CN1265456A - 平焰烧嘴的改进 - Google Patents

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Abstract

一种特别用于装备铁或钢产品的再加热炉、保温炉或热处理炉的平焰烧嘴,包括至少一个沿烧嘴主体的轴线布置的燃料喷管和一个燃烧空气供给,空气由所述主体在其中分布,其中,经由所述的一个或多个喷管,通过一个或多个布置在一个靠近燃烧通道的外平面的平面上的轴向孔,将燃料引入燃烧产物,以便在这些燃烧产物中产生燃料的第一次稀释,并且使由此获得的燃料/燃烧产物混合物在燃烧空气中被进一步稀释。

Description

平焰烧嘴的改进
本发明涉及对一种用于装备特别适用于铁或钢产品的再加热炉、保温炉或热处理炉的平焰烧嘴的改进，以便显著减少氮氧化物的产生。
为了正确理解形成本发明主题的改进所适用的技术领域，以及相应的现有技术，首先参考附图1至4，附图1至4分别表示：
-图1：用于对铁和钢产品进行再加热的已知类型的炉子的纵轴向截面的示意图；
-图2：根据现有技术的炉顶烧嘴的一个实施例的垂直轴向截面的示意图，所述烧嘴可安装在图1的炉子中；
-图3：根据现有技术的炉顶烧嘴的一个替代实施例的垂直轴向截面的示意图，所述烧嘴可被用于形成图1主题的炉子中；以及
-图4：根据现有技术的平焰烧嘴的垂直轴向截面的示意图，设计用于减少由该烧嘴产生的氮氧化物。
因此，图1表示用于通过顶部或底部加热对铁和钢产品进行再加热的炉子的一个实施例。由标号1表示的准备再加热的产品由一个固定梁2和步进梁3组成的系统支撑并在炉内运送。使步进梁被移动，该运动包括一个矩形循环，所述矩形循环是在本领域中的技术人员公式的布置中借助于一个平移架4和一个提升架5的共轭作用而实现的。所述炉子被制成呈一个绝热室6的形式，其中设置长焰烧嘴7和平焰烧嘴8，后一烧嘴被装配到炉子的顶部上。本发明涉及对平焰烧嘴8的改进。
图2和3表示根据现有技术的炉顶烧嘴的两个实施例。
如图2中示意性地表示的那样，在标号9处为一个具有喇叭口的烧嘴的燃烧通道，其形状大体为一个四分之一圆，以便通过柯安达效应沿燃烧通道的轮廓并沿顶部的平面P传送气流和烧嘴的火焰。通过一个进给管10向烧嘴供给可以被预热或未经预热的燃烧空气，并且该空气通过空气分配器上的孔11被分散到烧嘴主体中，这些孔使燃烧空气形成涡流，从而这些空气成螺旋形地绕着燃料喷管12流动。后者沿烧嘴的轴线设置，以便将一种或多种燃料带入有益于实现与燃烧空气良好混合的区域。通过一个或多个孔14引入一种或多种燃料，从而获得由图2中的箭头15所示的流动。
在管12的喷射端设有一个圆盘13，该圆盘13的作用是迫使燃烧空气压迫燃烧通道9的内壁，以便促进扁平焰的形成，并在烧嘴头部中产生一个燃烧气体的吸入旋涡。在图2中，该旋涡由箭头16表示。因此，炉子腔室内的燃烧气体在烧嘴头部通过引入由来自烧嘴的空气/气体混合物的高速环流产生的旋涡16而再次循环。由该空气-气体混合物产生的火焰，如标号17所示，沿着燃烧通道9的轮廓和炉子顶部的平面P扩散。
根据现有技术(图3)，炉顶烧嘴也可以设有具有相应的喷射孔20和14的双燃料喷管18和19。此外，该已知类型的烧嘴与形成图2主题的烧嘴类似，双喷管允许采用两种不同类型的燃料。例如在烧嘴的点火阶段期间，特别是当炉腔的温度低于750℃(没有混合物的自燃)时，可以采用经过孔20的单一燃料喷射，以使火焰在低燃料消耗率下更好地附着。
直到最近，从控制火焰的几何形状和热通量分布的角度看，图2和3所示平焰烧嘴的现有技术在技术上是令人满意的。根据现有技术的工艺依照燃烧的评定标准被整体地优化，以便获得适宜形状的强烈火焰。在这种方案中，污染物，特别是氮氧化物的排放，被认为是次要的。
本地区、欧洲及世界范围的规定中的趋势迫使操作者减少从他们的工厂中排出的氮氧化物。特别是在平焰烧嘴的情况下，烧嘴设计的研究要考虑到这一约束，因为所述平焰烧嘴比长焰烧嘴产生更多的氮氧化物，并且已经形成广泛研究及许多用于限制其排放目的的改进的主题。
已知火焰中的氮氧化物气体的产生与其温度和该火焰反应区中的氧气局部压力有关。特别是，已知火焰温度高于1200℃时，产生的氮氧化物量显著增加。因此，进行了各种关于减少氮氧化物产物的研究，以便减少烧嘴火焰的温度并增加其反应区的体积，特别是通过用存在于炉腔内并在烧嘴头部再循环的燃烧产物来减弱烧嘴火焰。
附图中的图4表示一个根据现有技术的烧嘴，该烧嘴被设计用于减少所产生的氮氧化物的量。在这种类型的烧嘴中，燃料被正好喷射到烧嘴燃烧通道的尽头，进入燃烧产物的旋涡16中。该烧嘴具有一个沿其轴向布置并且经由许多径向喷射器14通入燃烧通道的燃料喷管。由此，燃料通过所述喷射器14沿径向高速地喷射到与在燃烧空气被来自炉子周围的气体稀释的区域中的通道在同一高度上的燃烧空气中。所述高速燃料喷射借助于少量的径向喷射器进一步将火焰分成几个较弱的且其总体积相对于单个火焰增加的“小火焰”。
基于这一现有技术，本发明的目的是采用以降低火焰温度和在其反应区中的氧气局部压力为目的的火焰减弱原理，减少由平焰烧嘴产生的氮氧化物的量。
这一技术问题是由具有至少一个沿烧嘴主体的轴线布置的燃料喷管和一个燃烧空气供给的平焰烧嘴来解决的，所述烧嘴的特征在于，经由所述的一个或多个喷管，通过一个或多个布置在一个靠近燃烧通道的外平面的平面上的轴向孔将燃料引入燃烧产物，以便在这些燃烧产物中产生燃料的第一次稀释，并且使由此获得的燃料/燃烧产物混合物在燃烧空气中被进一步稀释。
本发明进一步的特征和优点将由参考附图中的图5在下面给出的描述中表现出来，其中图5表示本发明的一个没有任何限制特征的实施例。图5是按照本发明的改进烧嘴的垂直轴向截面的示意图。
如我们已经理解和上面所提到的那样，形成本发明的主题的烧嘴采用火焰减弱原理，以便降低其温度并降低在其反应区中的氧的局部压力。这种火焰减弱是借助位于炉腔内的燃烧产物实现的。本发明的新颖性在于，燃料分两个阶段引入，从而获得加倍的稀释：利用炉子的燃烧产物对燃料的第一次稀释，和随后利用燃烧空气对由此而获得的燃料/燃烧产物混合物的第二次稀释。
图5所示的本发明的实施例包括一个双重燃料供给系统。这是一个非限制性的例子，根据本发明的改进可被用于一个采用单一燃料供给的烧嘴。还是在本实施例的烧嘴中，设有燃烧通道9，空气供给10，可被预热并通过孔11散布于烧嘴主体中的空气，以及两个燃料喷管18和19的系统，喷射沿烧嘴的轴向发生。
根据本发明，通过一个或多个轴向孔引入燃料，例如喷管18和19上设有所述的轴向孔，因此可使待进给的燃料具有低的动量。一个或多个燃料喷管18和19由耐高温材料，尤其是耐火材料，例如铬钢或镍钢或陶瓷制成。
通过一个或多个管19上的轴向喷射孔25进行的燃料的轴向引入(箭头21)发生在来自炉子四周的燃烧产物(箭头22)中，因此可以实现第一次稀释，根据本发明，所述的轴向喷射孔紧挨着火焰展开的平面附近布置。通过孔25的定位促进所述稀释，所述孔25可以在烧嘴头部使燃料与再循环的燃烧气体进行预混合。一个或多个轴向燃料喷射孔25具有较大的直径，从而限制了燃料的动量，以便实现与燃烧气体的混合。所述低动量不影响在烧嘴头部由燃烧空气引起的再循环燃烧产物的涡流，这与“切断”涡流并干扰再循环的高动量径向喷射不同。
如图5中的箭头23所示，由此获得的燃料/燃烧气体混合物由存在于烧嘴头部的涡流带走，并随后被燃烧空气(箭头24)稀释，所述燃烧空气本身在烧嘴头部被一部分再循环的燃烧产物(箭头22)稀释。
因此，形成本发明的主题的烧嘴可以实现燃料和燃烧产物以及燃烧空气和燃烧产物的双重稀释，并最终混合两种稀释的预混合物。这一“燃烧空气+燃料+燃烧产物”混合物的最佳化使得可以获得减少了污染物，特别是氮氧化物的排放的不太强烈的扁平焰，相对于现有技术的同类烧嘴而言，该减少的比例可以达到两倍以上。
如图5所示，根据本发明的烧嘴可保持双重燃料供给，其中燃料在燃烧通道9中以不同高度被喷入，以便控制在烧嘴头部的一种或多种燃料、燃烧空气和再循环燃烧气体之间的混合。可分别或同时采用两个燃料喷管，并且燃料流在两个喷射器之间被分开，以便控制火焰的形状、预混合物的性质和污染物的排放。
为了获得更好的火焰附着(flame attachment)，喷管之一可被用于例如当炉子温度低于700℃时启动烧嘴，另一个喷管可用于稳定状态，以减少产生的污染物的量。
因此，本发明可以解决减少由平焰烧嘴产生的氮氧化物的量的问题，确保大体积(混合有燃烧空气、燃料和炉子的燃烧产物)内燃料的燃烧，这使其可以产生温度较低的火焰，减少其反应区的氧气局部压力。
当然，本发明不受上面所描述的和/或提到的实施例的限制，而是包含了其中的所有变例。

Claims (8)

1.一种特别用于装备铁或钢产品的再加热炉、保温炉或热处理炉的平焰烧嘴，包括至少一个沿烧嘴主体的轴线布置的燃料喷管和一个燃烧空气供给，空气由所述主体在其中分布，该烧嘴的特征在于，经由所述的一个或多个喷管(18，19)，通过一个或多个布置在一个靠近燃烧通道(9)的外平面(P)的平面上的轴向孔，将燃料(21)引入燃烧产物(22)，以便在这些燃烧产物中产生燃料的第一次稀释，并且使由此获得的燃料/燃烧产物混合物(23)在燃烧空气(24)中被进一步稀释。
2.如权利要求1所述的烧嘴，其特征在于，它包括至少一个燃料喷管，该燃料喷管设有一个或多个用于引入燃料的轴向喷射孔，这些轴向喷射孔紧挨着火焰展开的平面附近布置，以便在烧嘴头部将燃料与再循环的燃烧气体进行预混合。
3.如权利要求1或2所述的烧嘴，其特征在于，它包括一个或多个沿轴向以低的动量引入燃料的喷管(18，19)。
4.如权利要求3所述的烧嘴，其特征在于，轴向燃料喷射孔(25)具有一个大的直径，以便限制燃料的动量。
5.如前述任何一项权利要求所述的烧嘴，其特征在于，其一个或多个喷管(18，19)是由耐高温材料，特别是耐火材料，例如铬钢、镍钢或陶瓷制成的。
6.如前述任何一项权利要求所述的烧嘴，其特征在于，它包括两个燃料喷射器，它们被安装在燃烧通道(9)的不同高度上，以便控制在所述烧嘴头部的一种或多种燃料、燃烧空气和再循环燃烧产物之间的混合。
7.如权利要求6所述的烧嘴，其特征在于，所述燃料喷射器被分别或同时采用，并且燃料流在两个喷射器之间被分开，以便控制火焰的形状、预混合物的性质和污染物的排放。
8.如权利要求6所述的烧嘴，其特征在于，所述喷射器之一可用于点燃烧嘴，而另一个可用于减少产生的污染物的量。
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