CN201531868U - 蓄热式辐射管燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蓄热式辐射管燃烧装置，其中，该燃烧装置包括A型辐射管及装设于该A型辐射管端部的蓄热式燃烧器，所述A型辐射管包括辐射管本体及烟气回流支管，所述烟气回流支管临近蓄热式燃烧器的烧嘴喷口设置，A型辐射管内形成烟气循环通道，大部分烟气在辐射管内循环。借此，解决目前蓄热式辐射管中存在的烧嘴结构和管型结构导致的高温下污染物NO_X排放浓度较高和管壁温度分布不均现象。

Description

蓄热式辐射管燃烧装置

技术领域

本实用新型有关于一种工业加热装置，具体的说涉及一种蓄热式辐射管燃烧装置。

背景技术

在钢铁、冶金工业领域，辐射管是用于热处理炉的一种常用加热装置，另外其在机械、纺织、食品等行业也有应用。随着高温空气燃烧技术的推广应用，蓄热式辐射管应运而生，众多热工科技工作者把高温空气燃烧技术应用于辐射管，产生了良好的经济效益和环保效益。

日本于1992年成功开发出首次实现烟气余热高回收的蓄热式辐射管烧嘴，并在钢管光亮退火炉上进行了工业实验，国内多个公司和高校也在2000年后相继推出U型和W型蓄热式辐射管烧嘴，其在热效率上相对于传统辐射管都有了较大幅度的提升，起到了良好的节能效果。

高温低氧燃烧技术虽然理论上通过降低氧浓度可以获得良好的温度分布和较低的污染排放，然而蓄热式辐射管是高温空气燃烧技术的新应用领域，其由于燃烧空间有限，如果燃烧器结构不合理则在高温下污染物NO_X排放浓度较高，各种U型、W型蓄热式辐射管即使频繁切换烟气流向仍然还存在沿管长温度分布不均现象，且影响辐射管寿命和产品质量。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提出一种蓄热式辐射管燃烧装置，以解决目前蓄热式辐射管中存在的烧嘴结构和管型结构导致的高温下污染物NO_X排放浓度较高和管壁温度分布不均现象。

本实用新型的技术解决方案是：一种蓄热式辐射管燃烧装置，其中，所述燃烧装置包括A型辐射管及装设于该A型辐射管端部的蓄热式燃烧器，所述A型辐射管包括辐射管本体及烟气回流支管，所述烟气回流支管临近蓄热式燃烧器的烧嘴喷口设置，A型辐射管内形成烟气循环通道，部分烟气在辐射管内循环。

如上所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其中，所述辐射管本体为U型，该辐射管本体的两端分别设有所述蓄热式燃烧器，所述蓄热式燃烧器包括蓄热烧嘴和换向装置，所述换向装置切换气流方向，两个蓄热烧嘴交替工作。

如上所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其中，辐射管中部分热烟气经由烟气回流支管回流至工作烧嘴喷口处，另一部分热烟气加热另一侧烧嘴的蓄热体后由排烟管道排出，回流烟气质量与空气和燃气的质量总和之比大于1.5。

如上所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其中，所述蓄热烧嘴包括前端的烧嘴喷口、燃气管路、蓄热通道及其内设置的蓄热体，该烧嘴喷口位于辐射管本体内且临近所述烟气回流支管，并与所述燃气管路及蓄热通道相连通，所述烧嘴喷口包括燃气喷口和空气喷口，且燃气喷口和空气喷口采用非轴对称设置。

如上所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其中，所述烧嘴的空气喷口靠近烟气回流支管，燃气喷口远离烟气回流支管。

如上所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其中，所述换向装置为两位四通阀，该四通阀的两个接口分别与两蓄热烧嘴的空/烟口对接，另两个接口分别接入主燃烧空气管道和排烟管道；且所述燃烧装置还包括控制换向装置的工作状态的控制装置，该控制装置控制四通阀每隔一个周期换向，该周期为30s～60s。

如上所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其中，所述烧嘴为脉冲燃烧控制，所述换向装置包括两个三通阀，且每一三通阀对应设于一个蓄热烧嘴前端空/烟接口。

如上所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其中，所述蓄热烧嘴的燃气管路是从蓄热体穿设而出。

如上所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其中，所述燃气管路避开蓄热体而设置于蓄热体前方，所述辐射管本体的侧壁对应位置设有通孔以穿设燃气管路，且燃气管道外侧包覆有隔热层。

如上所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其中，所述蓄热烧嘴还包括辅助点火空气管路，所述辅助点火空气管路套设于所述燃气管路外部，所述蓄热烧嘴的烧嘴喷口还包括所述燃气喷口外周的辅助点火空气喷口，该辅助点火空气喷口与所述辅助点火空气管路连通。

本实用新型的特点和优点是：本实用新型为一种A型低NO_X蓄热式辐射管燃烧装置，主要应用于工业加热领域，如各种冶金热处理炉和加热炉等。该辐射管燃烧装置包括两个蓄热式燃烧器和A型辐射管本体。冷空气先经其中-烧嘴的蓄热体加热后，与燃料混合燃烧；辐射管中的热烟气一部分加热另一烧嘴的蓄热体后，由烟道排出，剩余部分则通过烟气回流支管回流到工作烧嘴下游。经过一段设定的时间后，通过换向阀改变辐射管中的流动方向，冷空气和热烟气交替流经两烧嘴的蓄热体，烟气温度可降至200℃以下，从而实现烟气热量的极限回收。同时，通过优化烧嘴喷射速度和烟气回流支管的管径，使烧嘴在设计工况下其引射的回流烟气质量与喷射进入的燃气和空气质量和之比高于1.5，并通过烧嘴处空气和燃气喷口的非对称布置，使得辐射管内处于无焰燃烧状态，降低局部燃烧强度，使蓄热式辐射管实现真正的节能、环保燃烧，同时保证管壁温度均匀性以提高金属加热均匀性并改善产品热处理质量。

附图说明

图1为本实用新型一具体实施例的A型蓄热式辐射管燃烧装置的示意图。

图2为本实用新型另一种烧嘴截面局部放大图，其与前一实施例的主要区别是燃气管路不通过蓄热体，直接将燃气喷管置于蓄热体前端。

图3A、图3B为两种烧嘴喷口示意图。

主要元件标号说明：

1、辐射管本体    2、烟气回流支管    3、两位四通阀

4、蓄热烧嘴      5、燃气管路        6、辅助点火空气管路

7、主燃烧空气管路    8、排烟管道    9、蓄热体

10、燃气管路         11、蓄热通道   12、炉墙

13、燃气喷口         14、空气喷口   101、隔热层

具体实施方式

下面配合附图及具体实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图所示，本实用新型提出一种蓄热式辐射管燃烧装置，所述燃烧装置包括A型辐射管及装设于该A型辐射管端部的蓄热式燃烧器，所述A型辐射管包括辐射管本体及烟气回流支管，所述烟气回流支管临近蓄热式燃烧器的烧嘴喷口设置，A型辐射管内形成烟气循环通道。由于大流量的烟气可以通过烟气回流支管回流至烧嘴喷口稀释氧浓度，从而使辐射管内呈现真正的无焰燃烧状态，降低了NO_X的排放，大幅度改善辐射管壁面温度分布均匀性，降低管壁应力，而提高辐射管运行寿命。

如图1所示，其为本实用新型的一具体实施例，该A型低NO_X蓄热式辐射管燃烧装置包括A型辐射管以及两个蓄热式燃烧器，该A型辐射管包括辐射管本体1及辐射管本体1两端部之间的连通两侧管体的烟气回流支管2；所述蓄热式燃烧器包括蓄热烧嘴4和换向装置，两个蓄热烧嘴4分别设于辐射管的两端部，该换向装置切换气流方向，使两个蓄热式火焰辐射管中的两个烧嘴交替工作。

本实施例中，所述辐射管本体为U型，且该辐射管本体的两端分别设有所述蓄热烧嘴4，所述蓄热烧嘴4包括燃气管路5、辅助点火空气管路6、蓄热体9及蓄热通道，蓄热烧嘴4为套筒式烧嘴，辅助点火空气管路6套设于所述燃气管路5的外部，套筒式烧嘴贯穿蓄热体9，其临近烟气回流支管的前端(内端)设有烧嘴喷口41，且烧嘴喷口的燃气喷口及其外周的辅助点火空气喷口和空气喷口分别与对应的所述燃气管路5、辅助点火空气管路6及蓄热通道相连通。该蓄热通道贯穿烧嘴本体而位于其后侧空/烟口与前端喷口之间。烧嘴前端对应喷口位置可安装点火电极或者点火烧嘴，并配备离子或者UV火焰检测装置。为了便于利用点火电极点火，本实施例采用了带有辅助点火空气管路6的套筒式蓄热烧嘴，但不限于此，也可仅设该燃气管路而不设置辅助点火空气管路(可参考图2所示)，或者利用大功率点火装置进行点火，本领域的技术人员根据本说明书的描述结合现有的点火装置即可实现，因此，此处不再赘述。

本实施例中，换向装置为两位四通阀3，该两位四通阀3的两个接口分别与两蓄热烧嘴的空/烟口对接，另外两个接口分别接入主燃烧空气管道7和排烟管道8，两位四通阀每隔一个周期换向，通常该周期在30s～60s。结合前述描述，本领域的技术人员可以了解，该两位四通阀可由控制装置(例如通过电动或者气动执行机构)操作换向。另外，如果蓄热烧嘴采用脉冲燃烧控制，则可以用两个三通阀代替前述四通阀，且每一三通阀对应设于一个蓄热烧嘴前端空/烟接口，以实现烧嘴关闭或启动。

利用上述结构，本实施例的蓄热式辐射管燃烧装置工作时，冷空气先经一侧烧嘴的蓄热体加热后，与燃料混合燃烧；辐射管中的热烟气一部分加热另一侧烧嘴的蓄热体后，由烟道排出；另一部分热烟气则通过烟气回流支管2回流至工作烧嘴的喷口处稀释氧浓度。每个蓄热式火焰辐射管均配置有一个两位四通阀，每个蓄热式火焰辐射管中的两蓄热烧嘴在两位四通阀的切换下交替工作；利用控制装置控制各蓄热式火焰辐射管及各两位四通阀的工作，从而使得冷空气和热烟气如此交替地流经两侧蓄热烧嘴的蓄热体9，通过蓄热体9交换热量，进入蓄热通道的空气可预热至接近辐射管内的烟气温度，排烟温度可降至200℃以下，从而实现烟气热量的极限回收。

本实施例中，该烟气回流支管2使大部分烟气回流至辐射管的工作烧嘴喷口处，少部分烟气流经蓄热体进行热交换后通过排烟管道排出，从而可以通过控制烟气回流量的比例来达到真正的无焰燃烧。所谓无焰燃烧方式是在燃烧反应发生之前大量的燃烧烟气产物回流到烧嘴喷口处，从而避免过高的温度峰值，最大限度减少污染物排放，降低烧嘴的热应力。现有技术采用的烟气回流方法如内套管、P型和双P型在用于蓄热燃烧时，由于蓄热和排烟都在同一端口，会有燃烧不完全或蓄热体无足够空间安装的问题，且通常回流量较低，难以保证燃烧处于无焰状态。本实施例通过回流支管和烧嘴喷口的结构，烟气回流质量与所有进入该燃烧装置的燃气和空气总质量之间的比例优选遵从以下关系：

$K_V=\frac{{\mathrm{MFR}}_{\mathrm{recirculated}}}{{\mathrm{MFR}}_{\mathrm{Fuel}}+{\mathrm{MFR}}_{\mathrm{Air}}}\≥1.5$

其中MFR_recirculated为回流烟气质量，MFR_Fuel为燃料质量，MFR_Air为助燃空气质量。亦即回流烟气质量与空气和燃气的质量总和之比大于1.5，从而能够实现真正的无焰燃烧。

通过大流量的烟气回流从而使辐射管内呈现真正的无焰燃烧状态，这不仅有利于降低NO_X的排放，同时能够大幅度改善辐射管壁面温度分布均匀性，降低管壁热应力，从而提高辐射管运行寿命。

较佳地，蓄热烧嘴的燃气喷口和空气喷口采用非轴对称布置，以延缓燃气和空气混合，降低燃烧强度，从而大幅度降低NO_X的排放量，并改善辐射管壁面的温度分布均匀性，提高加热质量和产品性能。

另外，如图3A至图3B所示，并请结合图1、图2，本实用新型中，蓄热烧嘴4的空气喷口14的设置位置靠近烟气回流支管2，而燃气喷口13相对远离烟气回流支管2设置(请参见后面的详细描述)，从而大幅度降低燃烧时的高温空气氧浓度，避免燃烧峰值温度过高。

如图2所示，为本实用新型的另一实施例的蓄热烧嘴的截面局部放大图，该蓄热烧嘴套设于A型辐射管的两端，该蓄热烧嘴包括在蓄热通道内设置的蓄热体，其与图1中的蓄热烧嘴的主要区别在于燃气管路(该燃气管路外周也可设置辅助点火空气管路而构成套筒式结构)的设置方式，前一实施例中，该蓄热烧嘴燃气管路5及辅助点火空气管路6组成的套管贯穿蓄热体9，便于充分地进行热交换；而本实施例中，该燃气管路10不通过蓄热体，而是避开蓄热体而直接设于蓄热体前方位置，例如设于蓄热体9和炉墙12间的辐射管本体1内，具体地，辐射管本体1的侧壁对应位置可设有通孔以供该燃气管路穿设，该燃气管路10是于炉墙12外侧穿过辐射管本体的周壁而进入辐射管本体1内，并与烧嘴喷口连接相通。而由主燃烧空气管路进入的空气通过蓄热通道11的蓄热体后流向烧嘴空气喷口进行喷射。本实施例中，由于燃气管路10不需要通过蓄热体，从而能够以普通燃气管道来实施，只需在该普通燃气管道外侧包覆隔热层101即可，从而降低制作成本。除了上述燃气管路的设置方式，本实施例的其它部分的结构可以参考前述实施例，此处不再赘述。

如前所述，本实用新型的烧嘴喷口优选使燃气喷口和空气喷口为非轴对称布置，具体设置方式可为多种形式，图3A、图3B为本实用新型的烧嘴喷口的二实施例示意图，结合图1、图2所示，其中图3A所示的烧嘴喷口上，其燃气喷口13为一圆形喷口，且设于烧嘴喷口的相对远离烟气回流支管的一侧；而空气喷口14则为一紧贴辐射管本体周壁的开口，其设于烧嘴喷口的相对靠近烟气回流支管的另一侧，且其面积大于燃气喷口13的面积。再如图3B所示，蓄热烧嘴4的燃气喷口13为一圆形喷口，其设于烧嘴喷口的相对远离烟气回流支管2的一侧；空气喷口14则为两个并排设置的直径较燃气喷口13大的圆形喷口，二圆形空气喷口14设于烧嘴喷口的相对靠近烟气回流支管的另一侧。由于蓄热烧嘴4的空气喷口14的设置位置靠近烟气回流支管2，而燃气喷口13相对远离烟气回流支管2设置，从而大幅度降低燃烧时的高温空气氧浓度，避免燃烧峰值温度过高。

本实用新型通过大流量的烟气回流从而使辐射管内呈现真正的无焰燃烧状态，这不仅有利于降低NO_X的排放，同时能够大幅度改善辐射管壁面温度分布均匀性，降低管壁热应力，从而提高辐射管运行寿命，改善加热质量。

虽然本实用新型已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本实用新型，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。

Claims (10)

1.一种蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，所述燃烧装置包括A型辐射管及装设于该A型辐射管端部的蓄热式燃烧器，所述A型辐射管包括辐射管本体及烟气回流支管，所述烟气回流支管临近蓄热式燃烧器的烧嘴喷口设置，A型辐射管内形成烟气循环通道，部分烟气在辐射管内循环。

2.如权利要求1所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，所述辐射管本体为U型，该辐射管本体的两端分别设有所述蓄热式燃烧器，所述蓄热式燃烧器包括蓄热烧嘴和换向装置，所述换向装置切换气流方向，两个蓄热烧嘴交替工作。

3.如权利要求2所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，辐射管中部分热烟气经由烟气回流支管回流至工作烧嘴喷口处，另一部分热烟气加热另一侧烧嘴的蓄热体后由排烟管道排出，回流烟气质量与空气和燃气的质量总和之比大于1.5。

4.如权利要求2或3所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，所述蓄热烧嘴包括前端的烧嘴喷口、燃气管路、蓄热通道及其内设置的蓄热体，该烧嘴喷口位于辐射管本体内且临近所述烟气回流支管，并与所述燃气管路及蓄热通道相连通，所述烧嘴喷口包括燃气喷口和空气喷口，且燃气喷口和空气喷口采用非轴对称设置。

5.如权利要求4所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，所述烧嘴的空气喷口靠近烟气回流支管，燃气喷口远离烟气回流支管。

6.如权利要求4所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，所述换向装置为两位四通阀，该四通阀的两个接口分别与两蓄热烧嘴的空/烟口对接，另两个接口分别接入主燃烧空气管道和排烟管道；且所述燃烧装置还包括控制换向装置的工作状态的控制装置，该控制装置控制四通阀每隔一个周期换向，该周期为30s～60s。

7.如权利要求4所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，所述蓄热烧嘴为脉冲燃烧控制，所述换向装置包括两个三通阀，且每一三通阀对应设于一个蓄热烧嘴前端空/烟接口。

8.如权利要求4所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，所述蓄热烧嘴的燃气管路是从蓄热体穿设而出。

9.如权利要求4所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，所述燃气管路避开蓄热体而设置于蓄热体前方，所述辐射管本体的侧壁对应位置设有通孔以穿设燃气管路，且燃气管道外侧包覆有隔热层。

10.如权利要求4所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，所述蓄热烧嘴还包括辅助点火空气管路，所述辅助点火空气管路套设于所述燃气管路外部，所述蓄热烧嘴的烧嘴喷口还包括所述燃气喷口外周的辅助点火空气喷口，该辅助点火空气喷口与所述辅助点火空气管路连通。

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