装置70上开设有用于与助燃空气通道连通的助燃口，助燃空气经助燃口进入固定装置70的腔室中，经空气进风口 201进入到燃烧室1的燃烧腔内。
[0033]本实施例中，点火电极60为独立打火结构，点火电极60包括电极头、打火柱、电极丝、陶瓷管、冷却风接头以及外部套管。点火电极60通入高压电后，能够在端部产生点火花，同时，本实施例中，点火电极60优选配置有冷却风结构，能够对电极打火柱进行空气冷却。
[0034] 进一步地，参照图2，燃烧室10设有一缩口，燃烧室10的出口 11位于其缩口处。缩口的结构设置使得混合空气能集中经燃烧室10的出口 11喷出的烟气流速，产生了大量的烟气回流区域，以利于实现喷出火焰的无焰燃烧效果。
[0035]进一步地，参照图2，本实施例中，燃烧室10的侧面上开设有多组环形分布的空气配风口，每组空气配风口包括多个配风孔13，组成每组空气配风口的多个配风孔13在燃烧室10的圆周方向均匀分布，组成相邻两组的空气配风口的多个配风孔13交错设置。这种结构的燃烧室10保证了低热值煤气与助燃空气的充分混合，从而有利于低热值燃气辐射管烧嘴应用于低热值煤气燃烧的点火以及燃烧的稳定性。
[0036]具体地，燃烧室10采用硅溶胶精密铸造工艺成型毛坯，再通过立式加工中心精加工成型。每组空气配风口包括12个配风孔13，空气配风口共设有四组。燃烧室10的左端面上加工有空气配风盘安装槽，用于对空气配风盘20进行安装及定位。
[0037]进一步地，参照图2，煤气喷头30上开设有多个煤气喷口。煤气喷头30上的煤气喷口包括位于其侧面的第一煤气喷口 31和位于其顶端面上的第二煤气喷口 32，第一煤气喷口31设有多个，多个第一煤气喷口 31在煤气喷头30的圆周方向均匀分布。本实施例中，通过设置多个煤气喷头30，从而进一步提高了低热值燃气辐射管烧嘴应用于低热值煤气燃烧的点火与燃烧的稳定性。
[0038]第二煤气喷口 32设有一个，第一煤气喷口 31设有8个，具体按照设定煤气分级比例确定第一煤气喷口 31和第二煤气喷口 32的开孔尺寸，煤气喷头30与空气配风盘20按照空煤气混合角度装配后，通过焊接固定。煤气喷头30的中心为煤气流通通道，煤气喷头30可通过螺纹连接与煤气导管40相连接。煤气导管40优选使用不锈钢无缝钢管。
[0039] 进一步地，结合参照图2和图3，空气进风口 201设有多个，多个空气进风口 201环绕煤气喷头安装孔203设置，此时，有利于实现低热值煤气与助燃空气的进一步充分混合。空气配风盘20具体可采用耐热钢圆坯精加工成型，在空气配风盘20的中心处开设有煤气喷头安装孔203，煤气喷头安装孔203的外围环向开有多个空气进风口 201及两个电极导管安装孔202，空气进风口 201开孔设有10个，所有空气进风口 201和电极导管安装孔202沿空气配风盘20的圆周方向均匀布置，两个电极导管安装孔202呈180度对称布置。
[0040]具体地，结合参照图1和图4，固定装置70包括用于与波纹管连接的空气壳体71以及固定于空气壳体71上的壳体端板72，其中，空气壳体71为三通圆柱状筒体结构，空气壳体71的第一端设有与壳体端板72配合的安装法兰，空气壳体71的第二端设有与辐射管81配合的安装法兰，空气壳体71的第三端上开设有助燃口。空气壳体71可通过不锈钢硅溶胶精密铸造成型。在壳体端板72上开设有煤气导管中心孔、窥视孔、电极导管安装孔以及取压嘴安装孔，壳体端板72与空气壳体71通过螺栓固定连接。煤气导管40、第一电极导管50从壳体端板72对应穿过相应的安装孔后，与壳体端板72通过焊接固定。
[0041]结合参照图5和图6，本低热值燃气辐射管烧嘴的工作原理如下:首先，将空气壳体71上的安装法兰固定于辐射管81上，空气壳体71的第三端通过波纹管82与换热器83的出口连接，当辐射管应用炉膛温度低于750°C (此温度根据低热值煤气的具体成分进行设定，此温度需大于煤气中所有成分的燃点)时，助燃空气经换热器预热后，通过波纹管82从助燃口进入，沿空气壳体71和辐射管81进入空气配风盘20处(固定装置70的腔室与辐射管81相连通，因空气配风盘20位于辐射管81内，助燃空气经辐射管81再流到空气配风盘20处)，点火电极60在空气配风盘20的端面放电，助燃空气与刚离开煤气喷头30的低热值煤气进行混合并引燃，空气配风盘20、煤气喷头30以及燃烧室10分级燃烧结构设计以及燃烧室10的缩口型的烟气喷出结构，保证了低热值煤气在燃烧室10内的充分混合以及点火的稳定性及可靠性。燃烧产生的烟气从燃烧室1喷口喷入辐射管81中，对辐射管81进行加热。
[0042]当辐射管应用炉膛温度高于750°C时，由于辐射管81管体温度已经超过燃气的自燃点，助燃空气到达空气配风盘20处时，不需通过点火电极60进行引燃，而是利用燃烧室10在完成低热值煤气和空气的混合后，混合气体经燃烧室10的出口 11喷出后，利用辐射管81内高温即可引燃混合气体，同时燃烧室10缩口结构提高了喷出混合物的烟气流速，产生了大量的烟气回流区域，同时形成喷出火焰的无焰燃烧效果，有效的降低了NOx排放，同时提高了辐射管81表面温度的均匀性。
[0043]无焰燃烧技术是将空气和燃气的混合物被喷入一个高温烟气强回流的环境中，肉眼可见的火焰以及由火焰所产生的局部高温区域消失，可使炉膛温度均匀性大幅改善，同时，NOx的排放量也被降低到一个极低的水平。
[0044]本发明提出的低热值燃气辐射管烧嘴，通过设置燃烧室10对助燃空气与煤气进行充分混合，从而提高了燃烧低热值煤气时点火、燃烧及升温的稳定性。同时，本低热值燃气辐射管烧嘴，通过设置燃烧室10对助燃空气与煤气进行混合，通过其出口 11喷出，从而实现了将无焰燃烧技术应用于辐射管烧嘴燃烧，大幅地降低辐射管烧嘴NOx排放量，提高了辐射管81表面温度分布均匀性。在保证低热值燃气点火及燃烧稳定的同时，有效地降低了污染物NOx排放。本低热值燃气辐射管烧嘴可实现两种模式燃烧，在低温模式下，利用燃烧室10保证点火，保证了在燃烧低热值煤气时点火、燃烧及升温的稳定性;在高温模式下，利用预混方式实现无焰燃烧，降低NOx排放，提高辐射管81表面温度均匀性。即本低热值燃气辐射管烧嘴既可实现无焰燃烧又能保证低热值燃气的稳定燃烧。
[0045]进一步地，第一电极导管50端部设有冷却风接头，此时，可有利于对点火电极60进行冷却，提高了本低热值燃气辐射管烧嘴的性能。
[0046]进一步地，本低热值燃气辐射管烧嘴还包括贯穿于固定装置70与空气配风盘20上的第二电极导管51，第二电极导管51上安装有火焰监测装置。第一电极导管50和第二电极导管51优选为不锈钢无缝钢管，第一电极导管50和第二电极导管51按一定角度插入壳体端板72后与空气配风盘20搭接固定。当然，点火电极60可灵活选择安装于第一电极导管50和第二电极导管51中。
[0047]本发明进一步提出一种基于上述的低热值燃气辐射管烧嘴的控制方法。
[0048]本优选实施例中，一种低热值燃气辐射管烧嘴的控制方法，包括以下步骤:
[0049]当辐射管应用炉膛温度低于第一预设温度时，助燃空气经固定装置的助燃口进入，沿固定装置和辐射管进入空气配风盘处，经煤气喷头喷出的低热值煤气与助燃空气在空气配风盘处混合，点火电极放电将低热值煤气引燃，助燃空气通过空气配风盘的空气进风口、燃烧室侧面的空气配风口进行加强混合，火焰在燃烧室中燃烧；
[0050]当辐射管应用炉膛温度高于第一预设温度时，助燃空气经固定装置的助燃口进入，沿固定装置和辐射管进入空气配风盘处，经煤气喷头喷出的低热值煤气与助燃空气在燃烧室中混合后，从燃烧室的出口喷出后，点火电极未点火，通过辐射管内高温引燃燃烧室出口喷出的混合气体，形成无焰燃烧。
[0051 ]本实施例中，设置第一预设温度为750°C。
[0052]本发明提出的低热值燃气辐射管烧嘴的控制方法，实现两种模式燃烧，在低温模式下，利用燃烧室保证点火，保证了燃烧低热值煤气时点火、燃烧及升温的稳定性;高温模式下，利用预混的方式实现无焰燃烧，降低NOx排放，提高辐射管表面温度均匀性。
[0053]以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种低热值燃气辐射管烧嘴的控制方法，其特征在于，低热值燃气辐射管烧嘴，包括燃烧室、空气配风盘、煤气喷头、煤气导管、第一电极导管、点火电极以及固定装置;其中， 所述燃烧室设有入口与出口，所述燃烧室的入口处安装有所述空气配风盘，所述燃烧室的出口处将所述燃烧室的燃烧腔与辐射管连通，所述空气配风盘上开设有与所述燃烧腔连通的空气进风口，所述第一电极导管套设于所述点火电极上，所述第一电极导管贯穿于所述固定装置与所述空气配风盘上使所述点火电极的点火端容纳于所述燃烧腔内，所述煤气导管贯穿于所述固定装置与所述空气配风盘上，所述煤气喷头安装于所述煤气导管靠近所述空气配风盘的一端且其喷头容纳于所述燃烧腔内，所述固定装置用于将低热值燃气辐射管烧嘴固定于辐射管中，所述固定装置上开设有用于与助燃空气通道连通的助燃口，助燃空气经所述助燃口进入所述固定装置的腔室中，经所述空气进风口进入到所述燃烧腔内，低热值燃气辐射管烧嘴的控制方法包括以下步骤: 当辐射管应用炉膛温度低于第一预设温度时，助燃空气经固定装置的助燃口进入，沿固定装置和辐射管进入空气配风盘处，经煤气喷头喷出的低热值煤气与助燃空气在空气配风盘处混合，点火电极放电将低热值煤气引燃，助燃空气通过空气配风盘的空气进风口、燃烧室侧面的空气配风口进行加强混合，火焰在燃烧室中燃烧； 当辐射管应用炉膛温度高于第一预设温度时，助燃空气经固定装置的助燃口进入，沿固定装置和辐射管进入空气配风盘处，经煤气喷头喷出的低热值煤气与助燃空气在燃烧室中混合后，从燃烧室的出口喷出后，点火电极未点火，通过辐射管内高温引燃燃烧室出口喷出的混合气体，形成无焰燃烧。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述燃烧室设有一缩口，所述燃烧室的出口位于其缩口处。
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述燃烧室的侧面上开设有多组环形分布的空气配风口，每组空气配风口包括多个配风孔，组成每组所述空气配风口的多个配风孔在所述燃烧室的圆周方向均匀分布，组成相邻两组的空气配风口的多个配风孔交错设置。
4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述煤气喷头上开设有多个煤气喷口。
5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述煤气喷头上的煤气喷口包括位于其侧面的第一煤气喷口和位于其顶端面上的第二煤气喷口，所述第一煤气喷口设有多个，多个所述第一煤气喷口在所述煤气喷头的圆周方向均匀分布。
6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括贯穿于所述固定装置与所述空气配风盘上的第二电极导管，所述第二电极导管上安装有火焰监测装置。
7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述空气进风口设有多个，多个所述空气进风口环绕煤气喷头安装孔设置。
8.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述固定装置包括用于与波纹管连接的空气壳体以及固定于所述空气壳体上的壳体端板，其中，所述空气壳体为三通圆柱状筒体结构，所述空气壳体的第一端设有与所述壳体端板配合的安装法兰，所述空气壳体的第二端设有与辐射管配合的安装法兰，所述空气壳体的第三端上开设有所述助燃口。
9.如权利要求1至8中任意一项所述的控制方法，其特征在于，所述第一电极导管端部设有冷却风接头。
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