CN109539258B - 一种可调烟气回流量的低NOx辐射管燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可调烟气回流量的低NOx辐射管燃烧系统，通过设置阻力调节装置，可根据设备实际需求调节烟气回流量，有效改善辐射管内燃烧条件，大幅降低辐射管内NOx生成量，通过设置换热器有效利用烟气余热，同时提高辐射管表面温度均匀性，提高炉内温度场均匀性，保护设备及人员，延长设备的使用寿命。

Description

一种可调烟气回流量的低NOx辐射管燃烧系统

技术领域

本发明涉及辐射管烧嘴领域，尤指一种可调烟气回流量的低NOx辐射管燃烧系统。

背景技术

工业生产和加工的主要加热工艺中，当涉及到产品热处理有较高的加热气氛要求时，最常用的解决方式是采用辐射管间接加热，针对不同的加热工艺和炉温要求，辐射管类型也多种多样。

现今最广泛和成熟的技术是燃气型辐射管，即将燃料燃烧后的燃烧产物通入辐射管内，通过辐射管表面对外界进行传热。常用燃气型辐射管有I型、P型、双P型、U型和W型等不同用途及形状的辐射管。

W型和U型等类型辐射管经实践得出是热效率和燃料利用率最高的，且使用范围广泛。但同时存在当使用常规普通型辐射管烧嘴时，此类辐射管温度均匀性较差，NOx等污染物生成量高和排烟温度高等问题。

对于温度均匀性较差的原因是：普通烧嘴的燃烧方式容易使火焰在局部剧烈燃烧，产生高温火焰和高温区，再沿着较长的U型和W型辐射管流通到最后排烟时，辐射管表面最高温和最低温差距较大，所以温度均匀性较差；

对于NOx污染物生成量高的原因是：常规烧嘴的燃烧方式所产生的局部高温会产生大量热力型的NOx；

对于排烟温度高的原因是：常规辐射管燃烧方式不带换热器，大量烟气余热未被利用直接排放，因此排烟温度极高，容易让设备损坏，降低设备的寿命，同时造成热量的浪费。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种可调烟气回流量的低NOx辐射管燃烧系统，可根据设备实际需求调节烟气回流量，有效改善辐射管内燃烧条件，大幅降低辐射管内NOx生成量，有效利用烟气余热，同时提高辐射管表面温度均匀性，提高炉内温度场均匀性，保护设备及人员，提高设备和装置的使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案之一：提供一种可调烟气回流量的低NOx辐射管燃烧系统，包括烧嘴和设有独立进出口的辐射管，烧嘴的燃烧端与辐射管的进口连接，还包括换热器、连接管、阻力调节装置，

其中换热器包括换热管、空气管、排烟管，换热管的内外管壁设有换热翅片，换热管插接在辐射管的出口内，换热管的一端为封口，排烟管与辐射管出口连接，换热管的另一端与空气管连接，空气管设置在排烟管内，空气管表面设有空气进口和空气出口管，排烟管表面设有排烟口和烟气回流口管，其中空气出口管为缩口结构，空气出口管设置在烟气回流口管内，连接管的一端与烟气回流口管连接，连接管的另一端与烧嘴连通；

阻力调节装置包括调节杆和用于改变烟气流通面积的调节件，调节件设置在烟气回流口管内，调节杆的一端延伸至排烟口内与调节件连接，调节杆的另一端延伸至排烟口外，调节杆带动调节件在烟气回流口管内沿轴向移动。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案之二：提供一种可调烟气回流量的低NOx辐射管燃烧系统，包括烧嘴和设有独立的进出口辐射管，烧嘴的燃烧端与辐射管的进口连接，其特征在于，还包括换热器、连接管、阻力调节装置，

其中换热器包括换热管、空气管、排烟管，换热管的内外管壁设有换热翅片，换热管插接在辐射管的出口内，换热管的一端为封口，排烟管与辐射管出口连接，换热管的另一端与空气管连接，空气管设置在排烟管内，空气管表面设有空气进口和空气出口管，排烟管表面设有排烟口和烟气回流口管，其中空气出口管为缩口结构，空气出口管设置在烟气回流口管内，连接管的一端与烟气回流口管连接，连接管的另一端与烧嘴连通；

阻力调节装置包括调节杆和用于改变烟气和助燃空气的混合气体流通面积的调节件，连接管外壁设有放置架，调节件设置在放置架内，调节杆的一端与调节件连接，调节杆的另一端延伸至放置架外，调节杆带动调节件进入或离开连接管。

本发明的有益效果在于：

1.本发明设置烧嘴、辐射管、换热器、连接管和调节装置组成一套燃烧系统，其中换热器可将空气与烟气进行热交换，回收烟气的余热，预热空气，提高燃烧效率，同时降低烟气排放的温度，提高整体设备的使用寿命；

2.空气出口管设置为缩口结构并置于烟气回流孔内，通过缩口结构的空气口可在助燃空气通过时能引射烟气回流通过连接管一并进入烧嘴，烟气跟助燃空气混合后，能更均匀混合气的温度和降低氧浓度，再跟燃气混合燃烧时，能拉长燃烧空间的燃烧时间，大幅提升辐射管内燃烧产物的温度均匀性，温度均匀化后局部高温区减少，热力型NOx大幅减少；

3.通过设置有阻力调节装置，通过阻力调节装置改变烟气流通面积或烟气和助燃空气的混合气体的流通面积从而改变烟气流通的阻力，进而改变对烟气的引射量，可根据设备实际需求和不同的应用场景来调节烟气回流量，实现最佳的加热效果且最大限度减少NOx的产生。

附图说明

图1 是实施例一的系统结构图；

图2 是实施例一中环状挡板调节方式的示意图；

图3 是实施例一中环状挡板另一调节方式的示意图；

图4 是实施例一中筒体结构的示意图；

图5 是筒体的侧视图；

图6 是烧嘴风盘的结构示意图；

图7 是燃气头的结构示意图；

图8 是I型换热器的结构示意图；

图9 是L型换热器的结构示意图；

图10 是实施例二中环状挡板调节方式的示意图；

图11 是实施例二中密封柱体调节方式的示意图；

具体实施方式

实施例一

请参阅图1所示，本实施例关于一种可调烟气回流量的低NOx辐射管燃烧系统，包括辐射管1、烧嘴2、换热器、连接管4和阻力调节装置5。

辐射管1可采用但不限于W型和U型的辐射管，只要具有设有独立的进口和出口的结构即属于本发明的保护范围。

换热器包括换热管31、空气管32、排烟管33，换热管31的内外管壁设有换热翅片，换热管31插接在辐射管1的出口内，换热管31的一端为封口，排烟管33与辐射管1出口连接，换热管31的另一端与空气管32连接，空气管32设置在排烟管33内，空气管32表面设有空气进口321和空气出口管322，排烟管33表面设有排烟口331和烟气回流口管332，其中空气出口管322为缩口结构，空气出口管322设置在烟气回流口管332内，连接管4的一端与烟气回流口管332连接，连接管4的另一端与烧嘴2连通，烧嘴2燃烧的一端与辐射管1的进口连接，以形成一完整的辐射管燃烧系统。

本实施例的加热原理如下：

在烧嘴2燃烧后的烟气经辐射管1通过换热器换热管31外壁的翅片，同时进入空气管32的助燃空气通过换热管31内壁的翅片与烟气进行热交换，对助燃空气预热以及烟气降温，部分降温的烟气从排烟管33排烟口331排出，预热的助燃空气通过空气出口管322进入连接管，空气出口管322的缩口结构在助燃空气通过时能引射部分烟气回流进入连接管4并连同助燃空气混合一并进入烧嘴2，能均匀混合烟气的温度和降低氧浓度，再跟燃气混合燃烧时，能拉长燃烧空间的燃烧时间，大幅提升辐射管内燃烧产物的温度均匀性，温度均匀化后局部高温区减少，热力型NOx大幅减少。

阻力调节装置5包括调节杆51和用于改变烟气流通面积的调节件，调节件设置在烟气回流口管332内，调节杆51的一端延伸至排烟口331内与调节件连接，调节杆51的另一端延伸至排烟口331外，通过调节杆51带动调节件在烟气回流口管332内沿轴向移动，调节件移动过程中改变了烟气流通面积，从而改变烟气流通的阻力，进而改变烟气回流量，烟气通过的面积越小，烟气回流的阻力越大，烟气引射量越少；反之亦然。通过设置有阻力调节装置5，根据设备实际需求和不同的应用场景来调节烟气回流量，进而实现最佳的加热效果且最大限度减少NOx的产生。

本实施例中，调节件为环状挡板52，且环状挡板52的外径等于烟气回流口管332的内径，调节杆51的一端与环状挡板52的底表面固定连接，空气出口管322位于环状挡板52内，且环状挡板52的内径等于空气出口管322最大外径。

采用环状挡板52结构的调节件有两种可选的调节方法。

方法一：调节杆51的活动位置是在空气出口管322最大外径和最小外径之间，当环状挡板52在空气出口管322最大外径的位置时，由于环状挡板52的外径等于烟气回流口管332的内径，且其内径等于空气出口管322最大外径，因此烟气被环状挡板52挡在烟气回流口管332外不能通过，调节杆51带动环状挡板52沿空气出口管322缩口端的方向移动时，环状挡板52与空气出口管322间产生缝隙（如图2所示），且越往缩口端方向缝隙越大，且缝隙越大，则可让烟气流通的面积越大，烟气引射的阻力越小，引射量就越大，反之亦然。

方法二：调节杆51的活动位置是以烟气回流口管332与排烟管33的交接处为起始位置，并往烟气回流口管332外侧移动。由于环状挡板52的外径等于烟气回流口管332的内径，环状挡板52在起始位置，将烟气回流口管332与排烟管33的交接处的管口封堵，烟气不能进入烟气回流口管332，调节杆51带动环状挡板52往烟气回流口管332外移动，环状挡板52离开管口产生缝隙（如图3所示），离管口越远，缝隙越大，则可让烟气流通的面积越大，烟气引射的阻力越小，引射量越大，反之亦然。

调节件还可以采用两端贯通的筒体53结构（如图4所示），筒体53的外径等于烟气回流口管332的内径，调节杆51的一端与筒体53的底端固定连接，空气出口管322位于筒体53内，且筒体53内径大于空气出口管332最大外径，筒体53靠近换热器空气管32的一端设有与空气管32外表面形状对应的弧形相贯截面531（如图5所示），筒体通过弧形相贯截面531密封贴合在空气管32外表面。

当筒体53通过弧形相贯截面531密封贴合在空气管32外表面时，由于筒体53的外径等于烟气回流口管332的内径，烟气不能进入烟气回流口管332，调节杆51带动筒体53往烟气回流口管332内移动时，筒体53的弧形相惯截面531离开空气管32，则露出可进入筒体53内的缝隙，离开空气管越远，筒体53弧形相惯截面531露出的缝隙越大，则可让烟气流通的面积越大，烟气引射的阻力越小，引射量就越大，反之亦然。

当然对于调节件的结构不仅限于本实施例提供的这两种结构，还可以采用其他结构，只要能改变烟气流通面积的大小，均属于本发明的保护范围。

本实施例中，调节杆51延伸至排烟口32外的一侧通过螺栓511固定，调节杆51可以通过人工手动调节，也可采用电子驱动件结合外部控制系统实现自动调节；本实施例中电子驱动件为电机，设于烟气回流口管332外的调节杆51表面沿其延伸方向设置有齿条，电机的转轴连接有齿轮，通过齿轮和齿条的啮合实现驱动，当然还可以有其他的驱动方式，只要实现驱动调节杆移动，均属于本发明的保护范围。

作为较优的实施方式，换热器可根据实际需要采用二级换热器，二级换热器是在换热管31内设置紧贴其内壁翅片的空气通道311，空气通道311一端与换热管31连通，空气通道311的另一端与空气口321连通，助燃空气从空气进口321进入后全部要经过换热管31内壁翅片换热后从换热管31的一端回流到空气通道311，再通过空气出口管322流出，可大幅提高助燃空气预热的温度，适用于要求较高预热温度的助燃空气的情况，同时二级换热器可根据现场安装条件采用I型和L型的结构（如图8-9所示）；对于L型结构的换热器，其空气管32与换热管31垂直设置，为进一步提高L型结构换热器换热效率，且空气管32内中心设有圆柱体结构的空气限位器323，空气管32的空气进口321位于空气限位器323的上端，助燃空气进入空气管32时，空气分流贴近空气限位器323壁面流通，加强跟壁面的换热，提高换热效率。

本实施例中，烧嘴2内固定设有燃气管21、电极22，其中燃气管21口连接有燃气头23，燃气头23围绕其侧面径向分布倾斜的燃气通道231，燃气头23表面连接有风盘24，风盘24表面沿圆周方向设有风道，所述电极22设置在燃气头23的一侧；燃气进燃气管21进入烧嘴2内，经燃气头23的燃气通道231能形成均匀的强绕流，助燃空气进入烧嘴后，经风盘24表面的风道分成多级的助燃空气，使燃气和助燃空气充分的混合，经电极22点火后能使燃气充分燃烧，减低NOx的生成。作为较优的实施方式，风盘24表面的风道可以是条形风道241和圆形风道242交替分布，以使燃气和助燃空气更进一步充分的混合，使得燃气充分燃烧（如图7所示）。

本实施例中，连接管4采用波纹连接管，换热器和烧嘴2之间的距离和相对位置可能会根据实际安装位置不同而产生安装误差，产生结构应力；另外由于空气有预热，在实际使用过程中连接管会热胀冷缩，产生热应力，采用刚性连接会影响连接部件使用寿命，波纹管就能很好缓解这种情况。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于，阻力调节装置5设置在连接管4处，烟气被助燃空气引射与助燃空气形成混合气后进入连接管，通过改变混合气体在连接管4的流通面积，改变混合气体的总体阻力，进而调节烟气的引射量。

具体而言，阻力调节装置5包括调节杆51和用于改变混合气体通过连接管4面积的调节件，连接管4外壁设有放置架41，调节件设置在放置架41内，调节杆51的一端与调节件连接，调节杆51的另一端延伸至放置架41外，调节杆51带动调节件进入或离开连接管4。为使得达到最佳的引射效果，阻力调节装置设置在连接管靠近烧嘴的一侧。

本实施例中，调节件为实心挡板54结构，调节杆51的一端与实心挡板54的表面固定连接，调节杆51带动实心挡板54进入或离开连接管4；烟气经空气出口引射后从烟气回流口管332进入连接管4与助燃空气混合，在起始状态下，实心挡板54位于放置架41内，此时烟气的引射量是最大的，当调节杆51带动实心挡板54进入连接管4内，会逐步减少连接管4内的面积(如图10所示），即混合气体通过的阻力就逐步增大，烟气引射量就会逐步减少；反之亦然。

调节件还可以采用密封柱体55结构（如图11所示），调节杆51的一端与密封柱体55的表面固定连接，调节杆51带动密封柱体55进入连接管4，此结构的调节原理与上述实心挡板54的调节原理，再此不再赘述；此外调节杆51与密封柱体55连接的表面开设有透气孔，由于连接管4管道压力会变化，空气预热温度也会变化，钢筒密封安全性低，需开孔平衡内外压力。

当然对于调节件的结构不仅限于本实施例提供的这两种结构，还可以采用其他结构，只要能改变混合气体进入连接管面积的大小，均属于本发明的保护范围。

此外，连接管根据不同的设备安装现场有不同的形状，可分为直管（如图10所示）和非直管（如图11所示）。当连接管为直管时，调节件沿垂直于连接管的方向进入连接管内；当连接管为非直管，以U型管为例，调节件设置在连接管的折弯处，且沿气流方向进入连接管内。

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 (9)

1.一种可调烟气回流量的低NOx辐射管燃烧系统，包括烧嘴和设有独立进出口的辐射管，烧嘴的燃烧端与辐射管的进口连接，其特征在于，还包括换热器、连接管、阻力调节装置，换热器包括换热管、空气管、排烟管，换热管的内外管壁设有换热翅片，换热管插接在辐射管的出口内，换热管的一端为封口，排烟管与辐射管出口连接，换热管的另一端与空气管连接，空气管设置在排烟管内，空气管表面设有空气进口和空气出口管，排烟管表面设有排烟口和烟气回流口管，其中空气出口管为缩口结构，空气出口管设置在烟气回流口管内，连接管的一端与烟气回流口管连接，连接管的另一端与烧嘴连通；阻力调节装置包括调节杆和用于改变烟气流通面积的调节件，调节件设置在烟气回流口管内，调节杆的一端延伸至排烟口内与调节件连接，调节杆的另一端延伸至排烟口外，调节杆带动调节件在烟气回流口管内沿轴向移动。

2.根据权利要求1所述的可调烟气回流量的低NOx辐射管燃烧系统，其特征在于，所述调节件为环状挡板，且环状挡板的外径等于烟气回流口管的内径，调节杆的一端与环状挡板的底表面固定连接，空气出口管位于环状挡板内，且环状挡板的内径与空气出口管最大外径尺寸相对应。

3.根据权利要求1所述的可调烟气回流量的低NOx辐射管燃烧系统，其特征在于，所述调节件为两端贯通的筒体结构，筒体的外径等于烟气回流口管的内径，调节杆的一端与筒体的底端固定连接，空气出口管位于筒体内，且筒体内径大于空气出口管最大外径，筒体靠近换热器空气管的一端设有与空气管外表面形状对应的弧形相贯截面，筒体通过弧形相贯截面密封贴合在空气管外表面。

4.根据权利要求1-3任一项所述的可调烟气回流量的低NOx辐射管燃烧系统，其特征在于，所述换热管内设有紧贴其内壁翅片空气通道，空气通道一端与换热管连通，空气通道的另一端与空气口连通。

5.根据权利要求1-3任一项所述的可调烟气回流量的低NOx辐射管燃烧系统，其特征在于，所述烧嘴内固定设有燃气管、电极，其中燃气管口连接有燃气头，燃气头围绕其侧面径向分布倾斜的燃气通道，燃气头表面连接有风盘，风盘表面沿圆周方向设有风道，所述电极设置在燃气头的一侧。

6.一种可调烟气回流量的低NOx辐射管燃烧系统，包括烧嘴和设有独立进出口的辐射管，烧嘴的燃烧端与辐射管的进口连接，其特征在于，还包括换热器、连接管、阻力调节装置，换热器包括换热管、空气管、排烟管，换热管的内外管壁设有换热翅片，换热管插接在辐射管的出口内，换热管的一端为封口，排烟管与辐射管出口连接，换热管的另一端与空气管连接，空气管设置在排烟管内，空气管表面设有空气进口和空气出口管，排烟管表面设有排烟口和烟气回流口管，其中空气出口管为缩口结构，空气出口管设置在烟气回流口管内，连接管的一端与烟气回流口管连接，连接管的另一端与烧嘴连通；阻力调节装置包括调节杆和用于改变烟气和助燃空气的混合气体流通面积的调节件，连接管外壁设有放置架，调节件设置在放置架内，调节杆的一端与调节件连接，调节杆的另一端延伸至放置架外，调节杆带动调节件进入或离开连接管。

7.根据权利要求6所述的可调烟气回流量的低NOx辐射管燃烧系统，其特征在于，所述调节件为实心挡板结构，调节杆的一端与实心挡板的表面固定连接，调节杆带动实心挡板进入或离开连接管。

8.根据权利要求6所述的可调烟气回流量的低NOx辐射管燃烧系统，其特征在于，所述调节件为密封中空柱体结构，调节杆的一端与密封柱体的表面固定连接，调节杆带动密封柱体进入连接管。

9.根据权利要求6所述的可调烟气回流量的低NOx辐射管燃烧系统，其特征在于，调节杆与密封柱体连接的表面开设有透气孔。