CN204005999U

CN204005999U - 一种自身预热式辐射管燃烧器

Info

Publication number: CN204005999U
Application number: CN201420430454.8U
Authority: CN
Inventors: 冯俊小; 周闻华; 姜敏; 刘兴杰
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2024-07-31

Abstract

本实用新型一种自身预热式辐射管燃烧器，该燃烧器包括壳体、辐射管管体、空气通道管体、燃气通道管体、稳焰室、烟气通道和点火枪，所述壳体上设有燃气进气口、空气进气口和烟气出口，空气通过空气通道被高温烟气预热，部分燃气和部分空气分别通过一次燃气喷口和一次空气喷口进入稳焰室，经点火枪点燃后喷出，遇二次空气和二次燃气进行二级燃烧，剩余燃气通过三次喷口喷出进行三级燃烧。本实用新型将燃气分三级形成贫燃分级燃烧，二次燃气喷口设有多个细孔，燃气从细孔喷出，降低辐射管内燃烧的最高温度，而且辐射管内烟气与二次空气混合降低氧浓度，实现低氧燃烧，减少NO_x等有害气体的排放。

Description

一种自身预热式辐射管燃烧器

技术领域

本实用新型属于燃气辐射管加热技术领域，涉及一种适用于保护气氛下进行热处理的燃气辐射管燃烧器。

背景技术

燃气辐射管是金属热处理等需要使用保护气氛的加热设备中比较常用的加热方式，具有一次能源热利用率高、单位表面积热功率大、运行费用低等优点。

对于燃气辐射管加热装置来说，由于燃气燃烧的过程复杂，燃气和空气的混合燃烧很难控制，点火普遍比较困难。同时燃烧剧烈放热，火焰温度较高，使含氮气体在有氧条件下形成会产生污染的NO_x，主要形成形式有热力型、快速型以及燃气型等。针对工业常用燃气而言，由于燃烧温度较高，NO_x主要以热力型以及部分快速型形式生成。在T>1500℃时热力型NO_x的反应速率呈指数增加，快速型NO_x则只在碳氢化合物燃气燃烧而燃气过量、燃烧温度较低时才需要重点考虑。因此降低燃气辐射管NO_x排放的关键是减少热力型NO_x生成。

实现低NO_x燃烧主要从高温空气燃烧、烟气再循环、空气分级燃烧、燃气再燃等几个方向着手。其中分级燃烧通过控制燃烧区空气过剩系数偏离化学计量比，实现多级燃烧；烟气再循环技术通过将一次风或二次风与部分烟气混合达到降低氧气浓度和燃烧温度，进而达到降低NO_x的排放浓度的目的，这两种方法是目前应用最为普遍。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种目的是针对现有辐射管燃烧器点火困难、燃烧温度过高、NO_x排放量大、壁面温度均匀性差的问题，提出一种点火容易、燃烧温度较低、NO_x排放量小、壁面温度均匀性好、结构设计合理且可用于多种辐射管的自身预热式辐射管燃烧器。

本实用新型的技术方案是：一种自身预热式辐射管燃烧器，一种自身预热式辐射管燃烧器，该燃烧器包括壳体、辐射管管体、空气通道管体、燃气通道管体、稳焰室和点火枪，所述壳体上设有燃气进气口、空气进气口和烟气出口，所述辐射管管体的一端通过固定法兰与所述壳体的一端固接，用于供空气的所述空气通道管体设置在所述辐射管管体的内部，所述空气通道管体的一端与所述空气进气口连接，另一端设有二次空气喷口，用于供燃气的所述燃气通道管体设置在所述辐射管管体内部的中心位置，所述燃气通道管体的一端穿过所述空气通道管体与所述燃气进气口连接，另一端通过套管和支架支撑固定，所述燃气通道管体包括后部圆筒形管体和前部圆筒形管体，且所述后部圆筒形管体的直径大于前部圆筒形管体，所述后部圆筒形管体与前部圆筒形管体的连接处的渐缩管体上周向设有至少一个一次燃气喷口，所述前部圆筒形管体中间位置周向设置二次燃气喷口，所述前部圆筒形管体的前端设有渐缩型三次燃气喷口，所述点火枪设置在所述一次燃气喷口的上方的所述燃气通道管体上，所述稳焰室一端侧壁上设有一次空气喷口，所述稳焰室的另一端侧壁上设有火焰喷口，所述稳焰室位于所述空气通道管体内的靠近二次空气喷口一端，固接在所述燃气通道管体管体上，所述火焰喷口与所述二次空气喷口处于同一垂直线上，所述一次燃气喷口位于所述稳焰室内，靠近所述一次空气喷口一侧的侧壁，所述二次燃气喷口与三次燃气喷口之间管体上设有套管，所述套管上固结支架。

进一步，所述一次燃气喷口与辐射管管体中心轴线呈一定的夹角α，夹角α的范围为10°~80°。

进一步，所述二次燃气喷口包括多个为旋流喷口或直喷喷口。

进一步，所述一次燃气喷口通入的燃气为燃气总量的10%~40%，所述二次燃气喷口通入的燃气为燃气总量的30%~80%，所述三次燃气喷口通入的剩余燃气。

进一步，所述一次空气喷口通入空气为空气总量的10%~40%，剩余空气则由二次空气喷口喷出。

进一步，所述二次空气喷口为旋流喷口或直喷喷口。

本发明具有以下优点：由于采用上述技术方案，本实用新型一次燃气与一次空气在稳焰室内混合点火保证了火焰稳定性，二次燃气喷口设有多个细孔，燃气以小流量形式从细孔喷出，避免了一次性燃烧释放大量热量的情况，三次燃气喷口设置在燃气通道的顶端，实现燃气三级燃烧，避免了区域过热的情况，而且辐射管内烟气与二次空气混合降低氧浓度，实现低氧燃烧，降低燃烧的最高温度，减少NO_x的排放，在二次燃气喷口和三次燃气喷口之间设置支架支撑燃气通道，防止燃气通道受热弯曲。

本实用新型燃烧器的结构简单，可适于各种气体燃气，如焦炉煤气、混合煤气、天然气等。可广泛应用于钢铁、耐火材料、水泥、玻璃、陶瓷等行业，尤其适用于通有保护气氛的热处理炉。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为一次燃烧处的局部放大结构示意图。

图3为二次燃气喷口处的局部放大结构示意图。

图4为A-A剖面结构示意图。

图中1-烟气出口；2-壳体；3-辐射管管体；4-空气通道管体；5-燃气通道管体；6-稳焰室；7-二次空气喷口；8-二次燃气喷口；9-支架；10-套管；11-三次燃气喷口；12-火焰喷口；13-烟气通道；14-一次燃气喷口；15-一次空气喷口；16-点火枪；17-固定法兰；18-空气入口；19-燃气入口；51-后部圆筒形管体；52-前部圆筒形管体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1至图4所示，本实用新型一种自身预热式辐射管燃烧器，包括辐射管管体3、燃气通道管体5、后部圆筒形管体51、前部圆筒形管体52，一次燃气喷口14、二次燃气喷口8、三次燃气喷口11、点火枪16、空气通道管体4、一次空气喷口15、二次空气喷口7、稳焰室6、烟气通道13、火焰喷口12、支架9、套管10、烟气出口1、换热壳体2、固定法兰17、空气入口18、燃气入口19。

壳体 2上设有燃气进气口19、空气进气口18和烟气出口1，辐射管管体3的一端通过固定法兰17与壳体2的一端固接，用于供空气的空气通道管体4设置在辐射管管体3的内部，空气通道管体4的一端与所述空气进气口18连接，另一端设有二次空气喷口7，用于供燃气的燃气通道管体5设置在辐射管管体3内部的中心位置，燃气通道管体5的一端穿过空气通道管体18与燃气进气口19连接，另一端通过套管10和支架9支撑固定。

所述燃气通道管体5包括后部圆筒形管体51和前部圆筒形管体52，且所述后部圆筒形管体51的直径大于前部圆筒形管体52，燃气通道管体5的后部圆筒形管体51和前部圆筒形管体52连接处的渐缩管体上设置一次燃气喷口14，一次燃气喷口14与辐射管管体3中心轴线呈一定的夹角α，夹角α的范围为10°~80°。

燃气通道管体5的第二管体中间位置周向设置二次燃气喷口8，燃气通道管体5的第二管体的端部设置渐缩型三次燃气喷口11。

点火枪16设置在一次燃气喷口15的上方的燃气通道管体5上，稳焰室6的一侧的侧壁上设有一次空气喷口15，稳焰室6的另一端侧壁上设有火焰喷口12，火焰喷口12与二次空气喷口7处于同一垂直线上，一次燃气喷口14位于稳焰室6内，靠近一次空气喷口15一侧的侧壁。

占燃气总量的10%~40%的燃气通过一次燃气喷口14进入燃烧室6，占空气总量的10%~40%的空气通过一次空气喷口15进入燃烧室6，燃气与空气充分混合后经点火枪16点火生成火苗，火苗从火焰喷口12喷出，占燃气总量的30%~80%的燃气通过二次燃气喷口喷出，二次燃气喷口8的细孔分布在燃气通道管体5中部的周向方向上，燃气以大面积多级小流量喷出，遇混合后的低氧空气燃烧，降低燃烧温度，实现低NO_x燃烧。

二次空气喷口7设置为旋流喷口或直喷喷口，使二次空气卷吸烟气参与再次燃烧，降低助燃气体中氧浓度和理论燃烧温度，减少NO_x生成量。

三次燃气喷口11设置在燃气通道管体5顶端，将燃气燃烧区域增大，避免产生局部高温，降低燃烧最高温度。

烟气通道13与空气通道管体4相隔一个管壁，高温废气由辐射管管体3内部进入烟气通道13通过管壁将热量传递给管壁另一侧的空气，实现自身预热，大大提高燃气利用率。

支架9和套管10位于二次燃气喷口8和三次燃气喷口11之间，减轻燃气通道由于高温产生的弯曲变形。

本实用新型通过采用扩散分级燃烧技术，通过一次燃气喷口14和一次空气喷口15向稳焰室6供入燃气和空气总量的10%~40%的燃气和空气，使用点火枪16点火生成火苗，形成一级燃烧，燃烧室6的空间保证了火苗不被空气管路的大流量气体吹散，使得点火过程变得容易进行。进而在二次燃气喷口8供入30%~80%的燃气、二次空气喷口7供入剩余空气，燃气以大面积多级流量喷出，避免了燃气一次性燃烧释放大量热量。在三次燃气喷口供入剩余的燃气，增大燃气的燃烧区域，降低燃烧的最高温度，同时辐射管内烟气与二次空气混合参与燃烧，降低氧浓度，大大减少NO_x的生成量。

本装置具有加工简单制造方便、气密性良好、运行稳定及有害气体生成量低等优点。

Claims

1.一种自身预热式辐射管燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括壳体(2)、辐射管管体（3）、空气通道管体（4）、燃气通道管体（5）、稳焰室（6）、烟气通道（13）和点火枪（16），所述壳体 (2) 上设有燃气进气口（19）、空气进气口（18）和烟气出口（1），所述辐射管管体（3）的一端通过固定法兰（17）与所述壳体（2）的一端固接，用于供空气的所述空气通道管体（4）设置在所述辐射管管体（3）的内部，所述空气通道管体（4）的一端与所述空气进气口（18）连接，另一端设有二次空气喷口（7），用于供燃气的所述燃气通道管体（5）设置在所述辐射管管体（3）内部的中心位置，所述燃气通道管体（5）的一端穿过所述空气通道管体（18）与所述燃气进气口（19）连接，另一端通过套管（10）和支架（9）支撑固定，所述燃气通道管体（5）包括后部圆筒形管体（51）和前部圆筒形管体（52），且所述后部圆筒形管体（51）的直径大于前部圆筒形管体（52），所述后部圆筒形管体（5）与前部圆筒形管体（52）的连接处的渐缩管体上周向设有至少一个一次燃气喷口（14），所述前部圆筒形管体（52）中间位置周向设置二次燃气喷口（8），所述前部圆筒形管体（52）的前端设有渐缩型三次燃气喷口（11），所述点火枪（16）设置在所述一次燃气喷口（14）的上方的所述燃气通道管体（5）上，所述稳焰室（6）一端侧壁上设有一次空气喷口（15），所述稳焰室（6）的另一端侧壁上设有火焰喷口（12），所述稳焰室（6）位于所述空气通道管体（4）内的靠近二次空气喷口（7）一端，固接在所述燃气通道管体（5）管体上，所述火焰喷口（12）与所述二次空气喷口（7）处于同一垂直线上，所述一次燃气喷口（14）位于所述稳焰室（6）内，靠近所述一次空气喷口（15）一侧的侧壁，所述二次燃气喷口（8）与三次燃气喷口（11）之间管体上设有套管（10），所述套管（10）上固结支架（9）；所述烟气通道（13）设置在所述空气通道管体（4）与辐射管管体（3）之间，所述烟气通道（13）与所述烟气出口（1）联通。

2.如权利要求1所述的一种自身预热式辐射管燃烧器，其特征在于：所述一次燃气喷口（14）与辐射管管体（3）中心轴线呈一定的夹角α，夹角α的范围为10°~80°。

3.如权利要求1所述的一种自身预热式辐射管燃烧器，其特征在于：所述二次空气喷口（7）和二次燃气喷口（8）为旋流喷口或直喷喷口。

4.如权利要求1所述的一种自身预热式辐射管燃烧器，其特征在于：所述一次燃气喷口（14）通入的燃气为燃气总量的10%~40%，所述二次燃气喷口（8）通入的燃气为燃气总量的30%~80%，所述三次燃气喷口（11）通入的剩余燃气。

5.如权利要求1所述的一种自身预热式辐射管燃烧器，其特征在于：所述一次空气喷口（15）通入空气为空气总量的10%~40%，剩余空气则由二次空气喷口（7）供入。