CN111442275B - 一种大速差低氮氧化物高速烧嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大速差低氮氧化物高速烧嘴，设有烧嘴砖，空、燃气进气管，烧嘴壳体，燃气喷管，预燃室和配风盘；烧嘴砖内腔为燃烧室；在燃气喷管的圆管壁周布有一次进风通道，燃气喷管出口处有预燃室，预燃室靠燃气喷管的端部圆周布有二次进风通道，预燃室出口端侧面有配风盘，配风盘圆周方向上布有三次进风通道。本烧嘴采用三次进风结构和三次配风方式，采用预燃室排出的未完全燃烧烟气混合气与三次进风通道的助燃空气气流存在的大速差，使在预燃室出口处形成气流回流区，气流回流区保证了燃气稳定和完全的燃烧，降低了燃气燃烧过程中火焰的最高温度点，使炉窑的运行符合国标、企标低NOx排放要求。

Description

一种大速差低氮氧化物高速烧嘴
技术领域
本发明涉及一种部分预混式燃气窑炉烧嘴，具体地说是涉及一种大速差低氮氧化物高速烧嘴，属于燃烧设备技术领域。
背景技术
炉窑是工业生产中最常见的重要热工设备，各种烧嘴是其基本的单元，对于以煤气为燃料的焦炉、高炉、转炉等炉窑来说，燃烧生成的氮氧化物主要为燃料型和热力型NOx。对于以天然气为燃料的炉窑来说，由于天然气中氮及化合物含量较少，燃烧生成的NOx产物主要为热力型NOx；炉窑燃烧生成的NOx产物的量与温度有密切的关系，炉窑内温度越高，生成的NOx产物越多。目前国内应用的天然气烧嘴NOx排放量普遍较高，如有些地区锻造加热炉NOx排放量为2000mg/m3(8％含氧量)以上，是该行业标准规定的150mg/m3(8％含氧量)排放量的13倍以上。
随着国内外对环保要求的提高，我国对钢铁行业工业炉窑的NOx、SO2、粉尘等的排放标准日趋严格，低氮氧化物烧嘴的设计对冶金炉窑的节能减排更显得重要。国内有很多技术人员也都在大力开发低NOx排放量的各种烧嘴，如已有公开的部分预混交叉射流、助燃空气与烟气预混等结构的低NOx烧嘴专利技术，但炉窑中燃料燃烧生成的NOx实际排放量仍远大于国家标准，无法满足国家、行业标准规定的低NOx排放量的要求。为此，很有必要开发一种大速差低氮氧化物高速烧嘴，使用该高速烧嘴后不仅能使燃烧天然气时炉窑的炉温在1350℃时，NOx排放量也能小于150mg/m3，NOx排放满足国家、行业标准的要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术长期存在的冶金炉窑的燃烧装置NOX排放量高的问题，而提供一种结构简单，能保证燃料稳定燃烧、完全燃烧，达到窑炉运行节能降耗且符合国标、企标低NOx排放要求的大速差低氮氧化物高速烧嘴。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种大速差低氮氧化物高速烧嘴，设有烧嘴砖、烧嘴安装法兰、点火枪管、烧嘴壳体、空气进气管、燃气进气管、燃气喷管、预燃室、配风盘和烧嘴砖外筒；所述的烧嘴砖后部设有烧嘴砖外筒，烧嘴砖外筒通过螺栓与烧嘴壳体法兰B连接，烧嘴砖的内腔作为空、煤气的燃烧室，烧嘴砖内腔前端通过缩径形成烧嘴口；所述的烧嘴安装法兰固定在烧嘴砖外筒上，烧嘴安装法兰用于烧嘴与炉窑的外部结构相连；所述的点火枪管穿过烧嘴砖外筒、烧嘴砖与燃烧室连通；所述的烧嘴壳体内衬有壳体耐火保温材料，烧嘴壳体的一端固定在烧嘴壳体法兰B和烧嘴砖外筒中，且与烧嘴砖及燃烧室连接，另一端设有烧嘴壳体法兰A；烧嘴壳体一侧设有空气进气管，空气进气管一端设有空气进气管法兰；烧嘴壳体法兰A上通过螺栓固定有燃气进气管法兰，燃气进气管法兰用于固定燃气进气管；所述的燃气进气管一端插入烧嘴壳体内通过燃气喷管与预燃室连接，燃气喷管的圆管壁周布有一次进风通道，所述预燃室靠燃气喷管的端部圆周布有二次进风通道，预燃室出口端安装有配风盘，配风盘圆周方向上布有三次进风通道，三次进风通道与燃烧室连通。
所述的燃气进气管、燃气喷管、配风盘、烧嘴壳体与燃烧室同轴安装。
所述的点火枪管作为点火枪进入燃烧室点燃空、燃气混合气的通道。
所述的烧嘴壳体内衬有壳体耐火保温材料用于减少助燃空气预热后的热量损失。
所述的空气进气管与烧嘴壳体连接，助燃空气通过空气进气管进入烧嘴壳体，燃气通过燃气进气管经燃气喷管进入预燃室，进入烧嘴壳体中的助燃空气，其中10％以下的助燃空气经一次进风通道进入预燃室，有30％以下的助燃空气经一次、二次进风通道进入预燃室；剩余的助燃空气经配风盘的三次进风通道进入燃烧室；所述的燃气与经一、二次进风通道进入的助燃空气在预燃室内发生不完全燃烧，预燃室中不完全燃烧产生的烟气与空燃气的混合气流喷出速度为1～5m/s，经配风盘的三次进风通道进入的助燃空气喷出速度为15～50m/s，在预燃室出口处预燃室喷出的烟气、混合气和经三次进风通道喷出的助燃空气存在大流速差，使预燃室出口处形成气流回流区，气流回流区强化燃气与空气的混合，提高了燃烧燃烬度，保证了燃料在烧嘴内完全燃烧和稳定燃烧。
本发明的大速差低氮氧化物高速烧嘴与现有的技术相比具有的优点是：
⑴、本发明的大速差低氮氧化物高速烧嘴通过一～三次进风通道，以三级配风的方式使助燃空气与燃气先在预燃室进行了一次燃烧，之后预燃室排出的不完全燃烧产生的烟气与空燃气混合气与从三次进风通道进入的助燃空气汇合，由于预燃室喷出的混合气的流速与三次进风通道喷出的助燃空气的流速存在大的速度差，使在预燃室出口处形成气流回流区，强化了空、燃气的混合，降低了空、燃气在烧嘴内混合燃烧过程中火焰的最高温度点，从而降低了燃烧过程中氮氧化物的产生。
⑵、本发明的大速差低氮氧化物高速烧嘴结构简单，使用寿命长，适合在各种以燃气为燃料的炉窑上使用，使用本发明的高速烧嘴，可使炉窑运行时即使炉窑的炉温达1350℃，仍可保证NOx排放量低于150mg/Nm3(8％含氧量)，满足国家、行业标准的炉窑的NOX排放量小于150mg/m3的要求。
附图说明
图1为本发明的大速差低氮氧化物高速烧嘴结构示意图。
图中：1—烧嘴砖；2—烧嘴安装法兰；3—点火枪管；4—空气进气管法兰；5—空气进气管；6—烧嘴壳体；7—烧嘴壳体法兰A；8—燃气进气管法兰；9—燃气进气管；10—燃气喷管；11—一次进风通道；12—二次进风通道；13—预燃室；14—烧嘴壳体法兰B；15—配风盘；16—三次进风通道；17—烧嘴砖外筒；18—燃烧室；19—烧嘴口；20-壳体耐火保温材料。
具体实施方式
下面结合附图对本发明大速差低氮氧化物高速烧嘴作进一步详细的描述，但本发明的实施不限于此。
实施例1：本发明提供一种大速差低氮氧化物高速烧嘴，其结构如图1所示，本实施例的高速烧嘴用于取向硅钢高温隧道式热处理炉，使用燃料为天然气。本高速烧嘴设有烧嘴砖1、烧嘴安装法兰2、点火枪管3、空气进气管法兰4、空气进气管5、烧嘴壳体6、烧嘴壳体法兰A7、燃气进气管法兰8、燃气进气管9、燃气喷管10、烧嘴壳体法兰B14、配风盘15和烧嘴砖外筒17；所述的烧嘴砖后部设有烧嘴砖外筒，烧嘴砖外筒通过螺栓与烧嘴壳体法兰B连接，烧嘴砖的内腔作为空、燃气的燃烧室18，烧嘴砖内腔前端通过缩径形成烧嘴口19；所述的烧嘴安装法兰2固定在烧嘴砖外筒17上，烧嘴安装法兰用于将烧嘴固定在炉窑的结构上；所述的点火枪管3穿过烧嘴砖外筒、烧嘴砖与燃烧室18连通；所述的点火枪管3作为点火枪进入燃烧室18点燃空、燃气混合气的通道，也即点火枪通过点火枪管3进入燃烧室18点燃空、燃气混合气。
所述的烧嘴壳体6内衬有壳体耐火保温材料20，壳体耐火保温材料用于减少助燃空气预热后的热量损失。烧嘴壳体一端固定在烧嘴壳体法兰B14和烧嘴砖外筒上，且与烧嘴砖1及燃烧室18连接，烧嘴壳体的另一端设有烧嘴壳体法兰A7，烧嘴壳体法兰A通过螺栓固定燃气进气管法兰8；烧嘴壳体一侧设有空气进气管5，空气进气管一端设有空气进气管法兰4；所述的燃气进气管9一端插入烧嘴壳体内通过燃气喷管10与空燃气的预燃室13连接，燃气喷管的圆管壁周布有一次进风通道11，所述预燃室靠燃气喷管的端部圆周布置有二次进风通道12，预燃室出口端安装有配风盘15，配风盘圆周方向上布置有三次进风通道16，三次进风通道与燃烧室18连通。
所述的燃气进气管9、燃气喷管10、配风盘15、烧嘴壳体6与燃烧室18同轴安装。
所述的空气进气管5与烧嘴壳体6连接，在本实施例中助燃空气通过空气进气管5进入烧嘴壳体，通过燃气进气管9的天然气经燃气喷管10进入预燃室13；进入烧嘴壳体中的助燃空气，其中有7％的助燃空气经一次进风通道11进入预燃室，有20％的空气经二次进风通道12进入预燃室；剩余的助燃空气经配风盘15的三次进风通道16喷入燃烧室18；所述的天然气与经一、二次进风通道进入的助燃空气在预燃室13内发生不完全燃烧，不完全燃烧产生的烟气与空燃气混合气流喷出的速度为1～3m/s，经配风盘的三次进风通道16喷出的助燃空气的流速为15～32m/s，这里混合气、助燃空气的流速范围随烧嘴负荷变化而变化，因此，预燃室内喷出的不完全燃烧产生的混合气与经配风盘的三次进风通道喷入的助燃空气存在14～29m/s的流速差，在预燃室出口处形成较大的气流回流区；气流回流区强化天然气与空气的混合，提高了燃烧的燃烬度，保证了燃料在烧嘴内完全燃烧和稳定燃烧。使用本实施例的高速烧嘴使炉窑的炉温达1350℃时，仍可保证NOx排放量小于80mg/Nm3(8％含氧量)，且达到窑炉节能降耗和符合国家、行业标准的低NOx排放量要求。
实施例2：本发明提供一种大速差低氮氧化物高速烧嘴，本实施例的高速烧嘴用于无缝钢管热处理炉，使用燃料为焦炉煤气。本实施例的高速烧嘴其结构与实施例1相同，不同的只是使用时进入烧嘴壳体中的助燃空气其中3％的助燃空气经一次进风通道11进入预燃室，有25％的助燃空气经二次进风通道12进入预燃室；剩余的助燃空气经配风盘15的三次进风通道16进入燃烧室18；所述的焦炉煤气与经一、二次进风通道进入的助燃空气在预燃室13内发生不完全燃烧，不完全燃烧产生的烟气与空燃气混合后喷出的流速为3～5m/s，经配风盘的三次进风通道喷出的助燃空气的流速为30～50m/s，流速范围随烧嘴负荷变化而变化，因此，预燃室内喷出的不完全燃烧产生的混合气与经配风盘的三次进风通道喷出的助燃空气存在约27～45m/s的流速差，在预燃室出口处形成较大的回流区；气流回流区用于保证燃料在烧嘴内完全燃烧和稳定燃烧。使用本实施例的高速烧嘴使炉窑的炉温达1150℃时，NOx排放量为60mg/Nm3(8％含氧量)，达到窑炉节能降耗和符合国家、行业标准的低NOx排放量要求。
本发明的高速烧嘴结构简单，通过三次进风结构，采用三次配风方式，使预燃室喷出的未完全燃烧的烟气的混合气与三次进风通道喷出的助燃空气之间的流速存在大速差，在预燃室出口处形成的大速差造出气流回流区，保证了燃料稳定燃烧和完全燃烧，还能充分利用烟气余热，达到窑炉节能和减排符合国家、行业标准的低NOx排放量要求。

Claims (3)

1.一种大速差低氮氧化物高速烧嘴，设有烧嘴砖、烧嘴安装法兰、点火枪管、烧嘴壳体、空气进气管、燃气进气管、燃气喷管、预燃室、配风盘和烧嘴砖外筒，所述的烧嘴砖内腔前端通过缩径形成烧嘴口；其特征在于：所述的烧嘴砖后部设有烧嘴砖外筒，烧嘴砖外筒通过螺栓与烧嘴壳体法兰B连接，烧嘴砖的内腔作为空、燃气的燃烧室；所述的烧嘴安装法兰固定在烧嘴砖外筒上，烧嘴安装法兰用于烧嘴与炉窑的外部结构相连；所述的点火枪管穿过烧嘴砖外筒、烧嘴砖与燃烧室连通；所述的烧嘴壳体内衬有壳体耐火保温材料，烧嘴壳体的一端固定在烧嘴壳体法兰B和烧嘴砖外筒中，且与烧嘴砖及燃烧室连接，另一端设有烧嘴壳体法兰A；烧嘴壳体一侧设有空气进气管，空气进气管一端设有空气进气管法兰；烧嘴壳体法兰A上通过螺栓固定有燃气进气管法兰，燃气进气管法兰用于固定燃气进气管；所述的燃气进气管一端插入烧嘴壳体内通过燃气喷管与预燃室连接，燃气喷管的圆管壁周布有一次进风通道，所述预燃室靠燃气喷管的端部圆周布有二次进风通道，预燃室出口端安装有配风盘，配风盘圆周方向上布有三次进风通道，三次进风通道与燃烧室连通；
所述的燃气进气管、燃气喷管、配风盘、烧嘴壳体与燃烧室同轴安装；
所述的空气进气管与烧嘴壳体连接，助燃空气通过空气进气管进入烧嘴壳体，燃气通过燃气进气管经燃气喷管进入预燃室，进入烧嘴壳体中的助燃空气，其中10％以下的助燃空气经一次进风通道进入预燃室，有30％以下的助燃空气经一次、二次进风通道进入预燃室；剩余的助燃空气经配风盘的三次进风通道进入燃烧室；所述的燃气与经一、二次进风通道进入的助燃空气在预燃室内发生不完全燃烧，预燃室中不完全燃烧产生的烟气与空燃气的混合气流喷出速度为1～5m/s，经配风盘的三次进风通道进入的助燃空气喷出速度为15～50m/s，在预燃室出口处预燃室喷出的烟气、混合气和经三次进风通道喷出的助燃空气存在大流速差，使预燃室出口处形成气流回流区，气流回流区强化燃气与空气的混合，提高了燃烧燃烬度，保证了燃料在烧嘴内完全燃烧和稳定燃烧。
2.根据权利要求1所述的大速差低氮氧化物高速烧嘴，其特征在于：所述的点火枪管作为点火枪进入燃烧室点燃空、燃气混合气的通道。
3.根据权利要求1所述的大速差低氮氧化物高速烧嘴，其特征在于：所述的烧嘴壳体内衬有壳体耐火保温材料用于减少助燃空气预热后的热量损失。
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