CN204285470U - 一种蓄热式烧嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种蓄热式烧嘴，包括：空气腔，其上设置有空气接口；蓄热腔，其内填充有蓄热体，一端开口并与空气腔相连通，燃气腔上设置有小燃气接口、大火燃气接口和惰性气体接口，燃气腔还连接有一传输管线，传输管线依次穿过空气腔和蓄热腔至蓄热腔另一端的开口处；电子点火杆，一端连接点火器，另一端穿过燃气腔后沿传输管线设置至蓄热腔另一端的开口处。该蓄热式烧嘴每上半个周期内首先吹小火燃气，再吹大火燃气，最后吹惰性气体。本实用新型结构简单便于制作，解决了在切换过程中管道及烧嘴内残留燃气的问题，提高燃料的使用率，延长蓄热体的使用寿命；且通过在燃气管线增加自动流量调节阀，使燃烧火焰可以根据生产工艺要求在线自动调节。

Description

一种蓄热式烧嘴

技术领域

本实用新型涉及蓄热式燃烧设计技术领域，尤其涉及一种蓄热式烧嘴。

背景技术

蓄热式燃烧技术是20世纪90年代发达国家开始推广的一种节能环保的新型燃烧技术，2000年左右逐渐在国内钢铁行业开始推广应用，利用烟气预热使燃料在高温贫氧的气氛下充分燃烧，一方面提高的了燃料的利用率，另一方面降低了氮氧化物的产生，收到了良好的经济和环保效益。当前应用在钢包烘烤器上的蓄热式燃烧技术以双蓄热式烧嘴为主，他的特点是结构紧凑占地面积小，制作并不复杂，节能效果显著，一般可以节约燃料使用在25%-35%，甚至更高。蓄热式烘烤技术一般包含以下主要部件：

供风排风系统：由鼓风机、引风机、管道、调节阀门等组成；

烧嘴：一般选用两个烧嘴配对使用，交替进行排风和燃烧使用；

蓄热体：起到蓄热和预热空气的作用，一般和烧嘴组合使用，结构紧凑；

换向阀：为助燃空气提供换向作用，使两个烧嘴可以交替燃烧和蓄热；

其他设备：包括火焰检测、可燃气体检测、电气元器件、执行机构、气动元器件、机械升降部件、温度探头等。

但是现有技术中蓄热式燃烧技术存在问题：

1、烧嘴与蓄热室转接口由于受巨大温差变化容易产生裂纹，降低烧嘴使用寿命；烧嘴在做蓄热功能时烟气容易进入烧嘴产生冷凝，导致烧嘴氧化腐蚀；

2、换向阀切换时管道残留煤气无法燃烧、排净，在烧嘴内的蓄热体蓄热时进入蓄热体内燃烧，造成烧嘴内的蓄热体局部高温开裂，同时未完全燃烧的煤气随烟气排入大气造成浪费并污染环境；

3、烧嘴内的蓄热体在反复加热和冷却的工况下运行，在巨大温差和高频变换的作用下，很容易脆裂、破碎和变形等，导致气流通道堵塞，压力损失加大，在一定的温度和气氛下发生氧化和腐蚀，会堵塞气体通道，增加流通阻力。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种蓄热式烧嘴，包括有：

空气腔，其上设置有空气接口；

蓄热腔，两端开口，所述蓄热腔内填充有蓄热体，所述蓄热腔的一端开口与所述空气腔相连通；

燃气腔，设置有小火燃气接口和大火燃气接口，所述小火燃气接口和大火燃气接口分别连接小火燃气管线和大火燃气管线；所述燃气腔还连接有一传输管线，所述传输管线依次穿过所述空气腔和蓄热腔至所述蓄热腔另一端的开口处；

点火装置，一端连接点火器，另一端穿过所述燃气腔后沿所述传输管线设置至所述蓄热腔另一端的开口处。

较佳地，所述燃气腔上还设置有惰性气体接口，所述惰性气体接口连接惰性气体管线，惰性气体通过所述惰性气体接口进入所述燃气腔。

较佳地，所述惰性气体采用氮气。

较佳地，所述大火燃气管线上设置有自动流量调节阀。

较佳地，所述蓄热腔的另一端开口上设置有金属孔板。

较佳地，所述蓄热体采用整体陶瓷蜂窝状蓄热体。

较佳地，所述传输管线采用耐热、耐腐钢制作。

较佳地，所述燃气腔上设置有光火孔和/或火焰检测器。

本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

（1）本实用新型提供的蓄热式烧嘴采用新结构设计，将烧嘴设计为三个腔体，分别为燃气腔、空气腔、蓄热腔，且大火燃气、小火燃气、惰性气体共用一个传输管线，相对于现有技术中烧嘴大火燃气和小火燃气分别设置有各自的传输管道的方案，本实用新型中只需一根管道即可完成点火、正常燃烧两个步骤，简化了烧嘴的结构，便于制造；

（2）本实用新型提供的蓄热式烧嘴，增加了惰性气体接口的设置，在换向结束前进行吹扫，将烧嘴和管线内的剩余燃气吹扫出来燃烧，避免能源浪费和污染环境；氮气吹扫还有助于避免高温烟气进入低温燃气管道形成冷凝水，在燃气管道壁上结晶阻塞管道。

（3）本实用新型提供的蓄热式烧嘴，大火燃气管线上加设自动流量调节控制阀，在线自动调节煤空混合比以满足不同工艺对温度的要求。

附图说明

结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本实用新型的上述及其他特征和优点，其中：

图1为本实用新型提供的蓄热式烧嘴的剖视图；

图2为本实用新型提供的蓄热式烧嘴的侧视图；

图3为为本实用新型燃气、氮气、空气管路连接图；

图4为本实用新型运用在蓄热式燃烧系统中的流程图；

图5为本实用新型在半个周期（以25秒为例）内烧嘴大、小燃气及氮气供给时间图。

符号说明：

1-燃气腔

2-空气腔

3-传输管线

4-蓄热腔

5-蓄热体

6-金属孔板

7-电子点火杆

8-火焰检测器

9-观火口

101-大火燃气接口

102-小火燃气接口

103-惰性气体接口

201-空气接口。

具体实施方式

参见示出本实用新型实施例的附图，下文将更详细地描述本实用新型。然而，本实用新型可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本实用新型的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

蓄热式燃烧技术是将空气预热，生成高温空气喷射入燃烧室内，维持低氧状态，同时将燃料输送到气流中，产生燃烧。空气（气体燃料）温度预热到800℃～1000℃以上，燃烧区空气含氧量在21%～2%，与传统燃烧过程相比，提高空气温度燃烧的最大特点是节省燃料，减少CO2和NOX的排放及降低燃烧噪音。蓄热式烧嘴的使用是实现这一目标的重要部件，烧嘴一般成对使用，助燃空气通过其中一个烧嘴，被加热后供燃烧用，另一个烧嘴排出烟气，同时蓄热体被加热。当换向阀换向时，系统反向运行，之前高温的蓄热体用来加热空气，助燃空气冷却的蓄热体则被高温烟气加热，最后排出的烟气只有150～200℃，空气预热温度1000 ℃左右，切换阀在低温下工作，同时排出燃烧废气的风机也在低温下工作。目前自身蓄热式烧嘴的设计种类有很多，但是存在一些问题，比如烧嘴与蓄热室转接口裂纹，烧嘴使用寿命短，切换时管道残留燃气等问题。

参考图1-2中，本实用新型提供了一种蓄热式烧嘴，本实用新型通过简化烧嘴结构，以便于制作，同时提高了蓄热效果；通过对于燃烧过程的优化，解决在切换过程中管道及烧嘴内残留燃气的问题，提高燃料的使用率，延长蓄热体的使用寿命；通过在燃气管道增加自动流量调节阀，使燃烧火焰可以根据生产工艺要求在线自动调节。

具体的，该蓄热式烧嘴包括有燃气腔1、空气腔2和蓄热腔4，燃气腔1和蓄热腔4分别设置在空气腔2的两侧形成一整体。其中，空气腔2上端设置有空气接口201，外部空气通过空气接口201输送到空气腔2内。蓄热腔4两端开口，空气腔2与蓄热腔4相对的一侧设置有开口，蓄热腔4一端的开口与空气腔2一侧的开口连接并相通；蓄热腔4内填充有蓄热体5，空气腔2内的空气进入蓄热腔4，经过蓄热体5时，空气被蓄热体5在上个周期内储存的热量加热成高温空气，高温空气通过蓄热腔4另一端开口吹进燃烧室内；在本实施例中蓄热体5优选采用整体陶瓷蜂窝状蓄热材料制作而成，蓄热体5采用整体的结构形式，可以避免因气体通过蜂窝体通道时产生的摩擦阻力损失，尤其是在流经两块蜂窝体交界面时因流通面积突变和各个通道之间可能发生交错而产生局部阻力损失。蓄热腔4的另一端开口上连接有金属孔板6，相对于现有烧嘴中采用的其他耐火材料来说，本实用新型提供的金属孔板6更加坚固、耐高温，有效解决烧嘴与燃烧室转接口处的孔板由于受巨大温差变化容易产生裂纹的问题，延长了烧嘴的使用寿命。

在本实施例中，燃气腔1上设置有大火燃气接口101和小火燃气接口102，分别连接大火燃气管线和小火燃气管线，其中燃气可采用煤气等，此处不作限制，小火燃气起点火作用，大火燃气为正常工作时使用。其中，大火燃气管线上设置有自动流量调节阀，根据生产需要在线自动调节燃气流量；具体的，燃烧室内设置有测量设备，如炉内温度探头等设备，测量设备再将测量到的实时信息反馈给自动流量调节阀；炉内温度检测探头将实际温度反馈给PLC，PLC根据生产设定温度通过流量调节阀调节燃气供给，以达到生产工艺设定温度要求，从而实现燃烧室内的火焰根据生产工艺要求在线调节的效果。

燃气腔1与空气腔2相对的一侧上连接有一传输管线3，传输管线3一端与燃气腔1相连通，另一端依次穿过空气腔2和蓄热腔4至蓄热腔4另一端的开口处；传输管线3优选的布置在蓄热体5的中心上，这种设置方式与现有技术中管线侧入式烧嘴相比，本实用新型具有蓄热腔4易于加工、烧嘴易于组装及检修的优点；由大火燃气接口101和小火燃气接口102输入的燃气通过传输管线3被输送到蓄热腔4另一端的开口处，并吹进燃烧室内，与预热后的空气燃烧；其中，传输管线3采用耐热、耐腐蚀钢制成，有利于增加烧嘴使用寿命。相对于现有技术中烧嘴大火燃气和小火燃气分别设置有各自的传输管线的方案，本实用新型中大火燃气和小火燃气共用一跟传输管路，只需一根管道即可完成点火、正常燃烧两个步骤，简化了烧嘴的结构，便于制造。

在本实施例中，燃气腔1上还设置有惰性气体接口103，惰性气体接口103与惰性气体管路相连通，惰性气体依次吹过燃气腔1和传输管线3，将烧嘴内残留的燃气吹掉；其中惰性气体优选为氮气，氮气相对成本较低，当然也可选择其他惰性气体，此处不作限制。本实用新型在燃气腔1上设置惰性气体接口103，在燃烧循环中加入氮气吹扫步骤，吹扫换向阀切换时管道和烧嘴内残留的燃气，避免能源浪费和污染空气，同时避免燃气进入蓄热室与烟气中残留的氧气燃烧造成蓄热体局部高温破损；氮气吹扫还有助于避免高温烟气进入低温燃气管道形成冷凝水，在燃气管道壁上结晶阻塞管道。

在本实施例中，燃气腔1上还设置有观火孔9火焰检测器8，观火孔9与传输管线3的中心线相对，以便于从观火孔9能够看到传输管线3另一端开口处以及燃烧室内的火势情况；火焰检测器8同样用于自动检测传输管线3另一端开口处的火势情况，当无法检测到火焰时，停止燃气供给并报警，增加了系统的安全性。

在本实施例中，蓄热式烧嘴还包括有点火装置，点火装置具体可采用电子点火杆7，电子点火杆7的一端连接点火器，另一端依次穿过燃气腔1、空气腔2和蓄热腔4至蓄热腔4另一端的开口处，电子点火杆7与传输管线3紧邻且沿传输管线3设置；大火燃气和小火燃气共用一个电子点火杆7，简化了烧嘴的结构，使得烧嘴的结构更加紧凑。

参照图3-4，为本实用新型提供的蓄热式烧嘴运用到蓄热式燃烧系统中的管路连接图和工作流程图。蓄热式燃烧系统中设置有两个如上所述的蓄热式烧嘴，两个烧嘴的出气口端均与燃烧室相连通，即蓄热腔4的另一端开口与燃烧室连接并连通。蓄热式燃烧系统的工作过程具体如下：

上半周期，通过调节换向阀，使得空气进入到烧嘴1#内进行预热，获得高温空气被输入进行燃烧室内，与被输入的燃气一起燃烧；烧嘴2#的各燃气管线以及惰性气体管线关闭，空气接口打开，燃烧室内的烟气通过烧嘴2#排出，通过流经烧嘴2#的时候对烧嘴2#内的蓄热体进行加热，直至上半周期结束。下半周期，通过调节换向阀，使得空气进入到烧嘴2#内，烧嘴2#内的蓄热体利用上半周期时吸收储存的热量对空气进行预热，温度预热到获得高温空气被输入进行燃烧室内，与被输入的燃气一起燃烧；烧嘴1#的各燃气管线以及惰性气体管线关闭，空气接口打开，燃烧室内的烟气通过烧嘴1#排出，通过流经烧嘴1#的时候对烧嘴1#内的蓄热体进行加热，从而完成一个周期的工作。重复上半周期、下半周期的工作过程，直至燃烧过程结束。

本实用新型提供的蓄热式烧嘴，在蓄热式燃烧系统中具体工作过程如下：

一、燃烧烧嘴工作步骤分解如下：

鼓风机将外界空气通过空气接口201吹入到空气腔2，空气腔2内的空气流经蓄热体5被预热，预热变成800—1000℃的高温空气，高温空气从蓄热腔4另一端的出口经过金属孔板6后排入到燃烧室内；

打开小火燃气管线上的阀门，使得小量燃气经过小火燃气接口102进入到燃气腔1内，燃气再经由传输管线3被输送到蓄热腔4另一端的出口，并吹入到燃烧室内与空气混合；于此同时，启动点火器通电子点火杆7，实现对燃烧室内气体的点火；

关闭小火燃气管线上的阀门，打开大火燃气管线上的阀门，使得大量的燃气依次经过大火燃气接口101、传输管线3后被输送到燃烧室内，以供其正常工作；

一段时间后，关闭大火燃气管线上的阀门，打开惰性气体管线上的阀门，使得惰性气体由惰性气体接口103依次吹过燃气腔1、传输管线3，惰性气体吹扫一段时间后，关闭惰性气体管线上的阀门，燃烧烧嘴的工作过程结束。

其中，参照图5中所示，半个周期为25s为例进行进一步的说明，小火燃气首先流通2s，然后通大火燃气，1秒钟后关闭小火燃气，大火燃气流通21s，（其中第1秒与小火燃气共通，）最后惰性气体流通2s。当然上述各气体的流通时间的分配只是一种实施例，也可根据具体情况进行调整，此处不作限制。

二、排气烧嘴工作步骤分解如下：

排气烧嘴的大火燃气接口101、小火燃气接口102和惰性气体接口103均关闭，在风机的作用下，蓄热室内的高温烟气自蓄热腔4另一端的开口进入到蓄热腔3内，流经蓄热体5的时候对蓄热体5进行加热；热交换后，高温烟气降温到150—200℃，并从空气接口201排出。

综上所述，本实用新型提供了一种蓄热式烧嘴，包括：空气腔，其上设置有空气接口；蓄热腔，其内填充有蓄热体，一端开口并与空气腔相连通，燃气腔上设置有小燃气接口、大火燃气接口和惰性气体接口，燃气腔还连接有一传输管线，传输管线依次穿过空气腔和蓄热腔至蓄热腔另一端的开口处；电子点火杆，一端连接点火器，另一端穿过燃气腔后沿传输管线设置至蓄热腔另一端的开口处。该蓄热式烧嘴每上半个周期内首先吹小火燃气，再吹大火燃气，最后吹惰性气体。本实用新型结构简单便于制作，解决了在切换过程中管道及烧嘴内残留燃气的问题，提高燃料的使用率，延长蓄热体的使用寿命；且通过在燃气管线增加自动流量调节阀，使燃烧火焰可以根据生产工艺要求在线自动调节。

本技术领域的技术人员应理解，本实用新型可以以许多其他具体形式实现而不脱离本实用新型的精神或范围。尽管已描述了本实用新型的实施例，应理解本实用新型不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本实用新型精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (8)

1.一种蓄热式烧嘴，其特征在于，包括有：

空气腔，其上设置有空气接口；

蓄热腔，两端开口，所述蓄热腔内填充有蓄热体，所述蓄热腔的一端开口与所述空气腔相连通；

燃气腔，设置有小火燃气接口和大火燃气接口，所述小火燃气接口和大火燃气接口分别连接小火燃气管线和大火燃气管线；所述燃气腔还连接有一传输管线，所述传输管线依次穿过所述空气腔和蓄热腔至所述蓄热腔另一端的开口处；

点火装置，一端连接点火器，另一端穿过所述燃气腔后沿所述传输管线设置至所述蓄热腔另一端的开口处。

2.据权利要求1所述的蓄热式烧嘴，其特征在于，所述燃气腔上还设置有惰性气体接口，所述惰性气体接口连接惰性气体管线，惰性气体通过所述惰性气体接口进入所述燃气腔。

3.据权利要求2所述的蓄热式烧嘴，其特征在于，所述惰性气体采用氮气。

4.据权利要求1所述的蓄热式烧嘴，其特征在于，所述大火燃气管线上设置有自动流量调节阀。

5.据权利要求1所述的蓄热式烧嘴，其特征在于，所述蓄热腔的另一端开口上设置有金属孔板。

6.据权利要求1所述的蓄热式烧嘴，其特征在于，所述蓄热体采用整体陶瓷蜂窝状蓄热体。

7.据权利要求1所述的蓄热式烧嘴，其特征在于，所述传输管线采用耐热、耐腐钢制作。

8.据权利要求1所述的蓄热式烧嘴，其特征在于，所述燃气腔上设置有光火孔和/或火焰检测器。