CN110513680B - 一种低NOx燃气燃烧器及其火焰调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低NOx燃气燃烧器，包括：主管体、内芯管和外芯管，在燃气进气量一定的情况下，通过第一位置调节机构来改变内芯管头部与主管体之间的间隙大小，即改变燃烧器总的出口大小，从而改变流速，控制流焰喷出长度；在流速一定的情况下，通过第二位置调节机构来改变分别进入到内芯管和主管体内腔的燃气量，进而对热点在流焰中位置的调节；可以快速调整合适长度的射流火焰而产生更低的NOx排放，同时能方便调整射流火焰中热点释放的位置，改进了火焰稳定性和射流渗透性。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃气燃烧器，具体涉及一种低NOx燃气燃烧器及其火焰调节方法。
背景技术
在工业窑炉，特别是蓄热室玻璃熔炉具有极高的燃烧温度，通常在1300-1650℃的温度范围内。由于炉子和火焰温度很高，导致产生大量的NOx排放。为了解决越来越严格的排放限制，很多开发技术是通过修改空燃比，来抑制NOx的形成，还包括富氧空气分级，但这样的技术改造投资非常大，使用成本高。
目前也有采用射流火焰而产生比传统更低的NOx排放，在燃烧器的本体上配备有手动速度调节机构，通过改变火焰出口的面积，从而改变流速，以控制火焰长度。但是火焰长度调节稳定后，无法实现火焰热点释放位置的改变。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种低NOx燃气燃烧器及其火焰调节方法。
为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种低NOx燃气燃烧器，包括：
主管体，其管身上设有燃气进气口；
内芯管，其穿设于主管体内腔，内芯管的头部对应设于主管体头部区域，所述内芯管的头部为锥形面；
外芯管，其穿设于主管体内腔且套设在内芯管外周，外芯管的头部设于主管体内腔且远离主管体头部的区域，所述外芯管的管身上设有第一开孔，所述主管体内腔延伸出第一控气部，所述第一控气部可将第一开孔的开口局部遮挡；所述内芯管的管身上设有连通内芯管内腔和外芯管内腔的第二开孔；
第一位置调节机构，其用于调节内芯管相对于主管体的轴向位置，来改变内芯管头部与主管体之间的间隙大小；
第二位置调节机构，其用于调节外芯管相对于主管体的轴向位置，来改变第一开孔露出第一控气部的开口面积；
从燃气进气口进入到主管体内腔的燃气，一部分经主管体内腔从主管体头部开口喷出，另一部分经第一开孔和第二开孔进入内芯管内腔从内芯管头部开口喷出。
本发明相较于现有技术，在燃气进气量一定的情况下，通过第一位置调节机构来改变内芯管头部与主管体之间的间隙大小，即改变燃烧器总的出口大小，从而改变流速，控制流焰喷出长度；在流速一定的情况下，通过第二位置调节机构来改变分别进入到内芯管和主管体内腔的燃气量，进而对热点在流焰中位置的调节；可以快速调整合适长度的射流火焰而产生更低的NOx排放，同时能方便调整射流火焰中热点释放的位置，改进了火焰稳定性和射流渗透性。
进一步地，所述外芯管的头部为锥形面，所述主管体内腔延伸出第二控气部，所述第二控气部与外芯管的头部的间隙构建从主管体头部开口喷出的燃气通道。
采用上述优选的方案，随着第二位置调节机构带动外芯管相对于主管体的轴向移动，第一控气部的流通口扩大/缩小时，第二控气部的流通口同步缩小/扩大，第一控气部和第二控气部同步对分别进入到内芯管和主管体内腔的流量分配进行调节，减小了第二位置调节机构的调节行程，各管体的体积配置更小，流量分配调节的响应速度明显提高。
进一步地，所述外芯管上所有第一开孔的开口面积为所述内芯管上所有第二开孔开口面积的2-3倍。
采用上述优选的方案，确保热点的调节范围更合理，更能提高热点调节精度。
进一步地，所述主管体头部内腔包括从内往外依次设置的收口锥面、圆柱面和外张锥面。
进一步地，所述圆柱面的长度为20-150mm，所述外张锥面的母线与主管体轴线所成夹角为3-15°。
进一步地，所述内芯管头部锥形面长度为10-50mm，锥形面母线与内芯管轴线所成夹角为5-30°。
采用上述优选的方案，收口锥面能使燃气高速喷出，提供高速热流，使被加热窑炉的空气气氛得到高速扰动，从而产生温度均匀的温度场；圆柱面使喷出气流更为稳定，与内芯管头部锥形面配合实现流速的稳定调节；外张锥面的夹角控制在3-15°，内芯管头部锥形面夹角为5-30°，使喷出的射流火焰更为顺畅。
进一步地，所述第一位置调节机构包括与主管体相固定的支架、通过轴承安装在支架上的第一丝杆以及与内芯管相固定的第一丝杆螺母，所述第一丝杆端部设有转动手柄或控制马达。
进一步地，所述第二位置调节机构包括通过轴承安装在主管体上的第二丝杆以及与外芯管相固定的第二丝杆螺母，所述第二丝杆端部设有转动手柄或控制马达。
采用上述优选的方案，可以通过转动手柄现场进行调试；还可以将控制马达接入电动控制单元，实现远程控制，大大降低现场操作的难度。
一种低NOx燃气燃烧器的火焰调节方法，采用上述的低NOx燃气燃烧器，包括如下步骤：
步骤1，通过第一位置调节机构调节内芯管相对于主管体的轴向位置，来改变内芯管头部与主管体之间的间隙大小，实现火焰长度的调整；
步骤2，通过第二位置调节机构调节外芯管相对于主管体的轴向位置，来改变燃气分别进入主管体内腔和内芯管内腔的流量，实现火焰热点的调整。
本发明相较于现有技术，在燃气进气量一定的情况下，通过第一位置调节机构来改变内芯管头部与主管体之间的间隙大小，即改变燃烧器总的出口大小，从而改变流速，控制流焰喷出长度；在流速一定的情况下，通过第二位置调节机构来改变分别进入到内芯管和主管体内腔的燃气量，进而对热点在流焰中位置的调节；可以快速调整合适长度的射流火焰而产生更低的NOx排放，同时能方便调整射流火焰中热点释放的位置，改进了火焰稳定性和射流渗透性。
进一步地，还包括步骤3，沿着低NOx燃气燃烧器火焰方向设置多段钨丝组成的钨丝场，对应每段钨丝设置一红外测温传感器，通过红外测温传感器检测的温度确认火焰热点位置是否在要求范围；如果热点位置合理则结束调整；如果热点位置不合理则重复步骤2。
采用上述优选的方案，能够更为准确地检测火焰热点分布，结合第二位置调节机构实现热点位置的高精准控制。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种实施方式的结构示意图；
图2是本发明另一种实施方式的结构示意图；
图3是本发明另一种实施方式的结构示意图。
图中数字和字母所表示的相应部件的名称：
1-主管体；11-燃气进气口；12-第一控气部；13-第二控气部；14-收口锥面；15-圆柱面；16-外张锥面；2-内芯管；21-第二开孔；3-外芯管；31-第一开孔；4-第一位置调节机构；41-支架；42-第一丝杆；43-第一丝杆螺母；44-转动手柄；45-控制马达；5-第二位置调节机构；51-第二丝杆；52-第二丝杆螺母；53-转动手柄；54-控制马达。
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所示，一种低NOx燃气燃烧器，包括：
主管体1，其管身上设有燃气进气口11；
内芯管2，其穿设于主管体1内腔，内芯管2的头部对应设于主管体1头部区域，内芯管2的头部为锥形面；
外芯管3，其穿设于主管体1内腔且套设在内芯管2外周，外芯管3的头部设于主管体1内腔且远离主管体1头部的区域，外芯管3的管身上设有第一开孔31，主管体1内腔延伸出第一控气部12，第一控气部12可将第一开孔31的开口局部遮挡；内芯管2的管身上设有连通内芯管2内腔和外芯管3内腔的第二开孔21；
第一位置调节机构4，其用于调节内芯管2相对于主管体1的轴向位置，来改变内芯管2头部与主管体1之间的间隙大小；
第二位置调节机构5，其用于调节外芯管3相对于主管体的轴向位置，来改变第一开孔31露出第一控气部12的开口面积；
从燃气进气口11进入到主管体1内腔的燃气，一部分经主管体1内腔从主管体1头部开口喷出，另一部分经第一开孔31和第二开孔21进入内芯管2内腔从内芯管2头部开口喷出。
采用上述技术方案的有益效果是：在燃气进气量一定的情况下，通过第一位置调节机构4来改变内芯管2头部与主管体1之间的间隙大小，即改变燃烧器总的出口大小，从而改变流速，控制流焰喷出长度；在流速一定的情况下，通过第二位置调节机构5来改变分别进入到内芯管2和主管体1内腔的燃气量，进而对热点在流焰中位置的调节；可以快速调整合适长度的射流火焰而产生更低的NOx排放，同时能方便调整射流火焰中热点释放的位置，改进了火焰稳定性和射流渗透性。
如图1所示，在本发明的另一些实施方式中，外芯管3的头部为锥形面，主管体1内腔延伸出第二控气部13，第二控气部13与外芯管3的头部的间隙构建从主管体1头部开口喷出的燃气通道。采用上述技术方案的有益效果是：随着第二位置调节机构5带动外芯管3相对于主管体1的轴向移动，第一控气部12露出的流通口扩大/缩小时，第二控气部13的流通口同步缩小/扩大，第一控气部12和第二控气部13同步对分别进入到内芯管2和主管体1内腔的流量分配进行调节，减小了第二位置调节机构5的调节行程，各管体的体积配置更小，流量分配调节的响应速度明显提高。
在本发明的另一些实施方式中，外芯管3上所有第一开孔31的开口面积为内芯管2上所有第二开孔21开口面积的2-3倍。采用上述技术方案的有益效果是：确保热点的调节范围更合理，更能提高热点调节精度。
如图3所示，在本发明的另一些实施方式中，主管体1头部内腔包括从内往外依次设置的收口锥面14、圆柱面15和外张锥面16；圆柱面15的长度L2为20-150mm，外张锥面16的母线与主管体轴线所成夹角β为3-15°；内芯管2头部锥形面长度L1为10-50mm，锥形面母线与内芯管轴线所成夹角α为5-30°。采用上述技术方案的有益效果是：收口锥面14能使燃气高速喷出，提供高速热流，使被加热窑炉的空气气氛得到高速扰动，从而产生温度均匀的温度场；圆柱面15使喷出气流更为稳定，与内芯管2头部锥形面配合实现流速的稳定调节；外张锥面16的夹角β控制在3-15°，内芯管2头部锥形面夹角α为5-30°，使喷出的射流火焰更为顺畅，提高火焰根部的附着能力，火焰的可调长度可提高20％-30％。
如图1、2所示，在本发明的另一些实施方式中，第一位置调节机构4包括与主管体1相固定的支架41、通过轴承安装在支架41上的第一丝杆42以及与内芯管2相固定的第一丝杆螺母43，第一丝杆42端部设有转动手柄44或控制马达45；第二位置调节机构5包括通过轴承安装在主管体1上的第二丝杆51以及与外芯管3相固定的第二丝杆螺母52，第二丝杆51端部设有转动手柄53或控制马达54。采用上述技术方案的有益效果是：可以通过转动手柄44/53现场进行调试；还可以将控制马达45/54接入电动控制单元，实现远程控制，大大降低现场操作的难度。
一种低NOx燃气燃烧器的火焰调节方法，采用上述的低NOx燃气燃烧器，包括如下步骤：
步骤1，通过第一位置调节机构调节内芯管相对于主管体的轴向位置，来改变内芯管头部与主管体之间的间隙大小，实现火焰长度的调整；
步骤2，通过第二位置调节机构调节外芯管相对于主管体的轴向位置，来改变燃气分别进入主管体内腔和内芯管内腔的流量，实现火焰热点的调整。
采用上述技术方案的有益效果是：在燃气进气量一定的情况下，通过第一位置调节机构来改变内芯管头部与主管体之间的间隙大小，即改变燃烧器总的出口大小，从而改变流速，控制流焰喷出长度；在流速一定的情况下，通过第二位置调节机构来改变分别进入到内芯管和主管体内腔的燃气量，进而对热点在流焰中位置的调节；可以快速调整合适长度的射流火焰而产生更低的NOx排放，同时能方便调整射流火焰中热点释放的位置，改进了火焰稳定性和射流渗透性。
在本发明的另一些实施方式中，还包括步骤3，通过红外测温传感器检测的温度确认火焰热点位置是否在要求范围；如果热点位置合理则结束调整；如果热点位置不合理则重复步骤2。采用上述技术方案的有益效果是：能够更为准确地检测火焰热点分布，结合第二位置调节机构实现热点位置的高精准控制。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种低NOx燃气燃烧器，其特征在于，包括：
主管体，其管身上设有燃气进气口；
内芯管，其穿设于主管体内腔，内芯管的头部对应设于主管体头部区域，所述内芯管的头部为锥形面；
外芯管，其穿设于主管体内腔且套设在内芯管外周，外芯管的头部设于主管体内腔且远离主管体头部的区域，所述外芯管的管身上设有第一开孔，所述主管体内腔延伸出第一控气部，所述第一控气部可将第一开孔的开口局部遮挡；所述内芯管的管身上设有连通内芯管内腔和外芯管内腔的第二开孔；
第一位置调节机构，其用于调节内芯管相对于主管体的轴向位置，来改变内芯管头部与主管体之间的间隙大小；
第二位置调节机构，其用于调节外芯管相对于主管体的轴向位置，来改变第一开孔露出第一控气部的开口面积；
从燃气进气口进入到主管体内腔的燃气，一部分经主管体内腔从主管体头部开口喷出，另一部分经第一开孔和第二开孔进入内芯管内腔从内芯管头部开口喷出；
所述外芯管上所有第一开孔的开口面积为所述内芯管上所有第二开孔开口面积的2-3倍；
所述主管体头部内腔包括从内往外依次设置的收口锥面、圆柱面和外张锥面；
所述圆柱面的长度为20-150mm，所述外张锥面的母线与主管体轴线所成夹角为3-15°。
2.根据权利要求1所述的低NOx燃气燃烧器，其特征在于，所述外芯管的头部为锥形面，所述主管体内腔延伸出第二控气部，所述第二控气部与外芯管的头部的间隙构建从主管体头部开口喷出的燃气通道。
3.根据权利要求1所述的低NOx燃气燃烧器，其特征在于，所述内芯管头部锥形面长度为10-50mm，锥形面母线与内芯管轴线所成夹角为5-30°。
4.根据权利要求1所述的低NOx燃气燃烧器，其特征在于，所述第一位置调节机构包括与主管体相固定的支架、通过轴承安装在支架上的第一丝杆以及与内芯管相固定的第一丝杆螺母，所述第一丝杆端部设有转动手柄或控制马达。
5.根据权利要求4所述的低NOx燃气燃烧器，其特征在于，所述第二位置调节机构包括通过轴承安装在主管体上的第二丝杆以及与外芯管相固定的第二丝杆螺母，所述第二丝杆端部设有转动手柄或控制马达。
6.一种低NOx燃气燃烧器的火焰调节方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一所述的低NOx燃气燃烧器，包括如下步骤：
步骤1，通过第一位置调节机构调节内芯管相对于主管体的轴向位置，来改变内芯管头部与主管体之间的间隙大小，实现火焰长度的调整；
步骤2，通过第二位置调节机构调节外芯管相对于主管体的轴向位置，来改变燃气分别进入主管体内腔和内芯管内腔的流量，实现火焰热点的调整。
7.根据权利要求6所述的低NOx燃气燃烧器的火焰调节方法，其特征在于，还包括步骤3，通过红外测温传感器检测的温度确认火焰热点位置是否在要求范围；如果热点位置合理则结束调整；如果热点位置不合理则重复步骤2。
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