CN106402860A - 一种纯氧燃烧技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纯氧燃烧技术，包括一种纯氧燃烧装置及其应用工艺，包括设置在炉缸上的底座，底座设有燃气混合喷嘴，燃气混合喷嘴内居中设有沿其轴向延伸的换热体，燃气混合喷嘴还设有若干个燃气通道，若干个燃气通道位于换热体的外侧并以换热体为中心环形布置；燃气混合喷嘴还设有若干个烟气通道，若干个烟气通道以换热体为中心环形布置，烟气通道位于燃气通道的外侧；燃气混合喷嘴内设有混气扇；位于燃气混合喷嘴下侧的底座上上下依次设有上氧气混合喷嘴和下氧气混合喷嘴，上氧气混合喷嘴和下氧气混合喷嘴朝向炉缸内的一端向上倾斜。应用上述燃烧装置和工艺，燃气燃烧充分，燃烧热利用率高、热损失小，废气产量小，喷嘴可有效散热、使用寿命长。

Description

一种纯氧燃烧技术

技术领域

本发明涉及工业燃气燃烧技术，尤其涉及一种纯氧燃烧技术。

背景技术

在工业领域的生产中使用大量的燃烧器，它是能源消耗、碳排放和环境污染的主要设备之一，其效率的高低直接影响着能源利用和环境保护的效果好坏。因此，长期以来人们非常重视燃烧器技术的改进。目前使用的大都是空气助燃的燃烧器，在燃烧过程中，大量的N2被加热成高温烟气并排放掉，不但浪费了能源，同时也对环境造成污染。空气的成份：O2约21％，N2约79％，若使用以空气为助燃气的燃烧器，在燃烧过程中，79％的N2吸热并被完全排放掉，只有21％O2参与燃烧，燃烧后生成CO2排放，在排放的烟气中，吸热的氧气所占成份相当大。而参与燃烧的氧气量相对很少，要满足燃烧的要求就要加大空气量。

工业炉窖上大多采用纯氧燃烧技术，纯氧燃烧技术是用空气分离获得的氧气和一部分烟气构成的混合气代替空气作为燃烧时的氧化剂。由于没有氮气参加燃烧，燃烧后产物中的氮氧化物的含量降低，有效的避免了空气的污染。现有的燃烧器主要由氧气烧嘴和燃气烧嘴两部分组成，燃气从燃气通道进入，氧气从氧气通道进入，两者在烧嘴的喷出口混合燃烧。由于燃烧在烧嘴内即进行，燃烧产生的高温直接作用在烧嘴上，烧嘴长时间工作在高温的环境下严重影响其使用寿命。另外，炉缸内燃气燃烧的情况以及炉内温度场的分别直接影响着钢铁的冶炼质量，而炉内温度场的分布又与燃气的浓度、氧气的浓度以及燃气分布的均匀有着很大的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种燃烧充分，燃烧热利用率高、热损失小，废气产量小，喷气嘴可有效散热且使用寿命长的一种纯氧燃烧装置。

本发明的技术方案是这样实现的：一种纯氧燃烧装置，包括设置在炉缸上的底座，所述底座上设有燃气混合喷嘴，所述燃气混合喷嘴一端安装在所述底座上，所述燃气混合喷嘴内居中设有沿其轴向延伸的换热体，所述换热体内设有预热腔，所述预热腔内设有热交换介质；所述燃气混合喷嘴还设有若干个燃气通道，若干个所述燃气通道位于所述换热体的外侧并以所述换热体为中心环形布置；所述燃气混合喷嘴还设有若干个烟气通道，若干个所述烟气通道以所述换热体为中心环形布置，所述烟气通道位于所述燃气通道的外侧；所述燃气混合喷嘴内设有混气扇，所述混气扇位于所述燃气通道和所述烟气通道临近所述底座一端；位于所述燃气混合喷嘴下侧的所述底座上上下依次设有上氧气混合喷嘴和下氧气混合喷嘴，所述上氧气混合喷嘴和所述下氧气混合喷嘴朝向所述炉缸内的一端向上倾斜，所述上氧气混合喷嘴的轴线与所述燃气混合喷嘴的轴线位于同一竖直平面内，所述下氧气混合喷嘴的轴线与所述底座朝向所述炉缸的竖直侧面的夹角不小于所述上氧气混合喷嘴轴线与所述底座朝向所述炉缸的竖直侧平面的夹角；所述上氧气混合喷嘴中气体的氧含量小于所述下氧气混合喷嘴中气体的氧含量。

作为优选的技术方案，所述燃气通道和所述烟气通道连接有进气调节装置，所述进气调节装置包括调节盘，所述调节盘包括定盘，所述定盘上设有烟气管和燃气管，所述烟气管和所述燃气管分别与所述烟气通道和所述燃气通道连通；还包括动盘，所述动盘转动安装在所述定盘上，所述动盘上设有与所述燃气管连通的燃气稳压腔，所述燃气稳压腔设有燃气进口；所述燃气稳压腔的外侧设有烟气稳压腔，所述烟气稳压腔与所述烟气管连通，所述烟气稳压腔设有烟气进口。

作为优选的技术方案，所述动盘包括调整燃气流量的燃气调节盘和调整烟气流量的烟气调节盘，所述燃气调节盘为圆盘，所述烟气调节盘为环形并套装在所述燃气调节盘的外侧；所述燃气调节盘和所述烟气调节盘之间设有互锁机构。

作为优选的技术方案，所述燃气调节盘远离所述定盘的一端延伸出所述烟气稳压腔；所述互锁机构包括设置在所述烟气稳压腔外端壁上的环形台，所述环形台上设有若干个定位槽，所述燃气稳压腔的外侧设有只能沿所述燃气稳压腔轴向滑动的定位块。

作为优选的技术方案，所述燃气混合喷嘴临近所述底座的一端向下倾斜设置，

作为优选的技术方案，所述燃气混合喷嘴轴线与水平面间的夹角为1°～5°，所述下氧气混合喷嘴的轴线与所述底座朝向所述炉缸的竖直侧面的夹角和所述上氧气混合喷嘴轴线与所述底座朝向所述炉缸的竖直侧平面的夹角为1°-15°。

作为优选的技术方案，所述预热腔的侧壁上设有导流装置。

作为优选的技术方案，所述导流装置包括若干个沿所述换热体轴向延伸的棱台，所述棱台至少设置在所述预热腔的底壁上。

作为优选的技术方案，所述下氧气混合喷嘴安装在角度调整座上，所述角度调整座嵌装在所述底座上，所述角度调整座包括底板、顶板及两侧板，所述底板、所述顶板和所述侧板共同围成两端开口的安装腔，所述安装腔包括两摆动腔，两摆动腔呈扇形，两摆动腔通过连接腔连接，所述下氧气混合喷嘴转动安装在所述连接腔内，所述下氧气混合喷嘴与两侧壁之间设有弹性密封垫。

应用上述一种纯氧燃烧装置的燃烧工艺，将燃气和烟气通入所述燃气混合喷嘴，燃气和烟气在所述燃气混合喷嘴经所述混气扇搅动混合稀释后喷入所述炉缸内，同时，所述上氧气混合喷嘴和所述下氧气混合喷嘴向所述炉缸内喷入烟气与氧气的混合气体；燃气在所述炉缸内点燃，根据燃气的燃烧情况及所述炉缸内的温度场分布调整燃气、氧气及烟气的通入量。

本发明采用上述技术方案具有的优点：

1)燃气和氧气分别与烟气按一定比例混合、稀释利于其在炉缸内扩散，保证燃烧的均匀，避免燃烧死角的存在；

2)燃气同时与换热体、烟气进行热交换，燃气预热效果好，烟气的热量再利用，提高了热利用率；

3)换热体对燃气混合喷嘴高温处的热量进行传导，避免高温对燃气混合喷嘴的伤害，保证其使用性能，延长其使用寿命；

4)换热体将燃气混合喷嘴的热量用来对燃气进行预热，一方面有效的对燃气混合喷嘴降温，同时也对燃气预热，利于燃气在炉缸内燃烧，避免冷的燃气进入炉缸后吸热影响炉缸内还原反应的进行；

5)上氧气混合喷嘴喷射的混合氧气与燃气混合喷嘴喷射的混合燃气相互冲击，使得氧气和燃气混合均匀且充满整个炉缸，燃烧效果好；

6)下氧气混合喷嘴在炉缸内形成螺旋气流，进一步将炉缸内的燃气搅动形成紊流。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是图1中A区域的放大视图；

图4是本发明实施例中调整座的结构示意图；

图5是本发明实施例中进气调节装置的结构示意图；

图6是本发明实施例中定位块的结构示意图。

图中：1-底座；2-上氧气混合喷嘴；3-换热体；4-燃气混合喷嘴；5-烟气通道；6-燃气通道；7-定盘；8-烟气调节盘；9-燃气稳压腔；10-燃气调节盘；11-环形台；12-烟气稳压腔；13-混气扇；14-氧气混合喷嘴；15-角度调整座；16-安装孔；17-转轴；18-摆动腔；19-弹性密封垫；20-连接腔；21-底板；22-侧板；23-顶板；24-定位槽；25-定位块；26-锁定块；27-环状本体。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动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。

如图1、图2和图3所示，一种纯氧燃烧装置，包括设置在炉缸上的底座1，炉缸的周向上设有多个底座1，相互配合实现理想的燃烧效果。所述底座1上设有燃气混合喷嘴4，所述燃气混合喷嘴4一端安装在所述底座1上。所述燃气混合喷嘴4内居中设有沿其轴向延伸的换热体3，所述换热体3内设有预热腔，所述预热腔内设有热交换介质。通过换热体3可将燃气混合喷嘴4高温和低温区域进行热传导，传导效率高，避免了燃气混合喷嘴4由于高温导致其使用性能受到影响。所述燃气混合喷嘴4还设有若干个燃气通道6，若干个所述燃气通道6位于所述换热体3的外侧并以所述换热体3为中心环形布置。一般燃气为了便于运输，通常采用液态燃气，液态燃气汽化过程中需要吸热，燃气在炉缸内吸热则会影响还原反应的进行。燃气通道6环绕在换热体3的周围，利于将换热体3上的热量传导至燃气，对燃气预热，同时也利用燃气汽化吸热的特性对燃气混合喷嘴4进行降温。所述燃气混合喷嘴4还设有若干个烟气通道5，若干个所述烟气通道5以所述换热体3为中心环形布置，所述烟气通道3位于所述燃气通道6的外侧。烟气通道5内的烟气为高炉燃烧产物，带有较高的温度，高温的烟气也可为燃气的预热提供热量。为了保证燃气和烟气的混合效果，所述燃气混合喷嘴4内设有混气扇13，所述混气扇13位于所述燃气通道6和所述烟气通道5临近所述底座1一端。混气扇13为叶轮扇，混气扇13在烟气和燃气的气流的作用下转动，无需提供外驱动，结构简单；混气扇13转动过程中将烟气和燃气混合均匀，利于将燃气均匀的分布在炉缸内。位于所述燃气混合喷嘴4下侧的所述底座1上上下依次设有上氧气混合喷嘴2和下氧气混合喷嘴14。所述上氧气混合喷嘴2和所述下氧气混合喷嘴14朝向所述炉缸内的一端向上倾斜，上氧气混合喷嘴2和所述下氧气混合喷嘴14所喷射的气流相应的也朝上流动。上氧气混合喷嘴2是为了对燃气混合喷嘴4喷射气流扰动，故设置所述上氧气混合喷嘴2的轴线与所述燃气混合喷嘴4的轴线位于同一竖直平面内，两喷嘴所喷射的气流直接冲击，形成紊流效果好。所述下氧气混合喷嘴14的轴线与所述底座1朝向所述炉缸的竖直侧面的夹角不小于所述上氧气混合喷嘴轴线2与所述底座1朝向所述炉缸的竖直侧平面的夹角，分布在炉缸周向上的若干个下氧气混合喷嘴14喷射的气流共同形成螺旋形的气流，进一步扰动炉缸内的燃气，形成紊流。所述上氧气混合喷嘴2中气体的氧含量小于所述下氧气混合喷嘴14中气体的氧含量，上氧气混合喷嘴2内的气流主要起到对燃气气流的扰动，而下氧气混合喷嘴14对燃气进一步扰动并提供氧气供其燃烧使用。

所述燃气通道6和所述烟气通道5连接有进气调节装置，所述进气调节装置包括调节盘，所述调节盘包括定盘7，所述定盘7上设有烟气管和燃气管，所述烟气管和所述燃气管分别与所述烟气通道5和所述燃气通道6连通。还包括动盘，所述动盘转动安装在所述定盘7上。所述动盘上设有与所述燃气管连通的燃气稳压腔9，所述燃气稳压腔9设有燃气进口；所述燃气稳压腔9的外侧设有烟气稳压腔12，所述烟气稳压腔12与所述烟气管连通，所述烟气稳压腔12设有烟气进口。动盘上设有与燃气管和烟气管相对应的气道，转动动盘则可将气道与燃气管和烟气管重合部分的大小进行调整，进而调整燃气和烟气的流量。

为了方便单独调整燃气或烟气的流量，所述动盘包括调整燃气流量的燃气调节盘10和调整烟气流量的烟气调节盘8，所述燃气调节盘10为圆盘，所述烟气调节盘8为环形并套装在所述燃气调节盘10的外侧；所述燃气调节盘10和所述烟气调节盘8之间设有互锁机构。所述燃气调节盘10远离所述定盘7的一端延伸出所述烟气稳压腔12，如图5和图6所示，所述互锁机构包括设置在所述烟气稳压腔12外端壁上的环形台11，所述环形台11上设有若干个定位槽24，所述燃气稳压腔9的外侧设有只能沿所述燃气稳压腔9轴向滑动的定位块25.定位块25包括套装在燃气调节盘10外侧的环状本体27，环状本体27上设有锁定块26，锁定块26卡入定位槽24内，燃气调节盘10和烟气调节盘8可共同调整；锁定块26脱离定位槽24，燃气调节盘10和烟气调节盘8可分别进行调整。

为了便于热交换介质在换热体内循环，所述燃气混合喷嘴4临近所述底座1的一端向下倾斜设置。所述燃气混合喷嘴4的轴线与水平面间的夹角为1°～5°，所述下氧气混合喷嘴14的轴线与所述底座1朝向所述炉缸的竖直侧面的夹角和所述上氧气混合喷嘴2的轴线与所述底座1朝向所述炉缸的竖直侧平面的夹角为1°-15°。所述预热腔的侧壁上设有导流装置，导流装置引导冷凝后的热交换介质回流至换热体3的高温区域。所述导流装置包括若干个沿所述换热体3轴向延伸的棱台，所述棱台至少设置在所述预热腔的底壁上。

如图1、图2、图3和图4所示，所述下氧气混合喷嘴14安装在角度调整座15上，所述角度调整座15嵌装在所述底座1上。所述下氧气混合喷嘴14临近底板21的面上设有安装孔16，底板21与安装孔相应位置处设有转轴17，转轴17插入安装孔16内。所述下氧气混合喷嘴14可绕转轴17在一定角度内转动。所述角度调整座15包括底板21、顶板23及两侧板22，所述底板21、所述顶23板和所述侧板22共同围成两端开口的安装腔，所述安装腔包括两摆动腔18，两摆动腔18呈扇形，两摆动腔18通过连接腔20连接，所述下氧气混合喷嘴14转动安装在所述连接腔20内，所述下氧气混合喷嘴14与两侧壁22之间设有弹性密封垫19。当下氧气混合喷嘴14不处于燃气混合喷嘴4与上氧气混合喷嘴2所确定的平面内时，若干个下氧气混合喷嘴14喷射形成螺旋气流，转动下氧气混合喷嘴14可调整螺旋气流的直径，可针对不同的炉缸适当的调整下氧气混合喷嘴14以达到最佳的扰动效果。

应用上述一种纯氧燃烧装置的燃烧工艺，将燃气和烟气通入所述燃气混合喷嘴4，燃气和烟气在所述燃气混合喷嘴4经所述混气扇13搅动混合稀释后喷入所述炉缸内，同时，所述上氧气混合喷嘴2和所述下氧气混合喷嘴14向所述炉缸内喷入烟气与氧气的混合气体；燃气在所述炉缸内点燃，根据燃气的燃烧情况及所述炉缸内的温度场分布调整燃气、氧气及烟气的通入量。上氧气混合喷嘴2和燃气混合喷嘴4喷射气流相互冲击形成紊流，将燃气分散在炉缸内；下氧气混合喷嘴14喷射的气流形成的螺旋气流进一步对燃气形成紊流，扩展了火焰燃烧区域，火焰的边界几乎扩展到炉缸的边界，使得炉缸内温度均匀。一方面提高了产品质量，另一方面延长了炉缸的寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纯氧燃烧装置，其特征在于：包括设置在炉缸上的底座，所述底座上设有燃气混合喷嘴，所述燃气混合喷嘴一端安装在所述底座上，所述燃气混合喷嘴内居中设有沿其轴向延伸的换热体，所述换热体内设有预热腔，所述预热腔内设有热交换介质；所述燃气混合喷嘴还设有若干个燃气通道，若干个所述燃气通道位于所述换热体的外侧并以所述换热体为中心环形布置；所述燃气混合喷嘴还设有若干个烟气通道，若干个所述烟气通道以所述换热体为中心环形布置，所述烟气通道位于所述燃气通道的外侧；所述燃气混合喷嘴内设有混气扇，所述混气扇位于所述燃气通道和所述烟气通道临近所述底座一端；位于所述燃气混合喷嘴下侧的所述底座上上下依次设有上氧气混合喷嘴和下氧气混合喷嘴，所述上氧气混合喷嘴和所述下氧气混合喷嘴朝向所述炉缸内的一端向上倾斜，所述上氧气混合喷嘴的轴线与所述燃气混合喷嘴的轴线位于同一竖直平面内，所述下氧气混合喷嘴的轴线与所述底座朝向所述炉缸的竖直侧面的夹角不小于所述上氧气混合喷嘴轴线与所述底座朝向所述炉缸的竖直侧平面的夹角；所述上氧气混合喷嘴中气体的氧含量小于所述下氧气混合喷嘴中气体的氧含量。

2.按照权利要求1所述的一种纯氧燃烧装置，其特征在于：所述燃气通道和所述烟气通道连接有进气调节装置，所述进气调节装置包括调节盘，所述调节盘包括定盘，所述定盘上设有烟气管和燃气管，所述烟气管和所述燃气管分别与所述烟气通道和所述燃气通道连通；还包括动盘，所述动盘转动安装在所述定盘上，所述动盘上设有与所述燃气管连通的燃气稳压腔，所述燃气稳压腔设有燃气进口；所述燃气稳压腔的外侧设有烟气稳压腔，所述烟气稳压腔与所述烟气管连通，所述烟气稳压腔设有烟气进口。

3.按照权利要求2所述的一种纯氧燃烧装置，其特征在于：所述动盘包括调整燃气流量的燃气调节盘和调整烟气流量的烟气调节盘，所述燃气调节盘为圆盘，所述烟气调节盘为环形并套装在所述燃气调节盘的外侧；所述燃气调节盘和所述烟气调节盘之间设有互锁机构。

4.按照权利要求3所述的一种纯氧燃烧装置，其特征在于：所述燃气调节盘远离所述定盘的一端延伸出所述烟气稳压腔；所述互锁机构包括设置在所述烟气稳压腔外端壁上的环形台，所述环形台上设有若干个定位槽，所述燃气稳压腔的外侧设有只能沿所述燃气稳压腔轴向滑动的定位块。

5.按照权利要求1所述的一种纯氧燃烧装置，其特征在于：所述燃气混合喷嘴临近所述底座的一端向下倾斜设置。

6.按照权利要求5所述的一种纯氧燃烧装置，其特征在于：所述燃气混合喷嘴轴线与水平面间的夹角为1°～5°，所述下氧气混合喷嘴的轴线与所述底座朝向所述炉缸的竖直侧面的夹角和所述上氧气混合喷嘴轴线与所述底座朝向所述炉缸的竖直侧平面的夹角为1°-15°。

7.按照权利要求1所述的一种纯氧燃烧装置，其特征在于：所述预热腔的侧壁上设有导流装置。

8.按照权利要求6所述的一种纯氧燃烧装置，其特征在于：所述导流装置包括若干个沿所述换热体轴向延伸的棱台，所述棱台至少设置在所述预热腔的底壁上。

9.按照权利要求1所述的一种纯氧燃烧装置，其特征在于：所述下氧气混合喷嘴安装在角度调整座上，所述角度调整座嵌装在所述底座上，所述角度调整座包括底板、顶板及两侧板，所述底板、所述顶板和所述侧板共同围成两端开口的安装腔，所述安装腔包括两摆动腔，两摆动腔呈扇形，两摆动腔通过连接腔连接，所述下氧气混合喷嘴转动安装在所述连接腔内，所述下氧气混合喷嘴与两侧壁之间设有弹性密封垫。

10.应用如权利要求1所述的一种纯氧燃烧装置的燃烧工艺，其特征在于：将燃气和烟气通入所述燃气混合喷嘴，燃气和烟气在所述燃气混合喷嘴经所述混气扇搅动混合稀释后喷入所述炉缸内，同时，所述上氧气混合喷嘴和所述下氧气混合喷嘴向所述炉缸内喷入烟气与氧气的混合气体；燃气在所述炉缸内点燃，根据燃气的燃烧情况及所述炉缸内的温度场分布调整燃气、氧气及烟气的通入量。