CN208295916U - 一种节能、环保型低氧化氮烧嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种节能、环保型低氧化氮烧嘴，包括烧嘴本体，所述烧嘴一端设置煤气喷头与火焰自动点火火焰监察装置，另一端设置烧嘴砖，所述煤气喷头连接煤气扼流导向圈，所述烧嘴本体靠近煤气喷头一侧表面圆周间隔设置有若干个一次风立体角喷射孔，所述一次风立体角喷射孔竖直指向煤气扼流导向圈前侧，所述烧嘴本体靠近烧嘴砖设置有若干个二次风旋流孔，所述二次风旋流孔横向指向烧嘴砖出口，所述一次风立体角喷射孔与二次风旋流孔连接出风机构。本实用新型提出一种低氧化氮烧嘴，节能、环保。

Description

一种节能、环保型低氧化氮烧嘴

技术领域

本专利涉及的系一种用于冶金、石化、建材、耐火、锅炉、机械等行业工业炉窑的新型燃烧装置。

背景技术

众所周知，燃各种热值的气体和石油产品的工业炉窑烟气中产生的NOx是造成酸雨的主要的罪魁祸首。酸雨对环境带来的危害、给国家造成巨大的经济损失。酸雨在国外被称为“空中死神”我国的酸雨正呈现蔓延之势，是欧洲、北美洲之后第三大重酸雨区，据统计，1998年全国一半以上的城市，其中70％以上的南方城市及北方城市下了酸雨，酸雨在我国又呈现燎原之势，已占国土面积的30％以上。酸雨的危害是多方面的，包括对人体健康，生态系统和建筑设施，酸雨可使儿童免疫力下降，老年人的慢性咽炎支气管炎和哮喘病率增加，可使老人眼睛呼吸道病增加，还可使农作物大幅减产，在酸雨影响下，可使农作物减产13-34％，导致农作物蛋白质含量和产量下降，使森林病虫害加重。

因此，多年来，国内外热工科技工作者都在致力于开发和研究低NOx燃烧器，并作了大量的研究工作。国、内外环境保护部门为了严格控制NOx的排放量，在环保文件中对烟气中排放的NOx量都作了严格的规定，(如欧盟仅为67.5PPm)。在国外，低NOx的烧嘴种类很多，如：美国的双调风ABT旋流式、日本的浓淡偏差LNASB型，烟气再循环型等低NOx烧嘴。但是，国外这些低NOx烧嘴结构复杂、操作困难、价格昂贵。能否用双调风原理设计出一种结构简单、操作方便的符合国情的NOx烧嘴，这就是我公司多年来的追求。

实用新型内容

为了解决现有技术的缺陷与不足，本实用新型实施例提供了一种节能环保的节能、环保型低氧化氮烧嘴。所述技术方案如下：

本实用新型提出一种节能、环保型低氧化氮烧嘴，包括烧嘴本体，其特征在于，所述烧嘴一端设置煤气喷头与火焰自动点火火焰监察装置，另一端设置烧嘴砖，所述煤气喷头连接煤气扼流导向圈，所述烧嘴本体靠近煤气喷头一侧表面圆周间隔设置有若干个一次风立体角喷射孔，所述一次风立体角喷射孔竖直指向煤气扼流导向圈前侧，所述烧嘴本体靠近烧嘴砖设置有若干个二次风旋流孔，所述二次风旋流孔横向指向烧嘴砖出口，所述一次风立体角喷射孔与二次风旋流孔连接出风机构。

作为上述技术方案的优先，所述煤气扼流导向圈包括连接杆，所述连接杆一端连接煤气喷头，另一端连接导向板，所述导向板与煤气喷头具有间隔距离，以使煤气从煤气喷头喷出时向四周方向喷射，其喷射的煤气方向和煤气喷头长度方向垂直，以对煤气的流向起导向旋流作用。

作为上述技术方案的优先，所述二次风旋流孔沿烧嘴本体端部圆周设置。

作为上述技术方案的优先，所述烧嘴本体外部设置有风套，所述二次风旋流孔通过风套与出风机构连接。

作为上述技术方案的优先，所述烧嘴本体材质为Q235，所述一次风立体角喷射孔一次风流量占总流量70％左右，二次风旋流孔风流量占总流量30％左右，可通过孔的数量实现。

作为上述技术方案的优先，所述一次风立体角喷射孔喷射速度为30-50NM/S。

作为上述技术方案的优先，所述二次风旋流孔材质为：Cr25Ni20Si2，其旋流强度是：S＝4-7，轴向夹角α＝20-30°径向夹角β＝3-12°。

作为上述技术方案的优先，所述烧嘴砖为重质低水泥浇注料预制块，需经烘烤和烧结，其Ai2O3含量＞65％。其作用组织火焰形状。

本实用新型提出一种节能、环保型低氧化氮烧嘴，在燃烧过程中分级、分阶段燃烧。其基本原理是，将助燃空气分成二部分供给烧嘴。在一次风供给时，使燃料在燃烧器喷口附近的着火区形成“富燃料”燃烧区，即α＜1.0。这时燃烧产物呈还原性气氛。然后，再将二次风送入已着火的燃烧器中，这时烧嘴呈现“燃尽区”，即形成α＞1.0的二次燃烧区。

在燃烧着火的初始阶段，只有加入约70％的助燃风，使燃烧维持一段距离后的富燃烧区，另一部分助燃风(约30％)则送入一级燃烧区的下游，即形成α＞1.0的二次燃烧区，在第二级区域内(即燃尽区)使燃料完全燃烧完。

本实用新型燃烧器内设计有独特的结构。在富燃料第一级燃烧区内，70％的助燃风从煤气喷射口从四周垂直形成一个“火力网”，煤气在遇到从四周垂直喷射的70％的助燃风，其煤、空气相互喷射的角度是立体相交的，燃料在欠氧的情况下，充分搅拌混合燃烧，由于欠氧，从而形成了“富燃区”，燃烧产物从烧嘴通道往前喷射时，这时又遇到了带有一定旋流角的二次风，使未燃尽的燃料在遇到有一定旋流强度的二次风时，便可完全燃烧，并喷射到炉窑内加热工件，这时喷射出来的高温烟气NOx物便已大大减少了。

本实用新型提出一种节能、环保型低氧化氮烧嘴，为环保型低NOx物燃烧装置，由于在烧嘴结构中采用了独特的结构，使燃料燃烧过程中形成了分阶段性燃烧，即分为“富燃区”和“燃尽区”。燃料在烧嘴内燃烧过程中，避免了过度集中的高温区。因此可以大大降低烟气中的NOx物排放量，(NOx物可以减少30％左右)。它给企业和社会带来可观的环保效益，因此这种烧嘴是一种环保节能型燃烧装置。

煤气喷头，其特征如下：该煤气喷头喷射口处，设有煤气扼流导向圈，煤气从此喷头喷射口喷出时，由于有扼流圈导向，煤气只能向喷射管的四周方向喷射。

火焰自动点火和火焰监察装置，其特征如下：系自动电点火，是否点着，系安装有火焰监察装置。自动点火程序容许点三次，三次点不着，自动点火程序关闭，需人工检查后，再自动点火。

富燃区，其特征如下：一次风流量系总流量70％左右，在“富燃区”内，α＜1.0。其煤气量为烧嘴设计时的100％额定流量，因此，在该区域内，火焰温度不集中，其温度远未达到理论燃烧温度。

特殊材料的火焰燃烧通道，即烧嘴本体，其特征如下：系由高级耐火材料--碳化硅整体预制，系“富燃区”载体，具有一次风立体角喷射孔。

二次风旋流孔，其特征如下：其材质为耐热不锈钢，二次风旋流强度是：S＝4-7。轴向夹角α＝20-30°径向夹角β＝3-12°。二次风旋流孔喷射角的位置设在火焰燃烧通道端部四周。

组织火焰形状的烧嘴砖，其特征如下：组织火焰最终从烧嘴喷出形状，系低水泥浇注料整体浇注成形。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实施例中提供的节能、环保型低氧化氮烧嘴结构示意图；

图2是图1侧视图；

图3是本实施例中提供的煤气扼流导向圈结构示意图；

图4是图3的剖视图；

其中：(1)火焰自动点火和火焰监察装置、(2)煤气喷头、(3)煤气扼流导向圈、(4)烧嘴本体、(5)、一次风立体角喷射孔、(6)烧嘴富燃区、(7)风套、(8)二次风旋流孔、(9)烧嘴砖。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本专利涉及的是冶金、石化、建材、电力、耐火、锅炉、机械等行业工业炉窑用的一种环保型低NOx燃烧装置。

NOx是以上行业燃各种热值的气体和石油产品的工业炉窑烟气中的主要污染物之一。众所周知，NOx是酸雨产生的主要成份，工业炉窑烟囱排放的NOx烟气上升到天空，与天气中的水蒸汽相遇就会产生硝酸水滴，从而，使雨水酸化或形成酸雨。

各种热值燃料和石油产品燃烧是造成酸雨的主要的罪魁祸首。酸雨对环境带来的危害给国家造成巨大的经济损失。它腐蚀建筑物、工业设备和古迹，损坏植物叶片，导致森林毁坏，使湖泊中的鱼虾死亡，破坏地下水，使地下水酸化，对人体造成危害。

本专利就是通过改变燃烧器的燃烧方式，通过组织燃料在燃烧器贫氧燃烧，从根本上减少或降低高温烟气中NOx和CO2的排放量。

人们发现，NOx的生成，主要是燃料在燃烧过程中，空气中的N2气在高温下与O2的结合快速形成的，燃料在燃烧器的燃烧过程中，高温火焰愈集中，愈易产生NOx。如果能发明一种燃烧器，既能使燃料充分燃烧，不至于由于燃料燃烧不完全而使其浪费，又能使高温火焰不集中，这就能使NOx从源头上大大减少。

本专利的原理就是使燃料在燃烧过程中分级、分阶段燃烧。其基本原理是，将助燃空气分成二部分供给烧嘴。在一次风供给时，使燃料在燃烧器喷口附近的着火区形成“富燃料”燃烧区，即α＜1.0。这时燃烧产物呈还原性气氛。然后，再将二次风送入已着火的燃烧器中，这时烧嘴呈现“燃尽区”，即形成α＞1.0的二次燃烧区。

在燃烧着火的初始阶段，只有加入约70％的助燃风，使燃烧维持一段距离后的富燃烧区，另一部分助燃风(约30％)则送入一级燃烧区的下游，即形成α＞1.0的二次燃烧区，在第二级区域内(即燃尽区)使燃料完全燃烧完。

在本专利燃烧器内设计有独特的结构。在富燃料第一级燃烧区内，70％的助燃风从煤气喷射口从四周垂直形成一个“火力网”，煤气在遇到从四周垂直喷射的70％的助燃风，其煤、空气相互喷射的角度是立体相交的，燃料在欠氧的情况下，充分搅拌混合燃烧，由于欠氧，从而形成了“富燃区”，燃烧产物从烧嘴通道往前喷射时，这时又遇到了带有一定旋流角的二次风，使未燃尽的燃料在遇到有一定旋流强度的二次风时，便可完全燃烧，并喷射到炉窑内加热工件，这时喷射出来的高温烟气NOx物便已大大减少了。

这种新型的环保型低NOx物燃烧装置，由于在烧嘴结构中采用了独特的结构，使燃料燃烧过程中形成了分阶段性燃烧，即分为“富燃区”和“燃尽区”。燃料在烧嘴内燃烧过程中，避免了过度集中的高温区。因此可以大大降低烟气中的NOx物排放量，(NOx物可以减少30％左右)。它给企业和社会带来可观的环保效益，因此这种烧嘴是一种环保节能型燃烧装置。

本实用新型提出一种节能、环保型低氧化氮烧嘴，包括烧嘴本体，所述烧嘴一端设置煤气喷头与火焰自动点火火焰监察装置，另一端设置烧嘴砖，所述烧嘴本体靠近煤气喷头一侧表面圆周间隔设置有若干个一次风立体角喷射孔，所述一次风立体角喷射孔指向煤气喷头的出口，所述烧嘴本体靠近烧嘴砖设置有若干个二次风旋流孔，所述二次风旋流孔指向烧嘴砖出口，所述煤气喷头连接煤气扼流导向圈，所述一次风立体角喷射孔与二次风旋流孔连接出风机构。该煤气喷头喷射口处设有煤气扼流导向圈，煤气从此喷头喷射口喷出时，由于有扼流圈导向，煤气只能向喷射管的四周方向喷射，其喷射的煤气方向和煤气管长度方向垂直。烧嘴点火采用自动电点火，烧嘴煤气是否点着通过2可以在控制室内监察到，第一次没有点火成功，按其程序可以第二次自动点火，其点火和火焰监察的位置是富燃烧区。

所述烧嘴本体外部设置有风套，所述二次风旋流孔通过风套与出风机构连接。

所述火焰自动点火和火焰监察装置安装在节能环保型低氧化氮烧嘴的端面，烧嘴点火采用自动电点火，烧嘴煤气是否点着通过可以在控制室内监察到，第一次没有点火成功，按其程序可以第二次自动点火，其点火和火焰监察的位置是富燃烧区。“富燃区”一次助燃风管其材质为Q235，一次风流量占总流量70％左右，即α＜1.0。其煤气量为烧嘴设计时的额定流量。富氧“燃尽区”(包括二次风管)。一次助燃风管其材质为Q235，一次风流量占总流量30％左右，其α＞1.0。特殊材料的火焰燃烧通道，在此火焰燃烧通道中，从“富燃区”中出来的烟气流速为20-30NM/S，其材质为：整体预制、高温耐火碳化硅材料(其中；SIC＞85％，耐火度＞1870℃，荷重软化开始温度＞1610℃)。一次风立体角喷射器是围绕着从煤气喷射管喷出的煤气，在其360°方向与之立体相交，一次风立体角喷射速度为30-50NM/S。喷射角的个数，视烧嘴能力而定。一次风立体角喷射器设在(5)特殊材料的火焰燃烧通道中。二次风旋流器其材质为：Cr25Ni20Si2，其旋流强度是：S＝4-7。轴向夹角α＝20-30°径向夹角β＝3-12°.其二次风旋流器喷射角的位置设在火焰燃烧通道四周。重质低水泥浇注料预制块，需经烘烤和烧结，其Ai2O3含量＞65％。其作用组织火焰形状。

所述烧嘴本体材质为Q235，所述一次风立体角喷射孔一次风流量占总流量70％左右，二次风旋流孔风流量占总流量30％左右。“富燃区”(包括一次助燃风管)，即一次风立体角喷射孔对应部分，一次助燃风管其材质为Q235，一次风流量占总流量70％左右，即α＜1.0。其煤气量为烧嘴设计时的额定流量。富氧“燃尽区”，即二次风旋流孔对应部分，一次风流量占总流量30％左右，其α＞1.0。

所述一次风立体角喷射孔喷射速度为30-50NM/S。所述二次风旋流孔材质为：Cr25Ni20Si2，其旋流强度是：S＝4-7，轴向夹角α＝20-30°径向夹角β＝3-12°。所述烧嘴砖为重质低水泥浇注料预制块，需经烘烤和烧结，其Ai2O3含量＞65％。其作用组织火焰形状。

本实用新型提出的节能、环保型低氧化氮烧嘴，《节能环保型低氧化氮烧嘴》操作很简单。首先明确，《节能环保型低氧化氮烧嘴》是工业炉窑的一台装在炉子墙体上的一台燃烧装置。由此它的操作是和工业炉窑的计算机PLC控制联成一体的，当工业炉窑需要生产或产量需提高时，这时就需要点火打开一台《节能环保型低氧化氮烧嘴》，按照点火程序，操作人员打开自动点火开关，经火焰监察装置确定烧嘴已点火成功后，这时工业炉窑PLC计算机，按照产量和升温工艺要求，会把理想的空/燃比加到《节能环保型低氧化氮烧嘴》的空气和煤气进风口。这时烧嘴按照预先设计的一次风量和二次风量的比例供给烧嘴的“富燃区”和燃尽区，这时《节能环保型低氧化氮烧嘴》生成的火焰就是低氧化氮的烟气。

该蓄热式烧嘴的空气的喷射入炉是和天然气的喷射入炉是匹配的，空气和烟气的转换是通过二位三通换向阀，天然气的通断是通过快速切断阀实现的，二位三通换向阀和天然气的快速切断阀的同步是通过高温燃烧系统中的PLC来实现的。

在对整个系统调试过程中，首先要调节空燃比，调节排烟机前烟温是否在200℃以下，若不在此温度下应调正换向时间，同时也要调正排烟机前的压力调节阀，这几项都调正好了，火焰便可稳定连续的燃烧。由于空气预热温度达到并超过了燃料的自燃点温度，即助燃空气预热到800-1000℃以上，这时可燃物在燃烧区的含氧浓度比较低火焰仍能稳定燃烧。与传统的燃烧现象相比，这种高温低氧燃烧火焰区体积成倍增大，可燃烧火焰区可扩大到整个炉子空间，可燃物和氧的含量在炉内所有空间都是均匀的。而不是集中在燃料和空气的入口处。整个燃烧室构成强辐射黑体。由于燃烧是在高温下进行的，经多次环流，氧分子与可燃分子接触机会很多。因而燃烧非常完全，炉温非常均匀。同时，炉子排出的烟气中的NOx含量满足了环保的要求。由于炉内没有明显的火焰形状，炉内温差小，燃烧是在整个炉内进行。

随着炉温的上升，助燃风的温度也会上升，一般助燃风的温度比炉温低100-150℃，由于助燃风带进大量的物理热，所以加热炉的能耗就很低。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种节能、环保型低氧化氮烧嘴，包括烧嘴本体，其特征在于，所述烧嘴一端设置煤气喷头与火焰自动点火火焰监察装置，另一端设置烧嘴砖，所述煤气喷头连接煤气扼流导向圈，所述烧嘴本体靠近煤气喷头一侧表面圆周间隔设置有若干个一次风立体角喷射孔，所述一次风立体角喷射孔竖直指向煤气扼流导向圈前侧，所述烧嘴本体靠近烧嘴砖设置有若干个二次风旋流孔，所述二次风旋流孔横向指向烧嘴砖出口，所述一次风立体角喷射孔与二次风旋流孔连接出风机构。

2.根据权利要求1所述的节能、环保型低氧化氮烧嘴，其特征在于，所述烧嘴本体外部设置有风套，所述二次风旋流孔通过风套与出风机构连接。

3.根据权利要求1所述的节能、环保型低氧化氮烧嘴，其特征在于，所述一次风立体角喷射孔占总流量70％，二次风旋流孔风流量占总流量30％。

4.根据权利要求1所述的节能、环保型低氧化氮烧嘴，其特征在于，所述二次风旋流孔沿烧嘴本体端部圆周设置。

5.根据权利要求1所述的节能、环保型低氧化氮烧嘴，其特征在于，所述煤气扼流导向圈包括连接杆，所述连接杆一端连接煤气喷头，另一端连接导向板，所述导向板与煤气喷头具有间隔距离，以使煤气从煤气喷头喷出时向四周方向喷射，其喷射的煤气方向和煤气喷头长度方向垂直，以对煤气的流向起导向旋流作用。