CN112856408B - 带煤气分级、预混燃烧的w型辐射管烧嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带煤气分级、预混燃烧的W型辐射管烧嘴，烟风壳体上的烟气入口和主烧嘴壳体的一端分别与W型辐射管的两端对接连通，主烧嘴壳体的另一端通过主烧嘴端板封闭、侧部通过连通管与热风出口对接，换热通道通过烟气入口伸入W型辐射管内且入口为伸出烟风壳体的助燃风入口、出口通过导流管伸入热风出口后与连通管连通连接，主烧嘴端板内侧设有容腔且容腔底端连通设有二次煤气通道和三次煤气通道，主煤气管穿过主烧嘴端板连通容腔，主烧嘴壳体内壁上连接有伸入W型辐射管的隔热板，隔热板上穿过且固定有预混通道，二次煤气通道出口伸入预混通道，三次煤气通道出口穿出隔热板，点火烧嘴穿过主烧嘴端板、容腔和隔热板。该烧嘴能超低NOx排烟。

Description

带煤气分级、预混燃烧的W型辐射管烧嘴
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种带煤气分级、预混燃烧的W型辐射管烧嘴。
背景技术
目前，传统的W型自身预热烧嘴已经不能满足环保对NOx排放的要求，而且现有的烟气回流技术存在排烟温度高、能耗相对常规烧嘴高，并且要求特别苛刻的空燃比下，才能勉强达到国内NOx排放标准的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种带煤气分级、预混燃烧的W型辐射管烧嘴，该烧嘴排烟温度低、对空燃比要求较低、超低NOx排烟，降低能耗。
本发明所采用的技术方案是：
一种带煤气分级、预混燃烧的W型辐射管烧嘴，包括烟风壳体、主烧嘴壳体、W型辐射管、主煤气管和独立的点火烧嘴；烟风壳体上设有互通的烟气入口、热风出口和排烟口以及不与三者连通的换热通道，烟气入口和主烧嘴壳体的一端分别与W型辐射管的两端对接连通，主烧嘴壳体的另一端通过主烧嘴端板封闭、侧部通过连通管与热风出口对接，换热通道通过烟气入口伸入W型辐射管内且入口为伸出烟风壳体的助燃风入口、出口通过导流管伸入热风出口后与连通管连通连接，主烧嘴端板内侧设有容腔且容腔底端连通设有二次煤气通道和三次煤气通道，主煤气管穿过主烧嘴端板连通容腔，主烧嘴壳体内壁上连接有伸入W型辐射管的隔热板，隔热板上穿过且固定有预混通道，二次煤气通道出口伸入预混通道，三次煤气通道出口穿出隔热板，点火烧嘴密封的穿过主烧嘴端板、容腔和隔热板。
进一步地，换热通道包括中心管和套在中心管上的翅片管，翅片管的一端通过带有安装端板的连接筒安装在烟风壳体上、另一端通过球头封闭，中心管的一端密封的伸出连接筒的安装端板形成助燃风入口、另一端延伸至翅片管的封闭端，换热通道的出口设在连接筒上且与导流管入口连通。
进一步地，导流管出口设有凸缘，凸缘的两侧被热风出口和连通管压紧。
进一步地，点火烧嘴包括混合壳体，混合壳体的点火煤气入口、点火空气入口、出口和安装的点火电极分别与点火煤气管、点火空气管、点火烧嘴管和高压包连接。
进一步地，点火煤气入口和点火空气入口均采用斜槽，点火煤气和点火空气从管道进入斜槽后在混合壳体内混合形成旋流气体。
进一步地，隔热板安装在安装筒内，安装筒的端部与主烧嘴壳体内壁连接，安装筒内隔热板靠近热源的一侧设有浇注料，浇注料上设有预混通道、三次煤气通道和点火烧嘴的通道。
进一步地，三次煤气通道和预混通道均绕点火烧嘴均布且二者交错设置。
进一步地，二次煤气通道出口开设斜孔和直孔且大部分为斜孔，三次煤气通道出口开设直孔。
进一步地，三次煤气通道和点火烧嘴上均套有套管，套管的一端与容腔底端封闭、另一端与隔热板封闭。
进一步地，连通管上设有膨胀节。
本发明的有益效果是：
该烧嘴在高炉温情况下形成稳定均匀的火焰、排烟温度低、对空燃比要求较低、形成超低NOx排烟，还可以根据不同炉温降低能耗，因为该烧嘴在保留W型自身预热烧嘴固有优点的同时具有以下改进：1)增加了预混通道，预热后的助燃风全部通过预混通道，部分煤气通过二次煤气通道与预热后的助燃风混合，使得助燃风按照一定比例过量，混合均匀后高速喷出预混通道，点火烧嘴引燃预混后的气体混合物，过量的空气比例及高速喷出的混合气体，使得引燃后混合气体形成无局部高温或者无焰的燃烧反应，从而降低NOx生成；2)增加了独立的三次煤气通道，三次煤气通道与预混通道隔开，喷出的煤气与预混通道燃烧反应后的具有一定残氧气混合物再次发生燃烧反应，从而避免NOx的产生；3)采用独立的点火烧嘴，在低炉温时通过点火烧嘴引燃主烧嘴，炉温到一定温度后点火烧嘴熄灭，靠炉温引燃预混空气煤气混合物，降低了能耗。
该烧嘴整体采用模块化设计，使用该系统维护改造十分简便；该烧嘴功率调节范围大，不同规格的烧嘴可实现60～300kw不等的加热能力，可广泛适用于冶金淬火、退火及热处理领域，可以应用在退火炉、常化炉、热处理炉、淬火炉、连续退火炉等炉体中。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例中烟风壳体、主烧嘴壳体、主烧嘴端板、主煤气管、点火烧嘴和连通管的安装俯视图。
图3是本发明实施例中点火电极的结构示意图。
图4是本发明实施例中点火电极的俯视示意图。
图5是本发明实施例中换热通道的结构示意图。
图6是本发明实施例中主煤气管、点火烧嘴、主烧嘴端板、容腔，二次煤气通道、三次煤气通道和套管的安装示意图。
图7是本发明实施例中安装筒、隔热板、预混通道和浇注料的安装示意图。
图中：1-烟风壳体；101-排烟口；102-烟气入口；103-热风出口；2-换热通道；201-中心管；202-安装端板；203-连接筒；204-翅片管；205-球头；206-助燃风入口；3-导流管；4-连通管；5-膨胀节；6-二次煤气通道；7-容腔；8-点火烧嘴；801-混合壳体；802-点火电极；803-点火空气入口；804-点火煤气入口；805-点火烧嘴管；9-主煤气管；10-主烧嘴端板；11-三次煤气通道；12-主烧嘴壳体；13-安装筒；14-预混通道；15-套管；16-隔热板；17-浇注料；18-W型辐射管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例本发明作进一步说明。
如图1至图7所示，一种带煤气分级、预混燃烧的W型辐射管烧嘴，包括烟风壳体1、主烧嘴壳体12、W型辐射管18、主煤气管9和独立的点火烧嘴8；烟风壳体1上设有互通的烟气入口102、热风出口103和排烟口101以及不与三者连通的换热通道2，烟气入口102和主烧嘴壳体12的一端分别与W型辐射管18的两端对接连通，主烧嘴壳体12的另一端通过主烧嘴端板10封闭、侧部通过连通管4与热风出口103对接，换热通道2通过烟气入口102伸入W型辐射管18内且入口为伸出烟风壳体1的助燃风入口206、出口通过导流管3伸入热风出口103后与连通管4连通连接，主烧嘴端板10内侧设有容腔7且容腔7底端连通设有二次煤气通道6和三次煤气通道11，主煤气管9穿过主烧嘴端板10连通容腔7，主烧嘴壳体12内壁上连接有伸入W型辐射管18的隔热板16，隔热板16上穿过且固定有预混通道14，二次煤气通道6出口伸入预混通道14，三次煤气通道11出口穿出隔热板16(三次煤气通道11出口比预混通道14出口还要靠近热源)，点火烧嘴8密封的穿过主烧嘴端板10、容腔7和隔热板16。
如图1至图3所示，在本实施例中，点火烧嘴8包括混合壳体801，混合壳体801的点火煤气入口804、点火空气入口803、出口和安装的点火电极802分别与点火煤气管、点火空气管、点火烧嘴管和高压包连接。在本实施例中，点火煤气入口804和点火空气入口803均采用斜槽，点火煤气和点火空气从管道进入斜槽后在混合壳体801内混合形成旋流气体，形成稳定的火焰结构。
如图1所示，在本实施例中，导流管3出口设有凸缘，凸缘的两侧被热风出口103和连通管4压紧。
如图1和图2所示，在本实施例中，连通管4上设有膨胀节5。
如图1和图5所示，在本实施例中，换热通道2包括中心管201和套在中心管201上的翅片管204，翅片管204的一端通过带有安装端板202的连接筒203安装在烟风壳体1上、另一端通过球头205封闭，中心管201的一端密封的伸出连接筒203的安装端板202形成助燃风入口206、另一端延伸至翅片管204的封闭端，换热通道2的出口设在连接筒203上且与导流管3入口连通。
如图1和图6所示，在本实施例中，三次煤气通道11和点火烧嘴8上均套有套管15，套管15的一端与容腔7底端封闭、另一端与隔热板16封闭，确保预热后助燃风绝大部分通过预混通道14喷出。
如图1和图7所示，在本实施例中，隔热板16安装在安装筒13内，安装筒13的端部与主烧嘴壳体12内壁连接，安装筒13内隔热板16靠近热源的一侧设有浇注料17，浇注料17上设有预混通道14、三次煤气通道11和点火烧嘴8的通道。在本实施例中，三次煤气通道11和预混通道14均绕点火烧嘴8均布且二者交错设置，预混通道8数量可以控制在2～3个。在本实施例中，二次煤气通道6出口开设斜孔和直孔且大部分为斜孔(如，斜孔面积占比70％，直孔面积占比30％)，三次煤气通道11出口开设直孔。
各部件之间一般采用常规的连接方式：主烧嘴端板10通过法兰、螺栓和密封垫与主烧嘴壳体12连接固定，烟气入口102和主烧嘴壳体12的一端通过法兰、螺栓和密封垫分别与W型辐射管18的两端连接固定，连通管4的两端分别通过法兰、螺栓和密封垫实现密封对接，点火烧嘴8焊接固定在主烧嘴端板10上，二次煤气通道6和三次煤气通道11焊接在容腔7底端，主煤气管9的一端车螺纹、另一端倒角焊接至主烧嘴端板10的开口处，预混通道14焊接固定在隔热板16上。
各部件的材料及尺寸选择：主烧嘴端板10采用耐高温合金加工成型；翅片管204的球头205及部分位置采用0Cr28Ni48W5，常期使用1180℃不氧化，连续使用温度1250℃，最高温度1350℃，换热通道2的其它位置采用0Cr25Ni20；点火电极802采用铁珞铝合金丝和95％氧化铝陶瓷，95％氧化铝陶瓷绝缘且耐高温，铁珞铝合金长期使用温度不低于1250℃且高温情况下表面氧化率低、有较高强度；点火煤气入口804、点火空气入口803由黄铜精密加工成型，开直孔孔径、管道管径与斜槽尺寸是由烧嘴功率及燃料成分确定；预混通道14、隔热板16、安装筒13均采用0Cr25Ni20加工成型，经过精细加工成型，常期使用1000℃，连续使用温度1150℃，最高温度1250℃，浇注料17由重质料浇注料成型，常期使用1380℃，连续使用温度1450℃，最高使用温度1650℃；二次煤气通道6采用0Cr25Ni20管道和棒材加工成型，二次煤气通道6孔径总面积是由烧嘴功率和燃气流量及成分确定，斜孔斜角根据预混通道14内径、二次煤气通道6深入预混通道14距离确定，二次煤气通道6斜孔数量由煤气喷头直径确定；三次煤气通道11采用0Cr25Ni20及0Cr28Ni48W5管道和棒材加工成型，三次煤气通道11深出隔热板16长度根据W型辐射管18内径及空煤气混合物流速确定。
工作时，将烟风壳体1、主烧嘴壳体12和W型辐射管18安装在炉体上，助燃风入口206接入助燃风管，主煤气管9、助燃风管、点火煤气管、点火空气管上均设有用于调节空煤气流量及配比的阀门，开启点火烧嘴8前，先将点火煤气管和点火空气管上的阀门调至合适位置，开启点火烧嘴8时，高压包放电使点火电极802打火，同时点火煤气管上的阀门打开，煤气通入点火烧嘴8，与一直通入的点火空气混合燃烧，形成稳定、特定形状的火焰，然后先先打开助燃风管一定时间后再打开主煤气管9，点火烧嘴8引燃主烧嘴，随着炉膛温度升高，到达一定温度后，关闭点火烧嘴8，二次煤气通道6输送的煤气和引射的烟气在预混通道14内预混喷出，通过W型辐射管18内部高温氛围引燃，第一步燃烧通过过量空气降低火焰局部高温将低NOx生成，第二步是在第一步的基础上烧嘴后的混合物中残氧与煤气燃烧，进一步降低NOx生成且降低烟气温度排放，火焰温度分布均匀，NOx生成排放量少。
该烧嘴在高炉温情况下形成稳定均匀的火焰、排烟温度低、对空燃比要求较低、形成超低NOx排烟，还可以根据不同炉温降低能耗，因为该烧嘴在保留W型自身预热烧嘴固有优点的同时具有以下改进：1)增加了预混通道14，预热后的助燃风全部通过预混通道14，部分煤气通过二次煤气通道6与预热后的助燃风混合，使得助燃风按照一定比例过量，混合均匀后高速喷出预混通道14，点火烧嘴8引燃预混后的气体混合物，过量的空气比例及高速喷出的混合气体，使得引燃后混合气体形成无局部高温或者无焰的燃烧反应，从而降低NOx生成；2)增加了独立的三次煤气通道11，三次煤气通道11与预混通道14隔开，喷出的煤气与预混通道14燃烧反应后的具有一定残氧气混合物再次发生燃烧反应，从而避免NOx的产生；3)采用独立的点火烧嘴8，在低炉温时通过点火烧嘴8引燃主烧嘴，炉温到一定温度后点火烧嘴8熄灭，靠炉温引燃预混空气煤气混合物，降低了能耗。
该烧嘴整体采用模块化设计，使用该系统维护改造十分简便；该烧嘴功率调节范围大，不同规格的烧嘴可实现60～300kw不等的加热能力，可广泛适用于冶金淬火、退火及热处理领域，可以应用在退火炉、常化炉、热处理炉、淬火炉、连续退火炉等炉体中。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种带煤气分级、预混燃烧的W型辐射管烧嘴，其特征在于：包括烟风壳体、主烧嘴壳体、W型辐射管、主煤气管和独立的点火烧嘴；烟风壳体上设有互通的烟气入口、热风出口和排烟口以及不与三者连通的换热通道，烟气入口和主烧嘴壳体的一端分别与W型辐射管的两端对接连通，主烧嘴壳体的另一端通过主烧嘴端板封闭、侧部通过连通管与热风出口对接，换热通道通过烟气入口伸入W型辐射管内且入口为伸出烟风壳体的助燃风入口、出口通过导流管伸入热风出口后与连通管连通连接，主烧嘴端板内侧设有容腔且容腔底端连通设有二次煤气通道和三次煤气通道，主煤气管穿过主烧嘴端板连通容腔，主烧嘴壳体内壁上连接有伸入W型辐射管的隔热板，隔热板上穿过且固定有预混通道，二次煤气通道出口伸入预混通道，三次煤气通道出口穿出隔热板，点火烧嘴密封的穿过主烧嘴端板、容腔和隔热板。
2.如权利要求1所述的带煤气分级、预混燃烧的W型辐射管烧嘴，其特征在于：换热通道包括中心管和套在中心管上的翅片管，翅片管的一端通过带有安装端板的连接筒安装在烟风壳体上、另一端通过球头封闭，中心管的一端密封的伸出连接筒的安装端板形成助燃风入口、另一端延伸至翅片管的封闭端，换热通道的出口设在连接筒上且与导流管入口连通。
3.如权利要求1所述的带煤气分级、预混燃烧的W型辐射管烧嘴，其特征在于：导流管出口设有凸缘，凸缘的两侧被热风出口和连通管压紧。
4.如权利要求1所述的带煤气分级、预混燃烧的W型辐射管烧嘴，其特征在于：点火烧嘴包括混合壳体，混合壳体的点火煤气入口、点火空气入口、出口和安装的点火电极分别与点火煤气管、点火空气管、点火烧嘴管和高压包连接。
5.如权利要求1所述的带煤气分级、预混燃烧的W型辐射管烧嘴，其特征在于：点火煤气入口和点火空气入口均采用斜槽，点火煤气和点火空气从管道进入斜槽后在混合壳体内混合形成旋流气体。
6.如权利要求1所述的带煤气分级、预混燃烧的W型辐射管烧嘴，其特征在于：隔热板安装在安装筒内，安装筒的端部与主烧嘴壳体内壁连接，安装筒内隔热板靠近热源的一侧设有浇注料，浇注料上设有预混通道、三次煤气通道和点火烧嘴的通道。
7.如权利要求1所述的带煤气分级、预混燃烧的W型辐射管烧嘴，其特征在于：三次煤气通道和预混通道均绕点火烧嘴均布且二者交错设置。
8.如权利要求1所述的带煤气分级、预混燃烧的W型辐射管烧嘴，其特征在于：二次煤气通道出口开设斜孔和直孔且大部分为斜孔，三次煤气通道出口开设直孔。
9.如权利要求1所述的带煤气分级、预混燃烧的W型辐射管烧嘴，其特征在于：三次煤气通道和点火烧嘴上均套有套管，套管的一端与容腔底端封闭、另一端与隔热板封闭。
10.如权利要求1所述的带煤气分级、预混燃烧的W型辐射管烧嘴，其特征在于：连通管上设有膨胀节。
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