CN110081426A - 低氮窑炉烧嘴 - Google Patents

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
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    • F23D14/48—Nozzles
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Abstract

本发明公开一种低氮窑炉烧嘴，该烧嘴的喷筒的起始段具有在径向上分成里中外的三层腔道，其中外层腔道连通一次助燃风，中心腔道连通二次助燃风，中层腔道连通燃气，中层腔道的末端设有挡盖外层腔道和中层腔道的喷火盖，喷火盖上布设有一次助燃风喷孔和径向贯通的燃气喷孔，中心腔道远离喷火盖延伸一段，且末端设成二次助燃风喷头，外层腔道安装有点火极伸出喷火盖的点火器。本发明低氮窑炉烧嘴设置两次助燃，先使一次燃烧在理论空气量80％的还原气氛下燃烧，发生还原反应，基本不产生氮氧化物，然后再进行氧化气氛下的二次燃烧，使燃气完全燃烧。实践表明，本发明窑炉的氮氧化物含量小于50mg/Nm3。

Description

低氮窑炉烧嘴
技术领域
本发明涉及窑炉烧嘴技术领域，尤其是指可实现低氮燃烧窑炉烧嘴。
背景技术
经过四十年的改革开放，我国已经成为全世界最大的制造业大国，不久以后，我国制造业占全球的份额必将超过百分之五十。在制造业蓬勃发展的同时，人们越来越重视环境污染的问题，党和国家针对环境治理适时出台了一系列法律法规。作为制造业的一个分支--陶瓷行业也对环境污染进行了大力治理，其中，二氧化硫及其污染物已经得到有效治理，有很多家企业甚至可将二氧化硫排放量降低到10mg/Nm3以下；氮氧化物排放量却不太好控制，目前各行各业普遍做法不外乎以下四种：炉内高温喷氨水(或尿素溶液)的SNCR法，脱硝效率低于50％；在催化剂作用下低温喷氨水(或尿素溶液)的SCR法，脱硝效率低于80％；臭氧氧化法，脱硝效率约90％；次氯酸钠氧化法，脱硝效率约90％；但是，这四种方法都有各自的明显缺点，SNCR法脱硝效率低，SCR法对烟气温度要求苛刻，催化剂容易因堵塞而失效，臭氧法成本高，臭氧容易逃逸造成二次污染，次氯酸钠法除了成本高外反应产物有硝酸盐、亚硝酸盐、盐酸盐，甚至还有硫酸盐，都是不容易处理的物质。严格意义上说，氮氧化物的去除还没有一个稳定的、运行成本低廉的好方法，因此，人们在产生氮氧化物的源头—燃烧上想办法，祈求从根本上解决氮氧化物的问题。
具体到陶瓷行业，陶瓷产品烧制过程中的不同阶段对温度和气氛有不同的严格要求，表现在窑炉的长度方向上窑内的温度、气氛也不相同，而这种温度和气氛的差异完全依赖烧嘴的调节来达到。尤其是陶瓷产品要求窑炉内部氧化气氛强烈，而强氧化气氛显著增加氮氧化物生产量。陶瓷窑炉都比较长，少则一百米，多则四五百米，为节省能耗，窑炉向着愈来愈长、愈来愈宽的方向发展，每条窑炉使用的烧嘴两百支到五百支不等，这数百支烧嘴的燃气(天然气或发生炉煤气)是分组控制的(大部分每八支烧嘴一组)，燃气的用量(阀的开度)分布在百分之五至百分之八十之间；燃烧用空气(助燃风)用量是按风机控制的(基本上每条窑炉两台助燃风机)。这就导致了不同开度的烧嘴使用的空气(助燃风)量是相同的，而且是普遍现象，客观上导致燃气燃烧是处于氧化性气氛中，氮氧化物生成量必然高。
事实上，陶瓷烧成窑炉的氮氧化物生成量大部分在200～450mg/Nm3范围内，其中，氮氧化物低于300mg/Nm3窑炉的喷枪都或多或少地采纳了意大利SCM公司窑炉烧嘴的燃烧原理，如图1所示。它主要是在烧嘴的燃烧部位(喷头)将助燃风喷孔分成直喷的一次助燃风喷孔1和呈倒锥斜喷的二次助燃风喷孔2，使得一小部分的空气参与二次燃烧，大部分空气都参与一次燃烧。这种方法可适当降低氮氧化物生成量，但它的致命缺点是参与一次燃烧和二次燃烧的空气是同一条管道输送，不可分开调整，尤其是在助燃风压力较低时(正常500Pa左右)，倒锥喷射效果不理想，送到燃烧室中心的空气量很少，达不到设计使用工况，特别是在强氧化性(助燃风量普遍过大)的陶瓷窑炉内，往往一次燃烧就已完成完全燃烧，因此，降低氮氧化物含量效果不明显。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种既能提高燃烧效率，减低能耗，又能显著降低氮氧化物含量的窑炉烧嘴。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：一种低氮窑炉烧嘴，该烧嘴的喷筒的起始段具有在径向上分成里中外的三层腔道，其特征在于：其中外层腔道连通一次助燃风，中心腔道连通二次助燃风，中层腔道连通燃气，中层腔道的末端设有挡盖外层腔道和中层腔道的喷火盖，喷火盖上布设有一次助燃风喷孔和径向贯通的燃气喷孔，中心腔道远离喷火盖延伸一段，且末端设成二次助燃风喷头，外层腔道安装有点火极伸出喷火盖的点火器。
在上述基础上，所述一次助燃风喷孔设为旋风式喷孔。
采用本发明所带来的有益效果：基于燃烧理论即燃烧气氛从还原性到氧化性，燃烧产生的氮氧化物越来越多，也越来越快。本发明低氮窑炉烧嘴设置两次助燃，可通过精确控制两次助燃风的风量，先使一次燃烧在理论空气量80％的还原气氛下燃烧，发生还原反应，基本不产生氮氧化物，然后再进行氧化气氛下的二次燃烧，使燃气完全燃烧。相比而言，参与二次燃烧的空气量远远小于参与一次燃烧的空气量，总氮氧化物生成量就大大减少。实践表明，本发明窑炉的氮氧化物含量小于50mg/Nm3。
采用本发明，企业既不需要投资脱硝设备，没有脱硝运行费用，还能使将来氮氧化物的国家排放标准更进一步的降低，能减少温室效应，有效降低雾霾。
附图说明
图1为意大利SCM公司窑炉烧嘴中的喷头原理图；
图2为本发明低氮窑炉烧嘴的结构示意图；
图3为本发明中喷喷火盖的结构示意图。
具体实施方式
如图2、图3所示，一种低氮窑炉烧嘴，该烧嘴的喷筒1的起始段具有在径向上分成里中外的三层腔道，其中外层腔道2连通一次助燃风，中心腔道3连通二次助燃风，中层腔道4连通燃气，中层腔道4的末端设有挡盖外层腔道2和中层腔道4的喷火盖5，喷火盖5上布设有一次助燃风喷孔5.1和径向贯通的燃气喷孔5.2，中心腔道3远离喷火盖5延伸一段，且末端设成二次助燃风喷头3.1，外层腔道2安装有点火极伸出喷火盖5的点火器6。
具体的，外层腔道2、中层腔道4以及中心腔道3可采用三层套筒分隔而成，外层腔道套筒即喷筒1，中层腔道套筒7套装在喷筒1内，中心腔道套筒8套装在中层腔道套筒7内。喷筒1的起始端套装用以固定烧嘴的套座9，延伸端形成锥形收口的喷火口1.1，套座9形成有连通一次助燃风的侧向接口9.1。中层腔道套筒7的末端套装喷火盖5，起始端套装分气盖10，分气盖10设有连通燃气的侧向接口10.1。中心腔道套筒8的起始端连通二次助燃风，末端接驳一段具有喷头3.1的喷管11，来作为延伸段。可以知晓的是，喷头3.1即是在喷管11的盲端开设密布的喷孔。
燃气从侧向接口10进入，经分气盖9进入中层腔道4，最后从喷火盖5的燃气喷孔5.2径向喷出，直接撞击在喷筒1的内壁上，迅速分散开。一次助燃风从套座9的侧向接口9.1进入外层腔道2内，然后从喷火盖5的一次助燃风喷孔5.1直喷出来，与分散开的燃气充分混合，经过点火器6点燃进行一次燃烧。通过风量控制系统精确控制一次助燃风的风量，使一次燃烧在理论空气量80％的还原气氛下燃烧。二次助燃风中心腔道套筒8内，从喷头3.1喷出，撞击喷筒1的内壁并分散开，与一次燃烧中剩余可燃气体充分混合，通过控制二次助燃风的风量，确保二次燃烧在氧化气氛下进行，确保完全燃烧。
为进一步地提升燃烧效果，所述一次助燃风喷孔5.1设为旋风式喷孔，亦即是将喷孔设成叶轮槽式，如图2所示，使得助燃风旋转喷射，与燃气混合得更加充分，从而进一步提高燃烧效率。

Claims (2)

1.一种低氮窑炉烧嘴，该烧嘴的喷筒的起始段具有在径向上分成里中外的三层腔道，其特征在于：其中外层腔道连通一次助燃风，中心腔道连通二次助燃风，中层腔道连通燃气，中层腔道的末端设有挡盖外层腔道和中层腔道的喷火盖，喷火盖上布设有一次助燃风喷孔和径向贯通的燃气喷孔，中心腔道远离喷火盖延伸一段，且末端设成二次助燃风喷头，外层腔道安装有点火极伸出喷火盖的点火器。
2.根据权利要求1所述的低氮窑炉烧嘴，其特征在于：所述一次助燃风喷孔设为旋风式喷孔。
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