CN106224960A - 一种蓄热式辐射管分级燃烧器及其燃烧方法 - Google Patents

一种蓄热式辐射管分级燃烧器及其燃烧方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及蓄热式辐射管燃烧器技术领域，尤其涉及一种蓄热式辐射管分级燃烧器及其燃烧方法，蓄热式辐射管分级燃烧器包括辐射管和设于辐射管两端的两个蓄热式燃烧器；蓄热式燃烧器为管状结构，其一端设有点火烧嘴，另一端设有多级空气通道；靠近点火烧嘴的一端外壁上设有主燃气进口和主空气进口；多级空气通道延伸至辐射管内，各级之间均为套接，且相邻两级之间留有间隙；多级空气通道远离点火烧嘴的一端由内到外逐渐延长；主燃气进口通过燃气管道与多级空气通道连接；燃气管道的外侧与蓄热式燃烧器的内壁之间设有蓄热体；点火烧嘴的一端设有贯穿燃气管道的火焰喷管。本发明的蓄热式辐射管分级燃烧器大大降低了氮氧化物的生成量。

Description

一种蓄热式辐射管分级燃烧器及其燃烧方法
技术领域
本发明涉及燃烧器技术领域，尤其涉及一种蓄热式辐射管分级燃烧器及其燃烧方法。
背景技术
蓄热式辐射管将高温空气燃烧技术应用在燃气辐射管上，主要以煤气为燃料，助燃空气或者煤气被预热到900℃以上的高温，然后进入辐射管进行混合燃烧。由于空气或者煤气被预热，所以对于800～2000kcal/N·m3的低热值煤气也可以稳定燃烧，因此蓄热式辐射管分级燃烧器对燃料的适应范围较广。其具有燃烧效率高，运行稳定，设备可靠简单等优点，广泛应用于石化、冶金等行业的各种热处理炉和连续加热炉等。
目前蓄热式辐射管分级燃烧器其燃烧效率可达95％以上，由于空气或煤气被预热到高温，所以火焰温度很高，可达2200℃，较高的火焰温度会产生较大的氮氧化物生成量，致使烟气中的氮氧化物严重超标，造成严重的大气污染。因此，对于蓄热式辐射管分级燃烧器来说，在较高的燃烧效率的基础上，如何降低氮氧化物的排放是一个难题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有的蓄热式辐射管分级燃烧器氮氧化物排放量大的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种蓄热式辐射管分级燃烧器，包括辐射管和两个蓄热式燃烧器，所述蓄热式燃烧器设于所述辐射管的两端；所述蓄热式燃烧器为管状结构，所述蓄热式燃烧器的一端设有点火烧嘴，另一端设有多级空气通道；所述蓄热式燃烧器靠近所述点火烧嘴的一端外壁上设有主燃气进口和主空气进口；所述多级空气通道延伸至所述辐射管内；所述多级空气通道的各级之间均为套接，且相邻两级空气通道之间留有间隙；所述多级空气通道远离点火烧嘴的一端由内到外逐渐延长；所述主燃气进口通过燃气管道与所述多级空气通道连接；所述燃气管道的外侧与所述蓄热式燃烧器的内壁之间形成蓄热腔，所述蓄热腔内设有蓄热体；所述点火烧嘴的一端设有火焰喷管，所述火焰喷管贯穿所述燃气管道。
其中，所述蓄热式燃烧器还包括旋流叶片，所述旋流叶片设于所述蓄热体与所述多级空气通道之间。
其中，所述多级空气通道为三级空气通道，由内到外分别为第一级、第二级与第三级空气通道。
其中，所述第一级、第二级与第三级空气通道的直径比例为1:1.3～1.4:1.6～1.7。
其中，所述第一级、第二级与第三级空气通道靠近所述蓄热腔的一端平齐，且第一级、第二级与第三级空气通道的长度比例为1:1.5～1.7:2.1～2.3，其中第一级空气通道的长度大于0.2m。
其中，所述点火烧嘴包括点火空气管、点火燃气管和点火电极，所述点火电极位于所述点火空气管和点火燃气管的出口处，用于形成点火火焰。
其中，所述蓄热体为陶瓷蜂窝蓄热体，所述多级空气通道由刚玉制成。
其中，所述蓄热式辐射管分级燃烧器还包括换向阀，所述换向阀设于两个所述蓄热式燃烧器的主空气进口之间，用于主空气进入和烟气排出之间的切换。
本发明还提供了一种上述的蓄热式辐射管分级燃烧器的燃烧方法，包括以下步骤：
S1，选择其中一个蓄热式燃烧器，分别从其主燃气进口和主空气进口向辐射管内通入主燃气和主空气；
S2，点燃点火烧嘴，点火火焰由火焰喷管的出口喷出，在所述多级空气通道最内层的空气通道内点燃主空气与主燃气的混合气体；
S3，剩余的主燃气依次进入各级空气通道与各级通道内的主空气混合后燃烧；
S4，燃烧产生的烟气进入另一蓄热式燃烧器，对另一蓄热式燃烧器内的主空气进行预热，加热所述蓄热式燃烧器内的蓄热体后排出。
具体地，S1中通入的主燃气和主空气的比例为1:11～14。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明提供的蓄热式辐射管分级燃烧器中的蓄热式燃烧器设有多级空气通道，实现高温空气的分级燃烧，除最后一级空气通道内是氧气充足的燃烧，前面多级空气通道内均是欠氧燃烧，燃烧的火焰温度较低，均在1800℃以下。由于氮氧化物的生成与火焰温度成正比关系，因此，火焰温度的降低会大大降低氮氧化物的生成量，达到环保要求；同时由于采用空气分级燃烧，避免了局部高温，使辐射管的管壁温度更加均匀。
附图说明
图1是本发明实施例蓄热式燃烧器的结构示意图；
图2是本发明实施例蓄热式辐射管分级燃烧器的结构示意图。
图中：1：蓄热式燃烧器；2：辐射管；3：换向阀；11：点火烧嘴；111：点火燃气管；112：点火空气管；113：点火电极；12：主空气进口；13：主燃气进口；14：蓄热腔；141：蓄热体；15：旋流叶片；16：火焰喷管；17：多级空气通道；171：第一级空气通道；172：第二级空气通道；173：第三级空气通道；174：通道支撑件；18：燃气管道。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，本文中所提到的“多”包括两个及两个以上。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种蓄热式辐射管分级燃烧器，包括辐射管2和两个蓄热式燃烧器1，蓄热式燃烧器1设于辐射管2的两端；本实施例中辐射管2优选为U型。蓄热式燃烧器1为管状结构，蓄热式燃烧器1的一端设有点火烧嘴11，另一端设有多级空气通道17；蓄热式燃烧器1靠近点火烧嘴11的一端外壁上设有主燃气进口13和主空气进口12；多级空气通道17延伸至辐射管2内；多级空气通道17的各级之间均为套接，且相邻两级空气通道之间留有间隙，相邻两级空气通道之间优选地还设有通道支撑件174；多级空气通道17远离点火烧嘴的一端由内到外逐渐延长；主燃气进口13通过燃气管道18与多级空气通道17连接；燃气管道18的外侧与蓄热式燃烧器1的内壁之间形成蓄热腔14，蓄热腔14内设有蓄热体141；点火烧嘴11的一端设有火焰喷管16，火焰喷管16贯穿燃气管道18。本发明实施例中的主燃气种类可以是天然气、液化气、城市煤气、焦炉煤气、高焦混合气和发生炉煤气等。本发明实施例提供的蓄热式辐射管分级燃烧器中的蓄热式燃烧器1设有多级空气通道17，实现高温空气的分级燃烧，除最后一级空气通道内是氧气充足的燃烧，前面多级空气通道17内均是欠氧燃烧，燃烧的火焰温度较低，均在1800℃以下。由于氮氧化物的生成与火焰温度成正比关系，因此，火焰温度的降低会大大降低氮氧化物的生成量，达到环保要求；同时由于采用空气分级燃烧，避免了局部高温，使辐射管2的管壁温度更加均匀。
优选地，蓄热式燃烧器1还包括旋流叶片15，旋流叶片15设于蓄热体141与多级空气通道17之间。旋流叶片15用于使进入多级空气通道17内的主空气形成旋流，加速主空气与主燃气的混合，使两者混合更加均匀。
优选地，多级空气通道17为三级空气通道，由内到外分别为第一级空气通道171、第二级空气通道172与第三级空气通道173。具体地，第一级空气通道171、第二级空气通道172与第三级空气通道173的直径比例为1:1.3～1.4:1.6～1.7。第一级空气通道171、第二级空气通道172与第三级空气通道173靠近蓄热腔14的一端平齐，且第一级空气通道171、第二级空气通道172与第三级空气通道173的长度比例为1:1.5～1.7:2.1～2.3，其中第一级空气通道171的长度大于0.2m。主空气分三级进入辐射管2，所以第一级空气通道171和第二级空气通道172中主空气与燃气混合时氧气是不足的，主燃气进入第一级空气通道171中与第一级空气通道171内的主空气混合燃烧时，燃烧温度只有300～400℃，剩余的主燃气进入第二级空气通道172中与第二级空气通道172内的主空气混合燃烧，燃烧温度可升高至900～1000℃，最后剩余的主燃气进一步进入第三级空气通道173中与第三级空气通道173内的主空气混合燃烧，温度升高至1500～1600℃，这样经过三级逐级燃烧，主燃气被充分燃烧，燃烧效率达98％，在降低了氮氧化物生成量的同时，提高了燃烧效率。
优选地，点火烧嘴11包括点火空气管112、点火燃气管111和点火电极113，点火电极113位于点火空气管112和点火燃气管111的出口处，用于形成点火火焰。点火电极113将点火空气管112与点火燃气管111内的气体点燃形成点火火焰，形成的点火火焰由火焰喷管16喷出点燃主空气与主燃气的混合气体。
优选地，蓄热体141为陶瓷蜂窝蓄热体141，多级空气通道17由刚玉制成。陶瓷蜂窝蓄热体141通透性好、耐高温、比表面积大、耐急冷急热性能好、导热性好且更换容易。多级空气通道17采用刚玉材质制成，刚玉材质能够耐较高的火焰温度，因此能够保护燃烧段的辐射管2。
优选地，蓄热式辐射管分级燃烧器还包括换向阀3，换向阀3设于两个蓄热式燃烧器1的主空气进口12之间，用于主空气进入和烟气排出之间的切换。蓄热式辐射管分级燃烧器工作时通过换向阀3向其中一个蓄热式燃烧器1内通入主空气，燃烧后形成的烟气经过另一个蓄热式燃烧器1由换向阀3排出，完成一次蓄热；利用换向阀3改变主空气的进入和烟气的排出方向，改向上一次蓄热过程中排出烟气的蓄热式燃烧器1中通入主空气，烟气经过另一蓄热式燃烧器1排出，如此循环往复，利用烟气的热量对主空气进行预热，实现烟气热量的回收利用，提高热效率。
本发明还提供了一种上述的蓄热式辐射管分级燃烧器的燃烧方法包括以下步骤：
S1，选择其中一个蓄热式燃烧器1，分别从其主燃气进口13和主空气进口12向辐射管2内通入主燃气和主空气；具体地，S1中通入的主燃气和主空气的比例为1:11～14。
S2，点燃点火烧嘴11，点火火焰由火焰喷管16的出口喷出，在多级空气通道17最内层的空气通道内点燃主空气与主燃气的混合气体；
S3，剩余的主燃气依次进入各级空气通道与各级通道内的主空气混合后燃烧；
S4，燃烧产生的烟气进入另一蓄热式燃烧器1，对另一蓄热式燃烧器1内的主空气进行预热，加热蓄热式燃烧器1内的蓄热体141后排出。
综上所述，本发明实施例提供的蓄热式辐射管分级燃烧器中的蓄热式燃烧器1采用多级空气通道17，实现高温空气的分级燃烧，除最后一级空气通道内是氧气充足的燃烧，前面多级空气通道17内均是欠氧燃烧，燃烧的火焰温度较低，均在1800℃以下。由于氮氧化物的生成与火焰温度成正比关系，因此，火焰温度的降低会大大降低氮氧化物的生成量，达到环保要求；同时由于采用空气分级燃烧，避免了局部高温，使辐射管2的管壁温度更加均匀。主燃气被充分燃烧，燃烧效率达98％，在降低了氮氧化物生成量的同时，提高了燃烧效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种蓄热式辐射管分级燃烧器，其特征在于：包括辐射管(2)和两个蓄热式燃烧器(1)，所述蓄热式燃烧器(1)设于所述辐射管(2)的两端；
所述蓄热式燃烧器(1)为管状结构，所述蓄热式燃烧器(1)的一端设有点火烧嘴(11)，另一端设有多级空气通道(17)；所述蓄热式燃烧器(1)靠近所述点火烧嘴(11)的一端外壁上设有主燃气进口(13)和主空气进口(12)；
所述多级空气通道(17)延伸至所述辐射管(2)内；所述多级空气通道(17)的各级之间均为套接，且相邻两级空气通道之间留有间隙；所述多级空气通道(17)远离点火烧嘴(11)的一端由内到外逐渐延长；
所述主燃气进口(13)通过燃气管道(18)与所述多级空气通道(17)连接；所述燃气管道(18)的外侧与所述蓄热式燃烧器(1)的内壁之间形成蓄热腔(14)，所述蓄热腔(14)内设有蓄热体(141)；
所述点火烧嘴(11)的一端设有火焰喷管(16)，所述火焰喷管(16)贯穿所述燃气管道(18)。
2.根据权利要求1所述的蓄热式辐射管分级燃烧器，其特征在于：所述蓄热式燃烧器(1)还包括旋流叶片(15)，所述旋流叶片(15)设于所述蓄热体(141)与所述多级空气通道(17)之间。
3.根据权利要求1所述的蓄热式辐射管分级燃烧器，其特征在于：所述多级空气通道(17)为三级空气通道，由内到外分别为第一级空气通道(171)、第二级空气通道(172)与第三级空气通道(173)。
4.根据权利要求3所述的蓄热式辐射管分级燃烧器，其特征在于：所述第一级空气通道(171)、第二级空气通道(172)与第三级空气通道(173)的直径比例为1:1.3～1.4:1.6～1.7。
5.根据权利要求3所述的蓄热式辐射管分级燃烧器，其特征在于：所述第一级空气通道(171)、第二级空气通道(172)与第三级空气通道(173)靠近所述蓄热腔(14)的一端平齐，且第一级空气通道(171)、第二级空气通道(172)与第三级空气通道(173)的长度比例为1:1.5～1.7:2.1～2.3，其中第一级空气通道171的长度大于0.2m。
6.根据权利要求1所述的蓄热式辐射管分级燃烧器，其特征在于：所述点火烧嘴(11)包括点火空气管(112)、点火燃气管(111)和点火电极(113)，所述点火电极(113)位于所述点火空气管(112)和点火燃气管(111)的出口处，用于形成点火火焰。
7.根据权利要求1所述的蓄热式辐射管分级燃烧器，其特征在于：所述蓄热体(141)为陶瓷蜂窝蓄热体，所述多级空气通道(17)由刚玉制成。
8.根据权利要求1所述的蓄热式辐射管分级燃烧器，其特征在于：还包括换向阀(3)，所述换向阀(3)设于两个所述蓄热式燃烧器(1)的主空气进口(12)之间，用于主空气进入和烟气排出之间的切换。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的蓄热式辐射管分级燃烧器的燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，选择其中一个蓄热式燃烧器(1)，分别从其主燃气进口(13)和主空气进口(12)向辐射管(2)内通入主燃气和主空气；
S2，点燃点火烧嘴(11)，点火火焰由火焰喷管(16)的出口喷出，在所述多级空气通道(17)最内层的空气通道内点燃主空气与主燃气的混合气体；
S3，剩余的主燃气依次进入各级空气通道与各级通道内的主空气混合后燃烧；
S4，燃烧产生的烟气进入另一蓄热式燃烧器(1)，对另一蓄热式燃烧器内的主空气进行预热，加热所述蓄热式燃烧器(1)内的蓄热体后排出。
10.根据权利要求9所述的蓄热式辐射管分级燃烧器的燃烧方法，其特征在于，S1中通入的主燃气和主空气的比例为1:11～14。
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