CN111649323B - 一种低氮型平焰燃烧器及其应用 - Google Patents

一种低氮型平焰燃烧器及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种冶金、机械行业工业炉窑的平焰燃烧器，具体涉及一种低氮型平焰燃烧器及其应用。所述燃烧器包括烧嘴砖(1)，配风体(2)和空气旋流器(3)，其中，所述配风体(2)设置于所述烧嘴砖(1)的上方；所述空气旋流器(3)位于所述配风体(2)的中心出风口，所述空气旋流器(3)位于所述烧嘴砖(1)的中心进风口处；所述配风体(2)的中心出风口与所述烧嘴砖(1)的中心进风口相连通。本发明提供的低氮型平焰燃烧器改变了常规的燃烧方式带来的问题，燃烧效率大大提高；该燃烧器采用分级燃烧的方式，包括空气分级和燃料分级，使得燃烧更加完全，并使有害物质NOx物排放大大降低。

Description

一种低氮型平焰燃烧器及其应用
技术领域
本发明涉及一种冶金、机械行业工业炉窑的平焰燃烧器，具体涉及一种低氮型平焰燃烧器及其应用。
背景技术
目前，公知的国内工业炉窑多采用常规平焰燃烧器及相配套的燃烧系统对炉内进行加热，形式多为炉顶位置分布，而常规平焰燃烧器与炉侧调焰燃烧器组合多被应用到钢厂加热炉，尤其是炉较宽的炉型，炉顶中间位置一般为炉侧调焰燃烧器无法达到的空间，而这些加热盲区正好可以采用炉顶平焰燃烧器，被用来弥补加热空白，都是国内外已经比较成熟和实用的燃烧器分配与应用方法。
常规平焰燃烧器结构简单，加工简单；形式多采用燃料喷射装置在燃烧器的轴线中心位置，配风系统在燃料喷射装置的外围包裹，火焰通过烧嘴砖内壁向四周扩散这一形式。其特点是炉顶管路布置简单，火焰形状好，加热均匀，火焰温度较高。缺点是火焰温度集中，NOx排放较高。
常规平焰燃烧器以其成熟的性能已被行业所接受并广泛应用在加热炉顶位置。随着国家对工业炉窑NOx排放的重视，制定了越来越严苛的排放指标，低氮型平焰燃烧器慢慢将代替现有的常规平焰燃烧器。目前可有效降低NOx化物排放的技术有空气分级、燃料分级、烟气循环、浓淡燃烧、低氧燃烧等。
发明内容
本发明所解决的技术问题是：随着国家对工业炉窑NOx排放的重视，排放指标愈加严格，现有技术中所用传统型平焰燃烧器已不能满足高效、环保的要求，低氮型平焰燃烧器将取代常规型平焰燃烧器。
本发明针对现有技术的不足，以及为了能更好地拓展低氮燃烧技术，提供开发了一种利用分级燃烧技术的低氮型平焰燃烧器。本发明所提供的燃烧器不仅具备常规平焰燃烧器实际使用效果，而且具备NOx物排放低的特点。
其中，(1)利用空气分级原理对燃烧器的空气通道结构进行全新设计；
(2)利用燃料分级原理，采用多组燃料喷枪斜插入烧嘴砖且相互切向分布形式。
具体来说，本发明提供了如下技术方案：
一种低氮平焰燃烧器，其中，所述燃烧器包括烧嘴砖1，配风体2和空气旋流器3，其中，
所述配风体2设置于所述烧嘴砖1的上方；
所述空气旋流器3位于所述配风体2的中心出风口，所述空气旋流器3位于所述烧嘴砖1的中心进风口处；
所述配风体2的中心出风口与所述烧嘴砖1的中心进风口相连通。
可选地，对于所述的燃烧器，其中，空气由外部进入到燃烧器的内部，被分离成一次空气通道和二次空气通道两个通道，最终从两个不同位置喷出；
其中，所述一次空气通道包括：配风体2、烧嘴砖1和空气旋流器3；
所述二次空气通道包括：配风体2和烧嘴砖1；
所述烧嘴砖1内部设置有二次空气喷孔6。
可选地，对于所述的燃烧器，其中，所述烧嘴砖1设有燃料喷枪4和/或点火枪5插入；优选所述燃料喷枪4和/或点火枪5通过所述烧嘴砖1上设置的斜插孔进行插入，且所述斜插孔与所述烧嘴砖(1)的中心线不平行；优选所述烧嘴砖1内部为上窄下宽的喇叭型扩口，进一步优选所述扩口的锥角度为5度。
可选地，对于所述的燃烧器，其中，所述燃料喷枪4和所述点火枪5，与所述烧嘴砖的中心线的角度分别为α和β；
优选α和β分别为35°,25°。
可选地，对于所述的燃烧器，其中，所述燃料喷枪4的个数为一个或两个以上；
优选当个数为2个以上时，所述燃料喷枪4沿所述烧嘴砖1的内壁，在同一平面上切向分布；进一步优选成圆盘形状向外扩张。
一种以上任一段所述的低氮平焰燃烧器的使用方法，包括下述步骤：
A.助燃空气进入燃烧器后被分为一次空气和二次空气，其中，一次空气从空气旋流器3四周孔切向进入燃烧器中心形成一次旋流空气，气体呈旋流状喷出；
B.燃料喷枪4从烧嘴砖的斜孔位置喷射出燃料，与步骤A中的气体汇合，汇合后的气体通过点火枪5点火后进行不完全燃烧，并且燃烧后形成的混合气流沿烧嘴砖1的喇叭型扩口附壁伸展，进入工业炉内；
D.二次空气从烧嘴砖1上的二次空气喷孔6喷出，与步骤B中的混合气体在工业炉内交汇后，混合气流中未燃烬的燃料进行二次燃烧。
可选地，对于所述的方法，其中，步骤A中助燃空气的流量为：240-6000Nm3/h；
优选地，步骤B中燃料喷枪4中燃气的流量为：20Nm3/h-500Nm3/h；或步骤B中燃料喷枪4中燃料的流量为：20kg/h-500kg/h。
可选地，对于所述的方法，其中，，步骤A中一次空气在助燃空气中的体积比为：30-40％，优选为35％。
可选地，对于所述的方法，其中，步骤D二次燃烧后，NOx物相比于原始排放量降低了25-35％，优选为30％。
以上任一段所述的燃烧器，以上任一段所述的使用方法在黑色冶金行业、机械热处理行业的工业加热炉及热处理炉方面的应用。
本发明有益效果:
(1)改变了常规的燃烧方式带来的问题，燃烧效率大大提高；
(2)采用分级燃烧弹方式，使得燃烧更加完全，有害物质NOx物排放大大降低。
附图说明
图1为本发明提供的低氮型平焰燃烧器空气分级构示意图，其中：(1)烧嘴砖，(2)配风体，(3)空气旋流器，(6)二次空气喷孔；
图2为本发明提供的低氮型平焰燃烧器燃料分级结构示意图，其中：(1)烧嘴砖，(4)燃料喷枪，(5)点火枪；
图3为本发明提供的低氮型平焰燃烧器中多个燃料喷头的排列方式结构示意图，其中：(1)烧嘴砖，(4)燃料喷枪。
具体实施方式
本发明旨在提供一种能够实现炉顶位置的高效环保的平焰燃烧器，所述燃烧器采用的原理为空气分级、燃料分级燃烧技术来降低NOx的排放，实现低NOx排放燃烧效果，改变了常规的燃烧方式带来的问题，燃烧效率大大提高，NOx物排放大大降低。
在本发明的一个优选实施方案中，提供了一种低氮平焰燃烧器，其包括烧嘴砖1、配风体2和空气旋流器3三个主要部件。
所述烧嘴砖是指：燃烧装置的重要组成部分。烧嘴也叫燃烧器，是工业燃料炉上用的燃烧装置的俗称，可理解为“烧火的喷嘴”的简称。通常指的是燃烧装置本体部分，有燃料入口、空气入口和喷出孔，起到分配燃料和助燃空气并以一定方式喷出后燃烧的作用。
所述配风体是指：配风体的作用是对燃油/燃油供给适量的空气，并形成有利的空气动力场，使空气能与油雾充分混合，达到及时着火，充分燃尽的目的。
空气旋流器：将进入燃烧器内部的气体形成旋流空气后进入烧嘴砖内，并与烧嘴砖内的燃料混合，通过空气旋流器可以使空气与燃料混合更加均匀。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供的低氮平焰燃烧器中的烧嘴砖1与配风体2均各自配有安装法兰，并用螺栓螺母紧密连接。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供的低氮平焰燃烧器中燃料喷枪4与点火枪5斜插在烧嘴砖1里。α、β两个夹角分别为燃料喷枪喷射方向与燃烧器中心线的夹角，这两个夹角数值可调，可以避免燃料同时在一个区间与空气混合，避免了燃烧过于集中，从而避免燃烧温度峰值过高，抑制了NOx物的形成。多组燃料喷枪进行切向分布，使火焰沿烧嘴砖内壁向外扩散。
在本发明的一个实施方案中，所述燃料喷枪4为多支、多角度喷射，可以使燃料分布范围加大，避免燃料过于集中，造成温度聚集。
在本发明的一个实施方案中，所述燃料喷枪喷射4方向与烧嘴砖1中心轴线成切向分布，可实现旋转的圆盘形状，使火焰沿烧嘴砖1的内壁向外扩散，以满足圆盘形火焰的工艺要求。
在一个具体实施方案中，本发明所提供的低氮平焰燃烧器置于放置于工业窑炉炉顶部。
下面通过实施例来具体说明本发明提供的平焰燃烧器及其对于NOx物排放量的降低效果。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围，基于本发明中具体实施方法，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下获得的所有其他实施方式，都属于本发明的保护范围。
实施例
实施例1
如图1所示：本发明提供的一种低氮平焰燃烧器，所述低氮型平焰燃烧器由烧嘴砖1、配风体2和空气旋流器3三个主要部件组成。
可选地，所述烧嘴砖1与所述配风体2各配有安装法兰，并用螺栓螺母紧密连接。
在本发明提供的一种低氮平焰燃烧器中，配风体2设置于所述烧嘴砖1的上方；空气旋流器3位于配风体2内部。
可选地，空气旋流器3设置于配风体2的中心出风口，空气旋流器3设置于烧嘴砖的中心进风口；且配风体2的中心出风口和烧嘴砖1的中心进风口相连通。
可选地，空气旋流器3与所述烧嘴砖1进风口的中心孔位对齐。
可选地，所述空气旋流器3与配风体2通过螺栓螺母连接紧密。
在本发明提供的一种低氮平焰燃烧器中，空气由外部进入到燃烧器内部时，被分离成一次空气通道和二次空气通道两个通道，最终从两个不同位置空间喷出，其中，所述一次空气通道包含的部件有：配风体2、烧嘴砖1和空气旋流器3；
所述二次空气通道包含的部件有：配风体2和烧嘴砖1，其中，所述烧嘴砖1内部设置有二次空气喷孔6。参见图1，其中一次空气在烧嘴砖内与燃料混合燃烧后得到的混合气体沿着烧嘴砖1的内部扩口的内壁向下扩展，最终与通过二次空气喷孔6喷出的二次空气在燃烧器的底端汇合后进行二次燃烧。在本实施例中，二次空气喷孔6设置个数为2个，本领域技术人员也可以根据具体应用情况增加或减少二次空气喷孔的个数。
在本实施例中，烧嘴砖1内部扩口的锥角度为5度。
在本发明提供的一种低氮平焰燃烧器中，如图2所示：燃料喷枪4与点火枪5通过烧嘴砖1侧壁上的插孔斜插进入烧嘴砖1中。所述燃料喷枪4和所述点火枪5，与所述烧嘴砖的中心线的角度分别成α和β。在本实施例中，α、β两个夹角分别为35°和25°。
如图3所示，在本发明提供的一种低氮平焰燃烧器中，多个燃料喷枪沿所述烧嘴砖1的内壁，在同一平面上切向分布成圆盘形状，并向外扩张。
本发明提供的燃烧器，通过多组燃料喷枪进行切向分布，使火焰沿烧嘴砖内壁向外扩散，可以在一次空气与燃料的燃烧过程中，使得燃料与空气能够混合更加均匀，提高燃烧效率。同时，通过特定排列的燃料喷枪，多支、多角度喷射，可以使燃料分布范围加大，避免燃料过于集中，造成温度聚集。
在本实施例中，燃料喷枪的个数为6个。
在本发明中，通过配置不同的一次空气通道和二次空气通道，对空气进行分级；并在燃料与一次空气燃烧过程中控制为不完全燃烧，将不完全燃烧得到的混合气体与二次空气混合后进行二次燃烧(即燃料分级)，可以以较少的能源得到最高的燃烧效率，且通过二次的燃烧过程，大大降低的氮化物(NOx)的排放量，达到了低氮燃烧的效果。
实施例2
采用实施例1提供的低氮平焰燃烧器，本发明还提供了一种低氮平焰燃烧器的使用方法，具体包括：
当空气进入燃烧器后被分为一次空气和二次空气，一次空气从空气旋流器3四周孔切向进入燃烧器中心形成一次旋流空气，沿烧嘴砖1喇叭型扩口附壁伸展。二次空气从烧嘴砖1上的二次空气喷孔6喷出，与一次空气在炉内交汇。
其中，一次空气经过燃烧器中心空气旋流器3后呈旋流状喷出，通过与多组燃料喷枪4从烧嘴砖内的斜孔位置喷射出的燃料混合燃烧，由于一次空气量不能完全满足燃料燃烧的需要，抑制了中心混合区域高温聚集，同时，形成还原性气氛，抑制NOX的生成，与锻件接触的烟气也易于形成还原性气氛，减少氧化物的生成；
部分燃料燃烧产生的烟气与未燃燃料形成的混合气流随着喇叭口附壁伸展，与二次空气在烧嘴砖1的扩口末端交汇时，未燃烬的燃料继续充分燃烧。
本发明通过空气分级以及燃料分级两种方式的结合，使得燃料与空气的燃烧效率大大提高，因此NOx物排放大大降低。
可选地，步骤A中助燃空气的流量为：240-6000Nm3/h；
步骤B中燃料喷枪(4)中燃气的流量为：20Nm3/h-500Nm3/h；或步骤B中燃料喷枪(4)中燃料的流量为：20kg/h-500kg/h。
其中，步骤A中一次空气在助燃空气中的体积比为：30-40％，优选为35％。
为了验证本发明提供的平焰燃烧器的性能，对于上述平焰燃烧器，考察燃气流量在20-500Nm3/h，助燃空气在240-6000m3/h之间变化时，燃烧后氮氧化物废气的排放量，以及与普通商购平焰燃烧器燃烧后氮氧化物废气的排放量的对比，具体测试结果如下表1所示。
表1不同燃气流量燃烧产物员成分的试验结果表
Figure SMS_1
另外进行对照组：采用普通商购平焰燃烧器进行燃烧，条件：燃气流量150Nm3，助燃空气流量180m3/h，平均氮氧化物排放量(折算氧含量3.5％)为200mg/Nm3左右。
由上表可以看出，在不同空气流量、燃气或燃料流量，以及不同燃料喷枪个数条件下，通过本发明提供的燃烧器进行燃烧后，氮氧化物排放量(折算氧含量3.5％)为95-108mg/Nm3左右，而采用普通平焰燃烧器进行相同条件(燃气流量150Nm3，助燃空气流量180m3/h)的燃烧后，氮氧化物排放量(折算氧含量3.5％)为200mg/Nm3左右，可以看出，本发明提供的燃烧器可有效降低NOx排放。
以上是结合附图对本发明进行的详细介绍，本文中应用具体实施方案对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施方案的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域技术人员，依据本发明的思想和原理，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，这些改变均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种低氮平焰燃烧器的使用方法，其特征在于，所述燃烧器包括烧嘴砖(1)，配风体(2)和空气旋流器(3)，空气由外部进入到燃烧器的内部，被分离成一次空气通道和二次空气通道两个通道，最终从两个不同位置喷出；其中，
所述配风体(2)设置于所述烧嘴砖(1)的上方；
所述空气旋流器(3)位于所述配风体(2)的中心出风口，所述空气旋流器(3)位于所述烧嘴砖(1)的中心进风口处；
所述配风体(2)的中心出风口与所述烧嘴砖(1)的中心进风口相连通；
所述一次空气通道包括：配风体(2)、烧嘴砖(1)和空气旋流器(3)；
所述二次空气通道包括：配风体(2)和烧嘴砖(1)；
所述烧嘴砖(1)内部设置有二次空气喷孔(6)；
所述烧嘴砖(1)设有燃料喷枪(4)和/或点火枪(5)插入；
所述燃料喷枪(4)和所述点火枪(5)，与所述烧嘴砖的中心线的角度分别为α和β；α和β分别为35°,25°；
该低氮平焰燃烧器的使用方法包括下述步骤：
A.助燃空气进入燃烧器后被分为一次空气和二次空气，其中，一次空气从空气旋流器(3)四周孔切向进入燃烧器中心形成一次旋流空气，气体呈旋流状喷出；
B.燃料喷枪(4)从烧嘴砖的斜孔位置喷射出燃料，与步骤A中的气体汇合，汇合后的气体通过点火枪(5)点火后进行不完全燃烧，并且燃烧后形成的混合气流沿烧嘴砖(1)的喇叭型扩口附壁伸展，进入工业炉内；
C.二次空气从烧嘴砖(1)上的二次空气喷孔(6)喷出，与步骤B中的混合气体在工业炉内交汇后，混合气流中未燃烬的燃料进行二次燃烧。
2.根据权利要求1所述的使用方法，其中，所述燃料喷枪(4)和/或点火枪(5)通过所述烧嘴砖(1)上设置的斜插孔进行插入，且所述斜插孔与所述烧嘴砖(1)的中心线不平行。
3.根据权利要求1所述的使用方法，其中，所述烧嘴砖(1)内部为上窄下宽的喇叭型扩口。
4.根据权利要求3所述的使用方法，其中，所述扩口的锥角度为5度。
5.根据权利要求1所述的使用方法，其中，所述燃料喷枪(4)的个数为一个或两个以上。
6.根据权利要求5所述的使用方法，其中，当个数为2个以上时，所述燃料喷枪(4)沿所述烧嘴砖(1)的内壁，在同一平面上切向分布。
7.根据权利要求6所述的使用方法，其中，所述切向分布成圆盘形状向外扩张。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的使用方法，其中，步骤A中助燃空气的流量为：240-6000Nm3/h。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的使用方法，其中，步骤B中燃料喷枪(4)中燃气的流量为：20Nm3/h-500Nm3/h；或步骤B中燃料喷枪(4)中燃料的流量为：20kg/h-500kg/h。
10.根据权利要求8所述的使用方法，其中，步骤B中燃料喷枪(4)中燃气的流量为：20Nm3/h-500Nm3/h；或步骤B中燃料喷枪(4)中燃料的流量为：20kg/h-500kg/h。
11.根据权利要求1-7中任一项所述的使用方法，其中，步骤A中一次空气在助燃空气中的体积比为：30-40％。
12.根据权利要求1-7中任一项所述的使用方法，其中，步骤A中一次空气在助燃空气中的体积比为35％。
13.根据权利要求8所述的使用方法，其中，步骤A中一次空气在助燃空气中的体积比为：30-40％。
14.根据权利要求9所述的使用方法，其中，步骤A中一次空气在助燃空气中的体积比为：30-40％。
15.根据权利要求1-7中任一项所述的使用方法，其中，步骤C二次燃烧后，NOx物相比于原始排放量降低了25-35％。
16.根据权利要求1-7中任一项所述的使用方法，其中，步骤C二次燃烧后，NOx物相比于原始排放量降低了30％。
17.根据权利要求8所述的使用方法，其中，步骤C二次燃烧后，NOx物相比于原始排放量降低了25-35％。
18.根据权利要求9所述的使用方法，其中，步骤C二次燃烧后，NOx物相比于原始排放量降低了25-35％。
19.根据权利要求11所述的使用方法，其中，步骤C二次燃烧后，NOx物相比于原始排放量降低了25-35％。
20.权利要求1-19中任一项所述的使用方法在黑色冶金行业、机械热处理行业的工业加热炉及热处理炉方面的应用。
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