CN105202543A - 多流股、高温低氧、低NOx左右组合式单蓄热烧嘴 - Google Patents

Abstract

一种多流股、高温低氧、低NOx左右组合式单蓄热烧嘴，属于加热炉和热处理炉上的单蓄热式燃烧装置技术领域。包括多孔烧嘴砖、空气蓄热箱、蓄热体、煤气喷管；多孔烧嘴砖与炉墙同材质耐火浇注料整体浇筑成型，安装在空气蓄热箱的前端；蓄热体安装在空气蓄热箱内；煤气喷管安装在空气蓄热箱内；空气蓄热箱前端伸进炉墙150mm，与炉墙钢板连续焊接。优点在于，可以将助燃空气预热至1000℃以上，实现预热高效回收，降低燃料消耗。同时本发明采用贫氧燃烧机理，实现燃料在炉内“贫氧”燃烧，燃烧过程中有效抑制NOx的生成，大幅度降低污染物的排放。

Description

多流股、高温低氧、低NOx左右组合式单蓄热烧嘴

技术领域

本发明属于工业炉和热处理炉加热煤气燃烧技术领域，特别是提供了一种多流股、高温低氧、低NOx左右组合式单蓄热烧嘴。

背景技术

传统空气单蓄热式烧嘴的蓄热箱置于炉墙内，空气、烟气容易短路，造成蓄热效率低，控制紊乱。传统空气单蓄热式烧嘴的煤气管安装在烧嘴中心部位，煤气管完全置于高温环境中，工况恶劣，一般3～6个月就需要更换，影响生产，操作维护难度大、费用高。传统空气单蓄热式烧嘴的烧嘴砖采用单一的大喷口，造成空、煤气不能充分混合，空、煤气从喷口喷出过程中不能高效卷吸更多烟气进入燃烧区域稀释助燃空气，不能有效实现“贫氧”燃烧，导致火焰中心温度高，烟气中NOx含量高，环保不达标。本发明“多流股、高温低氧、低NOx左右组合式单蓄热烧嘴”正是在这种背景下，创新研制的一种结构新颖，燃烧过程有效抑制NOx生成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多流股、高温低氧、低NOx左右组合式单蓄热烧嘴，解决传统空气单蓄热式烧嘴的煤气管安装在烧嘴中心部位结构上存在的缺陷。可以将助燃空气预热至1000℃以上，实现预热高效回收，降低燃料消耗。同时本发明采用贫氧燃烧机理，实现燃料在炉内“贫氧”燃烧，燃烧过程中有效抑制NOx的生成，大幅度降低污染物的排放。

本发明包括多孔烧嘴砖1、空气蓄热箱、蓄热体3、煤气喷管；多孔烧嘴砖1与炉墙同材质耐火浇注料整体浇筑成型，安装在空气蓄热箱的前端；蓄热体3安装在空气蓄热箱内；煤气喷管安装在空气蓄热箱内；空气蓄热箱前端伸进炉墙150mm，与炉墙钢板连续焊接。

多孔式烧嘴砖1安装在空气蓄热箱的前端，多孔烧嘴砖采用与炉墙同材质AL2O3≥65％低水泥浇注料整体浇筑成形。多孔烧嘴砖1四周通过锚固砖13固定在炉墙钢板上，锚固砖13和空气蓄热箱间距在≈120mm，锚固砖间距在300-500mm，多孔烧嘴砖1与烧嘴端面间填塞10～15mm纤维毯。空气蓄热箱四周整体浇注≈150mm耐高温高强浇注料，以保证多孔烧嘴砖1、空气蓄热箱、炉墙之间密封性和可靠性，防止多孔烧嘴砖1结构不稳，发生炉墙倒塌现象；同时，防止烧嘴四周漏气或吸冷风，以提高烧嘴使用寿命。

空气蓄热箱的壳体由钢板制成外壳，箱体的内衬采用莫来石浇注料和纤维板复合隔热结构，有效防止箱体内热量的散失。壳体插入炉墙部分四周焊接锚固钩，锚固钩的间距为≈100mm，烧嘴四周留≈150mm的无保温层，壳体四周整体浇注≈120mm耐高温高强浇注料。烧嘴安装板17和炉墙钢板18里外四周采用连续焊接方式连接，以增强空气蓄热箱和炉墙连接处四周的密封性，防止烧嘴漏气或冒火。

空气蓄热箱包括蓄热体3、挡砖2、热端空腔21、格栅板4、安装螺丝8、冷端空腔20等部分。在空气蓄热箱内放置蜂窝状的蓄热体3，蓄热体3高温端设置挡砖2，遮蔽高温炉气对蓄热体3的辐射热，提高蓄热体3的使用寿命，并通过挡砖2隔开蓄热体3与热端空腔21；蓄热体3低温端设置格栅板4，提高蓄热体3堆放稳定性，格栅板4通过安装螺栓8固定在冷端空腔20上。

热端空腔21在是在浇筑一体式多孔烧嘴砖1时，支模浇筑成型，并热端空腔21的端面设空气喷口22。空气喷口22和第一煤气喷口14、第二煤气喷口23为左、右组合式，空气喷口22和第一煤气喷口14、第二煤气喷口23在设计上采用多流股，喷口的大小和角度通过试验或计算机数值模拟等方法进行最优化设计。空气喷口22设计多孔结构，按照成3行2列排布；第一煤气喷口14、第二煤气喷口23布置在空气蓄热箱两侧，设计成两个独立的喷口，每个煤气喷口都设置冷却风喷口，保护煤气喷头。

冷端空腔20包括空气入口(烟气出口)7和装卸口5。冷端空腔20端部设置装卸口5，以便在安装和平时维护中对挡砖2、蓄热体3、格栅板4进行拆卸。装卸口5通过法兰、螺栓等安装在冷端空腔20上。

本发明具有下列优点：

1、空气喷口和煤气喷口采用多流股、左右交替组合式的设计，应用“贫氧”燃烧机理，空气、煤气在喷口喷出过程中较传统单一的大圆孔喷口能够卷吸更多周围炉气，稀释燃烧区域空、煤气浓度，降低燃烧速度，拉长火焰长度，降低火焰中心区域温度，抑制燃烧过程中NOx生成条件，实现高温、贫氧、弥散燃烧，均化炉内温度场，降低坯料在炉内高温下氧化烧损和脱碳，提高钢坯加热质量的同时，大幅度降低NOx等有害气体的排放，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。

2、空气蓄热箱和煤气喷口的设计结构解决了传统一体式烧嘴结构中煤气管走中心，煤气管完全置于高温环境中，使用寿命短的问题；同时解决了传统空气单蓄热式烧嘴空、煤气不能充分均匀混合，炉内温度梯度大，不能满足加热工艺要求的问题。

3、多孔烧嘴砖采用与炉墙浇注料同材质耐火材料整体浇筑成型工艺，保证多孔烧嘴砖、空气蓄热箱、炉墙浇注料紧密连接，防止烧嘴四周漏气或吸冷风，提高烧嘴使用寿命。

附图说明

图1是多流股、高温低氧、低NOx左右组合式单蓄热烧嘴的主视图。其中，多孔烧嘴砖1、挡砖2、蓄热体3、格栅板4、装卸口5、煤气接口6、空气入口(烟气出口)7、安装螺栓8、锚固钩9、纤维板10、莫来石浇注料11、纤维毯12、锚固砖13、第一煤气喷口14、冷却风套管15、冷却风接管16、烧嘴安装板17、炉墙钢板18、空气蓄热箱壳体19、冷端空腔20、热端空腔21、空气喷口22、第二煤气喷口23。

图2是多流股、高温低氧、低NOx左右组合式单蓄热烧嘴的A-A剖面图。

图3是多流股、高温低氧、低NOx左右组合式单蓄热烧嘴的B-B剖面图。

图4是多流股、高温低氧、低NOx左右组合式单蓄热烧嘴的C向视图。

图5是多流股、高温低氧、低NOx左右组合式单蓄热烧嘴的D向视图。

具体实施方式

图1—图5为本发明的一种具体实施方式。

本发明包括多孔烧嘴砖1、空气蓄热箱、蓄热体3、煤气喷管；多孔烧嘴砖1与炉墙同材质耐火浇注料整体浇筑成型，安装在空气蓄热箱的前端；蓄热体3安装在空气蓄热箱内；煤气喷管安装在空气蓄热箱内；空气蓄热箱前端伸进炉墙150mm，与炉墙钢板连续焊接。

多孔烧嘴砖1安装在空气蓄热箱的前端，采用与炉墙同材质AL2O3≥65％低水泥浇注料整体浇筑成型工艺。多孔烧嘴砖1四周通过锚固砖13固定在炉墙钢板18上，锚固砖13和蓄热箱壳体的间距在≈150mm，锚固砖13间距在300-500mm，多孔烧嘴砖与烧嘴端面间填塞10～15mm纤维毯12。蓄热箱四周整体浇注≈150mm耐火浇注料，以保证多孔烧嘴砖1、空气蓄热箱、炉墙之间密封性和可靠性，防止多孔烧嘴砖因结构不稳，发生炉墙倒塌现象；同时，也防止烧嘴四周漏气或吸冷风，以提高烧嘴使用寿命。

挡砖2采用刚玉材质，厚度100mm，安装在蓄热箱内前端，用于固定蓄热体3，同时防止炉内高温烟气对蓄热体3的侵蚀。

蓄热体3在高温段采用刚玉莫来石材质，低温段采用堇青石材质，作为蓄热烧嘴燃烧过程中热量的存储和释放媒介。

格栅板4采用热镀锌格栅板，用于固定蓄热体3，通过安装螺栓8固定在空气蓄热箱上。

装卸口5采用方法兰密封连接结构，用于蓄热体3的更换和维护。

煤气接口6采用圆法兰连接结构，接管采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材质的无缝钢管制作。

空气入口(烟气出口)7采用圆法兰连接结构，接管材质采用Q235-B碳钢无缝钢管制作。

安装螺栓8采用M20×70的螺栓，通过M20的螺母固定在烧嘴壳体上。

锚固钩9采用φ6的圆钢制作成“Y”形，采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材质，焊接在蓄热箱壳体内壁以及蓄热箱伸进炉墙钢板内外侧，锚固钩间距100mm，用于固定耐火材料。

纤维毡10采用陶瓷纤维材质，厚度50mm，贴蓄热箱壳体铺设，作为空气蓄热箱的隔热层。

莫来石浇注料11紧贴纤维毡10浇筑，厚度100mm，通过锚固9固定在蓄热箱壳体19上，作为空气蓄热箱的耐火层。

纤维毯12采用含锆陶瓷纤维毯，厚度10-15mm，作为蓄热箱体和一体式烧嘴砖1的密封面，防止两种不同材质耐材因热膨胀率不同产生缝隙，导致窜气。

锚固砖13采用AL2O3＝55％的三级高铝预制成型，锚固砖13通过锚固砖拉钩的拉接，将与炉墙整体浇筑的一体式烧嘴砖1固定在炉墙钢板18上。

煤气喷头14采用厚度为18mm的厚壁无缝管加工成型，材质为Cr25Ni20,与煤气接口6采用螺纹连接；

冷却风套管15采用壁厚4mm无缝钢管制作，采用Q235-B碳钢材质，与煤气接口6在法兰结构处采用密缝连接结构，套管之间形成5mm的间壁冷却空间，通过冷却接管6连续吹入冷空气，冷却煤气接口6和煤气喷头14，防止被炉内高温烟气烤坏；

冷却风接管16采用Φ32×4的焊接管制作，采用Q235-B碳钢材质，焊接在冷却风套管15入口端。

烧嘴安装板17采用厚度12mm的厚壁钢板制作，采用Q235-B碳钢材质，与炉墙钢板18以及蓄热箱壳体19之间采用连续密闭焊接结构。

炉墙钢板18采用厚度6mm的钢板制作，采用Q235-B碳钢材质，用来安装固定蓄热箱和炉墙耐火材料。

蓄热箱壳体19采用厚度6mm的钢板焊接成箱形结构，其中在安装在炉墙钢板18外的部分采用采用Q235-B碳钢材质，炉墙钢板18内的部分采用1Cr18Ni9Ti制作。

冷端空腔20主要由钢板和钢管制作而成，采用Q235-B碳钢材质，其端部设置装卸口5，以便在安装和日常维护时对挡砖2、蓄热体5、格栅板4进行拆卸。装卸口5通过法兰、螺栓等安装在冷端空腔20上。

热端空腔21在是在浇筑一体式多孔烧嘴砖时，支模浇筑成型。冷空气经蓄热体3预热后，温度达到1000℃，体积迅速膨胀4-5倍，热空气通过挡砖2进入热端空腔21后流速下降，气体动压转成静压，热空气通过多孔空气喷口22喷出时，气流更加均匀，与煤气喷口23喷出的煤气流股混合的更好，卷吸的炉气更多，在炉内形成稳定、均匀的“贫氧”燃烧气氛，稳定有效抑制燃烧过程中NOx的生成，炉内温度温度场更加均匀，更加有利于提高钢坯的加热质量和降低污染物的排放，热端空腔21起到稳压和稳射流的作用。

空气喷口22设计多孔结构，设计成3行2列阵列式排布结构，在浇筑一体式多孔烧嘴砖时，支模浇筑成型。

第二煤气喷口23布置在空气蓄热箱两侧，设计成2个喷口，每个煤气喷口都设置冷却风喷口，保护煤气喷口。第二煤气喷口23和空气喷口22为左、右组合，空气喷口22和第二煤气喷口23在设计上采用多流股，喷口的大小和角度通过试验或计算机数值模拟等方法进行最优化设计。

Claims (6)

1.一种多流股、高温低氧、低NOx左右组合式单蓄热烧嘴，其特征在于，包括多孔烧嘴砖(1)、空气蓄热箱、蓄热体(3)、煤气喷管；多孔烧嘴砖(1)与炉墙同材质耐火浇注料整体浇筑成型，安装在空气蓄热箱的前端；蓄热体(3)安装在空气蓄热箱内；煤气喷管安装在空气蓄热箱内；空气蓄热箱前端伸进炉墙150mm，与炉墙钢板连续焊接；

多孔烧嘴砖(1)四周通过锚固砖(13)固定在炉墙钢板上，锚固砖(13)和空气蓄热箱间距在≈120mm，锚固砖间距在300-500mm，多孔烧嘴砖(1)与烧嘴端面间填塞10～15mm纤维毯；空气蓄热箱四周整体浇注≈150mm耐高温高强浇注料，以保证多孔烧嘴砖(1)、空气蓄热箱、炉墙之间密封性和可靠性，防止多孔烧嘴砖(1)结构不稳，发生炉墙倒塌现象；同时，防止烧嘴四周漏气或吸冷风，以提高烧嘴使用寿命。

2.根据权利要求1所述的蓄热烧嘴，其特征在于，多孔式烧嘴砖(1)安装在空气蓄热箱的前端，多孔烧嘴砖(1)采用与炉墙同材质AL₂O₃≥65％低水泥浇注料整体浇筑成形。

3.根据权利要求1所述的蓄热烧嘴，其特征在于，空气蓄热箱包括蓄热体(3)、挡砖(2)、热端空腔(21)、格栅板(4)、安装螺丝(8)、冷端空腔(20)；在空气蓄热箱内放置蜂窝状的蓄热体(3)，蓄热体(3)高温端设置挡砖(2)，遮蔽高温炉气对蓄热体(3)的辐射热，提高蓄热体(3)的使用寿命，并通过挡砖(2)隔开蓄热体(3)与热端空腔(21)；蓄热体(3)低温端设置格栅板(4)，提高蓄热体(3)堆放稳定性，格栅板(4)通过安装螺栓(8)固定在冷端空腔(20)上。

4.根据权利要求1所述的蓄热烧嘴，其特征在于，空气蓄热箱的壳体由钢板制成外壳，箱体的内衬采用莫来石浇注料和纤维板复合隔热结构，有效防止箱体内热量的散失；壳体插入炉墙部分四周焊接锚固钩，锚固钩的间距为≈100mm，烧嘴四周留≈150mm的无保温层，壳体四周整体浇注≈120mm耐高温高强浇注料；烧嘴安装板(17)和炉墙钢板(18)里外四周采用连续焊接方式连接，以增强空气蓄热箱和炉墙连接处四周的密封性，防止烧嘴漏气或冒火。

5.根据权利要求3所述的蓄热烧嘴，其特征在于，热端空腔(21)在是在浇筑多孔烧嘴砖(1)时，支模浇筑成型，热端空腔(21)的端面设空气喷口(22)；空气喷口(22)和第一煤气喷口(14)、第二煤气喷口(23)为左、右组合式，空气喷口(22)和第一煤气喷口14、第二煤气喷口(23)在设计上采用多流股，空气喷口(22)设计多孔结构，按照成3行2列排布；第一煤气喷口(14)、第二煤气喷口(23)布置在空气蓄热箱两侧，设计成两个独立的喷口，每个煤气喷口都设置冷却风喷口，保护煤气喷头。

6.根据权利要求3所述的蓄热烧嘴，其特征在于，冷端空腔(20)包括空气入口或烟气出口(7)和装卸口(5)；冷端空腔(20)端部设置装卸口(5)，以便在安装和平时维护中对挡砖(2)、蓄热体(3)、格栅板(4)进行拆卸；装卸口(5)通过法兰、螺栓安装在冷端空腔(20)上。