CN109611843A - 一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴，内烧嘴砖中央开设有混合室，燃气喷管左端通过进燃气管与燃气源连通，燃气喷管的右端贯穿烧嘴外壳并延伸至混合室内，燃气喷管外侧套设有固定风套，燃气喷管外壁与固定风套内壁之间形成一次风通道，固定风套外侧转动装配有活动风套，固定风套和活动风套在其重叠部分分别开设有第一风口和第二风口，通过旋转活动风套调节第一风口和第二风口所形成的开口的大小，一次风通道的一端通过开口与进风管连通，一次风通道的另一端与混合室连通，内烧嘴砖上还开设有二次风通道，进风管通过二次风通道与炉膛连通；本发明采用风套来调节一次风流量，因而不需拆卸烧嘴，就能调节一、二次助燃空气的比例，操作极为方便简单。

Description

一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴及其使用方法

技术领域

本发明属于火焰炉热工领域，涉及气体燃烧及传质、传热应用技术，具体涉及一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴及其使用方法，本发明可用于各种钢坯加热炉，也可用于熔铝炉、锅炉等以生物质燃气为燃料的其他各种工业炉。

背景技术

生物质被称为世界第四大能源，对于生物质的利用，人们往往倾向于将其进行气化处理来获得生物质燃气。烧嘴是火焰炉最重要的组成部分，对炉内燃烧的组织、工件的加热质量及加热效率都起着至关重要的作用，随着世界各国对生物质能源的利用意识日益提高，生物质燃气烧嘴的开发和应用成为人们目前关注的热点之一。

目前国内用于工业炉窑的生物质燃气烧嘴，一般采用空气包裹燃气的套管式结构，燃气由中心的管子喷出，助燃空气通过在外围的套管，在旋流器的旋转作用下，以旋转气流的形式喷入炉膛，二者在炉膛内边混合边燃烧，形成圆柱形或喇叭形的回转体火焰，属于典型的非预混燃烧火焰，在热负荷不变的情况下，火焰长度难以进行调节。此外这种烧嘴的火焰内部是以燃料为主的还原性气氛，外部是以空气、二氧化碳、水蒸气等燃烧产物为主的氧化性气氛。一方面，坯料在加热过程中始终被该氧化性气氛包围，致使坯料氧化烧损严重。另一方面，这种回转体火焰在水平方向上铺展度较短，致使高温区集中在较小的区域，在被加热坯料上的垂直投射面积小、辐射角系数较低，既影响了坯料的加热效果，也极易形成局部高温区，致使燃烧产物中的氮氧化物含量较高，极易造成环境污染。此外，由于火焰长度在热负荷不变情况下不能实现调节，因而也给生产调度带来很大的难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物质燃气烧嘴，该烧嘴不仅能有效解决传统生物质燃气烧嘴火焰长度在热负荷不变情况下不能灵活调节这一难题，同时可以改变回转体火焰加热质量差、钢坯氧化烧损严重、燃烧产物中氮氧化物等污染物含量高等技术难题。

为达到上述目的，本发明提供了一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴及其使用方法，技术方案如下：

一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴，包括烧嘴外壳、进风管、一次风通道、进燃气管、燃气喷管、活动风套、固定风套、第一风口、第二风口、旋流器、混合室、混合气通道、二次风通道、内烧嘴砖，所述进风管设置在烧嘴外壳顶部，进风管上端与空气源连通，烧嘴外壳的右侧装配有内烧嘴砖，内烧嘴砖中央开设有混合室，混合室通过混合气通道与火焰炉的炉膛连通，烧嘴外壳左侧装配有燃气喷管，燃气喷管左端通过进燃气管与燃气源连通，燃气喷管的右端贯穿烧嘴外壳并延伸至混合室内，燃气喷管的右端封闭，在燃气喷管伸入混合室内部分的外壁上圆周阵列开设有燃气喷孔，燃气喷管外侧套设有固定风套，燃气喷管外壁与固定风套内壁之间形成一次风通道，所述固定风套内壁靠近混合室的一端装配有旋流器，固定风套外侧转动装配有活动风套，固定风套和活动风套在其重叠部分分别开设有第一风口和第二风口，通过旋转活动风套调节第一风口和第二风口所形成的开口的大小，一次风通道的一端通过所述开口与进风管连通，一次风通道的另一端与混合室连通，内烧嘴砖上还开设有二次风通道，进风管通过二次风通道与炉膛连通。

所述活动风套的一端为大直径管，转动套设在固定风套外侧，活动风套的另一端为小直径管，转动套设在燃气喷管外侧，活动风套小直径的一端延伸至烧嘴外壳外部，且固定装配有风套圈。

活动风套小直径的一端的外壁套设有固定圈，固定圈与烧嘴外壳固定装配，固定圈螺接有定位螺钉，定位螺钉的螺杆和活动风套的外壁接触。

所述燃气喷管内同轴设置有盲管，盲管的两端封闭，且其两端与燃气喷管的两端平齐。

所述燃气喷孔的直径为3mm-8mm，燃气喷孔之间的间距为3mm-4mm。

生物质燃气在进燃气管内的压力为2000Pa-5000Pa，空气在进风管前的压力为3500Pa-7000Pa。

所述第一风口和第二风口呈矩形、圆形、椭圆形或三角形，当第一风口和第二风口之间的开口大小达到最大时，通过一次风通道的一次助燃空气所占的比例为90％，当第一风口和第二风口之间的开口大小达到最小时，通过一次风通道的一次助燃空气所占的比例为10％。

一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴的使用方法，采用前述的一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴，包括如下步骤：

步骤一、加工制备火焰长度可调的生物质燃气烧嘴的组成部件，根据热负荷的大小，制作烧嘴外壳、进风管、进燃气管、燃气喷管、活动风套、固定风套、第一风口、第二风口、内烧嘴砖、风套圈、固定圈和定位螺钉；

步骤二、将上述部件组装到一起，制备出火焰长度可调的生物质燃气烧嘴，将进风管与空气源管道连接，将进燃气管与燃气源管道连接，并将烧嘴安装在火焰炉上；

步骤三、转动风套圈以驱动活动风套转动，从而调整第一风口和第二风口之间的开口大小，以改变一次助燃空气和二次助燃空气的比例，将火焰调整到合适的长度，用定位螺钉将活动风套固定，当需要改变火焰长度时，松开定位螺钉，重新调整第一风口和第二风口之间的开口大小，调整完毕后再次紧固好定位螺钉。

与目前采用的传统生物质燃气烧嘴相比，本发明的烧嘴有如下技术优势：

1、采用风套来调节一次风流量，因而不需拆卸烧嘴，就能调节一、二次助燃空气的比例，操作极为方便简单；

2、通过改变生物质燃气与空气的混合条件，实现烧嘴热负荷不变条件下火焰长度的调节。

3、可有效消除火焰中的局部高温区，火焰刚性好，形状易于控制，燃烧产物中氮氧化物排放量可大为减少；

4、火焰流为扁平状，平行喷入炉膛，覆盖在坯料表面，辐射角系数大，可有效提高坯料的辐射传热效果；

5、贴近坯料的火焰面为弱还原性气氛，可有效降低了钢坯的氧化烧损，烧损率可大为降低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中：烧嘴外壳1；进风管2；一次风通道3；进燃气管4；燃气喷管5；活动风套6；固定风套7；第一风口8；第二风口9；旋流器10；混合室11；混合气通道12；二次风通道13；内烧嘴砖14；燃气喷孔15；开口16；风套圈17；固定圈18；定位螺钉19；盲管20。

具体实施方式

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

如图1所示，本发明提供了一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴，包括烧嘴外壳1、进风管2、一次风通道3、进燃气管4、燃气喷管5、活动风套6、固定风套7、第一风口8、第二风口9、旋流器10、混合室11、混合气通道12、二次风通道13、内烧嘴砖14，进风管2设置在烧嘴外壳1顶部，进风管2上端与空气源连通，烧嘴外壳1的右侧装配有内烧嘴砖14，内烧嘴砖14中央开设有混合室11，混合室11通过混合气通道12与火焰炉的炉膛连通，烧嘴外壳1左侧装配有燃气喷管5，燃气喷管5左端通过进燃气管4与燃气源连通，燃气喷管5的右端贯穿烧嘴外壳1并延伸至混合室11内，燃气喷管5的右端封闭，在燃气喷管5伸入混合室11内部分的外壁上圆周阵列开设有燃气喷孔15，燃气喷管5外侧套设有固定风套7，燃气喷管5外壁与固定风套7内壁之间形成一次风通道3，固定风套7内壁靠近混合室11的一端装配有旋流器10，固定风套7外侧转动装配有活动风套6，固定风套7和活动风套6在其重叠部分分别开设有第一风口8和第二风口9，通过旋转活动风套6调节第一风口8和第二风口9所形成的开口16的大小，一次风通道3的一端通过开口16与进风管2连通，一次风通道3的另一端与混合室11连通，内烧嘴砖14上还开设有二次风通道13，进风管2通过二次风通道13与炉膛连通。

活动风套6的一端为大直径管，转动套设在固定风套7外侧，活动风套6的另一端为小直径管，转动套设在燃气喷管5外侧，活动风套6小直径的一端延伸至烧嘴外壳1外部，且固定装配有风套圈17，通过转动烧嘴外壳1外部的风套圈17，驱动活动风套6转动。

活动风套6小直径的一端的外壁套设有固定圈18，固定圈18与烧嘴外壳1固定装配，固定圈18螺接有定位螺钉19，定位螺钉19的螺杆和活动风套6的外壁接触，通过旋紧定位螺钉19实现活动风套6的锁定。

燃气喷管5内同轴设置有盲管20，盲管20的两端封闭，且其两端与燃气喷管5的两端平齐。

燃气喷孔15的直径为3mm-8mm，燃气喷孔15之间的间距为3mm-4mm。

生物质燃气在进燃气管4前的压力为2000Pa-5000Pa，空气在进风管2前的压力为3500Pa-7000Pa。

第一风口8和第二风口9呈矩形、圆形、椭圆形、三角形或其他形状，当第一风口8和第二风口9之间的开口16大小达到最大时，通过一次风通道3的一次助燃空气所占的比例为90％，当第一风口8和第二风口9之间的开口16大小达到最小时，通过一次风通道3的一次助燃空气所占的比例为10％。

一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴的使用方法，采用前述的一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴，包括如下步骤：

步骤一、加工制备火焰长度可调的生物质燃气烧嘴的组成部件，根据热负荷的大小，制作烧嘴外壳1、进风管2、进燃气管4、燃气喷管5、活动风套6、固定风套7、第一风口8、

第二风口9、内烧嘴砖14、风套圈17、固定圈18和定位螺钉19；

步骤二、将上述部件组装到一起，制备出火焰长度可调的生物质燃气烧嘴，将进风管2与空气源管道连接，将进燃气管4与燃气源管道连接，并将烧嘴安装在火焰炉上；

步骤三、转动风套圈17以驱动活动风套6转动，从而调整第一风口8和第二风口9之间的开口16大小，以改变一次助燃空气和二次助燃空气的比例，将火焰调整到合适的长度，用定位螺钉19将活动风套6固定，当需要改变火焰长度时，松开定位螺钉19，重新调整第一风口8和第二风口9之间的开口16大小，调整完毕后再次紧固好定位螺钉19。

本发明的工作原理如下：

进入进风管2的空气一部分通过固定风套7和活动风套6之间的开口16进入一次风通道3，这部分空气为一次助燃空气，燃气由进燃气管4进入烧嘴，通过燃气喷管5，由位于燃气喷管5右端的燃气喷孔15喷入混合室11；

一次助燃空气通过旋流器10的旋转作用后，以旋转流的形式和燃气喷孔15喷出的生物质燃气一起喷入混合室11，在混合室11内充分混合形成预混气，然后通过混合气通道12喷入炉膛。

进入进风管2的空气的另一部分通过二次风通道13直接喷入炉膛，这部分空气为二次助燃空气，二次助燃空气与在混合室11内产生的预混气进行湍流扩散，并在炉膛内完成整个燃烧过程。

通过调整活动风套6和固定风套7上第一风口8和第二风口9的开口16大小来调节一、二次助燃空气的比例，使生物质燃气与空气的混合条件发生改变，从而在不改变烧嘴热负荷条件下，实现火焰长度的调整，以满足加热工艺的要求。

本发明的优异之处在于，本发明能充分发挥生物质燃气部分预混燃烧的技术优势，与传统烧嘴相比，不仅可以实现一、二次助燃空气比例的灵活调节，从而实现在不改变烧嘴热负荷条件下来调整火焰的长度，而且火焰呈扁平状，能很好的覆盖在坯料表面，有效提高火焰对坯料的辐射传热效果。

实施例1

如下以麦秸秆气化气为燃料为例，对本发明进行进一步的说明：

以麦秸秆气化气为燃料，其组分体积百分比为：H₂ 19.5％，CO 19.8％，CH₄ 5.2％，CO₂ 12.1％，N₂ 39.4％，低发热量为6019kJ/m³，单烧嘴额定热负荷为125kW。制备火焰长度可调的生物质燃气烧嘴安装在板坯加热炉的炉头，在热负荷不变情况下，通过调整火焰长度以实现近烧和远烧的加热工艺。

取空气消耗系数为1.02，通过燃烧计算算出所需麦秸秆气化气和助燃空气的流量，以此为基础，制作烧嘴外壳1、进风管2、进燃气管4、燃气喷管5、活动风套6、固定风套7、第一风口8、第二风口9、内烧嘴砖14、风套圈17、固定圈18、定位螺钉19等结构或部件。并按照图纸要求，将这些部件组装到一起，制备出火焰长度可调的麦秸秆气化气烧嘴。然后将其安装在板坯加热炉的炉头，其进风管2通过法兰与板坯加热炉的炉前供风管道相连，进燃气管4通过法兰与板坯加热炉的炉前供气管道相连。

麦秸秆气化气由进燃气管4进入烧嘴，助燃空气通过进风管2进入烧嘴。其中麦秸秆气化气在进燃气管4前的压力为3500Pa，助燃空气在进风管2前的压力为4500Pa。进入进风管2的助燃空气一部分通过第一风口8和第二风口9之间的开口16，进入一次风通道3，这部分空气构成烧嘴的一次助燃空气，通过旋流器10的旋转作用后，以旋转流的形式和燃气喷孔15喷出的生物质燃气一起喷入混合室11，在混合室11内充分混合形成预混气，然后通过混合气通道12喷入炉膛。通过二次风通道13进入炉膛的另一部分空气为二次助燃空气；二次助燃空气与混合室11内产生的预混气进行湍流扩散，并在炉膛内完成整个燃烧过程。通过调整第一风口8和第二风口9之间的开口16大小来调节一、二次助燃空气的比例。当一次风占总供风量的80％时，火焰长度为1.2m，可实现该烧嘴在热负荷不变情况下的近烧工艺，当一次风占总供风量的20％时，火焰长度为2.5m，可实现该烧嘴在热负荷不变情况下的远烧工艺。

实施例2

如下以干树枝气化气为燃料为例，对本发明进行进一步的说明：

以干树枝气化气为燃料，其组分体积百分比为：H₂22.5％，CO 18.8％，CH₄ 7.2％，CO₂ 14.1％，N₂ 37.4％，低发热量为6217kJ/m³，单烧嘴额定热负荷为250kW。制备火焰长度可调的干树枝气化气烧嘴安装在方坯加热炉的炉头，在热负荷不变情况下，通过调整火焰长度以实现近烧和远烧的加热工艺。

取空气消耗系数为1.03，通过燃烧计算算出所需干树枝气化气和助燃空气的流量，以此为基础，制作制作烧嘴外壳1、进风管2、进燃气管4、燃气喷管5、活动风套6、固定风套7、第一风口8、第二风口9、内烧嘴砖14、风套圈17、固定圈18、定位螺钉19等结构或部件。并按照图纸要求，将这些部件组装到一起，制备出火焰长度可调的干树枝气化气烧嘴。然后将其安装在板坯加热炉的炉头，其进风管2通过法兰与方坯加热炉的炉前供风管道相连，进燃气管4通过法兰与方坯加热炉的炉前供气管道相连。

干树枝气化气由进燃气管4进入烧嘴，助燃空气通过进风管2进入烧嘴。其中干树枝气化气在进燃气管4前的压力为3200Pa，助燃空气在进风管2前的压力为4500Pa。进入进风管2的助燃空气一部分通过第一风口8和第二风口9之间的开口16，进入一次风通道3，这部分空气构成烧嘴的一次助燃空气，通过旋流器10的旋转作用后，以旋转流的形式和燃气喷孔15喷出的生物质燃气一起喷入混合室11，在混合室11内充分混合形成预混气，然后通过混合气通道12喷入炉膛。通过二次风通道13进入炉膛的另一部分空气为二次助燃空气；二次助燃空气与混合室11内产生的预混气进行湍流扩散，并在炉膛内完成整个燃烧过程。通过调整第一风口8和第二风口9之间的开口16大小来调节一、二次助燃空气的比例。当一次风占总供风量的85％时，火焰长度为1.1m，可实现该烧嘴在热负荷不变情况下的近烧工艺，当一次风占总供风量的13％时，火焰长度为3.1m，可实现该烧嘴在热负荷不变情况下的远烧工艺。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴，其特征在于，包括烧嘴外壳、进风管、一次风通道、进燃气管、燃气喷管、活动风套、固定风套、第一风口、第二风口、旋流器、混合室、混合气通道、二次风通道、内烧嘴砖，所述进风管设置在烧嘴外壳顶部，进风管上端与空气源连通，烧嘴外壳的右侧装配有内烧嘴砖，内烧嘴砖中央开设有混合室，混合室通过混合气通道与火焰炉的炉膛连通，烧嘴外壳左侧装配有燃气喷管，燃气喷管左端通过进燃气管与燃气源连通，燃气喷管的右端贯穿烧嘴外壳并延伸至混合室内，燃气喷管的右端封闭，在燃气喷管伸入混合室内部分的外壁上圆周阵列开设有燃气喷孔，燃气喷管外侧套设有固定风套，燃气喷管外壁与固定风套内壁之间形成一次风通道，所述固定风套内壁靠近混合室的一端装配有旋流器，固定风套外侧转动装配有活动风套，固定风套和活动风套在其重叠部分分别开设有第一风口和第二风口，通过旋转活动风套调节第一风口和第二风口所形成的开口的大小，一次风通道的一端通过所述开口与进风管连通，一次风通道的另一端与混合室连通，内烧嘴砖上还开设有二次风通道，进风管通过二次风通道与炉膛连通。

2.根据权利要求1所述的一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴，其特征在于，所述活动风套的一端为大直径管，转动套设在固定风套外侧，活动风套的另一端为小直径管，转动套设在燃气喷管外侧，活动风套小直径的一端延伸至烧嘴外壳外部，且固定装配有风套圈。

3.根据权利要求2所述的一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴，其特征在于，活动风套小直径的一端的外壁套设有固定圈，固定圈与烧嘴外壳固定装配，固定圈螺接(螺钉的装配方式一般都是螺纹连接，也只有螺纹连接，才能实现定位固定风套的目的)有定位螺钉，定位螺钉的螺杆和活动风套的外壁接触。

4.根据权利要求3所述的一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴，其特征在于，所述燃气喷管内同轴设置有盲管，盲管的两端封闭，且其两端与燃气喷管的两端平齐。

5.根据权利要求4所述的一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴，其特征在于，所述燃气喷孔的直径为3mm-8mm，燃气喷孔之间的间距为3mm-4mm。

6.根据权利要求5所述的一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴，其特征在于，生物质燃气在进燃气管内的压力为2000Pa-5000Pa，空气在进风管前的压力为3500Pa-7000Pa。

7.根据权利要求6所述的一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴，其特征在于，所述第一风口和第二风口呈矩形、圆形、椭圆形或三角形，当第一风口和第二风口之间的开口大小达到最大时，通过一次风通道的一次助燃空气所占的比例为90％，当第一风口和第二风口之间的开口大小达到最小时，通过一次风通道的一次助燃空气所占的比例为10％。

8.一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴的使用方法，采用如权利要求3所述的一种火焰长度可调的生物质燃气烧嘴，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、加工制备火焰长度可调的生物质燃气烧嘴的组成部件，根据热负荷的大小，制作烧嘴外壳、进风管、进燃气管、燃气喷管、活动风套、固定风套、第一风口、第二风口、内烧嘴砖、风套圈、固定圈和定位螺钉；

步骤二、将上述部件组装到一起，制备出火焰长度可调的生物质燃气烧嘴，将进风管与空气源管道连接，将进燃气管与燃气源管道连接，并将烧嘴安装在火焰炉上；

步骤三、转动风套圈以驱动活动风套转动，从而调整第一风口和第二风口之间的开口大小，以改变一次助燃空气和二次助燃空气的比例，将火焰调整到合适的长度，用定位螺钉将活动风套固定，当需要改变火焰长度时，松开定位螺钉，重新调整第一风口和第二风口之间的开口大小，调整完毕后再次紧固好定位螺钉。