CN105889930B - 一种烧嘴及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烧嘴及其制造方法，属于预混的气体燃烧器技术领域。本发明的烧嘴，包括位于烧嘴本体内的一次风通道、二次风通道和天然气通道，一次风通道自一次风进口向一次风出口方向依次为等截面通道段和渐阔通道段，围绕一次风通道的周向至少分布有三条二次风通道，天然气通道的天然气出口处与渐阔通道段连通；天然气通道与等截面通道段中轴线的夹角为δ，且30°≤δ≤50°；渐阔通道段的轴向截面上两条侧边的夹角为β，且34°≤β≤60°；所有二次风通道与等截面通道段中轴线的夹角均为γ，且0°≤γ≤10°。本发明提供了一种综合燃烧性能良好的用于气体燃烧的烧嘴。

Description

一种烧嘴及其制造方法
技术领域
本发明属于预混的气体燃烧器技术领域，更具体的说，涉及一种烧嘴及其制造方法，尤其适合用于蓄热式燃烧器系统。
背景技术
被国外称为HTAC(High Temperature Air Combustion)的蓄热式高温空气燃烧技术，是上个世纪国外提出的一种全新概念的燃烧技术。该技术把回收烟气余热与高效燃烧及低NOx等技术有机地结合起来，它通过高效蓄热材料将助燃空气从室温预热至800～1000℃的高温，从而实现了极限节能、极限降低NOx排放量的双重目的。
尽管蓄热式高温燃烧技术是一项节能、环保的高新技术。但是国内天然气蓄热式烧嘴还没有比较成熟的结构。目前天然气和助燃风采用的是传统的外混式结构，因此天然气在燃烧过程中不能与助燃风充分混合，致使天然气中的甲烷裂解产生碳黑而浪费能源，经理论计算及实际检测，传统天然气蓄热式烧嘴燃烧的烟气中含有8～10％的未完全燃烧物。
针对上述问题，现有技术中已有相关的技术方案公开，例如专利公开号：CN202647771 U，公开日：2013年1月2日，发明创造名称为：一种天然气通道周向分布式烧嘴，该申请案公开了一种天然气通道周向分布式烧嘴，属于不预混的气体燃烧器技术领域。该申请案的烧嘴包括烧嘴砖本体、助燃空气通道和天然气通道，助燃空气通道为管状结构，位于烧嘴砖本体的内部；天然气通道围绕助燃空气通道周向分布二条或二条以上，该天然气通道埋在烧嘴砖本体中，天然气通道前端的喷口段与助燃空气通道的中心轴向夹角为α，且0°≤α≤90°，喷口段与助燃空气通道同向布置，并在烧嘴前端汇合。该申请案的烧嘴对天然气具有细化分流的作用，可增大天然气和助燃空气的接触面积，大大降低了天然气的不完全燃烧量。但是，经过实际使用该申请案的烧嘴后发现，该申请案的烧嘴还存在以下难以克服的缺陷：(1)该申请案中虽然天然气通道的周向分布结构有利于天然气与助燃空气混合，但是该申请案的烧嘴属于不预混的气体燃烧器，燃烧时天然气与助燃空气的混合情况仍旧不理想；(2)该申请案中天然气进口总管分为二条或二条以上埋在烧嘴砖本体中的细长天然气通道，虽然分散了天然气，对天然气具有细化分流的作用，但是实际使用过程中发现细长的天然气通道中容易发生堵塞，严重影响生产的顺行；(3)该申请案的烧嘴在使用时，火焰的形状无法有效控制，经常使得烧嘴附近的温度较高，从而造成烧嘴的使用寿命有限。
现有技术中还公开能够调节火焰长度的烧嘴，例如专利公开号：CN 201093500 Y，公开日：2008年7月30日，发明创造名称为：一种可调焰天然气烧嘴，该申请案公开了一可调焰天然气烧嘴，包括套管、空气管、天然气喷管、背板、烧嘴壳体等部件，在天然气喷管中插有中心风管，在天然气喷管外设有固定风套和活动风套，活动风套结构为大小变径管，其小直径管套在靠近背板外侧的天然气喷管上，大直径管套在固定风套上，在固定风套和活动风套重叠部分开有一个矩形风口。其中在活动风套小直径管上设有风套圈和固定圈，在风套圈上设有二个把手，固定圈内设有螺栓固定活动风套，该烧嘴结构简单、调节精度高。但是，该申请案的烧嘴在实际使用中还存在以下不足之处：天然气在燃烧过程中火焰的形状难以保持稳定，从而使得炉膛内的温度场难以稳定下来，无法满足加热要求较高的场合。
还如专利公开号：CN 1431143 A，发明创造名称为：多通道天然气部分氧化制合成气烧嘴；专利公开号：CN 2077953 U，发明创造名称为：燃气调温烧嘴。上述技术方案针对烧嘴结构进行改造，均立足于改善燃料与空气的混合情况，其结构较为复杂，不方便维护和制造，另外在火焰温度、长短、燃烧范围等调节问题上仍需要进一步改善。
综上所述，如何设计出一种综合燃烧性能良好的用于气体燃烧的烧嘴，是现有技术中亟需解决的技术难题。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有烧嘴的不足，提供了一种综合燃烧性能良好的用于气体燃烧的烧嘴。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的烧嘴，包括烧嘴本体，还包括位于烧嘴本体内的一次风通道、二次风通道和天然气通道，所述一次风通道靠近一次风出口处为渐阔通道段，围绕所述一次风通道的周向至少分布有三条二次风通道，所述天然气通道的天然气出口处与所述渐阔通道段连通。
作为本发明更进一步的改进，所述一次风通道自一次风进口向一次风出口方向依次为等截面通道段和渐阔通道段，所述天然气通道与所述等截面通道段中轴线的夹角为δ，且30°≤δ≤50°。
作为本发明更进一步的改进，所述渐阔通道段的轴向截面上两条侧边的夹角为β，且34°≤β≤60°。
作为本发明更进一步的改进，所有二次风通道自二次风进口向二次风出口方向逐渐靠近。
作为本发明更进一步的改进，所有二次风通道与所述等截面通道段中轴线的夹角均为γ，且0°≤γ≤10°。
作为本发明更进一步的改进，所述等截面通道段的管径为所述二次风通道的管径为所述天然气通道的管径为
本发明的烧嘴的制造方法，包括以下步骤：
(1)制模：根据烧嘴的结构和尺寸制作模具；
(2)浇注：进行浇注，浇注过程进行震实去除缩孔；
(3)干燥：自然风干22～24h后脱模，继续自然风干120～144h；
(4))焙烧：经过72～120h从室温升到700～720℃，保温4～4.5h，最后经过22～24h冷却到室温。
作为本发明的烧嘴的制造方法更进一步的改进，步骤二中浇注料的原料包括刚玉和莫来石。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的烧嘴，其设计有一次风通道，围绕一次风通道周向分布至少三条二次风通道，多条二次风通道将二次风分成多股细流喷出，增加了二次风与天然气的接触面积，通过天然气预燃烧和天然气二次燃烧，有效解决了天然气燃烧不充分的问题，提高了天然气燃料的有效利用率。
(2)本发明的烧嘴，夹角为δ、夹角β和夹角γ的设计，有效地控制了天然气火焰的形状，在炉膛内形成稳定的温度场，满足各种场合的加热要求；同时，克服了火焰燃烧区域过于集中而导致的局部温度过高，大大避免了烧嘴、炉内设施、坯料等被烧损的现象，是一种综合燃烧性能良好的气体燃烧烧嘴。
(3)本发明的烧嘴应用于天然气蓄热式锻造加热炉后，解决了燃料不能充分燃烧的问题，烧嘴使用后，吨钢能耗比传统的烧嘴节能25～30％以上，每吨钢燃天然气成本控制在50～65m3；坯料锻造氧化铁皮量减少一半，火焰均匀、柔和、稳定；燃烧后烟气中氮氧化物排放量NOx≤200mg/m3，SO2≤100mg/m3，是一种节能效果显著的环保设备。
(4)本发明的烧嘴，天然气通道、一次风通道、二次风通道均预埋在烧嘴本体中，减少了外力破坏天然气通道和助燃空气通道的可能，即使在天然气通道和助燃空气通道均烧损的条件下，烧嘴本体仍能继续使用，烧嘴制造成本低，使用寿命高，且维修简单方便。
附图说明
图1为实施例1的烧嘴的主视结构示意图；
图2为图1中的A-A剖视结构示意图；
图3为图1中的B-B剖视结构示意图。
示意图中的标号说明：1、烧嘴本体；2、一次风通道；21、一次风进口；22、一次风出口；3、二次风通道；31、二次风进口；32、二次风出口；4、天然气通道；41、天然气入口；42、天然气出口。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
结合图1～3(图1为图2中沿C向的视图)，本实施例的烧嘴，包括烧嘴本体1以及位于烧嘴本体1内的一次风通道2、二次风通道3和天然气通道4，一次风通道2自一次风进口21向一次风出口22方向依次为等截面通道段和渐阔通道段(具体渐阔通道段为喇叭口中空结构)，围绕一次风通道2的周向至少分布有三条二次风通道3(三条或三条以上的二次风通道3对二次风起到细化分流的效果)，天然气通道4的天然气出口42处与渐阔通道段连通。其中，天然气通道4与上述等截面通道段中轴线的夹角为δ，且30°≤δ≤50°；渐阔通道段的轴向截面上两条侧边的夹角为β，且34°≤β≤60°(即喇叭口中空结构的开口角度为β)；所有二次风通道3自二次风进口31向二次风出口32方向逐渐靠近，同时，所有二次风通道3与等截面通道段中轴线的夹角均为γ，且0°≤γ≤10°。等截面通道段的管径为二次风通道3的管径为天然气通道4的管径为
使用时，一次风由一次风通道2的一次风进口21进入烧嘴内部，与进入烧嘴内部的天然气在渐阔通道段内预混并形成一次燃烧(其中，天然气从烧嘴本体1上的天然气入口41进入烧嘴内部)，经过一次预混燃烧后的天然气进入炉膛内部并与二次风出口32喷出的二次风再次混合，形成二次燃烧。其中，天然气燃烧过程中，通过调节一次风和二次风的流量，能够达到如下效果：1)实现燃料完全燃烧；2)调节控制火焰最高温度，防止烧钢，减少烧损；3)调节火焰长度，使炉膛温度均匀。
现有技术中用于天然气等气体燃烧的烧嘴，虽然种类形式多种多样，但是大多存在燃烧过程中火焰的形状难以保持稳定的缺陷，从而使得炉膛内的温度场难以稳定下来，无法满足加热要求较高的场合。发明人经过实际使用发现，本实施例的烧嘴，采用以下技术特征：“围绕一次风通道2的周向至少分布三条二次风通道3，天然气通道4的天然气出口42处与渐阔通道段连通，天然气通道4与等截面通道段中轴线的夹角为δ，且30°≤δ≤50°；渐阔通道段的轴向截面上两条侧边的夹角为β，且34°≤β≤60°；所有二次风通道3自二次风进口31向二次风出口32方向逐渐靠近，同时，所有二次风通道3与等截面通道段中轴线的夹角均为γ，且0°≤γ≤10°”，能够使得喷入炉膛的火焰在形状上保持相对稳定，从而在炉膛内形成稳定的温度场，满足各种场合的加热要求。具体分析如下：围绕一次风通道2的周向至少分布三条二次风通道3，使得二次风在多个二次风通道3内被分散，同时，二次风通道3呈一定角度的倾斜设置，经过一次预混燃烧后的天然气进入炉膛时，首先在渐阔通道段内形成向外侧扩张的流向，然后在炉膛内，多股二次风与一次预混燃烧后的天然气呈相交角混合，一方面有利于天然气的充分燃烧，更加重要的是，采用上述的形式和相交角将二次风与一次预混燃烧后的天然气混合燃烧(即一次预混燃烧后的天然气在渐阔通道段内被一次风推动向外呈周向扩张流动，而多股二次风呈周向收缩流动)，能够将燃烧区域控制在一定的范围内，稳定天然气的燃烧，有效地控制燃烧火焰的形状，避免了火焰晃动情况的出现。进一步的，天然气通道4的天然气出口42处与渐阔通道段连通，天然气通道4与等截面通道段中轴线的夹角为δ，且30°≤δ≤50°，天然气与一次风呈上述形式和角度进行预混合燃烧，使得预燃烧在二次燃烧区域之外的区域稳定进行，克服了火焰燃烧区域过于集中而导致的局部温度过高，大大避免了烧嘴、炉内设施、坯料等被烧损的现象。
本实施例的烧嘴，其设计有一次风通道2，围绕一次风通道2周向分布至少三条二次风通道3，多条二次风通道3将二次风分成多股细流喷出，增加了二次风与天然气的接触面积，通过天然气预燃烧和天然气二次燃烧，有效解决了天然气燃烧不充分的问题，提高了天然气燃料的有效利用率。
本实施例的烧嘴，夹角为δ、夹角β和夹角γ的设计，有效地控制了天然气火焰的形状，在炉膛内形成稳定的温度场，满足各种场合的加热要求；同时，克服了火焰燃烧区域过于集中而导致的局部温度过高，大大避免了烧嘴、炉内设施、坯料等被烧损的现象，是一种综合燃烧性能良好的气体燃烧烧嘴。
本实施例的烧嘴应用于天然气蓄热式锻造加热炉后，解决了燃料不能充分燃烧的问题，烧嘴使用后，吨钢能耗比传统的烧嘴节能25～30％以上，每吨钢燃天然气成本控制在50～65m3；坯料锻造氧化铁皮量减少一半，火焰均匀、柔和、稳定；燃烧后烟气中氮氧化物排放量NOx≤200mg/m3，SO2≤100mg/m3，是一种节能效果显著的环保设备。
本实施例的烧嘴，天然气通道4、一次风通道2、二次风通道3均预埋在烧嘴本体1中，减少了外力破坏天然气通道和助燃空气通道的可能，即使在天然气通道和助燃空气通道均烧损的条件下，烧嘴本体1仍能继续使用，烧嘴制造成本低，使用寿命高，且维修简单方便。
具体本实施例中，对于二次风通道3的二次风进口31和二次风出口32进行定位，二次风进口31的端面圆心均分布在同心圆a的圆周上，该同心圆a以烧嘴本体1中心为圆心，同心圆a直径为二次风出口32的端面圆心均分布在同心圆b的圆周上，该同心圆b以烧嘴本体1中心为圆心，同心圆b直径为8条二次风通道3沿一次风通道2的四周分布，且8条二次风通道3与等截面通道段中轴线的夹角均为5°，天然气通道4与等截面通道段中轴线的夹角为40°，渐阔通道段的轴向截面上两条侧边的夹角为47°。等截面通道段的管径为二次风通道3的管径为天然气通道4的管径为
本实施例的烧嘴的制造方法，包括以下步骤：
(1)制模：根据炉子大小和使用要求，设计出烧嘴，根据烧嘴的结构和尺寸制作模具；
(2)浇注：根据使用燃料种类和炉膛最高温度及炉子使用状况，通过调节Al2O3含量及辅材含量，使烧嘴的体积密度、耐压强度、抗折强度、线变化率、最高使用温度及抗热震性等性能满足使用要求，从而确定浇注料具体配方，其中，浇注料的原料包括刚玉和莫来石；制备浇注料，进行浇注，浇注过程进行震实去除缩孔。
(3)干燥：自然风干22～24h后脱模，要求表面光滑平整无缺陷，继续自然风干120～144h；
(4)焙烧：烧嘴焙烧，根据材料性能及烧嘴大小经过72～120h从室温升到700～720℃，保温4～4.5h，最后经过22～24h冷却到室温。
实施例2
本实施例的烧嘴，其结构与实施例1基本相同，其不同之处在于：3条二次风通道3沿一次风通道2的左中、右中、下中三个侧面分布，3条二次风通道3与等截面通道段中轴线的夹角均为4°，天然气通道4与等截面通道段中轴线的夹角为35°，渐阔通道段的轴向截面上两条侧边的夹角为40°。等截面通道段的管径为二次风通道3的管径为天然气通道4的管径为
实施例3
本实施例的烧嘴，其结构与实施例1基本相同，其不同之处在于：4条二次风通道3对称分布于一次风通道2的四个侧面上；4条二次风通道3与等截面通道段中轴线的夹角均为6°，天然气通道4与等截面通道段中轴线的夹角为45°，渐阔通道段的轴向截面上两条侧边的夹角为50°。等截面通道段的管径为二次风通道3的管径为天然气通道4的管径为
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种烧嘴，包括烧嘴本体(1)，其特征在于：还包括位于烧嘴本体(1)内的一次风通道(2)、二次风通道(3)和天然气通道(4)，所述一次风通道(2)位于烧嘴本体(1)内的中部，所述一次风通道(2)靠近一次风出口(22)处为渐阔通道段，围绕所述一次风通道(2)的周向至少分布有三条二次风通道(3)，所述天然气通道(4)的天然气出口(42)处与所述渐阔通道段连通；
所述一次风通道(2)自一次风进口(21)向一次风出口(22)方向依次为等截面通道段和渐阔通道段，所述天然气通道(4)与所述等截面通道段中轴线的夹角为δ，且30°≤δ≤50°；
所述渐阔通道段的轴向截面上两条侧边的夹角为β，且34°≤β≤60°；
所有二次风通道(3)自二次风进口(31)向二次风出口(32)方向逐渐靠近；
所有二次风通道(3)与所述等截面通道段中轴线的夹角均为γ，且0°≤γ≤10°。
2.根据权利要求1所述的烧嘴，其特征在于：所述等截面通道段的管径为φ60~160mm，所述二次风通道(3)的管径为φ30~120mm，所述天然气通道(4)的管径为φ30~90mm。
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