CN104501163A - 多氧燃气燃烧装置及其燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多氧燃气燃烧装置，设有燃烧本体，该燃烧本体设有烧嘴砖，在烧嘴砖内设有燃气喷枪和氧气喷枪；氧气喷枪设有一次氧喷枪和二次氧喷枪，燃气喷枪和氧气喷枪间隔设置在烧嘴砖内的一个纵向截面上；燃气喷枪水平或稍向上倾斜设置，一次氧喷枪和二次氧喷枪的枪体前端向下倾斜1-30°；燃气喷枪的进气端与燃气供给系统连接，一、二次氧喷枪分别与纯氧供给系统连接；烧嘴砖还设有观火孔、火焰检测器和点火枪。上述燃烧装置的燃烧方法：1、对供给氧气系统进行检测与调节；2、PLC控制功能检测；3、测试联锁控制；4、设置温度、燃气、氧气正常运行值；5、开机运行。本发明适用于各种工业窑炉、冶炼炉、阳极炉、反射炉、分银炉等，能提高燃烧效率，节约燃料，延长燃烧嘴本身和窑炉的使用寿命，减少排烟污染。

Description

多氧燃气燃烧装置及其燃烧方法

技术领域

本发明涉及一种工业燃气燃烧装置，属于热能工程领域，具体是一种全新的气体燃料与纯氧一起燃烧的燃烧装置，适用于各种工业窑炉、冶炼炉、阳极炉、反射炉、分银炉等。

背景技术

在工业领域的生产中使用大量的燃烧器，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，长期以来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N₂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。空气的成份：O₂约21％，N₂约79％，若使用以空气为助燃气的燃烧器，在燃烧过程中，79％的N₂吸热并被完全排放掉，只有21％O₂参与燃烧，燃烧后生成CO₂排放，在排放的烟气中，吸热的氧气所占成份相当大。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，污染的根本原因。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，并且提高生产效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种多氧燃气燃烧装置及其燃烧的方法。该多氧燃气燃烧装置与现有的空气助燃、富氧助燃或纯氧助燃等所有燃烧器的结构和方法均不同，燃气采用了喷射式，并且氧气以不同角度在炉窑内与燃气进行参混，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，解决了纯氧燃烧时的局部高温，烧嘴砖和炉墙、窑墙烧蚀问题，有效地延长了燃烧嘴本身和炉窑的使用寿命。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

多氧燃气燃烧装置，设有燃烧本体，该燃烧本体设有烧嘴砖，该烧嘴砖由耐火材料进行模具浇注制成，形状为长方体或圆柱体，在烧嘴砖内设有燃气喷枪和氧气喷枪；其特征是：所述氧气喷枪为纯氧气喷枪，并且设有一次氧喷枪和二次氧喷枪，喷枪前端设有喷口，燃气喷枪和氧气喷枪间隔设置在烧嘴砖内的一个纵向截面上，从上至下依次为二次氧喷枪、一次氧喷枪、燃气喷枪，其中二次氧气喷枪为主燃氧气喷枪；所述燃气喷枪水平或稍向上倾斜设置，一次氧喷枪和二次氧喷枪的枪体前端向下倾斜，枪体与喷嘴处水平线的夹角为1-30°；燃气喷枪的喷口为直筒形或喇叭口形；氧气喷枪的喷口为双曲线拉法尔形；所述燃气喷枪的进气端通过快速接头和金属软管与燃气供给系统连接，所述一次氧喷枪和二次氧喷枪分别通过快速接头和金属软管与纯氧供给系统连接；所述烧嘴砖还设有前后贯通的观火孔、火焰检测器和点火枪；所述氧气供给系统的一次氧供气管上和二次氧供气管上以及燃气供给系统的供气管上分别设有可调稳压阀、压力变送器、气体流量计、流量调节阀和切断阀；所述可调稳压阀、压力变送器、气体流量计、流量调节阀和切断阀均为在线型，并与设置的PLC可编程序控制器进行信号和控制连接；PLC控制器还与设置在燃烧装置所在炉膛内或燃烧室内的测温热电偶进行温度信号连接；所述信号和控制连接的结构为：PLC控制器从所述在线型压力变送器、气体流量计和热电偶获得燃气和氧气的流量和压力信号以及炉膛或燃烧室的温度信号，与预先设置的流量、压力和温度值进行比较，根据比较结果向在线型可调稳压阀、流量调节阀和切断阀发出相应的调节或控制信号，并通过设置的执行器件实现对供气压力和流量的调节。

本发明进一步完善和实施的补充方案是：

所述PLC控制器与设置的声光报警装置进行控制连接，该报警装置为气压调节后气压仍异常报警和气流量调节后气流量仍异常报警以及炉膛或燃烧室温度异常报警的声光报警装置。

所述PLC控制器还通过设置的远程有线或无线信号发射与接收器，与远程监控器进行有线或无线信号连接，其连接结构是：将从所述可调稳压阀、压力变送器、气体流量计、流量调节阀和切断阀获取的适时信号和输出的控制信号传送给远程监控器，并从远程监控器获取返馈信号，从而实现燃烧装置的远程监控。

所述烧嘴砖内还设有一个用于安装、调节、固定所述氧气喷枪和燃气喷枪的调节固定板，该调节固定板方便拆装地整体安置在所述烧嘴砖内的空腔内。

所述烧嘴砖内还设有降温水循环管，该水循环管的外端进、出水口与循环水箱和循环泵连通。

上述的燃气燃烧装置的燃烧方法，其特征在于设有以下步骤：

1)对供给氧气系统进行检测与调节：

(1)调节稳定供氧压力：调节稳压阀，将供氧系统所供的氧气压力稳定在设计压力范围：50KPa-0.6MPa之内；随供氧设备的输出压力和氧气管道压力的变化而调节，保证燃烧装置氧气压力稳定，

(2)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、二次氧调节阀调节供氧量；达到一次氧量占总氧量的10-30％，二次氧量占总氧量的70-90％；

2)PLC控制功能检测：通过所设氧气压力变送器和流量计，将氧气压力和流量的变化传送到PLC控制器显示并记录，并观察PLC控制器的调节控制切能是否正常；

3)测试联锁控制切能：启动PLC控制器与切断阀的控制连接电路，设置停止运行条件，测试切断阀的关闭氧气和燃气供气管的功能是否正常，切断阀是氧气管线上的安全连锁装置，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；

4)设置温度、燃气、氧气正常运行值：设置燃烧装置正常运行时燃烧温度、燃气和氧气供气管的正常运行压力和流量，并设置PLC控制器的控制正常运行的温度、压力、流量值；

5)开机运行：打开氧气和燃气供给系统，通过点火枪进行点火，燃烧装置开始运行；运行过程中通过观火孔适时观察燃烧器的燃烧状况，通过火焰检测器对燃装置的火焰进行适时监测；通过调节阀对供氧气和供燃气系统进行调节；也可以通过PLC控制器对燃烧装置的运行进行调节控制，并通过远程监控器对燃烧装置进行远程监控。

本发明的多氧燃气燃烧装置的主要优点是：

1)结构设计合理，特别是燃气和氧气的喷射角度设计，在燃气进入炉膛后，首先与一次氧根部接触掺混，使部分燃气在根部形成火焰，其余的燃气被分布到窑炉或燃烧室中，与炉膛中弥漫的二次主燃氧发生剧烈反应并完全燃烧，可以使燃烧过程更理想。

2)燃气在炉膛内与氧气掺混，燃烧时远离喷嘴，并且设有降温水循环管，较彻底地解决了喷嘴和燃烧本体的烧蚀现象，延长了燃烧装置的使用寿命。

3)设置一次氧和二次氧结构使得点火容易、升温快速、炉膛内温度均匀、热效率高，燃气种类适用广，炉膛内被加热物体受热覆盖面大，炉渣不易粘结，加热物质量提高，能延长炉体和燃烧室的使用寿命，并且大幅度的降低了NO_x的排放，真正达到节能减排之目的。

4)燃气喷枪和氧气喷枪的角度调整、安装非常方便，喷嘴砖的更换简便快捷。

5)使用安全，联锁保护设施齐备，燃气与氧气外混，安全系数增加。

附图说明

图1本发明外形的立体结构示意图；

图2本发明外形的前视结构示意图；

图3是图2的A-A视图；

图4是图2的B-B视图；

图5是图4的局部A放大图。

本发明产品的外形并不受本图限制，仅外形的改变也属于本发明的保护范围。

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：参见附图，多氧燃气燃烧装置，该燃烧装置使用在一个工业窑上，设有燃烧本体，该燃烧本体设有烧嘴砖7，该烧嘴砖由耐火材料进行模具浇注制成，形状为长方体，在烧嘴砖内设有燃气喷枪和氧气喷枪；所述氧气喷枪为纯氧气喷枪，并且设有一次氧喷枪2和二次氧喷枪1，喷枪前端设有喷口8，燃气喷枪和氧气喷枪间隔设置在烧嘴砖内的一个纵向截面上，从上至下依次为二次氧喷枪、一次氧喷枪、燃气喷枪5，其中二次氧气喷枪为主燃氧气喷枪；所述燃气喷枪水平或稍向上倾斜设置，一次氧喷枪和二次氧喷枪的枪体前端向下倾斜，枪体与喷嘴处水平线的夹角为15°；燃气喷枪的喷口为直筒形或喇叭口形；氧气喷枪的喷口为双曲线拉法尔形；所述燃气喷枪的进气端通过快速接头和金属软管与燃气供给系统连接，所述一次氧喷枪和二次氧喷枪分别通过快速接头和金属软管与纯氧供给系统连接；在所述烧嘴砖还设有前后贯通的观火孔4、火焰检测器3和点火枪6；所述氧气供给系统的一次氧供气管上和二次氧供气管上以及燃气供给系统的供气管上分别设有可调稳压阀、压力变送器、气体流量计、流量调节阀和切断阀；所述可调稳压阀、压力变送器、气体流量计、流量调节阀和切断阀均为在线型，并与设置的PLC可编程序控制器进行信号和控制连接；PLC控制器还与设置在燃烧装置所在炉膛或燃烧室内的测温热电偶进行温度信号连接，所述信号和控制连接的结构为：PLC控制器从所述在线型压力变送器、气体流量计和热电偶获得燃气和氧气的流量和压力信号以及炉膛或燃烧室的温度信号，与预先设置的流量、压力和温度值进行比较，根据比较结果向在线型可调稳压阀、流量调节阀发出调节控制信号，并通过设置的执行器件实现对供气压力和流量的调节。所述PLC控制器与设置的声光报警装置进行控制连接，该报警装置为气压调节后气压仍异常报警和气流量调节后气流量仍异常报警以及炉膛或燃烧室温度异常报警的声光报警装置。所述PLC控制器还通过设置的远程有线或无线信号发射与接收器，与远程监控器进行有线或无线信号连接，其连接结构是：将从所述可调稳压阀、压力变送器、气体流量计、流量调节阀和切断阀获取的适时信号和输出的控制信号传送给远程监控器，并从远程监控器获取返馈信号，从而实现燃烧装置的远程监控。所述烧嘴砖内还设有一个用于安装、调节、固定所述氧气喷枪和燃气喷枪的调节固定板，该调节固定板方便拆装地整体安置在所述烧嘴砖内的空腔内。所述烧嘴砖内还设有降温水循环管，该水循环管的外端进、出水口与循环水箱和循环泵连通。

实施例2：多氧燃气燃烧装置的燃烧方法，进行以下步骤：

1)对供给氧气系统进行检测与调节：

(1)调节稳定供氧压力：调节稳压阀，将供氧系统所供的氧气压力稳定在设计压力范围之内，为50KPa；随供氧设备的输出压力和氧气管道压力的变化而调节，保证燃烧装置氧气压力稳定；

(2)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、二次氧调节阀调节供氧量；达到一次氧量占总氧量的20％，二次氧量占总氧量的80％；

2)PLC控制功能检测：通过所设氧气压力变送器和流量计，将氧气压力和流量的变化传送到PLC控制器显示并记录，并观察PLC控制器的调节控制切能是否正常；检测结果正常；

3)测试联锁控制：启动PLC控制器与切断阀的控制连接电路，测试切断阀的关闭氧气和燃气供气管的功能是否正常，切断阀是氧气管线上的安全连锁装置，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；测试结果为正常；

4)设置温度、燃气、氧气正常运行值：设置燃烧装置正常运行时燃烧温度、燃气和氧气供气管的正常运行压力和流量，并设置PLC控制器的控制正常运行的温度、压力、流量值；

5)开机运行：打开氧气和燃气供给系统，通过点火枪进行点火，燃烧装置开始运行，运行过程中通过观火孔适时观察燃烧器的燃烧状况，通过火焰检测器对燃装置的火焰进行适时监测；通过调节阀对供氧气和供燃气系统进行调节；也可以通过PLC控制器对燃烧装置的运行进行调节控制，并通过远程监控器对燃烧装置进行远程监控。本实施例已成功应用在工业窑炉上，一切正常。

本实施例的多氧燃气燃烧装置与常规的空气燃烧器烟气量比较：

序号	项目	空气助燃	多氧助燃
				1	空气量	10Nm3/kg	0Nm3/kg
2	氧气量	0Nm3/kg	2Nm3/kg
				3	空气助燃烟气量	10.4Nm3/kg	0Nm3/kg
4	氧气助燃烟气量	0Nm3/kg	3Nm3/kg

应当指出，在不脱离本结构的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本专利的保护范围。

Claims (6)

1.一种多氧燃气燃烧装置，设有燃烧本体，该燃烧本体设有烧嘴砖(7)，该烧嘴砖由耐火材料进行模具浇注制成，形状为长方体或圆柱体，在烧嘴砖内设有燃气喷枪和氧气喷枪；其特征是：所述氧气喷枪为纯氧气喷枪，并且设有一次氧喷枪(2)和二次氧喷枪(1)，喷枪前端设有喷口(8)，燃气喷枪和氧气喷枪间隔设置在烧嘴砖内的一个纵向截面上，从上至下依次为二次氧喷枪、一次氧喷枪、燃气喷枪(5)，其中二次氧气喷枪为主燃氧气喷枪；所述燃气喷枪水平或稍向上倾斜设置，一次氧喷枪和二次氧喷枪的枪体前端向下倾斜，枪体与喷嘴处水平线的夹角为1-30°；燃气喷枪的喷口为直筒形或喇叭口形；氧气喷枪的喷口为双曲线拉法尔形；所述燃气喷枪的进气端通过快速接头和金属软管与燃气供给系统连接，所述一次氧喷枪和二次氧喷枪分别通过快速接头和金属软管与纯氧供给系统连接；所述烧嘴砖还设有前后贯通的观火孔(4)、火焰检测器(3)和点火枪(6)；所述氧气供给系统的一次氧供气管上和二次氧供气管上以及燃气供给系统的供气管上分别设有可调稳压阀、压力变送器、气体流量计、流量调节阀和切断阀；所述可调稳压阀、压力变送器、气体流量计、流量调节阀和切断阀均为在线型，并与设置的PLC可编程序控制器进行信号和控制连接；PLC控制器还与设置在燃烧装置所在炉膛内或燃烧室内的测温热电偶进行温度信号连接；所述信号和控制连接的结构为：PLC控制器从所述在线型压力变送器、气体流量计和热电偶获得燃气和氧气的流量和压力信号以及炉膛或燃烧室的温度信号，与预先设置的流量、压力和温度值进行比较，根据比较结果向在线型可调稳压阀、流量调节阀和切断阀发出相应的调节或控制信号，并通过设置的执行器件实现对供气压力和流量的调节。

2.根据权利要求1所述的燃气燃烧装置，其特征在于：所述PLC控制器与设置的声光报警装置进行控制连接，该报警装置为气压调节后气压仍异常报警和气流量调节后气流量仍异常报警以及炉膛或燃烧室温度异常报警的声光报警装置。

3.根据权利要求1所述的燃气燃烧装置，其特征在于：所述PLC控制器还通过设置的远程有线或无线信号发射与接收器，与远程监控器进行有线或无线信号连接，其连接结构是：将从所述可调稳压阀、压力变送器、气体流量计、流量调节阀和切断阀获取的适时信号和输出的控制信号传送给远程监控器，并从远程监控器获取返馈信号，从而实现燃烧装置的远程监控。

4.根据权利要求1所述的燃气燃烧装置，其特征在于：所述烧嘴砖内还设有一个用于安装、调节、固定所述氧气喷枪和燃气喷枪的调节固定板，该调节固定板方便拆装地整体安置在所述烧嘴砖内的空腔内。

5.根据权利要求1所述的燃气燃烧装置，其特征在于：所述烧嘴砖内还设有降温水循环管，该水循环管的外端进、出水口与循环水箱和循环泵连通。

6.根据权利要求1-5所述的燃气燃烧装置的燃烧方法，其特征在于设有以下步骤：

1)对供给氧气系统进行检测与调节：

(1)调节稳定供氧压力：调节稳压阀，将供氧系统所供的氧气压力稳定在设计压力范围：50KPa-0.6MPa之内；随供氧设备的输出压力和氧气管道压力的变化而调节，保证燃烧装置氧气压力稳定，

(2)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、二次氧调节阀调节供氧量；达到一次氧量占总氧量的10-30％，二次氧量占总氧量的70-90％；

2)PLC控制功能检测：通过所设氧气压力变送器和流量计，将氧气压力和流量的变化传送到PLC控制器显示并记录，并观察PLC控制器的调节控制切能是否正常；

3)测试联锁控制切能：启动PLC控制器与切断阀的控制连接电路，设置停止运行条件，测试切断阀的关闭氧气和燃气供气管的功能是否正常，切断阀是氧气管线上的安全连锁装置，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；

4)设置温度、燃气、氧气正常运行值：设置燃烧装置正常运行时燃烧温度、燃气和氧气供气管的正常运行压力和流量，并设置PLC控制器的控制正常运行的温度、压力、流量值；

5)开机运行：打开氧气和燃气供给系统，通过点火枪进行点火，燃烧装置开始运行；运行过程中通过观火孔适时观察燃烧器的燃烧状况，通过火焰检测器对燃装置的火焰进行适时监测；通过调节阀对供氧气和供燃气系统进行调节；也可以通过PLC控制器对燃烧装置的运行进行调节控制，并通过远程监控器对燃烧装置进行远程监控。