CN104633661B - 低NOx双端型辐射管燃烧器 - Google Patents

低NOx双端型辐射管燃烧器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低NOX双端型辐射管燃烧器，它包括煤气管、空气管、冷却风管、点火电极、排烟管；冷却风管固定在煤气管中心，点火电极固定在冷却风管中心，点火电极、冷却风管、煤气管同心安装；煤气管通过法兰固定在辐射管的一端，法兰处设有隔热层，且煤气管出口置于辐射管内；煤气管出口处设有配风盘和煤气喷头；空气管与空气预热器连接，空气管和空气预热器固定在排烟管中心，排烟管与辐射管的另一端连接；空气管通过空气喷头与带膨胀节空气烟气混合管连通，带膨胀节空气烟气混合管与辐射管相连通；煤气管通过固定架固定在辐射管内；煤气喷头具有3个喷口。本发明能降低NOX的排放，节能环保。

Description

低NOx双端型辐射管燃烧器
技术领域
本发明涉及一种燃烧器，尤其涉及一种低NOX双端型辐射管燃烧器，可适用于转炉煤气、混合煤气和焦炉煤气等燃料介质。
背景技术
基于间接加热原理的辐射管加热技术有效地避免了被加热件表面的氧化和脱碳，为在保护气氛下进行热处理创造了条件，不会造成燃烧气体和产物污染影响产品质量，特别适用于对产品质量要求高的场合。辐射管烧嘴是辐射管加热装置的核心部件，它控制着辐射管加热的功率、温度分布、热效率、有害气体NOX排放以及设备使用寿命等。辐射管的型式多种多样，按端头数量可分为单端型和双端型。单端型有套管式I型，P型，双P型和O型等，双端型有U型和W型等。
近年来，随着环境保护越来越受到重视，燃料燃烧中有害气体NOX排放水平成为燃烧器设备开发的一项重要技术指标。由于辐射管烧嘴燃烧空间小，局部燃烧强度大，容易存在局部高温，导致燃烧过程中NOX生成量大。一般常规辐射管燃烧器NOX排出浓度高达700ppm以上，大大超过了国际大气污染防止法所规定的排出量120ppm的标准。
为降低NOX排放水平，分级燃烧通常作为低NOX燃烧法在燃烧器上应用。如日本专利第1068772号、第1104160号及美国专利4505666号等公开专利，一方面，将燃料的一部分及燃烧用空气的全量供给到一次燃烧室，使一次燃料在高空气比下急速燃烧，另一方面，残余的燃料（二次燃料）由一次燃烧室的外缘供给到火炉内，伴随着一次燃料的燃烧气体中残余的低浓度的氧热扩散，使之缓慢地燃烧。上述辐射管燃烧器可降低NOX的排放水平。但是，上述辐射管燃烧器仍存在缺点：一次煤气处在高空气比下燃烧，产生大量NOX，只有二次煤气部分燃烧NOX量减少，烟气排放中总NOX仍然很高，且燃料喷嘴处于高温燃烧气体中不断被加热，引起过热，容易出现烧坏乃至破裂等问题。
因此，我们迫切需要一种新的辐射管燃烧器，以降低NOX的排放，减少燃料喷嘴的损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能降低NOX的排放，减少燃料喷嘴损坏的低NOX双端型辐射管燃烧器。
本发明是这样实现的：
一种低NOX双端型辐射管燃烧器，它包括煤气管、空气管、冷却风管、点火电极、热电排烟管；
所述冷却风管固定在煤气管中心，所述点火电极固定在冷却风管中心，所述点火电极、冷却风管、煤气管同心安装；所述煤气管通过法兰固定在辐射管的一端，且所述煤气管出口置于辐射管内；
所述煤气管出口处设有配风盘和煤气喷头；
所述空气管与空气预热器连接，所述空气管、空气预热器固定在排烟管的中心；所述排烟管与辐射管的另一端连接；
所述煤气管法兰处设有隔热层，所述煤气管通过固定架固定在辐射管内；
所述空气管通过空气喷头与带膨胀节空气烟气混合管连通，所述带膨胀节空气烟气混合管与辐射管相连通；
所述煤气喷头具有3个喷口。
本发明的烧嘴燃料供给通过煤气喷头的三个煤气出口（点火煤气出口、二次煤气出口、三次煤气出口）实现了烧嘴100%一次点火成功率和全管程最大温差小于70℃的良好加热温差均匀性。采用三个煤气出口和两个空气出口及空气喷射头引流烟气实现了极低的NOX排放，非常环保。采用冷却风管和隔热层，实现了点火电极的保护，使点火电极不易损坏。本发明通过引射高温烟气稀释燃烧空气，降低燃烧过程中氧浓度到10%左右，以此抑制燃料燃烧过程NOX的生成，实现NOX排放降低至35volppm以下（11%氧）的良好效果。本发明结构简单，制作容易，成本低廉，无燃烧筒等高温燃烧室结构，烧嘴寿命长，可达到10年以上。
本发明具有以下优点：
（1）通过引射高温烟气稀释燃烧空气，与现有通过一次煤气燃烧稀释空气的方法相比，不会出现局部高温烧损设备的问题，延长设备使用寿命；通过空气三级供入与煤气三级供入方式，进一步降低了燃烧过程中有害气体生成，NOX排放大幅下降；
（2）通过煤气喷头控制点火煤气供入量，保证点火可靠性，与现有技术点火煤气由主煤气供给方式相比，一次点火成功率由70%提高到100%；
（3）通过配风盘上空气出口的倾斜角度控制，进一步提高了点火可靠性，同时也提高了煤气喷头处燃烧温度，增强了辐射管表面加热温度均匀性；
（4）通过煤气喷头对一次煤气和二次煤气供入流量比例与角度的控制，提高了辐射管表面加热温度均匀性；
（5）一方面冷却风管对点火电极进行冷却，防止电极高温氧化坏损，提高了使用寿命，另一方面冷却风管提供稳定点火空气，保障了点火可靠性；
（6）结构简单，加工容易，制作成本低廉，无高温易损部件，使用寿命长。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图。
图2为实施例1中煤气喷头的结构示意图。
图3为实施例1中的配风盘的结构示意图。
图4为实施例2的结构示意图。
图5为实施例2中煤气喷头的结构示意图。
图6为实施例2中的配风盘的结构示意图。
图中： 1-空气管，2-排烟管，3-空气预热器，4-辐射管，5-空气喷射头，6-带膨胀节空气烟气混合管，7-冷却风管、9-电火电极，10-煤气管，11-法兰，8-隔热层，12-炉墙，13-固定架，14-配风盘，15-煤气喷头，16-主煤气入口，17-三次煤气出口，18-二次煤气出口，19-点火煤气出口，21-观火孔，22-主煤气管接口，23-空气出口，20-辅助出口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
实施例1，参见图1-图3，一种适用于U型辐射管的低NOX双端型辐射管燃烧器，它主要由煤气管10、煤气喷头15、空气管1、空气预热器3、空气喷射头5、带膨胀节空气烟气混合管6、法兰11、隔热层8、配风盘14、冷却风管7、点火电极9、固定架13和排烟管2组成；
其中点火电极9安装在冷却风管7中心、冷却风管7固定在煤气管10中心，三者同心安装，煤气管10通过法兰11联接固定于U型辐射管4的一个端口，由耐火材料制成的隔热层8设置在法兰11内，煤气管10通过固定架13固定在辐射管中心，配风盘14和煤气喷头15固定在煤气管10出口处；
空气管1与空气预热器3连接，所述空气管1、空气预热器3固定在排烟管2中心，所述空气管1通过法兰与排烟管2固定连接，排烟管2安装于U型辐射管4的另一端头，空气管1通过空气喷头5与带膨胀节空气烟气混合管6连通，带膨胀节空气烟气混合管6与辐射管4相连通；空气管1、煤气管10、排烟管2、空气烟气混合管6与辐射管4构成一个整体安装于炉墙12上；
所述煤气喷头15包括点火煤气出口19、二次煤气出口18和三次煤气出口17，所述点火煤气出口19的中轴线与煤气管10的中轴线重合，所述二次煤气出口18的中轴线与煤气管10的中轴线呈45度夹角，所述三次煤气出口17的中轴线与煤气管10的中轴线呈90度夹角；所述点火煤气出口19、二次煤气出口18和三次煤气出口17直接与主煤气入口16相连通，所述主煤气入口16与煤气管10相连通；所述煤气喷头15的前端为锥形结构，二次煤气出口置于该锥形结构上；
所述配风盘14的截面为圆环结构，厚15mm；配风盘14的内直径与煤气管10的外直径相同，配风盘14的外边缘与辐射管4的内壁间隙为10mm；所述配风盘14上均布12条宽度为1mm的条缝（空气出口23），所有条缝整体呈叶轮状；所述条缝的中轴线与配风盘的法线呈30度夹角。
本实施例中，所述空气喷射头5引射烟气量控制在空气总量的70%；所述点火煤气出口的煤气供入量控制在1.5m3/h；所述冷却风管的冷却风量控制在3m3/h范围内。
助燃空气通过空气管1引入，途经空气预热器3，由空气喷射头5喷入带膨胀节空气烟气混合管6，引射部分高温烟气在带膨胀节空气烟气混合管6中混合，稀释燃烧空气，降低空气中氧含量至12%左右。空气烟气混合物进入另一侧辐射管4中经由配风盘14分为一次空气和二次空气与煤气混合进行分级燃烧。配风盘外缘与辐射管4内壁间隙控制在10mm范围，形成二次空气通路。配风盘14上均布12条线宽1mm线型叶轮状的空气出口23，配风盘14厚15mm，空气出口23（条缝）的中轴线与煤气管10的中轴线呈30度夹角，提高点火可靠性，同时也提高出口处燃烧温度，增强辐射管4表面加热温度均匀性。煤气经由煤气管10进入，在煤气喷头15分为点火煤气、三次煤气和二次煤气进行分级燃烧。其中点火煤气供入量控制在1m3/h左右，三次煤气侧向喷入，二次煤气侧向45度喷入。冷却风由冷却风管7供入，风量控制在3m3/h，一方面对点火电极进行冷却，防止点火电极9高温氧化坏损，提高使用寿命，另一方面提供稳定点火空气，保障了点可靠性。由于助然空气中氧含量降低，且煤气和空气均进行了分级处理，燃烧过程中极大降低了有害气体NOX生成，炉温800℃状况下工作最大NOX排放降低至35volppm以下（11%氧）。本发明点火成功率达100%，U型辐射管工作段全管程最大温差小于70℃，加热温差均匀性良好。本发明结构简单，制作容易，成本低廉，无燃烧筒等高温燃烧室结构，使用寿命长，可达到10年以上。
实施例2，参见图4-图6，一种适用于W型辐射管的低NOX双端型辐射管燃烧器，它与实施例1不同在于：所述煤气喷头包括点火煤气出口19、二次煤气出口18和三次煤气出口17，所述点火煤气出口19的中轴线与煤气管10的中轴线重合，所述二次煤气出口18的中轴线与点火煤气出口19的中轴线平行，所述三次煤气出口17的中轴线与二次煤气出口18的中轴线呈30度夹角；所述三次煤气出口17与所述二次煤气出口18相连通，且所述三次煤气出口17和二次煤气出口18通过辅助出口20与主煤气入口16相连通；所述点火煤气出口16与主煤气入口16相连通，所述主煤气入口16与煤气管10相连通；所述煤气喷头15的前端为圆柱结构，三次煤气出口17、二次煤气出口18置于该圆柱结构上；
所述空气喷射头引射烟气量控制在空气总量的50%；所述点火煤气出口的煤气供入量控制在0.5m3/h；所述冷却风管的冷却风量控制在2m3/h范围内；
配风盘14外缘与辐射管4内壁间隙控制在15mm范围内，形成二次空气通路；配风盘14均布多条线型空气出口23，空气出口的宽度为2mm，多条空气出口23在配风盘14呈散射状，为了制作方便和空气量的控制方便也将空气出口23设计成其他形状；
所述配风盘14上设有观火孔。
助燃空气通过空气管1引入，途经空气预热器3，由空气喷射头5喷入带膨胀节空气烟气混合管6，引射部分高温烟气在带膨胀节空气烟气混合管6中混合，稀释燃烧空气，降低空气中氧含量至14%左右。空气烟气混合物进入另一侧辐射管4中经由配风盘14分为一次空气和二空气与煤气混合进行分级燃烧。配风盘14外缘与辐射管4内壁间隙控制在15mm，形成二次空气通路。配风盘14上均布10条宽度为2mm的空气出口23（空气出口整体呈散射状），配风盘14厚10mm，空气出口23的中轴线与煤气管的中轴线的夹角为20度，可提高点火可靠性，同时也提高煤气喷头出口处燃烧温度，增强辐射管4表面加热温度均匀性。煤气经由煤气管10进入，在煤气喷头15分为点火煤气、二次煤气和三次煤气进行分级燃烧。其中点火煤气供入量控制在0.5m3/h左右，三次煤气侧向45度喷入，二次煤气侧向90度喷入。冷却风由冷却风管7供入，风量控制在2m3/h，一方面对点火电极进行冷却，防止点火电极9高温氧化坏损，提高烧嘴使用寿命，另一方面提供稳定点火空气，保障了烧嘴可火可靠性。由于助然空气中氧含量降低，且煤气和空气均进行了分级处理，燃烧过程中极大降低了有害气体NOX生成，炉温800℃状况下工作最大NOX排放降低至32volppm以下（11%氧）。且点火成功率达100%，W型辐射管工作段全管程最大温差小于69℃，加热温差均匀性良好。
本发明可适用于转炉煤气、混合煤气和焦炉煤气等燃料介质。
本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种低NOX双端型辐射管燃烧器，其特征在于：它包括煤气管、空气管、冷却风管、点火电极、排烟管；
所述冷却风管固定在煤气管中心，所述点火电极固定在冷却风管中心，所述点火电极、冷却风管、煤气管同心安装；所述煤气管通过法兰固定在辐射管的一端，且所述煤气管出口置于辐射管内；
所述煤气管出口处设有配风盘和煤气喷头；所述配风盘的截面为圆环结构，配风盘的内直径与煤气管的外直径相同，配风盘的外半径比辐射管的内半径小10-20mm，配风盘的环面上设有空气出口；
所述空气管与空气预热器连接，所述空气管、空气预热器固定在排烟管的中心；所述排烟管与辐射管的另一端连接；
所述法兰处设有隔热层，所述煤气管通过固定架固定在辐射管内；
所述空气管通过空气喷头与带膨胀节空气烟气混合管连通，所述带膨胀节空气烟气混合管与辐射管相连通；
所述空气喷射头引射烟气量控制在空气总量的30%-100%；
所述点火煤气出口的煤气供入量控制在0.5m3/h -2m3/h；
所述冷却风管的冷却风量控制在1m3/h -5m3/h范围内；
所述煤气喷头具有3个喷口；
所述煤气喷头包括点火煤气出口、二次煤气出口和三次煤气出口，所述点火煤气出口的中轴线与煤气管的中轴线重合，所述二次煤气出口的中轴线与煤气管的中轴线呈0-45度夹角，所述三次煤气出口的中轴线与煤气管的中轴线呈45-90度夹角；所述点火煤气出口、二次煤气出口和三次煤气出口直接与主煤气入口相连通；或
所述煤气喷头包括点火煤气出口、二次煤气出口和三次煤气出口，所述点火煤气出口的中轴线与煤气管的中轴线重合，所述二次煤气出口的中轴线与点火煤气出口的中轴线平行，所述三次煤气出口的中轴线与二次煤气出口的中轴线呈0-45度夹角；所述三次煤气出口与所述二次煤气出口相连通，且所述三次煤气出口和二次煤气出口通过辅助出口与主煤气入口相连通；所述点火煤气出口与主煤气入口相连通。
2.如权利要求1所述的低NOX双端型辐射管燃烧器，其特征在于：所述空气出口有多个，均布在配风盘上；多个空气出口呈叶轮状。
3.如权利要求2所述的低NOX双端型辐射管燃烧器，其特征在于：所述空气出口为条缝型，且所述条缝宽度为1-2mm范围。
4.如权利要求3所述的低NOX双端型辐射管燃烧器，其特征在于：所述空气出口的中轴线与配风盘的法线呈0-30度夹角。
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