CN207035127U - 一种新型蓄热式平焰烧嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型蓄热式平焰烧嘴，包括内部装有蓄热体的中空烧嘴壳体、平焰烧嘴砖、空气入口、点火烧嘴、烧嘴芯和空燃混合头，平焰烧嘴砖一端设有喇叭形渐宽结构的平焰燃烧室，空燃混合头设有一次风通道沿燃气管外缘呈圆周分布，且向燃烧管轴芯方向聚拢，平焰烧嘴砖设有二次风通道沿平焰燃烧室外缘呈圆周分布，且自烧嘴壳体向炉膛方向呈放射状均匀分散，与平焰燃烧室的喇叭形渐宽结构相对应，一次助燃风量约占总量的30‑50%，二次助燃风量占总量的50‑70%。本实用新型通过采用特殊的空气分级旋流技术，既不会影响到火焰形成平焰形状，同时稀释燃烧过程中的氧含量，降低火焰的燃烧温度，极大的降低燃烧过程产生的热力型NOx。

Description

一种新型蓄热式平焰烧嘴

技术领域

本实用新型涉及烧嘴领域，尤指一种新型蓄热式平焰烧嘴。

背景技术

目前，由于世界能源的短缺以及能源的不可再生性，为了节约能源以及降低生产成本，在热处理加热炉中，蓄热式燃烧技术得到广泛的推广和应用。蓄热式燃烧技术其工作原理是：蓄热式烧嘴成对设置，利用蓄热体作载体，交替地被废气热量加热，再将蓄热体蓄存的热量用于加热空气或燃气，蓄热体周期性地加热、放热使空气或燃气预热到高温，既保证了炉膛加热的连续性又达到节能的效果。

随着国家对环境保护的日益重视，工业炉窑的节能减排迫在眉睫。目前国内的热处理炉和加热炉普遍使用蓄热式烧嘴用于节能，但是市面上大多数蓄热式平焰烧嘴在炉温1200℃、预热温度1000℃时的NOx排放在8%氧含量700-1000ppm左右，远高于国家NOx排放标准8%氧含量时150ppm，不符合国家的环保要求。蓄热式烧嘴的使用使得助燃空气温度急剧上升，导致火焰燃烧温度升高，烧嘴燃烧过程中产生的热力型NOx也成倍上升，虽然节约了能源，但是达不到环保指标，严重污染环境。常规的蓄热式平焰烧嘴使用空气分级燃烧时一次助燃空气和二次助燃空气的距离较近，并且一、二次助燃空气量分配不合适，使得一次燃烧后产生的烟气立即就与二次风混合燃烧，降低NOx的效果不明显。由于蓄热式平焰烧嘴火焰形状的特殊性，为了避免烧到工件，必须形成贴炉壁的火焰，这样为了避免破坏蓄热式烧嘴火焰的完整性，使得一些常规的降低NOx措施无法应用在蓄热式平焰烧嘴上。

因此，如何在保持蓄热式平焰烧嘴火焰形状的基础上，再降低蓄热式平焰烧嘴中NOx的排放成为一个难题。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种既能保持蓄热式平焰烧嘴火焰形状，又能降低蓄热式平焰烧嘴中NOx的新型蓄热式平焰烧嘴。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种新型蓄热式平焰烧嘴，包括内部装有蓄热体的中空烧嘴壳体、平焰烧嘴砖、空气入口、点火烧嘴、烧嘴芯和空燃混合头，所述平焰烧嘴砖固定设置在烧嘴壳体上，所述空燃混合头固定设置在平焰烧嘴砖上，所述空气入口安装在蓄热体的顶部，所述平焰烧嘴砖一端设有喇叭形渐宽结构的平焰燃烧室，所述点火烧嘴的点火端设置在平焰燃烧室内，所述烧嘴芯包括燃气管及设置在燃气管一端的燃气入口，所述燃气管的另一端设置在烧嘴壳体内并与空燃混合头连通，所述空燃混合头设有分别与烧嘴壳体和平焰燃烧室连通的一次风通道，所述一次风通道沿燃气管外缘呈圆周分布，且燃气管轴芯方向聚拢，所述平焰烧嘴砖设有分别与烧嘴壳体和炉膛连通的二次风通道，所述二次风通道沿平焰燃烧室外缘呈圆周分布，且自烧嘴壳体向炉膛方向呈放射状均匀分散，与平焰燃烧室的喇叭形渐宽结构相对应，所述一次风通道通的一次助燃风量约占总量的30%-50%，所述二次风通道通的二次助燃风量占总量的70%-50%。

其中，一次助燃风沿平焰烧嘴砖面的行程与空燃混合头直径的比值大于1。

其中，所述烧嘴芯还包括冷却风管及设置在冷却风管一端的冷却风入口，所述冷却风管套设在燃气管的表面，并与空燃混合头连接。

其中，所述烧嘴芯还包括燃气管保温层，所述燃气管保温层套设在冷却风管的表面。

其中，其特征在于：所述烧嘴壳体由钢板构成，所述烧嘴壳体内部设有保温层填充，所述保温层包裹住蓄热体，所述保温层由耐火材料构成。

其中，还包括控制阀门、控制系统，所述控制阀门设置在空气入口、燃气入口和冷却风入口处并与控制系统连接，所述点火烧嘴与控制系统连接。

其中，还包括UV检测头，所述UV检测头固定在烧嘴壳体上，并延伸至平焰烧嘴砖与平焰燃烧室连通，所述UV检测头与控制系统连接。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型通过在空燃混合头设有与烧嘴壳体和平焰燃烧室连通、并沿燃气管外均匀分布的聚拢式一次风通道，在平焰烧嘴砖设有与烧嘴壳体和炉膛连通、并沿平焰燃烧室外均匀分布的放射状二次风通道，使得经过优化后的一、二次风配比能够保证空气和燃气在一次混合燃烧时形成特殊的旋流，维持火焰的平焰形状，并且由于该区域燃气多空气少，能形成低氧燃烧，降低了火焰燃烧温度，减少了NOx的生成，接着在二次混合燃烧时卷吸炉内的烟气参与燃烧，烟气稀释二次助燃空气的氧含量，有效的降低了火焰燃烧温度，极大的减少了热力型NOx的产生；采用特殊的助燃空气一次风与二次风的分配方式，一次助燃风量约占总量的30-50%，二次助燃风量点总量的50-70%。一次助燃风沿平焰烧嘴砖面的行程与空燃混合头直径的比值大于1，以形成足够长的距离，增加一次燃烧反应时间，极大的增加了一次助燃空气和二次助燃空气之间的间距，能有效的延长一次不完全燃烧的反应时间，并且由于一次助燃空气通道带有特殊的旋流角度以及优化后的一次燃烧空气过剩系数，能使得一次助燃空气和燃气在不完全燃烧状态下充分混合，该过程中生成的不完全燃烧烟气不仅有效的降低火焰峰值燃烧温度，同时能最大化的减少一次燃烧过程中生成的快速型NOx。同时增加一次燃烧过程的回流烟气与正常燃烧的烟气的混合距离，以降低此局部的燃烧强度，从而降低一级燃烧火焰温度，大大降低了NOx的生成。二级燃烧采用远离一级燃烧区的方式，二级高温助燃空气与一级燃烧的中间产物进行二次燃烧，由于二级空气的特殊喷射角度与速度的关系，与一级燃烧的中间产物形成近似于无焰燃烧状态，大大降低了NOx的生成。

附图说明

图1 是本实用新型的结构示意图。

图2 是烧嘴芯的结构示意图。

图3 是空燃混合头的结构示意图。

图4 是平焰烧嘴砖的结构示意图。

图5 是点火烧嘴和UV检测头的结构示意图。

图6 是二次风通道的结构示意图。

图7 是本实用新型的具体实施方式示意图。

图8 是本实用新型结合烟气回流燃料稀释技术的工作原理示意图。

附图标号说明：1-空气入口；2-燃气入口；3-冷却风入口；4-冷却风管；5-燃气管；6-燃气管保温层；7-一次风通道；8-二次风通道；9-空燃混合头；10-平焰燃烧室；11-平焰烧嘴砖；12-烧嘴壳体；13-蓄热体；14-保温层；15-UV检测头；16-点火烧嘴。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本实用新型予以详细说明。

请参阅图1-6所示，本实用新型关于一种新型蓄热式平焰烧嘴，包括内部装有蓄热体13的中空烧嘴壳体12、平焰烧嘴砖11、空气入口1、点火烧嘴16、烧嘴芯和空燃混合头9，所述平焰烧嘴砖11固定设置在烧嘴壳体12上，所述空燃混合头9固定设置在平焰烧嘴砖11上，所述空气入口1安装在蓄热体13的顶部，所述平焰烧嘴砖11一端设有喇叭形渐宽结构的平焰燃烧室10，所述点火烧嘴16的点火端设置在平焰燃烧室10内，所述烧嘴芯包括燃气管5及设置在燃气管5一端的燃气入口2，所述燃气管5的另一端设置在烧嘴壳体1内并与空燃混合头9连通，所述空燃混合头9设有分别与烧嘴壳体12和平焰燃烧室10连通的一次风通道7，所述一次风通道7沿燃气管5外缘呈圆周分布，且向燃气管5轴芯方向聚拢，所述平焰烧嘴砖11设有分别与烧嘴壳体12和炉膛连通的二次风通道8，所述二次风通道8沿平焰燃烧室10外缘呈圆周分布，且自烧嘴壳体12向炉膛方向呈放射状均匀分散，与平焰燃烧室10的喇叭形渐宽结构相对应，所述一次风通道通的一次助燃风量约占总量的30%-50%，所述二次风通道通的二次助燃风量占总量的50-70%。

本实用新型先在空燃混合头9设有分别与烧嘴壳体12和平焰燃烧室10连通的一次风通道7，所述一次风通道7沿燃气管5外缘呈圆周分布，且向燃气管5轴芯方向聚拢，所述平焰烧嘴砖11设有分别与烧嘴壳体12和炉膛连通的二次风通道8，所述二次风通道8沿平焰燃烧室10外缘呈圆周分布，且自烧嘴壳体12向炉膛方向呈放射状均匀分散，与平焰燃烧室10的喇叭形渐宽结构相对应，使得喷出的不是直焰，而是紧贴炉壁向四周均匀伸展的圆盘形火焰，能在很大的平面内造成均匀的温度场，并具有很强的辐射能力，主要以对流方式传热给炉壁，以辐射方式传热给被加热工件，有利于强化炉内热传过程和实现均匀加热，从而避免工件过烧，在工艺允许的条件下为了提高加热速度，可缩短工件于烧嘴的布置距离；

其次，采用特殊的助燃空气一次风与二次风的分配方式，一次助燃风量约占总量的30-50%，二次助燃风量点总量的50-70%。一次助燃风沿平焰烧嘴砖11面的行程与空燃混合头9直径的比值大于1，以形成足够长的距离，增加一次燃烧反应时间，降低一次燃烧的火焰强度，从而减少快速型NOX的生成。同时增加一次燃烧过程的回流烟气与正常燃烧的烟气的混合距离，以降低此局部的燃烧强度，从而降低一级燃烧火焰温度，大大降低了NOx的生成。二级燃烧采用远离一级燃烧区的方式，二级高温助燃空气与一级燃烧的中间产物进行二次燃烧，由于二级空气的特殊喷射角度与速度的关系，与一级燃烧的中间产物形成近似于无焰燃烧状态，大大降低了NOx的生成；

最后，本实用新型能同时降低一次燃烧过程中生成的快速型NOx和二次燃烧过程中生成的热力型NOx，在实验室测量中炉温1200℃、预热温度1000℃时，NOx排放为8%氧含量时约140ppm，低于国家NOx排放标准8%氧含量时150ppm。

本实施例中，一次助燃风沿平焰烧嘴砖11面的行程与空燃混合头9直径的比值大于1，以形成足够长的距离，增加一次燃烧反应时间，降低一次燃烧的火焰强度，从而减少快速型NOX的生成。

本实施例中，所述烧嘴芯还包括冷却风管4及设置在冷却风管4一端的冷却风入口3，所述冷却风管4套设在燃气管5的表面，并与空燃混合头9连接，通过冷却风入口3往冷却风管4里面通冷却风，主要用于燃气管5的冷却；同时也可以从冷却风入口3导入回流烟气，低温烟气与燃气混合，能稀释燃气，降低燃气的热值，从而进一步降低火焰燃烧峰值温度，极大的减少由于高温火焰而产生的NOx。

本实施例中，所述烧嘴芯还包括燃气管保温层6，所述燃气管保温层6套设在冷却风管4的表面，用于保护冷却风管6和燃气管5，避免其在高温时烧损。

本实施例中，所述烧嘴壳体12由钢板构成，所述烧嘴壳体12内部设有保温层14填充，所述保温层14包裹住蓄热体13，所述保温层14由耐火材料构成；蓄热体13在烧嘴使用过程中吸收热量和放出热量，能有效的降低排烟温度和提高预热空气温度，使用保温层14能对烧嘴本体起到隔热、保温以及支撑等作用，避免烧嘴在使用过程中表面温度过高。

本实施例中，还包括控制阀门、控制系统，所述控制阀门设置在空气入口1、燃气入口2和冷却风入口3处并与控制系统连接，所述点火烧嘴16与控制系统连接，可通过控制系统实现空气、燃气及冷却风的进气量控制以及点火烧嘴16的点火控制，并在实际使用过程中控制两烧嘴的交替工作。

本实施例中，还包括UV检测头15，所述UV检测头15固定在烧嘴壳体12上，并延伸至平焰烧嘴砖11与平焰燃烧室10连通，所述UV检测,15与控制系统连接；UV检测头15主要用于烧嘴火焰检测，同时与其他阀门控制程序做连锁，保证烧嘴使用过程中的安全性。

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图7所示，一种新型蓄热式平焰烧嘴是成对使用，如图分为左烧嘴和右烧嘴，在两个烧嘴的空气入口1、燃气入口2和冷却风入口3处连接控制阀门，并将控制阀门、点火烧嘴16、UV检测头15与控制系统连接，通过控制系统设定炉膛两侧烧嘴工作的周期，使其动作过程为交替进行，例如：左烧嘴工作时，右烧嘴排烟；达到设定的切换时间后，左烧嘴和右烧嘴的工作方式进行切换，此时右烧嘴工作，左烧嘴排烟。

本实用新型的具体工作原理如下：

助燃空气由左烧嘴的空气入口1进入，助燃空气经过烧嘴壳体12内部蓄热体13预热后变为高温助燃空气，此时被预热后的助燃空气进入烧嘴内部的腔体，然后一部分的高温助燃空气通过一次风通道7进入空燃混合头9，另一部分的高温助燃空气由二次风通道8进入炉内；

燃气由燃气入口2进入，通过燃气管5到达空燃混合头9；冷却风由冷却风入口3进入通过冷却风管4到达空燃混合头9；助燃空气、燃气和冷却风在空燃混合头9和平焰烧嘴砖11形成的平焰燃烧室10内部混合燃烧，由于空燃混合头9特殊的旋流结构，形成稳定的平焰，在此过程中由于燃气量过剩空气量不足，燃气不完全燃烧，火焰温度低，NOx产生极少；

燃烧后的气体沿着渐宽结构的平焰燃烧室10旋流出去，与通过平焰烧嘴砖11上的二次风通道8的高温助燃空气形成二次燃烧，由于高温助燃空气经过特殊角度二次风通达8后形成旋流，能卷吸炉内烟气同时参与二次燃烧，降低燃烧时的氧浓度，使得火焰燃烧温度降低，极大的降低了NOx的生成；

二次燃烧后产生的烟气在炉内流动，一部分烟气通过平焰烧嘴砖11和平焰燃烧室10进入空燃混合头9，接着经过一次风通道7进去烧嘴内腔，另一部分烟气经过二次风通道8进入烧嘴内腔；

进入烧嘴内腔的高温烟气随着抽力到达内部蓄热体13，此时高温烟气将加热蓄热体13，高温烟气将热量传递给蓄热体13后变为低温烟气，经过热交换后产生的低温烟气从右烧嘴的空气入口1排出；

由于特殊的程序以及阀门控制，使得左烧嘴和右烧嘴周期性的进行上述工作过程，在烧嘴的使用过程中蓄热体不停的吸热、放热，使得进入的助燃空气被预热到较高温度，经过热交换后的烟气温度极低，可直接排放到大气中，烧嘴在使用过程中达到节能减排的目的。

如图8所示，本实用新型还能进一步的与烟气回流燃料稀释技术相结合，能够得到更低的NOx排放，在实验室测量过程中炉温1250℃、预热温度1050℃时，NOx排放为8%氧含量时约75ppm，远低于国家NOx排放标准8%氧含量时150ppm。

具体工作原理如下：

助燃空气由左烧嘴的空气入口1进入，助燃空气经过烧嘴壳体12内部蓄热体13预热后变为高温助燃空气，此时被预热后的助燃空气进入烧嘴内部的腔体，然后一部分的高温助燃空气通过一次风通道7进入空燃混合头9，另一部分的高温助燃空气由二次风通道8进入炉内；

燃气由燃气入口2进入，通过燃气管5到达空燃混合头9；低温烟气由冷却风入口3进入通过冷却风管4到达空燃混合头9；助燃空气、燃气和低温烟气在空燃混合头9和平焰烧嘴砖11形成的平焰燃烧室10内部混合燃烧，由于空燃混合头9特殊的旋流结构，形成稳定的平焰，在此过程中由于燃气量过剩空气量不足，燃气不完全燃烧，火焰温度低，NOx产生极少，同时由于低温烟气与燃气混合，能稀释燃气的浓度，降低燃气的热值，从而直接降低火焰的燃烧温度，抑制NOx的形成，极大地减少燃烧过程中由于高温火焰而形成的NOx，同时由于低温烟气带有一定的热量，能适当提高热利用效率；

燃烧后的气体沿着渐宽结构的平焰燃烧室10旋流出去，与通过平焰烧嘴砖11上的二次风通道8的高温助燃空气形成二次燃烧，由于高温助燃空气经过特殊角度二次风通达8后形成旋流，能卷吸炉内烟气同时参与二次燃烧，降低燃烧时的氧浓度，使得火焰燃烧温度降低，极大的降低了NOx的生成；

二次燃烧后产生的烟气在炉内流动，一部分烟气通过平焰烧嘴砖11和平焰燃烧室10进入空燃混合头9，接着经过一次风通道7进去烧嘴内腔，另一部分烟气经过二次风通道8进入烧嘴内腔；

进入烧嘴内腔的高温烟气随着抽力到达内部蓄热体13，此时高温烟气将加热蓄热体13，高温烟气将热量传递给蓄热体13后变为低温烟气，经过热交换后产生的低温烟气从右烧嘴的空气入口1排出；

由于特殊的程序以及阀门控制，使得左烧嘴和右烧嘴周期性的进行上述工作过程，在烧嘴的使用过程中蓄热体不停的吸热、放热，使得进入的助燃空气被预热到较高温度，经过热交换后的烟气温度极低，可直接排放到大气中，烧嘴在使用过程中达到节能减排的目的。

以上实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种新型蓄热式平焰烧嘴，包括内部装有蓄热体的中空烧嘴壳体、平焰烧嘴砖、空气入口、点火烧嘴、烧嘴芯和空燃混合头，所述平焰烧嘴砖固定设置在烧嘴壳体上，所述空燃混合头固定设置在平焰烧嘴砖上，所述空气入口安装在蓄热体的顶部，所述平焰烧嘴砖一端设有喇叭形渐宽结构的平焰燃烧室，所述点火烧嘴的点火端设置在平焰燃烧室内，所述烧嘴芯包括燃气管及设置在燃气管一端的燃气入口，所述燃气管的另一端设置在烧嘴壳体内并与空燃混合头连通，其特征在于：所述空燃混合头设有分别与烧嘴壳体和平焰燃烧室连通的一次风通道，所述一次风通道沿燃气管外缘呈圆周分布，且燃气管轴芯方向聚拢，所述平焰烧嘴砖设有分别与烧嘴壳体和炉膛连通的二次风通道，所述二次风通道沿平焰燃烧室外缘呈圆周分布，且自烧嘴壳体向炉膛方向呈放射状均匀分散，与平焰燃烧室的喇叭形渐宽结构相对应，所述一次风通道通的一次助燃风量约占总量的30%-50%，所述二次风通道通的二次助燃风量占总量的50-70%。

2.根据权利要求1所述的新型蓄热式平焰烧嘴，其特征在于：一次助燃风沿平焰烧嘴砖面的行程与空燃混合头直径的比值大于1。

3.根据权利要求1所述的新型蓄热式平焰烧嘴，其特征在于：所述烧嘴芯还包括冷却风管及设置在冷却风管一端的冷却风入口，所述冷却风管套设在燃气管的表面，并与空燃混合头连接。

4.根据权利要求3所述的新型蓄热式平焰烧嘴，其特征在于：所述烧嘴芯还包括燃气管保温层，所述燃气管保温层套设在冷却风管的表面。

5.根据权利要求1所述的新型蓄热式平焰烧嘴，其特征在于：所述烧嘴壳体由钢板构成，所述烧嘴壳体内部设有保温层填充，所述保温层包裹住蓄热体，所述保温层由耐火材料构成。

6.根据权利要求1或3所述的新型蓄热式平焰烧嘴，其特征在于：还包括控制阀门、控制系统，所述控制阀门设置在空气入口、燃气入口和冷却风入口处并与控制系统连接，所述点火烧嘴与控制系统连接。

7.根据权利要求6所述的新型蓄热式平焰烧嘴，其特征在于：还包括UV检测头，所述UV检测头固定在烧嘴壳体上，并延伸至平焰烧嘴砖与平焰燃烧室连通，所述UV检测头与控制系统连接。