CN113154380A - 一种蓄热式加热炉低氮燃烧系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种蓄热式加热炉低氮燃烧系统，包括炉膛以及炉膛两侧的烧嘴A和烧嘴B，还包括点火系统、供风系统、烟气循环系统和燃气供给系统；所述点火系统包括引风装置和点火管道；所述供风系统包括引风装置、供风管道以及烧嘴A和烧嘴B上部的空气蓄热室；所述烟气循环系统包括引风机、烟气管道以及烧嘴A和烧嘴B上部的烟气蓄热室，两个烟气蓄热室之间连接有两根烟气管道，两根烟气管道之间连接有引风机；所述燃气供给系统包括四级燃气管道，分别为第一低压燃气管道、高压燃气管道、第二低压燃气管道和中压燃气管道，分级分层与烧嘴内部喷射口及炉膛连接。可有效抑制集中加热而造成的火焰局部高温，让烧嘴的燃烧温度分层释放，进一步避免火焰局部高温。

Description

一种蓄热式加热炉低氮燃烧系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及加热炉燃烧技术领域，具体涉及一种蓄热式加热炉低氮燃烧系统 及其工作方法。

背景技术

我国的工业炉能耗约占全国总能耗的25％，且加热炉的能耗占工业炉总能 耗的90％以上，可见加热炉在我国制造领域中占据着举足轻重的地位。而我国 的工业炉能源利用率一直较低，以热效率最高的连续加热炉为例，也只有30％～ 40％。而世界上发达国家燃料炉的热效率平均为50％左右。

我国工业炉节能、减排还存在很大潜力，而燃烧控制系统的改进更是加热炉 的核心问题。

目前国内使用的蓄热式天然气烧嘴普遍为助燃空气单蓄热式节能烧嘴。采用 蓄热式燃烧节能技术和低氮燃烧减排技术相结合的方式。主要由高温蓄热室、浓 淡分层多喷火口结构、以及燃料、供风和排烟系统及自动控制系统构成。由于单 蓄热式节能烧嘴仅对助燃空气进行预蓄热节能燃烧，未采用低氮减排燃烧、天然 气预蓄热节能燃烧，造成了占较大比例的高温烟气的显热得不到有效回收利用， NOx排放较高。

在热工自动控制技术方面，还普遍存在着火力调节单一问题，只能靠燃气的 通断来实现保温阶段的温度调节，由于火力较大又不能调节火力变小，造成燃气 的较大浪费。加热炉尤其是间歇式加热炉在停炉时，空气通过助燃空气鼓风机管 道进入高温炉膛，然后通过排烟引风机管道排出，这样通过空气载体把一部分高 温炉膛的显热带出炉外进入大气，造成大量的物理热损失。

发明内容

本发明是针对上述现有技术中的不足，提供一种蓄热式加热炉低氮燃烧系 统，保证了燃料、助燃混合空气与烟气的最佳配比，在燃烧时节省了可观的燃料， 工业炉热效率得到了进一步提高。

本发明的技术方案如下：

一种蓄热式加热炉低氮燃烧系统，包括炉膛以及炉膛两侧的烧嘴A和烧嘴B， 还包括点火系统、供风系统、烟气循环系统和燃气供给系统。

所述点火系统包括引风装置和点火管道，所述点火管道与烧嘴内部喷射口连 接。

所述供风系统包括引风装置、供风管道以及烧嘴A和烧嘴B上部的空气蓄热 室，所述引风装置与烧嘴A和烧嘴B的空气蓄热室之间的管道上分别设有流量调 节阀和开关阀。

所述烟气循环系统包括引风机、烟气管道以及烧嘴A和烧嘴B上部的烟气蓄 热室，两个烟气蓄热室之间连接有两根烟气管道，两根烟气管道之间连接有引风 机，两根烟气管道靠近烟气蓄热室一侧分别设有流量调节阀和开关阀。

进一步的，所述烟气蓄热室位于空气蓄热室后面，远离炉膛一侧，起到给烧 嘴箱体保温隔热的作用，使烧嘴箱体外表温度降低，具有节能功效。

所述燃气供给系统包括四级燃气管道，分别为第一低压燃气管道、高压燃气 管道、第二低压燃气管道和中压燃气管道，所述第一低压燃气管道与点火管道连 接，所述高压燃气管道伸入烧嘴内部喷射口，所述高压燃气管道外侧环绕有烟气 管道，所述烟气管道与烟气蓄热室连通，所述烟气管道外侧环绕有第二低压燃气 管道，所述中压燃气管道通入烧嘴与炉膛接口位置。

进一步的，所述第二低压燃气管道外侧环绕有第一送风管道。所述烧嘴内部 喷射口外侧环绕有第二送风管道。所述点火管道位于第一送风管道和第二低压燃 气管道之间。

进一步的，所述燃气供给系统的四级燃气管道上分别连接有减压阀、手动调 节阀和电磁阀，分别用来调节四级燃气管道的开关及压力值。

进一步的，所述炉膛与烧嘴A和烧嘴B接触位置均设有碗形回流槽，用于炉 膛内部烟气回流。

上述蓄热式加热炉低氮燃烧系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤一：启动点火系统的引风装置，使空气进入点火管道，同时，开启第一 低压燃气管道，低压燃气与空气混合并在点火管道末端被点燃形成火焰。

步骤二：启动供风系统的引风装置，开启靠近烧嘴A侧供风管道上的开关阀， 关闭靠近烧嘴B侧供风管道上的开关阀，使空气进入烧嘴A的空气蓄热室，开启 第二低压燃气管道和第一送风管道，扩大步骤一中形成的火焰的燃烧范围。

步骤三：启动中压燃气管道，使烧嘴A中的火焰燃烧到炉膛内。

步骤四：启动烟气循环系统的引风机，关闭烧嘴A烟气蓄热室排烟管道上的 开关阀，开启烧嘴A烟气蓄热室进气管道上的开关阀，同时，开启烧嘴B烟气蓄 热室排烟管道上的开关阀，关闭烧嘴A烟气蓄热室进气管道上的开关阀，使烧嘴 A燃烧时产生的烟气从烧嘴B中排出后，再经引风机引回至烧嘴A烟气蓄热室内。

步骤五：同时开启高压燃气管道和烧嘴A烟气管道开关，使高压燃气在烟气 的包裹下从烧嘴A冲入炉膛内。

步骤六：开启第二送风管道，高压空气进入烧嘴内部燃烧室，并将步骤五中 形成的高压火焰包裹在内，共同进入炉膛内。

步骤七：烧嘴A工作完后，与烧嘴B交替工作，烧嘴B进行燃烧工作，烧嘴 A进行排烟，如此反复。

优选的，在步骤五中，烧嘴燃烧室和炉膛之间还设有燃烧压缩区，所述燃烧 压缩区截面积不大于燃烧室最小截面积。可对经过此处的火焰进行压缩，以提高 火焰压力和火焰穿透力。

进一步的，所述高压燃气管道中心与燃烧压缩区中心对齐，便于高压火焰穿 过燃烧压缩区进入炉膛。

本发明相对于现有技术所取得的有益效果在于：

1、本发明蓄热式加热炉低氮燃烧系统，每个分管支路上都配有开关阀和流 量阀，便于调节流量及实现开关量控制供风和排烟。

2、本发明蓄热式加热炉低氮燃烧系统，通过烧嘴A和烧嘴B周而复始的循 环工作，热回收效率可达到85％以上，这样不仅可以节约大量能源，还可以大大 提高燃料的理论燃烧温度，减少热损率，提高产量。

3、本发明蓄热式加热炉低氮燃烧系统，工作时燃烧火力分级、分层、分压 力燃烧，有效抑制集中加热而造成的火焰局部高温；可让烧嘴的燃烧温度分层释 放，进一步避免火焰局部高温。

4、本发明蓄热式加热炉低氮燃烧系统，工作时一个烧嘴中的烟气可进入另 一个烧嘴的烟气蓄热室，与高压燃气混合燃烧，使该气体氧含量降低，火焰燃烧 温度有所降低，更进一步的避免火焰局部高温。大大抑制了热力型NOx的产生， 在燃烧源头解决了低氮燃烧。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，本申请的方案和优点对于本领域普 通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为 是对本发明的限制。

在附图中：

图1为本实施例中蓄热式加热炉低氮燃烧系统烧嘴A工作时的工作原理图；

图中各附图标记所代表的组件为：

1、点火系统，11、高压旋涡气泵，12、第一手动调节阀，13、供风管道， 14、点火管道，2、供风系统，21、高压鼓风机，22、第二手动调节阀，23、第 一气动蝶阀，24、第二气动蝶阀，25、第三手动调节阀，26、第一空气蓄热室， 27、第二空气蓄热室，3、烟气循环系统，301、高压引风机，302、超高压旋涡 气泵，303、第四手动调节阀，304、第三气动蝶阀，305、第四气动蝶阀，306、 第五手动调节阀，307、第五气动蝶阀，308、第六气动蝶阀，309、第六手动调节阀，310、第七气动蝶阀，311、第七手动调节阀，312、第八气动蝶阀，313、 第一烟气蓄热室，314、第二烟气蓄热室，4、炉膛，5、燃气供给系统，51、第 一低压燃气管道，52、高压燃气管道，53、第二低压燃气管道，54、中压燃气管 道。

具体实施方式

下面将结合附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。需要说明，提供这 些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传 达给本领域的技术人员，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的实施 方式所限制。

本发明中提及的方位“前后”、“左右”等，仅用来表达相对的位置关系， 而不受实际应用中任何具体方向参照的约束。

实施例

参见图1，本实施例中蓄热式加热炉低氮燃烧系统，包括炉膛4以及炉膛4 两侧的烧嘴A和烧嘴B，所述A和烧嘴B均为双蓄热室，分别为烟气蓄热室和空 气蓄热室，且所述烟气蓄热室位于空气蓄热室后面，远离炉膛4一侧，起到给烧 嘴箱体保温隔热的作用，使烧嘴箱体外表温度降低，具有节能功效。另外，本系 统还包括点火系统1、供风系统2、烟气循环系统3和燃气供给系统5。

所述点火系统1包括高压旋涡气泵11、第一手动调节阀12、供风管道13 和点火管道14，所述供风管道13一端与高压旋涡气泵11连接，另一端与点火 管道14连接，所述点火管道14与烧嘴内部多级喷射口连接，所述供风管道13 靠近点火管道14一端分别设有第一手动调节阀12，分别控制烧嘴A和烧嘴B的 点火动作。

所述供风系统2包括高压鼓风机21、空气管道以及烧嘴A和烧嘴B上部的 第一空气蓄热室26、第二空气蓄热室27。所述高压鼓风机21与烧嘴A之间的空 气管道上设置有第二手动调节阀22和第一气动蝶阀23。所述高压鼓风机21与 烧嘴B之间的空气管道上设置有第三手动调节阀25和第二气动蝶阀24。

所述烟气循环系统3包括高压引风机301、超高压旋涡气泵302、烟气管道 以及烧嘴A和烧嘴B上部的第一烟气蓄热室313、第二烟气蓄热室314。两个烟 气蓄热室之间连接有两根烟气管道，分别为进气管道和排烟管道，两根烟气管道 之间依次连接有高压引风机301和超高压旋涡气泵302，且所述高压引风机301 更靠近烟气蓄热室排烟管道，高压引风机301抽取烧嘴排烟管道内的烟气，然后 经超高压旋涡气泵302输送至另一个烧嘴的烟气蓄热室中。靠近第一烟气蓄热室 313一端的排烟管道上设置有第四手动调节阀303和第三气动蝶阀304，靠近第 二烟气蓄热室314一端的排烟管道上设置有第五手动调节阀306和第五气动蝶阀 307，靠近第一烟气蓄热室313一端的进气管道上设置有第六手动调节阀309和第七气动蝶阀310，靠近第二烟气蓄热室314一端的进气管道上设置有第七手动 调节阀311和第八气动蝶阀312。另外，所述烧嘴A的第一烟气蓄热室313排烟 管道和第一空气蓄热室26顶部通过管道连接，并设置有第四气动蝶阀305，所 述烧嘴B的第二烟气蓄热室314和第二空气蓄热室27顶部通过管道连接，并设 置有第六气动蝶阀308，所述第四气动蝶阀305和第六气动蝶阀308在烧嘴排烟 时使用。通过上面每个分管支路上装配的气动蝶阀及手动风阀，便于调节流量及 实现开关量控制各管路的供风和排烟。

所述燃气供给系统5包括四级燃气管道，分别为第一低压燃气管道51、高 压燃气管道52、第二低压燃气管道53和中压燃气管道54，所述第一低压燃气管 道51与点火管道14连接，用于点火。所述高压燃气管道52伸入烧嘴内部多级 喷射口中心位置，所述高压燃气管道52外侧环绕有烟气管道，所述烟气管道与 烟气蓄热室连通，所述烟气管道外侧环绕有第二低压燃气管道53，所述中压燃 气管道54通入烧嘴与炉膛4接口位置。

进一步的，所述第二低压燃气管道53外侧环绕有第一送风管道。所述烧嘴 内部喷射口外侧环绕有第二送风管道。所述点火管道14位于第一送风管道和第 二低压燃气管道53之间。

进一步的，所述燃气供给系统5的四级燃气管道上分别连接有减压阀、手动 调节阀和电磁阀，分别用来调节四级燃气管道的开关及压力值。

进一步的，所述炉膛4与烧嘴A和烧嘴B接触位置均设有碗形回流槽，用于 炉膛4内部烟气回流。所述中压燃气管道54自烧嘴穿过碗形回流槽伸入炉膛4 内。

下面以烧嘴A工作时的状态介绍蓄热式加热炉低氮燃烧系统的工作方法，包 括以下步骤：

步骤一：启动点火系统1的高压旋涡气泵11，烧嘴A侧的第一手动调节阀 12，使空气(压力10KPa-12KPa)进入点火管道14，同时，开启第一低压燃气管 道51，燃气压力在8-10KPa，低压燃气与空气混合并在点火管道14末端被点燃 形成火焰。

步骤二：启动供风系统2的高压鼓风机21，开启靠近烧嘴A侧空气管道上 的第一气动蝶阀23，关闭靠近烧嘴B侧供风管道上的第二气动蝶阀24，使空气 进入烧嘴A的空气蓄热室，同时，开启第二低压燃气管道53(燃气压力调整到 8-10KPa)和第一送风管道(送风压力4-5KPa)，在烧嘴A的燃烧室内形成第 一燃烧区，扩大步骤一中形成的火焰的燃烧范围。

步骤三：启动中压燃气管道54(燃气压力调整到12-15KPa)，使烧嘴A中 的火焰燃烧到炉膛4内，形成第二燃烧区。

步骤四：启动烟气循环系统3的高压引风机301和超高压旋涡气泵302，关 闭烧嘴A第一烟气蓄热室313排烟管道上的第三气动蝶阀304，开启烧嘴A烟气 蓄热室进气管道上的第七气动蝶阀310，同时，开启烧嘴B烟气蓄热室排烟管道 上的第五气动蝶阀307和第六气动蝶阀308，关闭烧嘴A烟气蓄热室进气管道上 的第八气动蝶阀312，使烧嘴A燃烧时产生的烟气从烧嘴B中排出后，再经引风 机引回至烧嘴A烟气蓄热室内，实现烟气供风。同时，气动蝶阀一侧的手动调节 阀可根据流量需求，方便的调整各管道流量大小。

步骤五：同时开启高压燃气管道52(燃气压力调整到20KPa)和烧嘴A烟气 管道开关，使高压燃气在烟气的包裹下从烧嘴A冲入炉膛4内，形成第三燃烧区。

进一步的，所述烧嘴燃烧室和炉膛4之间还设有燃烧压缩区，所述燃烧压缩 区截面积不大于燃烧室最小截面积。可对经过此处的火焰进行压缩，以提高火焰 压力和火焰穿透力。

进一步的，所述高压燃气管道52中心与燃烧压缩区中心对齐，便于高压火 焰穿过燃烧压缩区进入炉膛4。在高压火焰进入炉膛4的过程中，高压燃气外的 高压烟气逐渐消解完全，使高压燃气完全暴露出来，在第三燃烧区与火焰、空气 充分接触燃烧。

进一步的，受高压火焰冲击的影响，炉膛内的烟气、空气向前冲击到烧嘴B 炉膛碗形回流槽后反弹，并与第三燃烧区的火焰混合，进一步降低火焰燃烧温度， 避免火焰局部高温，并在第三燃烧区的前面形成第四燃烧区。

步骤六：开启第二送风管道，高压空气进入烧嘴A内部燃烧室，在第一燃烧 区前面形成第二燃烧区，并将步骤五中形成的高压火焰包裹在内，共同进入炉膛 4内。

步骤七：烧嘴A工作完后，与烧嘴B交替工作，烧嘴B进行燃烧工作，烧嘴 A进行排烟，如此反复。

本实施例蓄热式加热炉低氮燃烧系统，燃烧火力分级、分层、分压力燃烧， 有效抑制集中加热而造成的火焰局部高温，可让烧嘴的燃烧温度分层释放，进一 步避免火焰局部高温。而且，通过第二烧嘴导入的高压烟气保护高压燃气，通过 高压空气包裹高压火焰，使气体中氧含量降低，火焰燃烧温度也有所降低，更进 一步的避免火焰局部高温。大大抑制了热力型NOx的产生，在燃烧源头解决了低 氮燃烧问题。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到 的变化或增减替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范 围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种蓄热式加热炉低氮燃烧系统，包括炉膛(4)以及炉膛两侧的烧嘴A和烧嘴B，其特征在于，还包括点火系统(1)、供风系统(2)、烟气循环系统(3)和燃气供给系统(5)；

所述点火系统(1)包括引风装置和点火管道(14)，所述点火管道(14)与烧嘴内部喷射口连接；

所述供风系统(2)包括引风装置、供风管道以及烧嘴A和烧嘴B上部的空气蓄热室，所述引风装置与烧嘴A和烧嘴B的空气蓄热室之间的管道上分别设有流量调节阀和开关阀；

所述烟气循环系统(3)包括引风机、烟气管道以及烧嘴A和烧嘴B上部的烟气蓄热室，两个烟气蓄热室之间连接有两根烟气管道，两根烟气管道之间连接有引风机，两根烟气管道靠近烟气蓄热室一侧分别设有流量调节阀和开关阀；

所述燃气供给系统(5)包括四级燃气管道，分别为第一低压燃气管道(51)、高压燃气管道(52)、第二低压燃气管道(53)和中压燃气管道(54)，所述第一低压燃气管道(51)与点火管道(14)连接，所述高压燃气管道(52)伸入烧嘴内部喷射口，所述高压燃气管道(52)外侧环绕有烟气管道，所述烟气管道与烟气蓄热室连通，所述烟气管道外侧环绕有第二低压燃气管道(53)，所述中压燃气管道(54)通入烧嘴与炉膛接口位置。

2.根据权利要求1所述的一种蓄热式加热炉低氮燃烧系统，其特征在于，所述烟气蓄热室位于空气蓄热室后面，远离炉膛一侧。

3.根据权利要求1所述的一种蓄热式加热炉低氮燃烧系统，其特征在于，所述第二低压燃气管道(53)外侧环绕有第一送风管道。

4.根据权利要求3所述的一种蓄热式加热炉低氮燃烧系统，其特征在于，所述烧嘴内部喷射口外侧环绕有第二送风管道。

5.根据权利要求3所述的一种蓄热式加热炉低氮燃烧系统，其特征在于，所述点火管道(14)位于第一送风管道和第二低压燃气管道(53)之间。

6.根据权利要求1所述的一种蓄热式加热炉低氮燃烧系统，其特征在于，所述炉膛与烧嘴A和烧嘴B接触位置均设有碗形回流槽。

7.根据权利要求1所述的一种蓄热式加热炉低氮燃烧系统，其特征在于，所述燃气供给系统(5)的四级燃气管道上分别连接有减压阀、手动调节阀和电磁阀。

8.权利要求1-7任一项所述一种蓄热式加热炉低氮燃烧系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：启动点火系统(1)的引风装置，使空气进入点火管道(14)，同时，开启第一低压燃气管道(51)，低压燃气与空气混合并在点火管道(14)末端被点燃形成火焰；

步骤二：启动供风系统(2)的引风装置，开启靠近烧嘴A侧供风管道上的开关阀，关闭靠近烧嘴B侧供风管道上的开关阀，使空气进入烧嘴A的空气蓄热室，开启第二低压燃气管道(53)和第一送风管道，扩大步骤一中形成的火焰的燃烧范围；

步骤三：启动中压燃气管道(54)，使烧嘴A中的火焰燃烧到炉膛(4)内；

步骤四：启动烟气循环系统(3)的引风机，关闭烧嘴A烟气蓄热室排烟管道上的开关阀，开启烧嘴A烟气蓄热室进气管道上的开关阀，同时，开启烧嘴B烟气蓄热室排烟管道上的开关阀，关闭烧嘴A烟气蓄热室进气管道上的开关阀，使烧嘴A燃烧时产生的烟气从烧嘴B中排出后，再经引风机引回至烧嘴A烟气蓄热室内；

步骤五：同时开启高压燃气管道(52)和烧嘴A烟气管道开关，使高压燃气在烟气的包裹下从烧嘴A冲入炉膛(4)内；

步骤六：开启第二送风管道，高压空气进入烧嘴内部燃烧室，并将步骤五中形成的高压火焰包裹在内，共同进入炉膛(4)内；

步骤七：烧嘴A工作完后，与烧嘴B交替工作，烧嘴B进行燃烧工作，烧嘴A进行排烟，如此反复。

9.根据权利要求8所述的一种蓄热式加热炉低氮燃烧系统的工作方法，其特征在于，步骤五中，在烧嘴燃烧室和炉膛之间还设有燃烧压缩区，所述燃烧压缩区截面积不大于燃烧室最小截面积。

10.根据权利要求9所述的一种蓄热式加热炉低氮燃烧系统的工作方法，其特征在于，所述高压燃气管道(52)中心与燃烧压缩区中心对齐。

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