CN207035119U - 一种直喷式低NOx自身预热式烧嘴 - Google Patents
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Abstract
一种直喷式低NOx自身预热式烧嘴，包括空气壳体、空气导管、翅片换热器管，空气入口管路与空气壳体内部连通，空气导管的前端固定设置在空气壳体内，翅片换热器管套接在空气导管表面且前端与空气壳体内部连通，烟气导管套接在翅片换热器管表面且表面设有排烟出口，还包括低温燃气管、高温燃气管，陶瓷燃烧室管，低温燃气管一端延伸至陶瓷燃烧室管内并连接有空燃混合头，空燃混合头设有低温燃气出口，陶瓷燃烧室管末端固定设置在翅片换热器管的后端并在固定处形成二次环缝间隙，陶瓷燃烧室管与空气导管之间形成一次环缝间隙，高温燃气管设置于低温燃气管内并延伸至翅片换热器管的后端。本实用新型能有效地大幅减少高温工作时的NOx排放。
Description
技术领域
本实用新型涉及自身预热式烧嘴领域，尤指一种直喷式低NOx自身预热式烧嘴。
背景技术
目前随着我国对环境保护的日益重视，工业炉窑的节能减排成为其中的重要环节，如何降低工业炉窑中有害气体的排放成为一个难题。现有的工业炉窑的燃烧器或烧嘴大部分没有预热系统，或使用外置换热器，外置换热器体积大、笨重，同时空气预热温度不高，使得整体节能效果不好。
随着70年代和80年代的能源危机，人类开始进行了许多提高烧嘴热效率的研发工作，其中最简便有效的方式就是提高预热空气温度，随着预热空气的温度升高，燃烧系统的热效率呈线性上升，能有效的节约能源。
但与此同时，人们也注意到随着预热空气的升高，燃烧过程中的NOx排放也急剧上升，国内外科学家开始意识到NOx排放对人类健康和生存环境的负面影响越来越大。
常规的自身预热式烧嘴整体轻便、方便拆卸移动，并且能有效的提高预热空气温度，但是在较高温时，预热空气温度也急剧升高，其NOx排放也随之快速上升。因此，如何降低自身预热式烧嘴在高温工作时的NOx排放成为了一个难点。
发明内容
为解决上述问题，本实用新型提供一种不仅能减少低温工作时的NOx排放，同时还能有效地大幅减少高温工作时的NOx排放，提高燃料的燃烧效率，节约能源，减少成本的直喷式低NOx自身预热式烧嘴。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种直喷式低NOx自身预热式烧嘴，包括中空的空气壳体、空气导管、翅片换热器管、烟气导管、固设于空气壳体左端的燃气壳体、固设于空气壳体表面的空气入口管路，空气入口管路与空气壳体内部连通，空气导管的前端固定设置在空气壳体内，后端延伸至空气壳体外，翅片换热器管套接在空气导管表面，且翅片换热器管的前端与空气壳体内部连通，烟气导管套接在翅片换热器管表面，且烟气导管表面设有排烟出口，其特征在于：还包括低温燃气管、高温燃气管，陶瓷燃烧室管，所述低温燃气管一端延伸至陶瓷燃烧室管内并连接有空燃混合头，所述空燃混合头设有低温燃气出口，所述陶瓷燃烧室管末端固定设置在翅片换热器管的后端并在固定处形成二次环缝间隙，陶瓷燃烧室管与空气导管之间形成一次环缝间隙，所述高温燃气管设置于低温燃气管内并延伸至翅片换热器管的后端。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型通过设置低温燃气管和高温燃气管，提供高低温两种不同的工作模式，可以根据实际情况选用，且两种工作模式都能够最大限度的减少烧嘴工作时的NOx排放。低温状态下选用低温模式，开启低温燃气管，关闭高温燃气管，预热后的助燃空气由一次环缝间隙进入陶瓷燃烧室管与经由低温燃气出口进入陶瓷燃烧室管内的燃气在陶瓷燃烧室管内形成一次燃烧，一次燃烧产生的烟气由陶瓷燃烧室管喷出，与二次环缝间隙进入的二次风形成二次燃烧；空气分级燃烧技术，能有效的降低火焰燃烧温度，从而减少NOx的产生，二次燃烧后形成高速火焰，高速火焰能卷吸周围的烟气参与燃烧，降低火焰温度，减少NOx的形成。高温状态下选用高温模式，开启高温燃气管，关闭低温燃气管，预热后的助燃空气经过陶瓷燃烧室管或二次环缝间隙与高温燃气管喷出的燃气混合燃烧，由于高温燃气管喷出的燃气速度极快，能卷吸周围的大量烟气边混合边燃烧，极大地稀释了燃烧过程中的氧含量，有效的降低火焰燃烧温度，大幅减少NOx的产生。
附图说明
图1 是本实用新型结构示意图；
图2 是本实用新型低温模式具体实施方式示意图；
图3 是本实用新型低温模式另一实施例示意图；
图4是本实用新型高温模式具体实施方式示意图；
图5是本实用新型高温模式另一实施例示意图。
附图标号说明：1-空气壳体；2-燃气壳体；3-点火电极；4-翅片换热器管；5-空气导管；6-陶瓷燃烧室管；7-低温燃气管；8-空燃混合头；9-低温燃气出口；10-高温燃气管；11-排烟出口；12-空气电磁阀；13-空气入口管路；14-低温燃气阀；15-低温燃气入口管路；16-高温燃气阀；17-高温燃气入口管路；18-烟气导管；19-辐射管；20-炉膛。
具体实施方式
请参阅图1所示，一种直喷式低NOx自身预热式烧嘴，包括中空的空气壳体1、空气导管5、翅片换热器管4、烟气导管18、固设于空气壳体1左端的燃气壳体2、固设于空气壳体1表面的空气入口管路13，空气入口管路13与空气壳体1内部连通，空气导管5的前端固定设置在空气壳体1内，后端延伸至空气壳体1外，翅片换热器管4套接在空气导管5表面，且翅片换热器管4的前端与空气壳体1内部连通，烟气导管18套接在翅片换热器管4表面，且烟气导管18表面设有排烟出口11，其特征在于：还包括低温燃气管7、高温燃气管10，陶瓷燃烧室管6，所述低温燃气管7一端延伸至陶瓷燃烧室管6内并连接有空燃混合头8，所述空燃混合头8设有低温燃气出口9，所述陶瓷燃烧室管6末端固定设置在翅片换热器管4的后端并在固定处形成二次环缝间隙，陶瓷燃烧室管6与空气导管5之间形成一次环缝间隙，所述高温燃气管10设置于低温燃气管7内并延伸至翅片换热器管4的后端。
相较于现有的技术，本实用新型通过设置低温燃气管7和高温燃气管10，提供高低温两种不同的工作模式，可以根据实际情况选用，且两种工作模式都能够最大限度的减少烧嘴工作时的NOx排放。低温状态下选用低温模式，开启低温燃气管7，关闭高温燃气管10，预热后的助燃空气由一次环缝间隙进入陶瓷燃烧室管6与经由低温燃气出口9进入陶瓷燃烧室管6内的燃气在陶瓷燃烧室管6内形成一次燃烧，一次燃烧产生的烟气由陶瓷燃烧室管6喷出，与二次环缝间隙进入的二次风形成二次燃烧；空气分级燃烧技术，能有效的降低火焰燃烧温度，从而减少NOx的产生，二次燃烧后形成高速火焰，高速火焰能卷吸周围的烟气参与燃烧，降低火焰温度，减少NOx的形成。高温状态下选用高温模式，开启高温燃气管10，关闭低温燃气管7，预热后的助燃空气经过陶瓷燃烧室管6或二次环缝间隙与高温燃气管10喷出的燃气混合燃烧，由于高温燃气管10喷出的燃气速度极快，能卷吸周围的大量烟气边混合边燃烧，极大地稀释了燃烧过程中的氧含量，有效的降低火焰燃烧温度，大幅减少NOx的产生。
具体地，所述空气入口管路13设置有空气电磁阀12。
采用上述方案，在空气入口管路13上设置空气电磁阀12，可以通过控制空气电磁阀12的开闭来控制空气的进入与停止。
具体地，所述低温燃气管7 另一端延伸至空气壳体1外并固定设置于燃气壳体2内，并外接有低温燃气入口管路15，所述低温燃气入口管路15设置有低温燃气阀14。
采用上述方案，低温燃气管7外接低温燃气入口管路15，低温燃气入口管路15设置有低温燃气阀14，通过低温燃气阀14的开闭，便于控制低温燃气的进入与停止。
具体地，所述高温燃气管10另一端延伸至空气壳体1外并固定设置于燃气壳体2内，并外接有高温燃气入口管路17，所述高温燃气入口管路17设置有高温燃气阀16。
采用上述方案，高温燃气管10外接高温燃气入口管路17，高温燃气入口管路17设置有高温燃气阀16，通过高温燃气阀16的开闭，便于控制高温燃气的进入与停止。
具体地，所述陶瓷燃烧室管6与翅片换热器管4连接的一端为缩口结构，所述翅片换热器管4后端的表面设置有连接孔，所述陶瓷燃烧室管6的缩口结构固定连接在连接孔上，所述陶瓷燃烧室管6缩口结构与连接孔之间形成二次环缝间隙。
采用上述方案，陶瓷燃烧室管6与翅片换热器管4连接的一端为缩口结构，可提高陶瓷燃烧室管6内一次燃烧后的烟气的喷射速度，然后二次燃烧形成高速火焰，卷吸周围的烟气参与燃烧，能有效的降低火焰燃烧温度，从而减少NOx的产生。
具体地，还包括点火电极3，所述点火电极3的点火端设置在空燃混合头8处。
采用上述方案，点火电极3可以为空燃混合头8提供稳定的高压点火功能，使低温燃气顺利燃烧。
具体地，所述低温燃气出口9以低温燃气管7为圆心呈圆周均匀分布设置。
采用上述方案，呈圆周均匀分布设置的低温燃气出口9，可以使燃气从空燃混合头8四周均匀喷出，与空气进行充分接触，提高燃气的燃烧效率。
具体地，还包括辐射管19，所述辐射管19固定连接在空气导管5、翅片换热器管4、烟气导管18的后端。
采用上述方案，烟气进入辐射管19进行辐射传热后，由烟气导管18导入到翅片换热器管4，烟气与经过空气导管5的助燃空气进行热交换之后变为低温烟气，最后从排烟出口11排出。
具体地，所述翅片换热器管4的材质为金属合金或碳化硅。
采用上述方案，当翅片换热器管4采用金属合金材质时，使用温度在1000℃以下；当采用碳化硅材质时，使用温度在1000℃以上。
下面通过具体实施例对本实用新型作进一步说明。
1.辐射管间接加热实施例
1.1低温模式（如图2所示）：
1）助燃空气由空气入口管路13进入，此时空气电磁阀12开启，助燃空气进入空气壳体1内部的空气腔体，然后助燃空气进入空气导管5，与经过翅片换热器管4的烟气进行热交换之后变为高温助燃空气，高温助燃空气一部分经由空气导管5与陶瓷燃烧室管6之间形成的一次环缝间隙进入陶瓷燃烧室管6，另一部分进入翅片换热器管4与陶瓷燃烧室管6之间形成的二次环缝间隙；
2）燃气由低温燃气入口管路15进入，此时低温燃气阀14开启，高温燃气阀16关闭；燃气进入燃气壳体2，并经由低温燃气管7到达空燃混合头8，经过空燃混合头8上的低温燃气出口9到达陶瓷燃烧室管6；
3）预热后的助燃空气由一次环缝间隙进入陶瓷燃烧室管6与经由低温燃气出口9进入陶瓷燃烧室管6内的燃气在陶瓷燃烧室管6内形成一次燃烧；
4）一次燃烧产生的烟气由陶瓷燃烧室管6缩口处喷出，与二次环缝间隙进入的二次风在辐射管19内形成二次燃烧，空气分级燃烧技术，能有效的降低火焰燃烧温度，从而减少NOx的产生。
5）二次燃烧后在辐射管19内形成高速火焰，高速火焰能卷吸周围的烟气参与燃烧，降低火焰温度，减少NOx的形成；
6）辐射管19内烟气由烟气导管18导入到翅片换热器管4，烟气与经过空气导管6的助燃空气进行热交换之后变为低温烟气，最后从排烟出口11排出。
1.2高温模式（炉温高于850℃时才能开启）（如图3所示）：
1）助燃空气由空气入口管路13进入，此时空气电磁阀12开启，助燃空气进入空气壳体3内部的空气腔体，然后助燃空气进入空气导管5，与经过翅片换热器管4的烟气进行热交换之后变为高温助燃空气，高温助燃空气一部分经由空气导管5与陶瓷燃烧室管6之间形成的一次环缝间隙进入陶瓷燃烧室管6，另一部分进入翅片换热器管4与陶瓷燃烧室管6之间形成的二次环缝间隙；
2）燃气由高温燃气入口17进入，此时高温燃气阀16开启，低温燃气阀14关闭；燃气进入燃气壳体2，并经由高温燃气管10到达陶瓷燃烧室管6前端高速喷入辐射管19内；
3）预热后的助燃空气经过陶瓷燃烧室管6或二次环缝间隙与高温燃气管10喷入辐射管19内的高速燃气在辐射管19进行燃烧，由于高温燃气管10喷入辐射管19的燃气速度极快，能卷吸辐射管19内的大量烟气边混合边燃烧，极大地稀释了燃烧过程中的氧含量，有效的降低火焰燃烧温度，辐射管19内温度均匀性好，大幅减少NOx的产生；
4）辐射管19内烟气由烟气导管18导入到翅片换热器管4，烟气与经过空气导管6的助燃空气进行热交换之后变为低温烟气，最后从排烟出口11排出。
2.明火直接加热实施例
2.1低温模式（如图4所示）：
1）助燃空气由空气入口管路13进入，此时空气电磁阀12开启，助燃空气进入空气壳体1内部的空气腔体，然后助燃空气进入空气导管5，与经过翅片换热器管4的烟气进行热交换之后变为高温助燃空气，高温助燃空气一部分经由空气导管5与陶瓷燃烧室管6之间形成的一次环缝间隙进入陶瓷燃烧室管6，另一部分进入翅片换热器管4与陶瓷燃烧室管6之间形成的二次环缝间隙；
2）燃气由低温燃气入口管路15进入，此时低温燃气阀14开启，高温燃气阀16关闭；燃气进入燃气壳体2，并经由低温燃气管7到达空燃混合头8，经过空燃混合头8上的低温燃气出口9到达陶瓷燃烧室管6；
3）预热后的助燃空气由一次环缝间隙进入陶瓷燃烧室管6与经由低温燃气出口9进入陶瓷燃烧室管6内的燃气在陶瓷燃烧室管6内形成一次燃烧；
4）一次燃烧产生的烟气由陶瓷燃烧室管6缩口处喷出，与二次环缝间隙进入的二次风在炉膛20内形成二次燃烧，空气分级燃烧技术，能有效的降低火焰燃烧温度，从而减少NOx的产生。
5）二次燃烧后在炉膛20内形成高速火焰，高速火焰能卷吸周围的烟气参与燃烧，降低火焰温度，减少NOx的形成；
6）炉膛20内烟气由烟气导管18导入到翅片换热器管4，烟气与经过空气导管6的助燃空气进行热交换之后变为低温烟气，最后从排烟出口11排出。
2.2高温模式（炉温高于850℃时才能开启）（如图5所示）：
1）助燃空气由空气入口管路13进入，此时空气电磁阀12开启，助燃空气进入空气壳体3内部的空气腔体，然后助燃空气进入空气导管5，与经过翅片换热器管4的烟气进行热交换之后变为高温助燃空气，高温助燃空气一部分经由空气导管5与陶瓷燃烧室管6之间形成的一次环缝间隙进入陶瓷燃烧室管6，另一部分进入翅片换热器管4与陶瓷燃烧室管6之间形成的二次环缝间隙；
2）燃气由高温燃气入口17进入，此时高温燃气阀16开启，低温燃气阀14关闭；燃气进入燃气壳体2，并经由高温燃气管10到达陶瓷燃烧室管6前端高速喷入炉膛20内；
3）预热后的助燃空气经过陶瓷燃烧室管6或二次环缝间隙与高温燃气管10喷入炉膛20内的高速燃气在炉膛20进行燃烧，由于高温燃气管10喷入炉膛20的燃气速度极快，能卷吸炉膛20内的大量烟气边混合边燃烧，极大地稀释了燃烧过程中的氧含量，有效的降低火焰燃烧温度，炉膛20内温度均匀性好，大幅减少NOx的产生；
4）炉膛20内烟气由烟气导管18导入到翅片换热器管4，烟气与经过空气导管6的助燃空气进行热交换之后变为低温烟气，最后从排烟出口11排出。
以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种直喷式低NOx自身预热式烧嘴，包括中空的空气壳体、空气导管、翅片换热器管、烟气导管、固设于空气壳体左端的燃气壳体、固设于空气壳体表面的空气入口管路，空气入口管路与空气壳体内部连通，空气导管的前端固定设置在空气壳体内，后端延伸至空气壳体外，翅片换热器管套接在空气导管表面，且翅片换热器管的前端与空气壳体内部连通，烟气导管套接在翅片换热器管表面，且烟气导管表面设有排烟出口，其特征在于：还包括低温燃气管、高温燃气管，陶瓷燃烧室管，所述低温燃气管一端延伸至陶瓷燃烧室管内并连接有空燃混合头，所述空燃混合头设有低温燃气出口，所述陶瓷燃烧室管末端固定设置在翅片换热器管的后端并在固定处形成二次环缝间隙，陶瓷燃烧室管与空气导管之间形成一次环缝间隙，所述高温燃气管设置于低温燃气管内并延伸至翅片换热器管的后端。
2.根据权利要求1所述的直喷式低NOx自身预热式烧嘴，其特征在于，所述空气入口管路设置有空气电磁阀。
3.根据权利要求1所述的直喷式低NOx自身预热式烧嘴，其特征在于，所述低温燃气管另一端延伸至空气壳体外并固定设置于燃气壳体内，并外接有低温燃气入口管路，所述低温燃气入口管路设置有低温燃气阀。
4.根据权利要求1所述的直喷式低NOx自身预热式烧嘴，其特征在于，所述高温燃气管另一端延伸至空气壳体外并固定设置于燃气壳体内，并外接有高温燃气入口管路，所述高温燃气入口管路设置有高温燃气阀。
5.根据权利要求1所述的直喷式低NOx自身预热式烧嘴，其特征在于，所述陶瓷燃烧室管与翅片换热器管连接的一端为缩口结构，所述翅片换热器后端的表面设置有连接孔，所述陶瓷燃烧室管的缩口结构固定连接在连接孔上，所述陶瓷燃烧室管缩口结构与连接孔之间形成二次环缝间隙。
6.根据权利要求1所述的直喷式低NOx自身预热式烧嘴，其特征在于，还包括点火电极，所述点火电极的点火端设置在空燃混合头处。
7.根据权利要求1所述的直喷式低NOx自身预热式烧嘴，其特征在于，所述低温燃气出口以低温燃气管为圆心呈圆周均匀分布设置。
8.根据权利要求1所述的直喷式低NOx自身预热式烧嘴，其特征在于，还包括辐射管，所述辐射管固定连接在空气导管、翅片换热器管、烟气导管的后端。
9.根据权利要求1所述的直喷式低NOx自身预热式烧嘴，其特征在于，所述翅片换热器管的材质为金属合金或碳化硅。
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2017
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