CN108131672A - 工业炉的低氮化物平焰蓄热式烧嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了工业炉的低氮化物平焰蓄热式烧嘴，包括带有贯穿式气体通道的烧嘴本体，气体通道内设置有蓄热体；在蓄热体后面的气体通道的通道截面缩小，形成进口通道，进口通道的截面面积小于气体通道的截面面积；进口通道与下部的烧嘴砖通道连通，烧嘴砖通道的截面面积大于进口通道的截面面积；在烧嘴本体上，设置燃料进入通道，燃料进入通道的前端直接与进口通道连接。本发明工业炉的低氮化物平焰蓄热式烧嘴，助燃气体与燃料在进口通道内混合形成可燃混合气体，可燃混合气温度不会超过1100℃，进口通道的直径较小、可燃混合气在进口通道的流动速度很高，不能形成稳定火焰，避免了助燃气体与燃料交界面的高温火焰，避免反应型NOx的产生，大幅度降低NOx。
Description
技术领域
本发明涉及工业炉的附属部件，尤其是采用天然气、液化气等作为燃料的工业炉的低氮化物平焰蓄热式烧嘴。
背景技术
工业炉在燃烧过程中，炉内温度通常在1200℃左右的高温，在这个温度范围内，容易产生大量的反应型氮化物(NOx)，氮化物是一种大气污染物，排入大气后对空气的污染较大；从环境保护角度，国家和地方政府都制定了相应排放标准，对工业炉、工业窑炉的氮化物(NOx)排放进行限定，规定了较严格的排放量。而且，随着环保要求的进一步提高，对氮化物(NOx)排放标准会越来越严，必须对工业炉、工业窑炉的燃烧进行进一步的控制，以减少氮化物(NOx)排放，满足国家和地方政府的排放要求，绿色生产以保护环境。
平焰燃烧是一种通用的燃烧器，广泛地应用于工业炉。现有的一种技术是高速空气或空气与一定比例的烟气相混合形成的混合气体以偏离混合通道中心一定距离的方式喷入与燃料混合的通道，利用动能带动燃料旋转，在烧嘴砖（部分烧嘴烧嘴砖与烧嘴做成整体）火焰通道内混合逐步燃烧，由于气流旋转产生的离心力，使火焰贴附烧嘴砖火焰通道形成火盘形状的平铺的平焰形态。由于要减小火焰前冲的动能，火焰通道的直径一般比较大，截面速度一般的设计为10m/S(标态)左右，否则不容易形成平焰状态。当燃料与助燃气体在速度比较低的通道内混合，燃料与助燃气体的交界面会产生燃烧温度很高的火焰，从而产生大量的反应型氮化物NOx，氮化物是一种大气污染的主要污染物。
解决氮化物问题通常采用浓淡燃烧、烟气回流和高温空气弥散燃烧等方法。使用以上方法的带来的问题是很有可能破坏火焰的平焰燃烧形态，而平焰燃烧状态对某些工况是必须的。
发明内容
本发明针对现有技术中工业炉在加热过程中，产生的氮化物(NOx)较多、不能满足国家和地方政府的排放要求、对大气的污染较大等不足，提供一种降低氮化物(NOx)的工业炉的低氮化物平焰蓄热式烧嘴。
本发明的技术方案：工业炉的低氮化物平焰蓄热式烧嘴，包括烧嘴本体，在烧嘴本体上设置有气体通道，气体通道是贯穿式，作为外部的助燃气体进入工业炉炉膛的通道以及工业炉炉膛内高温烟气排出的通道，气体通道内设置有蓄热体；其特征在于：在蓄热体后面的气体通道的通道截面缩小，形成进口通道，进口通道的截面面积小于气体通道的截面面积；进口通道与下部的烧嘴砖通道连通，烧嘴砖通道的截面面积大于进口通道的截面面积；在烧嘴本体上，设置燃料进入通道，燃料进入通道的前端直接与进口通道连接。
进一步的特征是：燃料进入通道与进口通道斜向相交，燃料进入通道的中心线顺着气体的流入方向倾斜。
燃料进入通道与进口通道斜向相交的角度，在10°—80°。
进口通道的截面面积从上至下逐渐缩小。
烧嘴砖通道是圆形形状，进口通道沿圆形的烧嘴砖通道的切线方向与烧嘴砖通道连接，气体以切线方向进入烧嘴砖通道内。
本发明工业炉的低氮化物平焰蓄热式烧嘴，相对于现有技术，具有如下特征：
1、采用成对设置的蓄热式烧嘴，工业炉是蓄热式燃烧炉，充分利用蓄热体作为热交换媒介，能充分利用热能，显著提高了加热效率。
2、具有一定含氧量的助燃气体与燃料在进口通道内混合形成可燃混合气体，经蓄热体的助燃气体温度一般不会超过1100℃，进口通道内混合的可燃混合气温度不会超过1100℃，而且进口通道的直径较小、可燃混合气在进口通道的流动速度很高，不能形成稳定火焰，避免了助燃气体与燃料交界面的高温火焰，避免反应型NOx的产生，大幅度降低NOx。
3、可燃混合气在进口通道的流动速度很高，可燃混合气从进口通道的切线方向高速偏心喷入烧嘴砖通道，强制混合气在烧嘴砖通道内高速旋转，形成稳定的平焰燃烧状态。
4、在烧嘴砖通道内高速旋转的混合气，在离心力的作用下形成贴附效应依附于烧嘴砖内壁，并在烧嘴砖通道中心形成负压吸入大量的炉气，因为炉气是燃烧完全后的气体，氧含量极低，从而进一步降低了混合气中的氧含量，减低了火焰温度，从而进一步达到降低NOx的作用。
附图说明
图1是本发明热式烧嘴结构剖视图；
图2是本发明热式烧嘴结构另一个方向剖视图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明工业炉的低氮化物平焰蓄热式烧嘴，包括烧嘴本体1，在烧嘴本体1上设置有气体通道2，气体通道2是贯穿式，分别作为外部的助燃气体（空气或空气与一定比例的烟气相混合形成的混合气体）进入工业炉炉膛的通道以及工业炉炉膛内高温烟气排出的通道；气体通道2内设置有蓄热体3，蓄热体3以及蓄热燃烧工业炉都是现有技术，可以根据实际需要采用不同种类的蓄热体，比如蜂窝陶瓷蓄热体，蓄热球等。在蓄热体3后面的气体通道2的通道截面缩小，形成进口通道4，进口通道4的截面面积小于气体通道2的截面面积，形成缩口效应（束口效应），提高流过其内气体的速度；进口通道4与下部的烧嘴砖通道5连通，烧嘴砖通道5的截面面积较大，大于进口通道4的截面面积，烧嘴砖通道5通常是圆形或近似圆形形状，进口通道4最佳结构是沿圆形的烧嘴砖通道5的切线方向与烧嘴砖通道5连接，气体以切线方向进入圆形的烧嘴砖通道5内，产生强烈的旋转，气体在烧嘴砖通道内高速旋转，很有利于形成稳定的平焰燃烧状态。烧嘴砖通道5是一种常规的连接烧嘴本体1与炉膛的技术，其采用耐高温的材料，对空气，燃气或其混合气体进行整流，从而获得希望的火焰形状或流动场。进口通道4的截面面积逐渐缩小，从上至下截面面积逐渐缩小，提高气体流速，更能增强气体在烧嘴砖通道内的旋转作用。
本发明的改进，是在烧嘴本体1上，设置燃料进入通道6，燃料进入通道6与进口通道4连接，将外部的燃料通入燃料进入通道6，与助燃气体混合，进而进入烧嘴砖通道5发热燃烧。燃料进入通道6的前端直接与进口通道4连接，将燃料直接通入进口通道4内，燃料与助燃气体混合的混合区就在进口通道4内，在流速很高的进口通道4内混合。
燃料进入通道6通常与进口通道4斜向相交，燃料进入通道6的中心线顺着气体的流入方向倾斜，便于减少阻力和提高混合均匀度；燃料进入通道6与进口通道4斜向相交的角度，通常在10°—80°。在烧嘴本体1上设置点火孔7和火焰检测孔8，分别通入烧嘴砖通道5是内，点火孔7及其点火设备、火焰检测孔8及其检验设备，都是现有技术，在此不做进一步的说明。燃料进入通道6通常与进口通道4的中部相连接。
进口通道4的截面面积较小，形成缩口效应（束口效应），其内助燃气体的流动速度很快；燃料从燃料进入通道6进入进口通道4后，与快速流动的助燃气体混合，可燃混合气体的流动速度也很高，可燃混合气从进口通道4高速偏心（切线方向）喷入烧嘴砖通道5，强制可燃混合气在烧嘴砖通道内高速旋转，形成稳定的平焰燃烧状态。
本发明的烧嘴，在两个阶段都能降低NOx产生，故能显著降低NOx的含量；第一是：在进口通道4内，混合的可燃混合气温度不会超过1100℃，而且进口通道的直径较小、可燃混合气在进口通道的流动速度很高，不能形成稳定火焰，避免了助燃气体与燃料在口通道4内混合的交界面产生火焰，避免反应型NOx的产生，大幅度降低NOx；理论研究表明，在助燃气体与燃料在混合的交界面产生的火焰，这阶段产生的NOx量是非常大的。第二是，在烧嘴砖通道4内，可燃混合气体高速旋转，在离心力的作用下形成贴附效应依附于烧嘴砖内壁，并在烧嘴砖通道中心形成负压吸入大量的炉气，因为炉气是燃烧完全后的气体，氧含量极低，从而进一步降低了混合气中的氧含量，减低了火焰温度，从而进一步达到降低NOx
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.工业炉的低氮化物平焰蓄热式烧嘴，包括烧嘴本体（1），在烧嘴本体（1）上设置有气体通道（2），气体通道（2）是贯穿式，作为外部的助燃气体进入工业炉炉膛的通道以及工业炉炉膛内高温烟气排出的通道，气体通道（2）内设置有蓄热体（3）；其特征在于：在蓄热体（3）后面的气体通道（2）的通道截面缩小，形成进口通道（4），进口通道（4）的截面面积小于气体通道（2）的截面面积；进口通道（4）与下部的烧嘴砖通道（5）连通，烧嘴砖通道（5）的截面面积大于进口通道（4）的截面面积；在烧嘴本体（1）上，设置燃料进入通道（6），燃料进入通道（6）前端直接与进口通道（4）连接。
2.根据权利要求1所述工业炉的低氮化物平焰蓄热式烧嘴，其特征在于：燃料进入通道（6）与进口通道（4）斜向相交，燃料进入通道（6）的中心线顺着助燃气体的流入方向倾斜。
3.根据权利要求2所述工业炉的低氮化物平焰蓄热式烧嘴，其特征在于：燃料进入通道（6）与进口通道（4）斜向相交的角度，在10°—80°。
4.根据权利要求1—3任一所述工业炉的低氮化物平焰蓄热式烧嘴，其特征在于：进口通道（4）的截面面积从上至下逐渐缩小。
5.根据权利要求1—3任一所述工业炉的低氮化物平焰蓄热式烧嘴，其特征在于：烧嘴砖通道（5）是圆形形状，进口通道（4）沿圆形的烧嘴砖通道（5）的切线方向与烧嘴砖通道（5）连接，气体以切线方向进入烧嘴砖通道（5）内。
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