CN106122957B - 一种低NOx清洁燃烧型点火炉及其燃烧控制方法 - Google Patents

一种低NOx清洁燃烧型点火炉及其燃烧控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低NOx清洁燃烧型点火炉及其燃烧控制方法，包括两排同时进行燃烧的烧嘴，各排所述烧嘴均设有燃气总管、通往各所述烧嘴的燃气支管、设于所述燃气支管的燃气阀以及空气总管、通往各所述烧嘴的空气支管、设于所述空气支管的空气阀，各排所述烧嘴的空气阀为联动阀，以同时增大或减小所述空气阀的空气流量，且各排所述烧嘴的燃气阀也为联动阀，以同时减小或增大所述燃气阀的燃气流量。该点火炉可以使得燃气与助燃空气在偏离化学当量值状态下燃烧，从而在不影响烧结质量与炉窑寿命的前提下，有效降低炉窑排放烟气中氮氧化物含量，达到清洁燃烧的效果。

Description

一种低NOx清洁燃烧型点火炉及其燃烧控制方法
技术领域
本发明涉及点火炉技术领域，特别是在工业炉窑烧结工序中使用的点火炉。本发明还涉及所述点火炉的燃烧控制方法。
背景技术
点火炉是烧结工序中的一个核心设备，其运行的好坏直接影响到整台烧结机的成品率、能耗指标、作业率、环保指标等重要指标。它的作用是利用炉内高温火焰，将烧结机料面的固体燃料点燃，形成燃烧带，然后在主抽风机抽风负压的影响下燃烧带向下传递从而完成烧结过程。
随着目前国家对节能环保方面的日益重视，工业炉窑在生产时所排放的氮氧化物、二氧化硫等有害物质均受到了越来越严格的控制。根据标准《DB13 1640-2012工业炉窑大气污染物排放标准》，工业炉窑在生产时排放的氮氧化物不得超过300mg/Nm3，国外则更严格，有的甚至要求烧结主烟囱排放氮氧化物浓度在200mg/Nm3以内。
现有点火炉的生产供热法为平稳式供热法，其结构见图1、图2所示。燃气从燃气总管1中进入燃气支管2，经由燃气阀3后进入烧嘴4，同时助燃空气从空气总管5中进入空气支管6，经由空气阀7后进入烧嘴4，进入烧嘴4后的燃气与空气混合，然后从烧嘴口喷出形成火焰并在点火炉炉顶火道8内燃烧，形成火焰面给台车9上的烧结料供热从而完成烧结。
上述烧结点火炉供热法为平稳式供热，烧嘴在相对稳定的燃气与助燃空气条件下喷出火焰并对烧结机料面供热。这样容易造成炉内烟气中的氮氧化物含量较高，加大后续脱硝工序的压力。根据新余8#烧结机点火炉下部风箱现场检测数据，点火炉烟气内氮氧化物含量达到了320mg(超过工业炉窑排放标准20mg)，在国家愈来愈严格的环保指标要求下，必须寻找新的点火炉供热技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种低NOx清洁燃烧型点火炉。该点火炉可以使得燃气与助燃空气在偏离化学当量值状态下燃烧(又称浓淡燃烧)，从而在不影响烧结质量与炉窑寿命的前提下，有效降低炉窑排放烟气中氮氧化物含量，达到清洁燃烧的效果。
本发明的另一目的是提供一种用于控制上述低NOx清洁燃烧型点火炉的燃烧控制方法。
为实现上述目的，本发明提供一种低NOx清洁燃烧型点火炉，包括两排同时进行燃烧的烧嘴，各排所述烧嘴均设有空气总管、通往各所述烧嘴的空气支管、设于所述空气支管的空气阀以及燃气总管、通往各所述烧嘴的燃气支管、设于所述燃气支管的燃气阀，各排所述烧嘴的空气阀为联动阀，能够同时增大或减小所述空气阀的空气流量，且各排所述烧嘴的燃气阀也为联动阀，能够同时减小或增大所述燃气阀的燃气流量。
优选地，各排所述烧嘴的空气阀分别设有联动推拉装置，以同时开大或关小所述空气阀。
优选地，各排所述烧嘴的燃气阀分别设有联动推拉装置，以同时开大或关小所述燃气阀。
优选地，所述联动推拉装置包括动力机构、联动推拉杆和紧固连接件，所述联动推拉杆通过紧固连接件与所对应阀的阀柄相连接，所述动力机构驱动所述联动推拉杆向所述阀柄施加推力或拉力。
优选地，所述联动推拉装置为电动联动推拉装置，其动力机构包括电机和传动齿轮箱，所述电机连接所述传动齿轮箱的动力输入端，所述传动齿轮箱通过内部齿轮传动对所述联动推拉杆施加推力或拉力。
优选地，所述联动推拉装置为压气联动推拉装置，其动力机构包括气缸和两位三通电磁阀，所述气缸由活塞分为前缸与后缸，每缸各分别连接一路压气管道，所述压气管道上分别安装所述两位三通电磁阀；所述气缸通过活塞杆对所述联动推拉杆施加推力或拉力。
优选地，进一步包括时序控制单元，其用于控制各排所述烧嘴的燃气阀和空气阀按照下述方式进行调节：在增大燃气流量的同时减小空气流量，在减小燃气流量的同时增大空气流量。
优选地，所述时序控制单元在控制第一排所述烧嘴燃气流量增大的同时以同等速率控制第二排所述烧嘴燃气流量减小；所述时序控制单元在控制第一排所述烧嘴空气流量减小的同时以同等速率控制第二排所述烧嘴空气流量增大，以保证炉内燃烧强度不变。
优选地，所述时序控制单元控制进入各排所述烧嘴内的燃气与空气流量均按照一定的时序进行正弦波式的流量变化。
为实现上述另一目的，本发明提供一种燃烧控制方法，应用于上述任一项所述的低NOx清洁燃烧型点火炉，包括：
对两排所述烧嘴分别进行时间周期为t的时序控制，所述时间周期t分为t1与t2两个阶段；
在第一个阶段t1内，控制第一排所述烧嘴的燃气流量w1逐渐增多，同时控制空气流量w2逐渐减少，与此同时，控制第二排所述烧嘴的燃气流量w3逐渐减少，同时控制空气流量w4逐渐增多；其中，所述燃气流量w3减少的速率与燃气流量w1增多的速率相同，所述空气流量w4增多的速率与空气流量w2减少的速率相同；
在第二个阶段t2内，控制第一排所述烧嘴的燃气流量w1逐渐减少，同时控制空气流量w2逐渐增多，与此同时，控制第二排所述烧嘴的燃气流量w3逐渐增多，同时控制空气流量w4逐渐减少；其中，所述燃气流量w3增多的速率与燃气流量w1减少的速率相同，所述空气流量w4减少的速率与空气流量w2增多的速率相同。
进一步地，控制进入各排所述烧嘴内的燃气与空气流量进行正弦波式的流量变化。
传统烧结点火炉供热法为平稳式供热，烧嘴在相对稳定的燃气与助燃空气条件下喷出火焰并对烧结机料面供热，这样容易造成炉内烟气中的氮氧化物含量较高，加大后续脱硝工序的压力。本发明根据氮氧化物产生的两个基本条件富氧和高温，提供了一种可以使得燃气与助燃空气在偏离化学当量值状态下燃烧(又称浓淡燃烧)供热的点火炉和控制方法，从而可有效降低炉内生成的烟气内氮氧化物的含量，达到清洁燃烧的目的，有效克服了现有技术的几大缺点，较现有技术更加安全、实用、可靠与方便。
附图说明
图1为现有平稳供热式点火炉在台车上进行供热的示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为本发明所提供低NOx清洁燃烧型点火炉的一种具体实施方式的结构示意图；
图4为图3中电动联动推拉装置的结构示意图；
图5为本发明所提供低NOx清洁燃烧型点火炉的另一种具体实施方式的结构示意图；
图6为图5中压气联动推拉装置的结构示意图；
图7为进入各排烧嘴内的燃气与空气流量均按照一定的时序进行变化的正弦波示意图；
图8为本发明所提供燃烧控制方法的流程图。
图中：
1.燃气总管 2.燃气支管 3.燃气阀 4.烧嘴 5.空气总管 6.空气支管 7.空气阀8.炉顶火道 9.台车 10.电动联动推拉装置 101.电机 102.传动齿轮箱 103.联动推拉杆104.紧固连接件 11.压气联动推拉装置 111.座台 112.气缸 113.两位三通电磁阀
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图3、图4，图3为本发明所提供低NOx清洁燃烧型点火炉的一种具体实施方式的结构示意图；图4为图3中电动联动推拉装置的结构示意图。
在一种具体实施例中，本发明所提供的点火炉为双斜式点火炉，其设有两排同时进行燃烧的烧嘴，两排烧嘴以倾斜且相向的方式布置。
与现有技术类似地，燃气从各排烧嘴的燃气总管1中进入燃气支管2，经由燃气阀3后进入烧嘴4，同时助燃空气从空气总管5中进入空气支管6，经由空气阀7后进入烧嘴4，进入烧嘴4后的燃气与空气混合，然后从烧嘴口喷出形成火焰并在点火炉炉顶火道8内燃烧，形成火焰面给台车9上的烧结料供热从而完成烧结
各排烧嘴的空气阀为联动阀，能够同时增大或减小空气阀的空气流量，且各排烧嘴的燃气阀也为联动阀，能够同时减小或增大燃气阀的燃气流量，在烧嘴的燃烧供热过程中，通过实时调节空气阀和燃气阀可进行浓淡燃烧。
浓淡燃烧的机理是让一部分燃气在空气不足的条件下燃烧，即燃料过浓燃烧；另一部分燃气在空气过剩的条件下燃烧，即燃气过淡燃烧。无论是过浓燃烧还是过淡燃烧，其过剩空气系数α都不等于1。前者α<1，后者α>1，故又可称为非化学当量燃烧或偏差燃烧。浓淡燃烧时，燃气过浓部分因氧气不足，燃烧温度不高，所以生成的氮氧化物会减少，而燃气过淡部分因空气量大，燃烧温度也不高，所以生成的氮氧化物也会减少，所以总体来说结果是氮氧化物生成量低于常规燃烧。
为了能够进行浓淡燃烧，本发明将常规技术的平稳式燃烧供热改为正弦波式燃烧供热，即进入烧嘴内的燃气与空气量均按照一定的时序控制规律进行正弦波式的流量变化(如图7所示)，当燃气量增大的时候空气量在减少，当燃气量减少的时候空气量在增大，这样就达到了浓淡燃烧的要求。
为了实现正弦波式燃烧，在原有点火炉结构基础上增加电动联动推拉装置10，其安装示意图如图3所示，电动联动推拉装置10的结构示意图如图4所示，其主要由电机101、传动齿轮箱102、联动推拉杆103、紧固连接件104等组成，其中电机101用于为传动齿轮箱102提供动力，传动齿轮箱102通过内部齿轮传动对联动推拉杆103施加推力或拉力，而由于紧固连接件104的作用，使得联动推拉杆103对与其连接在一起的燃气阀门手柄或空气阀门手柄施加推力或拉力，从而达到阀门开大或关小的效果，最终实现燃气量或空气量的相应变化。
请参考图5、图6，图5为本发明所提供低NOx清洁燃烧型点火炉的另一种具体实施方式的结构示意图；图6为图5中压气联动推拉装置的结构示意图。
电动联动推拉装置10亦可由压气联动推拉装置11取代，其安装示意图如图5所示，压气联动推拉装置11的结构示意图如图6所示，其主要由座台111、气缸112、两位三通电磁阀113、联动推拉杆103、紧固连接件104等组成，其中气缸112被安装在座台111上，通过压气的通气或放气来实现对联动推拉杆103施加推拉力，从而在紧固连接件104的作用下实现对阀门的开大或关小。
气缸被活塞分为前缸与后缸，每缸各分别连接一路压气管道，管道上安装有两位三通电磁阀113，当系统给前缸的电磁阀113供电时，其导通压气管道，使压力空气进入前缸，此时后缸的电磁阀113处于断电状态，其切断后缸与压气管道的连通，并将后缸与大气导通，从而使活塞向右移动，进而带动联动推拉杆103向右移动，向空气阀或燃气阀的阀柄施加拉力，将空气阀或燃气阀开大；反之，当系统给后缸的电磁阀113供电时，其导通压气管道，使压力空气进入后缸，此时前缸的电磁阀113处于断电状态，其切断前缸与压气管道的连通，并将前缸与大气导通，从而使活塞向左移动，进而带动联动推拉杆103向左移动，向空气阀或燃气阀的阀柄施加推力，将空气阀或燃气阀关小。
为了对两排烧嘴的空气阀和燃气阀进行时序控制，进一步设有时序控制单元，其用于控制各排烧嘴的燃气阀和空气阀按照下述方式进行调节：在增大燃气流量的同时减小空气流量，在减小燃气流量的同时增大空气流量。
具体地，时序控制单元控制进入各排烧嘴内的燃气与空气流量均按照一定的时序进行正弦波式的流量变化。
当然，上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，通过其他驱动机构对空气阀和燃气阀进行联动控制，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
除了上述低NOx清洁燃烧型点火炉，本发明还提供用于对上述低NOx清洁燃烧型点火炉进行控制的燃烧控制方法。
请参考图7、图8，图7为进入各排烧嘴内的燃气与空气流量均按照一定的时序进行变化的正弦波示意图；图8为本发明所提供燃烧控制方法的流程图。
本发明提供的燃烧控制方法通过时序控制单元，分别对点火炉第一排和第二排烧嘴进行时间周期为t的时序控制，时间周期t分为t1与t2两个阶段，其流程图如图8所示：
在第一个阶段t1内，控制单元控制第一排烧嘴的燃气流量w1逐渐增多，同时控制空气流量w2逐渐减少，在第一排烧嘴附近形成燃气过剩的工况条件，与此同时，为了保证炉内整体燃烧强度不变，控制单元控制第二排烧嘴的燃气流量w3逐渐减少(速率与w1相同)，同时控制空气流量w4逐渐增多(速率与w2相同)，在第二排烧嘴附近形成空气过剩的工况条件，最终两排烧嘴的喷出烟气交汇处空燃气流量比趋于正常。
在第二个阶段t2内，控制单元控制第一排烧嘴的燃气流量w1逐渐减少，同时控制空气流量w2逐渐增多，在第一排烧嘴附近形成空气过剩的工况条件，与此同时，控制单元控制第二排烧嘴的燃气流量w3逐渐增多(速率与w1相同)，同时控制空气流量w4逐渐减少(速率与w2相同)，在第二排烧嘴附近形成燃气过剩的工况条件，最终两排烧嘴的喷出烟气交汇处空燃气流量比趋于正常。这样，在不影响烧结点火质量的前提下，在炉膛内局部区域形成了偏差燃烧，大幅减少了氮氧化物的产生量。
以上对本发明所提供的低NOx清洁燃烧型点火炉及其燃烧控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种低NOx清洁燃烧型点火炉，包括两排烧嘴(4)，各排所述烧嘴(4)均设有燃气总管(1)、通往各所述烧嘴(4)的燃气支管(2)、设于所述燃气支管(2)的燃气阀(3)以及空气总管(5)、通往各所述烧嘴(4)的空气支管(6)、设于所述空气支管(6)的空气阀(7)，其特征在于，各排所述烧嘴(4)的空气阀(7)为联动阀，以同时增大或减小所述空气阀(7)的空气流量，且各排所述烧嘴(4)的燃气阀(3)也为联动阀，以同时减小或增大所述燃气阀(3)的燃气流量；并控制各排所述烧嘴(4)的燃气阀(3)和空气阀(7)按照下述方式进行调节：在增大燃气流量的同时减小空气流量，在减小燃气流量的同时增大空气流量。
2.根据权利要求1所述的低NOx清洁燃烧型点火炉，其特征在于，各排所述烧嘴(4)的空气阀(7)分别设有联动推拉装置，以同时开大或关小所述空气阀(7)。
3.根据权利要求1所述的低NOx清洁燃烧型点火炉，其特征在于，各排所述烧嘴(4)的燃气阀(3)分别设有联动推拉装置，以同时开大或关小所述燃气阀(3)。
4.根据权利要求2或3所述的低NOx清洁燃烧型点火炉，其特征在于，所述联动推拉装置包括动力机构、联动推拉杆(103)和紧固连接件(104)，所述联动推拉杆(103)通过紧固连接件(104)与所对应阀的阀柄相连接，所述动力机构驱动所述联动推拉杆(103)向所述阀柄施加推力或拉力。
5.根据权利要求4所述的低NOx清洁燃烧型点火炉，其特征在于，所述联动推拉装置为电动联动推拉装置，其动力机构包括电机(101)和传动齿轮箱(102)，所述电机(101)连接所述传动齿轮箱(102)的动力输入端，所述传动齿轮箱(102)通过内部齿轮传动对所述联动推拉杆(103)施加推力或拉力。
6.根据权利要求4所述的低NOx清洁燃烧型点火炉，其特征在于，所述联动推拉装置为压气联动推拉装置，其动力机构包括气缸(112)和两位三通电磁阀(113)，所述气缸(112)由活塞分为前缸与后缸，每缸各分别连接一路压气管道，所述压气管道上分别安装所述两位三通电磁阀(113)；所述气缸(112)通过活塞杆对所述联动推拉杆(103)施加推力或拉力。
7.根据权利要求1至3任一项所述的低NOx清洁燃烧型点火炉，其特征在于，进一步包括时序控制单元，其用于控制各排所述烧嘴(4)的燃气阀(3)和空气阀(7)按照下述方式进行调节：在增大燃气流量的同时减小空气流量，在减小燃气流量的同时增大空气流量。
8.根据权利要求7所述的低NOx清洁燃烧型点火炉，其特征在于，所述时序控制单元在控制第一排所述烧嘴(4)燃气流量增大的同时以同等速率控制第二排所述烧嘴(4)燃气流量减小；所述时序控制单元在控制第一排所述烧嘴(4)空气流量减小的同时以同等速率控制第二排所述烧嘴(4)空气流量增大，以保证炉内燃烧强度不变。
9.根据权利要求8所述的低NOx清洁燃烧型点火炉，其特征在于，所述时序控制单元控制进入各排所述烧嘴(4)内的燃气与空气流量均按照设定的时序进行正弦波式的流量变化。
10.一种燃烧控制方法，应用于上述权利要求1至9任一项所述的低NOx清洁燃烧型点火炉，包括：
对两排所述烧嘴(4)分别进行时间周期为t的时序控制，所述时间周期t分为t1与t2两个阶段；
在第一个阶段t1内，控制第一排所述烧嘴(4)的燃气流量w1逐渐增多，同时控制第一排所述烧嘴(4)的空气流量w2逐渐减少，与此同时，控制第二排所述烧嘴(4)的燃气流量w3逐渐减少，同时控制第二排所述烧嘴(4)的空气流量w4逐渐增多；其中，所述燃气流量w3减少的速率与燃气流量w1增多的速率相同，所述空气流量w4增多的速率与空气流量w2减少的速率相同；
在第二个阶段t2内，控制第一排所述烧嘴(4)的燃气流量w1逐渐减少，同时控制第一排所述烧嘴(4)的空气流量w2逐渐增多，与此同时，控制第二排所述烧嘴(4)的燃气流量w3逐渐增多，同时控制第二排所述烧嘴(4)的空气流量w4逐渐减少；其中，所述燃气流量w3增多的速率与燃气流量w1减少的速率相同，所述空气流量w4减少的速率与空气流量w2增多的速率相同。
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