CN112664931A - 一种低氮燃气烧嘴及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种低氮燃气烧嘴及其使用方法，包括燃气进口管道、空气进口管道、中心管道、燃气管道、内燃烧室、混合器、内燃烧通道、二次风管道、烟气回收通道、固定风套、风口、分隔板、旋流器、背板、固定圈、定位螺钉、内烧嘴砖和烧嘴外壳。采用分隔板开合度来调节一、二次风比例，因此不拆卸烧嘴也能调节一、二次助燃空气的比例，控制更为精准，操作极为方便简单；通过分隔板开合度来调节一、二次风比例，来改变燃气与一次空气的混合条件，实现烧嘴热负荷不变条件下调节到所需火焰形状。通过在二次风管道出口端设置混合器加强了一次风与燃气的混合，使得火焰的稳定性更佳。通过烟气回收管道将头部卷吸的烟气进行再循环，降低了氮氧化物的排放。

Description

一种低氮燃气烧嘴及其使用方法

技术领域

本发明属于工业炉热工技术领域，同时涉及气体燃烧及传质、传热应用技术领域；具体 涉及一种低氮燃气烧嘴及其使用方法。

背景技术

能源紧缺与环境污染问题始终是当今世界所面临的两大问题,随着经济发展，我国各项环 保要求日趋严格。不仅对其氮氧化物排放浓度做了更严格的要求，还对其排放总量提出了要 求。其中氮氧化物排放限值为不得大于50mg/m³。目前常用低氮燃烧技术有空气分级和烟气 再循环技术。空气分级燃烧是美国在20世纪50年代提出的，将空气分两次通入，形成两级 燃烧。一次空气与燃料在锅炉入口附近的着火区进行局部富燃料燃烧，仅生成少量氮氧化物。 通过推迟二次空气的混入，进而降低锅炉内温度，较大程度地抑制了热力型NO_x的生成。烟 气再循环的本质则是通过将燃烧产出的烟气重新引入燃烧区域，实现对燃烧温度氧化物浓度 的控制，从而实现降低氮氧化物的排放和节约能源的效果。

本发明的目的是提供一种低氮燃气烧嘴及其使用方法，该烧嘴主要解决传统燃气锅炉针 对低热值燃气时火焰不能稳定燃烧，或是火焰稳定时不能满足氮氧化物的排放标准的技术难 题。

发明内容

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低氮燃气烧嘴，包括燃气进口管道、空气进口管道、中心管道、燃气管道、内燃烧 室、混合器、内燃烧通道、二次风管道、烟气回收通道、固定风套、风口、分隔板、旋流器、背板、固定圈、定位螺钉、内烧嘴砖和烧嘴外壳；

所述燃气进口管道通过法兰与燃气管道相连，燃气管道左端封闭，在燃气管道的管内同 轴设置一两端封闭的中心管道，所述空气进口管道与烧嘴外壳相连，烧嘴外壳左侧与套装在 燃气管道外圆上的背板连接固定，右侧内腔同轴套装有内烧嘴砖，且烧嘴外壳外表面与烧嘴 外壳外表面紧贴，内烧嘴砖中心处开有内燃烧室和内燃烧通道，且内燃烧室和内燃烧通道连 通，在内燃烧室的内壁安装有混合器，在内烧嘴砖上还开设有二次风管道和烟气回收通道， 二次风管道的出口处设置有旋流器，所述燃气管道出口端延伸至内烧嘴砖的内燃烧室内，燃 烧管道外圆同轴套装有固定风套，固定风套位于背板和内烧嘴砖之间，固定风套的左端紧靠 背板，且由固定圈内定位螺钉固定于燃气管道外圆上，右端通过法兰及螺钉固定在烧嘴外壳 上，固定风套上设有风口，空气导入后，部分空气通过风口进入，形成一次助燃风，固定风 套右端设置有与二次风管道连通的通孔，且在通孔处转动安装有位于二次风管道入口处的分 隔板，通过调节分隔板的开合程度来改变一、二次风比例。

所述二次风管道和烟气回收通道均为环状，且烟气回收通道位于二次风管道外侧，烟气 回收通道由沿轴向设置的环状孔和沿径向设置的径向孔组成，环状孔孔底与径向孔连通，烟 气回收通道与燃气管道进口端连接。

所述燃气管道出口端开设有3～5mm的喷孔。

一种低氮燃气烧嘴的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，首先制备低氮燃气烧嘴的组成部件，根据热负荷的大小，制作燃气进口管道、 空气进口管道、中心管道、燃气通道、混合器、旋流器、固定风套、分隔板、定位螺钉、背板、内烧嘴砖和烧嘴外壳；其次将各个组成部件组成到一起，组成低氮燃气烧嘴；最后将低氮燃气烧嘴安装在燃烧器上；

步骤2，燃气由燃气进口管道进入烧嘴，助燃空气通过空气进口管道进入烧嘴，进入空 气进口管道的一部分助燃空气按分隔板开合比例通过风口进入固定风套，这部分空气构成烧 嘴的一次助燃空气，并与和燃气管道尾部的喷口喷出的燃气一起喷入内燃烧室，在内燃烧室 内点火燃烧，未燃的气体经过混合器时速度减缓并充分混合，使火焰更加稳定的喷出内燃烧 通道进入炉膛；进入空气进口管道的另一部分助燃空气通过二次风管道，在旋流器的作用下 旋转喷入炉膛；这部分助燃空气与通过混合器混合后未燃的混合气体形成湍流扩散，并在炉 膛内完成整个燃烧过程；由于炉膛内的卷吸作用形成负压，一部分回流烟气从烟气回收通道 流出进行二次使用，通过调整分隔板的开合度来调节一、二次助燃空气的比例、通过混合器 增加空气和燃气的混合度、通过烟气回管道回收一部分烟气使燃气燃烧更具稳定性的同时也 减少了氮氧化物的排放。

本发明的技术效果为：

1)采用分隔板开合度来调节一、二次风比例，因此不拆卸烧嘴也能调节一、二次助燃空 气的比例，控制更为精准，操作极为方便简单；通过分隔板开合度来调节一、二次风比例， 来改变燃气与一次空气的混合条件，实现烧嘴热负荷不变条件下调节到所需火焰形状。

2)通过在二次风管道出口端设置混合器加强了一次风与燃气的混合，使得火焰的稳定性 更佳。

3)通过空气进口管道的空气由分隔板开合度来调节一、二次风比例，一定比例的一次风 先由固定风套喷出并与燃气在内燃烧室燃烧，剩余混合燃气通过内燃烧通道喷出后再与二次 风进行混合燃烧，以此实现分级燃烧，从而消除了火焰中的局部高温区，火焰刚性好，燃烧 产物中氮氧化物排放量可大为减少。

4)通过烟气回收管道将头部卷吸的烟气进行再循环，降低了燃烧温度、氧气浓度，进而 降低了氮氧化物的排放，同时使燃气烧嘴的燃烧更加稳定。

附图说明

图1本发明低氮燃气烧嘴结构示意图；

图2本发明低氮燃气烧嘴的内烧嘴砖部分侧视图；

1-燃气进口管道，2-空气进口管道，3-中心管道，4-燃气管道，5-内燃烧室，6-混合器， 7-内燃烧通道，8-二次风管道，9-烟气回收通道，10-固定风套，11-风口，12-分隔板，13-旋 流器，14-背板，15-固定圈，16-定位螺钉，17-内烧嘴砖，18-烧嘴外壳。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

如图1和图2所示，一种低氮燃气烧嘴，包括燃气进口管道1、空气进口管道2、中心管 道3、燃气管道4、内燃烧室5、混合器6、内燃烧通道7、二次风管道8、烟气回收通道9、 固定风套10、风口11、分隔板12、旋流器13、背板14、固定圈15、定位螺钉16、内烧嘴 砖17和烧嘴外壳18；

所述燃气进口管道1通过法兰与燃气管道4相连，燃气管道4左端封闭，在燃气管道4 的管内同轴设置一两端封闭的中心管道3，所述空气进口管道2与烧嘴外壳18相连，烧嘴外 壳18左侧与套装在燃气管道4外圆上的背板14连接固定，右侧内腔同轴套装有内烧嘴砖17， 且烧嘴外壳17外表面与烧嘴外壳18外表面紧贴，内烧嘴砖17中心处开有内燃烧室5和内燃 烧通道7，且内燃烧室5和内燃烧通道7连通，在内燃烧室5的内壁安装有混合器6，通过混 合器6增加助燃空气与燃气的混合度，在内烧嘴砖17上还开设有二次风管道8和烟气回收通 道9，二次风管道8的出口处设置有旋流器13，烟气回收通道9出口与燃气管道4连接，所 述燃气管道4出口端延伸至内烧嘴砖17的内燃烧室5内，燃烧管道4外圆同轴套装有固定风 套10，固定风套10位于背板14和内烧嘴砖17之间，固定风套10的左端紧靠背板14并套在燃气管道4上，且由固定圈15内定位螺钉16固定于燃气管道4外圆上，右端通过法兰及 螺钉固定在烧嘴外壳18上，固定风套10上设有风口11，空气导入后，部分空气通过风口11 进入，形成一次助燃风，固定风套10右端设置有与二次风管道8连通的通孔，且在通孔处转 动安装有位于二次风管道8入口处的分隔板12，若干分隔板12沿固定风套10的通孔均匀布置，分隔板12与固定风套10转动安装，通过调节分隔板12的开合程度来改变一、二次风比例。

所述二次风管道8和烟气回收通道9均为环状，且烟气回收通道9位于二次风管道8外 侧，烟气回收通道9由沿轴向设置的环状孔和沿径向设置的径向孔组成，环状孔孔底与径向 孔连通，烟气回收通道9与燃气管道4进口端连接。

所述燃气管道4出口端开设有4mm的喷孔。

一种低氮燃气烧嘴的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，首先制备低氮燃气烧嘴的组成部件，根据热负荷的大小，制作燃气进口管道1、 空气进口管道2、中心管道3、燃气通道4、混合器6、旋流器13、固定风套10、分隔板12、定位螺钉16、背板14、内烧嘴砖17和烧嘴外壳18；其次将各个组成部件组成到一起，组成 低氮燃气烧嘴；最后将低氮燃气烧嘴安装在板坯加热炉的炉头；其空气进口管道2通过法兰与板坯加热炉的炉前供风管道相连，燃气进口管道1通过法兰与板坯加热炉的炉前供气管道 相连；

步骤2，以天然气为燃料，其热值为39.8MJ/m³，单烧嘴额定热负荷为300kW；取空气消 耗系数为1.02，燃气由燃气进口管道1进入烧嘴，助燃空气通过空气进口管道2进入烧嘴， 进入空气进口管道2的一部分助燃空气按分隔板12开合比例通过风口11进入固定风套10， 这部分空气构成烧嘴的一次助燃空气，并与和燃气管道4尾部的喷口喷出的燃气一起喷入内 燃烧室5，在内燃烧室5内点火燃烧，未燃的气体经过混合器6时速度减缓并充分混合，使 火焰更加稳定的喷出内燃烧通道7进入炉膛；进入空气进口管道2的另一部分助燃空气通过 二次风管道8，在旋流器13的作用下旋转喷入炉膛；这部分助燃空气与通过混合器6混合后 未燃的混合气体形成湍流扩散，并在炉膛内完成整个燃烧过程；由于炉膛内的卷吸作用形成 负压，一部分回流烟气从烟气回收通道9流出进行二次使用，通过调整分隔板的开合度来调 节一、二次助燃空气的比例分别为20％和80％、通过混合器增加空气和燃气的混合度、通过 烟气回管道回收一部分烟气使燃气燃烧更具稳定性的同时也减少了氮氧化物的排放。

氮氧化物的排放量低于50mg/m³,可实现该烧嘴降低氮氧化物的烧制工艺。

实施例2

一种低氮燃气烧嘴的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，首先制备低氮燃气烧嘴的组成部件，根据热负荷的大小，制作燃气进口管道1、 空气进口管道2、中心管道3、燃气通道4、混合器6、旋流器13、固定风套10、分隔板12、定位螺钉16、背板14、内烧嘴砖17和烧嘴外壳18；其次将各个组成部件组成到一起，组成 低氮燃气烧嘴；最后将低氮燃气烧嘴安装在板坯加热炉的炉头；其空气进口管道2通过法兰与板坯加热炉的炉前供风管道相连，燃气进口管道1通过法兰与板坯加热炉的炉前供气管道 相连；

步骤2，以干树枝气化气为燃料，其组分(体积百分比)为：H₂为15.1％，CO为12.58％， CH₄为3.12％，CO₂为19％，N₂为50.2％，低热值为6097kJ/m3，单烧嘴额定热负荷为125kW； 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 过分级燃烧和烟气再循环技术降低氮氧化物排放；取空气消耗系数为1.02，干树枝气化气由 燃气进口管道1进入烧嘴，助燃空气通过空气进口管道2进入烧嘴，进入空气进口管道2的 一部分助燃空气按分隔板12开合比例通过风口11进入固定风套10，这部分空气构成烧嘴的 一次助燃空气，并与和燃气管道4尾部的喷口喷出的燃气一起喷入内燃烧室5，在内燃烧室5 内点火燃烧，未燃的气体经过混合器6时速度减缓并充分混合，使火焰更加稳定的喷出内燃 烧通道7进入炉膛；进入空气进口管道2的另一部分助燃空气通过二次风管道8，在旋流器 13的作用下旋转喷入炉膛；这部分助燃空气与通过混合器6混合后未燃的混合气体形成湍流 扩散，并在炉膛内完成整个燃烧过程；由于炉膛内的卷吸作用形成负压，一部分回流烟气从 烟气回收通道9流出进行二次使用，通过调整分隔板的开合度来调节一、二次助燃空气的比 例、通过混合器增加空气和燃气的混合度、通过烟气回管道回收一部分烟气使燃气燃烧更具 稳定性的同时也减少了氮氧化物的排放。

当二次风比例从40％降低到20％时，氮氧化物的排放量从47mg/m³降低到43mg/m³，可 实现该烧嘴降低氮氧化物的烧制工艺。

Claims (4)

1.一种低氮燃气烧嘴，其特征在于，包括燃气进口管道、空气进口管道、中心管道、燃气管道、内燃烧室、混合器、内燃烧通道、二次风管道、烟气回收通道、固定风套、风口、分隔板、旋流器、背板、固定圈、定位螺钉、内烧嘴砖和烧嘴外壳；

所述燃气进口管道通过法兰与燃气管道相连，燃气管道左端封闭，在燃气管道的管内同轴设置一两端封闭的中心管道，所述空气进口管道与烧嘴外壳相连，烧嘴外壳左侧与套装在燃气管道外圆上的背板连接固定，右侧内腔同轴套装有内烧嘴砖，且烧嘴外壳外表面与烧嘴外壳外表面紧贴，内烧嘴砖中心处开有内燃烧室和内燃烧通道，且内燃烧室和内燃烧通道连通，在内燃烧室的内壁安装有混合器，在内烧嘴砖上还开设有二次风管道和烟气回收通道，二次风管道的出口处设置有旋流器，所述燃气管道出口端延伸至内烧嘴砖的内燃烧室内，燃烧管道外圆同轴套装有固定风套，固定风套位于背板和内烧嘴砖之间，固定风套的左端紧靠背板，且由固定圈内定位螺钉固定于燃气管道外圆上，右端通过法兰及螺钉固定在烧嘴外壳上，固定风套上设有风口，空气导入后，部分空气通过风口进入，形成一次助燃风，固定风套右端设置有与二次风管道连通的通孔，且在通孔处转动安装有位于二次风管道入口处的分隔板，通过调节分隔板的开合程度来改变一、二次风比例。

2.根据权利要求1所述的一种低氮燃气烧嘴，其特征在于：所述二次风管道和烟气回收通道均为环状，且烟气回收通道位于二次风管道外侧，烟气回收通道由沿轴向设置的环状孔和沿径向设置的径向孔组成，环状孔孔底与径向孔连通，烟气回收通道与燃气管道进口端连接。

3.根据权利要求1所述的一种低氮燃气烧嘴，其特征在于：所述燃气管道出口端开设有3～5mm的喷孔。

4.根据权利要求1所述的一种低氮燃气烧嘴的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，首先制备低氮燃气烧嘴的组成部件，根据热负荷的大小，制作燃气进口管道、空气进口管道、中心管道、燃气通道、混合器、旋流器、固定风套、分隔板、定位螺钉、背板、内烧嘴砖和烧嘴外壳；其次将各个组成部件组成到一起，组成低氮燃气烧嘴；最后将低氮燃气烧嘴安装在燃烧器上；

步骤2，燃气由燃气进口管道进入烧嘴，助燃空气通过空气进口管道进入烧嘴，进入空气进口管道的一部分助燃空气按分隔板开合比例通过风口进入固定风套，这部分空气构成烧嘴的一次助燃空气，并与和燃气管道尾部的喷口喷出的燃气一起喷入内燃烧室，在内燃烧室内点火燃烧，未燃的气体经过混合器时速度减缓并充分混合，使火焰更加稳定的喷出内燃烧通道进入炉膛；进入空气进口管道的另一部分助燃空气通过二次风管道，在旋流器的作用下旋转喷入炉膛；这部分助燃空气与通过混合器混合后未燃的混合气体形成湍流扩散，并在炉膛内完成整个燃烧过程；由于炉膛内的卷吸作用形成负压，一部分回流烟气从烟气回收通道流出进行二次使用，通过调整分隔板的开合度来调节一、二次助燃空气的比例、通过混合器增加空气和燃气的混合度、通过烟气回管道回收一部分烟气使燃气燃烧更具稳定性的同时也减少了氮氧化物的排放。

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