CN106287725A - 分级燃烧技术低NOx平焰蓄热式烧嘴 - Google Patents

Abstract

一种分级燃烧技术低NOx平焰蓄热式烧嘴，包括内设有蓄热体的蓄热箱、烧嘴壳体、空燃混合头、平焰烧砖、燃气管、点火烧嘴，空燃混合头内设置有燃烧室，平焰烧砖内设置有平焰燃烧室，蓄热箱的一端连接有空气口,燃气管的一端与燃烧室连通另一端设置有燃气进口，点火烧嘴与燃烧室连通，燃烧室与平焰燃烧室连通，空燃混合头包括一次风道、二次风旋流多槽通道，一次风道的一端与燃烧室连通另一端与烧嘴壳体连通，二次风旋流多槽通道套接在空燃混合头的表面，二次风旋流多槽通道两端的外缘均匀设置有风槽，风槽呈螺旋状分布，风槽的一端与烧嘴壳体连通另一端与平焰燃烧室连通，所述平焰燃烧室为喇叭形螺旋结构。本发明可有效降低NOx的排放并保证平焰烧嘴的火焰形状不变。

Description

分级燃烧技术低NOx平焰蓄热式烧嘴

技术领域

本发明涉及烧嘴领域，尤指一种分级燃烧技术低NOx平焰蓄热式烧嘴。

背景技术

工业炉窑，在对金属坯料进行加热时，会产生大量的烟气，烟气排放带走了大量的高温热量，造成热量白白浪费，使得能源产生的热利用率较低，并且高温烟气排放也会对环境造成污染。

工业炉窑属于高能耗窑炉，燃气耗费量巨大，由于大型坯料在轧制或锻造时并不能一次成型，必须多次锻打才能成型，因此对金属坯料的快速升温有很高要求，同时大型坯料价格昂贵，在加热过程中要避免过烧和过量氧化烧损而造成的经济损失。蓄热式燃烧技术能极大地提高预热空气温度，降低排烟温度，减少排烟过程中带走的热量，从而减少加热炉能源的消耗。

平焰燃烧技术能在很大的平面内造成均匀的温度场，并具有很强的辐射能力，主要以辐射方式传热给被加热工件，有利于强化炉内热传过程和实现均匀加热，从而避免工件过烧，由于平焰燃烧技术产生的火焰不会直接烧到金属坯料，在工艺允许的条件下为了提高加热速度，可缩短工件于烧嘴的布置距离，降低炉膛高度，或减少烧嘴数量或缩小炉膛宽度，这样不仅可显著改善加热质量，提高炉子生产率和降低燃料消耗，还能减少工业炉窑的投资成本。

但是由于蓄热体将助燃空气或燃气加热到高温后，并且随着助燃空气或燃气预热温度的大幅升高，火焰燃烧温度也会升高，使得燃烧过程中产生的NOx呈指数上升也，加剧了对大气环境造成的污染,且平焰烧嘴在工业炉窑的使用过程中为了避免氧化烧损对火焰的形状要求极为严格，常规的空气或燃气分级燃烧技术会破坏火焰的完整性，不仅达不到降低NOx排放的效果，反而形成不了平焰，造成生产过程中不必要的损失。

因此如何将空气或燃气分级燃烧技术完美的运用到平焰蓄热式烧嘴中，以及降低其燃烧过程中NOx排放成为了平焰蓄热式烧嘴的一大难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种分级燃烧技术低NOx平焰蓄热式烧嘴，通过设置与平焰烧嘴对应的分级燃烧通道，形成多级燃烧的同时保证平焰烧嘴的火焰形状不变，可有效降低燃烧过程中产生的NOx，同时改善加热质量，提高生产率和降低燃料消耗，还能减少工业炉窑的投资成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种分级燃烧技术低NOx平焰蓄热式烧嘴，包括内设有蓄热体的蓄热箱、与蓄热箱连通的烧嘴壳体、设置在烧嘴壳体内的空燃混合头、设置在空燃混合头外侧的平焰烧砖、燃气管、点火烧嘴，空燃混合头内设置有燃烧室，平焰烧砖内设置有平焰燃烧室，蓄热箱的一端连接有空气口,燃气管的一端设置在烧嘴壳体内并与燃烧室连通另一端设置有燃气进口，点火烧嘴与燃烧室连通，燃烧室与平焰燃烧室连通，所述空燃混合头还包括一次风道、二次风旋流多槽通道，其中一次风道的一端与燃烧室连通另一端与烧嘴壳体连通，二次风旋流多槽通道套接在空燃混合头的表面，二次风旋流多槽通道两端的外缘均匀设置有风槽，风槽呈螺旋状分布，风槽的一端与烧嘴壳体连通另一端与平焰燃烧室连通，所述平焰燃烧室为喇叭形螺旋结构。

本发明的有益效果在于：本发明通过在空燃混合头设置一次风道和二次风旋流多槽通道，实现了将空气分级供给至燃烧室及平焰燃烧室，使得部分空气与燃气在燃烧室混合形成低氧燃烧，能有效的降低燃料初期在燃烧过程中的火焰温度，抑制氮氧化物的形成，极大地减少NOx的排放，同时通过设置有二次风旋流多槽通道，部分空气通过二次风旋流多槽通道进入平焰燃烧室，与燃烧室内不完全燃烧的烟气进行二次燃烧，空气经过后过二次风旋流多槽通道形成旋流状态进入平焰烧砖的平焰燃烧室内，与喇叭形螺旋结构的平焰燃烧室配合，使得火焰保持紧贴炉壁向四周均匀伸展的圆盘形状，显著改善加热质量，提高生产率和降低燃料消耗。

附图说明

图1 是本发明的结构示意图；

图2 是空燃混合头的结构示意图；

图3 是二次风旋流多槽通道的正视结构图；

图4 是燃气加速挡板的正视图；

图5 是本发明工作状态示意。

附图标号说明：1-蓄热箱；11-蓄热体；12-空气口；13-蓄热箱保温层；2-烧嘴壳体；21-烧嘴保温层；3-空燃混合头；31-燃烧室；32-一次风道；33-二次风旋流多槽通道；331-风槽；4-平焰烧砖；41-平焰燃烧室；5-燃气管；51-燃气进口；52-燃气旋流风板；53-燃气加速挡板；54-环形缝隙；6-点火烧嘴；7-冷却风管；71-缩口结构；72-冷风口；73-隔热层；8-UV检测管；9-炉膛。

具体实施方式

请参阅图1-4所示，本发明关于一种分级燃烧技术低NOx平焰蓄热式烧嘴，包括内设有蓄热体11的蓄热箱1、与蓄热箱1连通的烧嘴壳体2、设置在烧嘴壳体2内的空燃混合头3、设置在空燃混合头3外侧的平焰烧砖4、燃气管5、点火烧嘴6，空燃混合头3内设置有燃烧室31，平焰烧砖4内设置有平焰燃烧室41，蓄热箱1的一端连接有空气口12,燃气管5的一端设置在烧嘴壳体2内并与燃烧室31连通另一端设置有燃气进口51，点火烧嘴6与燃烧室31连通，燃烧室31与平焰燃烧室41连通，所述空燃混合头3还包括一次风道32、二次风旋流多槽通道33，其中一次风道32的一端与燃烧室31连通另一端与烧嘴壳体2连通，二次风旋流多槽通道33套接在空燃混合头3的表面，二次风旋流多槽通道33两端的外缘均匀设置有风槽331，风槽331呈螺旋状分布，风槽331的一端与烧嘴壳体2连通另一端与平焰燃烧室41连通，所述平焰燃烧室4为喇叭形螺旋结构。

相较于现有的技术，本发明通过在空燃混合头3设置一次风道32和二次风旋流多槽通道33，实现了将空气分级供给至燃烧室31及平焰燃烧室41，使得部分空气与燃气在燃烧室31混合形成低氧燃烧，能有效的降低燃料初期在燃烧过程中的火焰温度，抑制氮氧化物的形成，极大地减少NOx的排放，同时通过设置有二次风旋流多槽通道33，部分空气通过二次风旋流多槽通道33进入平焰燃烧室41，与燃烧室31内不完全燃烧的烟气进行二次燃烧，空气经过二次风旋流多槽通道33内螺旋状分布的风槽331后，形成旋流状态进入平焰烧砖4的平焰燃烧室41内，与喇叭形螺旋结构的平焰燃烧室41配合，使得火焰保持紧贴炉壁向四周均匀伸展的圆盘形状，显著改善加热质量，提高生产率和降低燃料消耗。

作为本发明更优的实施方式，还包括冷却风管7，所述冷却风管7套接在燃气管5的表面，冷却风管7的一端设置有缩口结构71，所述燃气管5通过缩口结构71与燃烧室31连通，冷却风管7的另一端设连接有冷风口72。

采用上述方案，通过在燃气管5的表面设置有冷却风管7，冷却风管7外接冷却风，保护燃气管5高温时不会受损；此外冷却风管7的一端设置有缩口结构71，用于提高冷却风和燃气混合后气体进入燃烧室31内的速度。

作为本发明更优的实施方式，所述燃气管5还包括燃气旋流风板52，所述燃气旋流风板52设置在燃气管5内，燃气旋流风板52表面的外缘均匀设置有燃气通道，燃气管5还包括燃气加速挡板53，所述燃气加速挡板53设置在燃气管5与燃烧室31的连通处的一端，燃气加速挡板53的直径小于燃气管5的直径，燃气加速挡板53和燃气管5之间形成环形缝隙54。

采用上述方案，燃气通过燃气旋流风板52之间的燃气通道，由于横截面积骤减，因此可加快燃气进入的速度，随后燃气通过燃气加速挡板53与燃气管5间的环形缝隙54，进一步加快燃气进入空燃混合头3的速度，高速燃气能够克服燃烧过程中产生的阻力，使得燃气能稳定喷入燃烧室31内。

作为本发明更优的实施方式，蓄热箱1内壁还设置有蓄热箱保温层13，所述蓄热体11设置在蓄热箱保温层内13，所述冷却风管7的表面设置有隔热层73，烧嘴壳体2内壁设置有烧嘴保温层21。

采用上述方案，蓄热箱保温层13用以蓄热体11的隔热、保温；隔热层73用以保护冷却风管7高温时不受损坏；烧嘴保温层21用以烧嘴壳体2的隔热、保温。

作为本发明更优的实施方式，还包括控制阀门、UV检测管8、控制系统，所述UV检测管8的一端设置在燃气管5内并与燃烧室31连通，另一端设置在烧嘴壳体2外并外接UV检测器，所述控制阀门设置在空气口12、燃气进口51、冷风口72处，其中控制阀门、UV检测器、点火烧嘴6与控制系统连接。

采用上述方案，通过在空气口12、燃气进口51、冷风口72处设置控制阀门，且控制系统与点火烧嘴6、控制阀门、UV检测器连接，可通过控制系统实现空气及燃气的进气量控制，点火烧嘴6的点火控制，并在实际使用过程中控制两烧嘴的交替工作，通过UV检测器可实现对烧嘴火焰的检测，将检测信号传送至控制系统，通过控制系统与其它控制阀门相应连锁控制，保证烧嘴在使用过程中的安全性。

下面对本发明的具体工作原理进行说明。

本发明成对使用，分别对称地设置在炉膛9的两侧并通过平焰烧砖与炉膛连通。

1）燃气由位于左侧烧嘴的燃气管5的燃气进口51进入，此时燃气进口51处的控制阀门打开，位于右侧烧嘴的燃气进口51处的控制阀门关闭，燃气依序经过燃气旋流风板52、燃气加速挡板53后提速进入冷却风管7一端的缩口结构71；

2）冷却风由位于左侧烧嘴的冷风口72进入冷却风管7，此时冷风口72处的控制阀门打开，位于右侧烧嘴的冷风口72处的控制阀门关闭，冷却风与燃气在缩口结构71处混合后进一步的提速喷入到燃烧室31内；

3）助燃空气由位于左侧的烧嘴的空气口12进入，此时空气口12处的控制阀门打开，位于右侧烧嘴的空气口12处的控制阀门打开，助燃空气经过蓄热箱1内部蓄热体11预热，此时预热后的助燃空气进入烧嘴壳体2内，少量的高温助燃空气通过一次风通32道进入空燃混合头3内部的燃烧室31，大量的高温助燃空气由二次风旋流多槽33通道到达平焰烧砖4内部的平焰燃烧室41；

4）由一次风通道32进入少量高温助燃空气与经过冷却风管7进入的混合气体，在燃烧室31内通过点火烧嘴6形成一次燃烧，在此过程中由于燃气量过剩空气量不足，燃气不完全燃烧，火焰温度低，NOx产生极少；

5）一次燃烧后产生的不完全燃烧气体继续往前，与由二次风旋流多槽通道33进入的大量高温助燃空气旋流混合，在平焰燃烧室41里面继续燃烧，由于旋流的作用，燃烧后的火焰形成平焰进入炉膛9；

6）在炉膛9内经过充分燃烧后产生的高温烟气在炉膛9内流动进入位于右侧的平焰烧砖4和平焰燃烧室41，随后进入到空燃混合头3，高温烟气分别经过二次风旋流多槽通道33、燃烧室31和一次风道32汇集到烧嘴壳体2内部，随后然后到达蓄热箱1内部蓄热体11，此时高温烟气将加热蓄热体11，高温烟气将热量传递给蓄热体11后变为低温烟气，经过热交换后产生的低温烟气从右侧烧嘴的空气口12排出；

7）在燃气进口51、空气口12、冷风口72处连接控制阀门，并将控制阀门、点火烧嘴6、UV检测器与控制系统连接，通过控制系统设定炉膛9两侧烧嘴工作的周期，譬如左侧烧嘴工作时，位于左侧烧嘴处燃气进口51、冷风口7、空气口12的控制阀门打开，位于右侧烧嘴燃气进口51、冷风口72的控制阀门关闭、位于右侧烧嘴的空气口12的控制阀门打开，右侧的烧嘴经空气口12将烟气排出，达到设定的切换周期后，两烧嘴的工作方式进行切换，此时右侧烧嘴工作，左侧烧嘴排烟，同时UV检测器用于检测火焰，并且UV检测信号与其它控制阀门的控制方式相应连锁，保证烧嘴在使用过程中的安全性。

以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种分级燃烧技术低NOx平焰蓄热式烧嘴，包括内设有蓄热体的蓄热箱、与蓄热箱连通的烧嘴壳体、设置在烧嘴壳体内的空燃混合头、设置在空燃混合头外侧的平焰烧砖、燃气管、点火烧嘴，空燃混合头内设置有燃烧室，平焰烧砖内设置有平焰燃烧室，蓄热箱的一端连接有空气口,燃气管的一端设置在烧嘴壳体内并与燃烧室连通另一端设置有燃气进口，点火烧嘴与燃烧室连通，燃烧室与平焰燃烧室连通，其特征在于：所述空燃混合头还包括一次风道、二次风旋流多槽通道，其中一次风道的一端与燃烧室连通另一端与烧嘴壳体连通，二次风旋流多槽通道套接在空燃混合头的表面，二次风旋流多槽通道两端的外缘均匀设置有风槽，风槽呈螺旋状分布，风槽的一端与烧嘴壳体连通另一端与平焰燃烧室连通，所述平焰燃烧室为喇叭形螺旋结构。

2.根据权利要求1所述的分级燃烧技术低NOx平焰蓄热式烧嘴，其特征在于，还包括冷却风管，所述冷却风管套接在燃气管的表面，冷却风管的一端设置有缩口结构，所述燃气管通过缩口结构与燃烧室连通，冷却风管的另一端设连接有冷风口。

3.根据权利要求2所述的分级燃烧技术低NOx平焰蓄热式烧嘴，其特征在于，所述冷却风管的表面设置有隔热层。

4.根据权利要求1或2所述的级燃烧技术低NOx平焰蓄热式烧嘴，其特征在于，所述燃气管还包括燃气旋流风板，所述燃气旋流风板设置在燃气管内，燃气旋流风板表面的外缘均匀设置有燃气通道。

5.根据权利要求1或2所述的分级燃烧技术低NOx平焰蓄热式烧嘴，其特征在于，所述燃气管还包括燃气加速挡板，所述燃气加速挡板设置在燃气管与燃烧室的连通处的一端，燃气加速挡板的直径小于燃气管的直径，燃气加速挡板和燃气管之间形成环形缝隙。

6.根据权利要求1所述的分级燃烧技术低NOx平焰蓄热式烧嘴，其特征在于，蓄热箱内壁还设置有蓄热箱保温层，所述蓄热体设置在蓄热箱保温层内。

7.根据权利要求1所述的分级燃烧技术低NOx平焰蓄热式烧嘴，其特征在于，烧嘴壳体内壁设置有烧嘴保温层。

8.根据权利要求1所述的分级燃烧技术低NOx平焰蓄热式烧嘴，其特征在于，还包括控制阀门、UV检测管、控制系统，所述UV检测管的一端设置在燃气管内并与燃烧室连通，另一端设置在烧嘴壳体外并外接UV检测器，所述控制阀门设置在空气口、燃气进口、冷风口处，其中控制阀门、UV检测器、点火烧嘴与控制系统连接。