CN209415449U - 一种二次预热烧嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二次预热烧嘴。该方案包括烧嘴内管、燃气管、烧嘴外管、烟气壳体以及烟气空气热交换器，烧嘴内管的前端设置有火焰出口，烧嘴外管的前端在火焰出口处设置有空气出口，烟气空气热交换器包括烟气流通通道、空气流通通道，通过设置烟气空气热交换器，利用烟气的余热对空气进行第一次预热，经过第一次预热的空气经过空气主流道后，距离空气喷口较近的烟气对空气进行第二次预热，从而增加对烟气余热的充分利用，减少烟气余热的浪费，提高燃气的燃烧效率。

Description

一种二次预热烧嘴

技术领域

本实用新型涉及窑炉燃烧技术领域，具体涉及一种二次预热烧嘴。

背景技术

烧嘴(burner)是工业燃料炉上用的燃烧装置的俗称，通常指的是燃烧装置本体部分，有燃料入口、空气入口和喷出孔，起到分配燃料和助燃空气并以一定方式喷出后燃烧的作用。

部分(或全部)烧嘴可通过某些方式(包括PWM技术)调节燃烧输出的热量来控制输出温度。

烧嘴也可以叫燃烧器，但不同于小型锅炉上用的一体化燃烧器，后者属于一体机，一般也叫燃烧机，包含助燃风机、燃料加压输送管件和点火监测控制器集成为一体，适用于小型锅炉及少量喷燃点的小型燃料加热炉；前者可包含点火电极和火焰监测探头，但单一烧嘴一般不含助燃风机、燃料加压及输送管件和点火监测控制器，需要根据不同加热炉的具体结构及加热工艺要求布置烧嘴及助燃风机、助燃空气管路、燃料加压及输送管件和点火监测控制器，烧嘴的适用领域比一体化燃烧器要广。

现有技术中，公告号为CN101655239A的中国发明专利公开了一种陶瓷高效空气自身预热式燃烧器，包括陶瓷空气导管和安装在其内的燃气管、点火电极、陶瓷燃烧腔室，所述陶瓷燃烧腔室置于陶瓷空气导管前端开口处，燃气管和点火电极前端伸入至陶瓷燃烧腔室内，所述陶瓷空气导管后端外部套装有带空气进气口的进空气壳体，位于陶瓷空气导管外套装有陶瓷换热器，该陶瓷换热器外表面设有多个凹凸状小球面或多组凹凸状翅片，其内壁与陶瓷空气导管外壁之间的间隙同空气壳体相通，位于陶瓷换热器外还套装有陶瓷烟气导管，所述陶瓷烟气导管后端开有烟气出口。

该发明虽然能利用烟气对空气进行预热，从而提高燃料的燃烧效率，但因空气与烟气的换热过程仅发生在陶瓷换热器上，从而因进空气壳体中的空气流动速度较快，而导致烟气与空气的热交换不够充分，烟气中还会残余热量，从而造成资源的浪费，因此，仍具有改进的空间。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种二次预热烧嘴，其包括烧嘴内管、燃气管、烧嘴外管以及烟气空气热交换器，该二次预热烧嘴能对空气进行二次预热，具有充分提高燃气的燃烧效率、减少烟气余热浪费的优点。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种二次预热烧嘴，包括烧嘴内管以及安装于其内的燃气管，所述烧嘴内管与燃气管之间形成空气中心流道，所述烧嘴内管的前端设置有火焰出口，所述烧嘴内管内靠近所述火焰出口的一端设置有空燃气混合室，所述烧嘴内管外套设有烧嘴外管，所述烧嘴内管与烧嘴外管之间形成空气主流道，所述烧嘴内管上开设有与空气中心流道连通的空气流通孔，所述烧嘴外管的前端在所述火焰出口处设置有空气出口，所述烧嘴外管外还套设有烟气壳体，所述烟气壳体内设置有烟气流道，所述烟气壳体上开设有与烟气流道连通的进烟口、出烟口，所述烟气壳体上还设置有烟气空气热交换器，所述烟气空气热交换器包括若干烟气流通通道以及若干空气流通通道，所述烟气空气热交换器设置有烟气进气口、烟气出气口、空气进气口以及空气出气口，所述烟气进气口、烟气出气口分别位于烟气流通通道的两端，所述烟气进气口与出烟口连通，所述空气进气口、空气出气口分别位于空气流通通道的两端，所述空气出气口与所述空气主流道连通。

通过这样设置，燃气通过燃气管流进空燃气混合室中与通过空气流通孔流进的空气混合，从而混合气点燃进行一次燃烧，燃烧形成的火焰通过火焰出口喷出，火焰出口处的空气出口喷出高速空气对火焰助燃，形成二次燃烧，燃烧后产生的烟气通过进烟口进入烟气壳体中，烟气通过和出烟口进入烟气空气热交换器中，外界的空气通过空气进气口进入烟气空气热交换器的空气流通通道中，带着预热的烟气在烟气流通通道中流动，从而烟气在排出的过程中，将预热传递至进入空气流通通道的空气中，对空气进行第一次预热，经过第一次预热的空气从烟气空气热交换器排出进入空气主流道中，一小部分空气通过空气流通孔进入空气中心流道，空气中心流道中的空气进入空燃气混合室中与燃气进行混合进行第一次燃烧，空气主流道其余的空气向空气出口传输，在向前传输的过程中，烟气通过烧嘴外管对空气主流道中的空气进行第二次加热，经过第一次加热后的烟气，在有一定的温度的基础上，距离火焰喷口距离较近的烟气对空气进行预热，使得烟气对空气经过第二次预热后更接近燃点，有利于燃烧充分，减少有害气体如一氧化碳的产生，并充分利用排出的烟气对空气进行第一次预热，减少烟气排放的余热浪费。

作为优选，所述烟气流通通道形成于一烟气管中，所述烟气空气热交换器内设置有空气管，所述烟气管设置于所述空气管内，所述烟气管与所述空气管形成所述空气流通通道，所述烟气管、空气管均与所述烟气空气热交换器固定，所述烟气管内的烟气流动方向与所述空气管中的空气流动方向相反。

通过这样设置，通过将烟气流通通道形成于烟气管中，烟气管与空气管形成空气流通通道，从而便于加工和生产，将烟气管置于空气管内，且烟气管内的烟气与空气管内的空气的流动方向相反，从而有利于烟气与空气的换热。

作为优选，所述烟气管为螺旋扁管，所述烟气管的横截面为椭圆，所述空气管的横截面为圆形，同一截面上，所述烟气管的烟气流通面积A₁与所述空气管的空气流通面积A₂的面积之比满足：A₁：A₂＝1：(0.7～1)。

通过这样设置，烟气管的烟气流通面积A₁与空气管的空气流通面积A₂之比为1：(0.7～1)，从而同一时间段内，通过烟气管的烟气体积大于或等于空气管通过的空气体积，即烟气的流量大于或等于空气的流量，有利于烟气的余热向空气传递，对进入烟气空气热交换器的空气进行第一次预热。

作为优选，所述螺旋扁管的导程St为100mm～200mm，所述螺旋扁管横截面的短轴b与长轴a之比为0.6～0.75。

通过这样设置，一方面，有利于延长烟气的流通路径，另一方面，烟气流动受到螺旋扁管内壁扰动，空气流动受到螺旋扁管外壁扰动，使得烟气、空气在流动过程的紊乱程度较佳，提高换热效果。

作为优选，所述烟气空气热交换器包括外壳，所述外壳与所述空气管之间预留间隙，所述外壳的内壁设置有隔热填充物。

通过这样设置，通过隔热填充物对空气通道与烟气空气交换管的外壳进行隔离，从而对第一次预热后的空气进行保温，减少热量的散失。

作为优选，所述隔热填充物为陶瓷纤维隔热棉。

通过这样设置，通过陶瓷纤维隔热棉达到保温的目的。

作为优选，一所述烟气管与一空气管形成一换热管组，所述换热管组设置多条，多条所述换热管组绕烟气空气热交换器横截面的中心均布。

通过这样设置，通过多条烟气流通通道将烟气分散对进入烟气空气热交换器中的空气进行加热，增加热交换面积，达到提高空气的预热效率的目的。

作为优选，所述烟气空气热交换器设置多个，多个所述烟气空气热交换器两两通过端部串联拼接。

通过这样设置，通过设置烟气空气热交换器可相互拼接组装，从而当烟气温度较高时，根据需要增加烟气空气热交换器的数量，延长烟气空气的交换的路程，尽可能多地利用烟气对空气进行预热，减少余热的浪费。

作为优选，所述烟气空气热交换器位于所述烟气进气口处设置有第一连接口，所述烟气空气热交换器位于所述烟气出气口处设置有第二连接口，所述第一连接口与所述第二连接口适配，相邻的所述烟气空气拼接时，其中一所述烟气空气热交换器的第一连接口插接于另一所述烟气空气热交换器的第二连接口，其中一所述烟气空气热交换器的空气出气口与另一所述烟气空气热交换器的空气进气口通过连接管连接。

通过这样设置，拼接时，两烟气空气热交换器通过第一连接口与第二连接口插接，将两烟气空气热交换器的烟气流通通道连通，再通过连接管将两烟气空气热交换器的空气出气口与空气进气口连通，将两烟气空气热交换器的空气流通通道连通，连接方便，便于烟气空气热交换器的拼接。

作为优选，所述连接管为钢管或波纹管。

通过这样设置，通过设置连接管为钢管，可增加两烟气空气热交换器的连接强度；通过设置连接管为波纹管，可补偿两烟气空气热交换器缓冲因温度产生的变形，减少连接管与两烟气空气热交换器的连接处产生裂缝。

相对于现有技术，本实用新型取得了有益的技术效果：

1、通过设置烟气空气热交换器，利用烟气的余热对空气进行第一次预热，经过第一次预热的空气经过空气主流道后，距离空气喷口较近的烟气对空气进行第二次预热，从而增加对烟气余热的充分利用，减少烟气余热的浪费，提高燃气的燃烧效率。

2、通过设置烟气管为螺旋扁管，通过合理设置烟气管与空气管的截面比例、以及螺旋扁管的参数，增加烟气在烟气管中的流动长度，延长对空气的加热时间，达到对烟气余热的有效利用的目的。

3、通过在通气通道与烟气空气热交换器之间的空隙之间设置隔热填充物，对预热后的空气进行保温，减少热量的散失。

4、通过设置烟气空气热交换器为可相互拼接组装，从而可根据需要增加烟气空气热交换器的使用数量，便于使用。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的结构示意图；

图2是图1中A部的放大示意图；

图3是本实用新型实施例一中烟气空气热交换器的内部结构平面示意图；

图4是图3中A-A面的剖视图；

图5是本实用新型实施例一中烟气空气热交换器的内部结构三维示意图；

图6是本实用新型实施例一中两个烟气空气热交换器拼接后的结构示意图。

其中，各附图标记所指代的技术特征如下：

1、燃气管；101、空气中心流道；102、燃气出气口；2、烧嘴内管；201、空气主流道；202、空气流通孔；203、火焰出口；3、烧嘴外管；301、空气出口；302、换热凸起；4、烧嘴头；401、燃空气混合室；5、烟气壳体；501、烟气流道；502、进烟口；503、出烟口；6、烟气空气热交换器；600、外壳；601、空气流通通道；6011、空气进气口；6012、空气出气口；602、烟气流通通道；6021、烟气进气口；6022、烟气出气口；603、第一连接口；604、第二连接口；7、烟气管；701、烟气管中心线；8、空气管；800、换热管组；9、空气供气管；10、隔热填充物；11、窑炉炉壁；12、烟气；13、连接管；14、隔热保温层。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。

实施例一

参考图1以及图2，本实施例公开了一种二次预热烧嘴，包括燃气管1、烧嘴内管2以及烧嘴外管3，燃气管1插设于烧嘴内管2中，燃气管1与烧嘴内管2之间保持间隙形成空气中心流道101，烧嘴外管3套于烧嘴内管2外，烧嘴外管3与烧嘴内管2之间预留间隙形成空气主流道201，烧嘴内管2上贯穿开设有连通空气主流道201与燃空气混合室401的空气流通孔202，空气流通孔202绕烧嘴内管2的圆周方向均布多个，燃气管1的前端设置有燃气出气口102，烧嘴内管2位于燃气出气口102处设置有烧嘴头4。

本实施例中，烧嘴内管2以及烧嘴外管3均采用碳化硅陶瓷，因碳化硅陶瓷具有以下特性：高温强度可一直维持到1600℃，是陶瓷材料中高温强度最好的材料，抗氧化性也是所有非氧化物陶瓷中最好的，在其他实施例中，烧嘴内管2以及烧嘴外管3还可以采用金属材料。

参考图1，烧嘴头4为两端开口的锥形中空壳体，烧嘴头4的小端与燃气出气口102对接，由燃气管1流出的燃气经过烧嘴后压力急剧下降，从而有利于燃气与空气的混合，有利于后续的点火，烧嘴内管2的前端设置有火焰出口203，烧嘴内管2前端逐渐向火焰出口203处收缩，从而将火焰进行集中，有利于提高火焰的温度，烧嘴的大端与火焰出口203之间形成燃空气混合室401，烧嘴的大端外圆周面与烧嘴内管2之间的内部保留通气间隙，从而空气中心流道101中的空气经此通气间隙进入燃空气混合室401中与经燃气管1燃气出口喷出的燃气进行混合。

参考图1，烧嘴外管3前端的形状与烧嘴内管2的形状相适应，烧嘴外管3的前端设置有空气出口301，烧嘴外管3设置有多个间隔均布设置的换热凸起302。

参考图1，烧嘴还包括套设于烧嘴外管3外的烟气壳体5，烟气壳体5内开设有烟气流道501，烟气壳体5上开设有进烟口502以及出烟口503，进烟口502、出烟口503均与烟气流道501连通，进烟口502、出烟口503分别位于烟气流道501的两端，进烟口502朝火焰喷头的方向设置。

参考图1，烧嘴还包括设置于烟气壳体5上的烟气空气热交换器6，烟气空气热交换器6与烟气壳体5为可拆卸连接，烟气空气热交换器6包括空气流通通道601、烟气流通通道602，空气流通通道601与烟气流通通道602分隔设置而不相互连通，外壳600为圆柱状中空管，外壳600上设置有空气进气口6011、空气出气口6012、烟气进气口6021以及烟气出气口6022，烟气进气口6021、烟气出气口6022分别设置于外壳600两端的端部，烟气流通通道602一端与烟气进气口6021连通，另一端与烟气出气口6022连通，空气进气口6011、空气出气口6012位于外壳600的外壁上且分别靠近外壳600两端的端部，空气流通通道601一端与空气进气口6011连通，另一端与空气出气口6012连通，本实施例中，空气进气口6011靠近烟气出气口6022所在一侧的端部设置，空气出气口6012靠近烟气进气口6021所在的一侧的端部，从而烟气流通通道602内烟气12的流动方向与空气流通通道601中空气的流动方向相反。

参考图3、图4以及图5，本实施例中，烟气流通通道602形成于一烟气管7内，烟气管7为螺旋扁管且两端开口，烟气管7绕一烟气管中心线701螺旋扭曲，烟气空气热交换器6内设置有空气管8，空气管8为圆柱形中空管件且两端开口，烟气管7与空气管8的中心线先均与外壳600的旋转轴线平行，烟气管7设置于空气管8内，烟气管7与空气管8之间保留间隙形成空气流通通道601，一烟气管7与一空气管8形成一换热管组800，换热管组800设置多个，多个换热管组800绕烟气空气热交换器6横截面的中心均布，多个换热管组800中，所有的烟气管7的一端均与外壳600的其中一端部固定并与烟气进气口6021连通，另一端均与外壳600的另一端部固定并与烟气出气口6022连通，所有的空气管8的一端均与外壳600内壁固定并与空气进气口6011连通，另一端均与外壳600内壁固定并与空气出气口6012连通。

参考图1，烟气空气热交换器6与烟气壳体5之间连接有空气供气管9，空气供气管9的一端与空气出气口6012连通，另一端与通过空气主流道201连通，本实施例中，空气供气管9为波纹管，在其他实施例中，空气供气管9还可以为钢管。

参考图3以及图4，烟气管7的横截面为椭圆，空气管8的横截面为圆形，同一截面上，烟气管7的流通面积A₁与空气管8的空气流通面积A₂的面积之比满足：A₁：A₂＝1：(0.7～1)，本实施中，A₁：A₂＝1：0.86，螺旋扁管的导程St为100mm～200mm，螺旋扁管横截面的短轴b与长轴a长度之比为0.6～0.75，本实施例中，St＝100mm，a＝15mm，b＝23mm。

参考图1，烟气管7与外壳600之间保留间隙，烟气壳体5与外壳600的内壁均设置有隔热填充物10，本实施例中，隔热填充物10为陶瓷纤维隔热棉，在其他实施例中，隔热填充物10还可以是聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料等。

参考图2，陶瓷内管2的内、外表面上还涂覆有隔热保温涂料，形成隔热保温层14，本实施例中，隔热保温涂料采用高温反射隔热纳米复合陶瓷涂料，烧嘴内管的内、外表面设置隔热保温层，一方面，提高烧嘴内管的耐热性，延长烧嘴内管的寿命，因第一次燃烧于烧嘴内管内进行，温度很高，容易烧坏烧嘴内管；另一方面，减少空气主流道与空气中心流道的空气热交换，第一次燃烧时，因少量的空气与燃气混合造成燃气燃烧不充分，而燃气燃烧不充分时产生的热量小，通过涂料层的保温作用，减少烧嘴内管中燃气的热量损失，最终达到使得从烧嘴内管内燃气火焰具有足够温度以满足第一次燃烧所需的助燃空气的温度要求。

参考图5以及图6，烟气空气热交换器6可以串联拼接使用，串联使用时，将第一个烟气空气热交换器6的烟气出口与第二个烟气空气热交换器6的烟气进口连接；第二个烟气空气热交换器6的空气出口与第一个烟气空气热交换器6的空气进口连接，具体地，烟气空气热交换器6位于烟气进气口6021处设置有第一连接口603，第一连接口603与烟气壳体5螺纹连接，烟气空气热交换器6位于烟气出气口6022处设置有第二连接口604，第二连接口604与第一连接口603适配，单个烟气空气热交换器6的换热效果不佳时，可适当增加烟气空气热交换器6的使用数量，将多个烟气空气热交换器6进行拼接，多个烟气空气热交换器6两两通过端部拼接。

参考图6，相邻的两个烟气空气热交换器6连接时，其中一烟气空气热交换器6的第一连接口603插接于另一烟气空气热交换器6的第二连接口604，从而将相邻的两个烟气空气热交换器6的烟气流通通道602连通，相邻的两个烟气空气热交换器6的空气流通通道601通过连接管13进行连接，本实施例中，连接管13为波纹管，在其他实施例中，连接管13还可以为钢管。

本实用新型实施例的使用过程：

参考图1，运用于窑炉加热时，将烧嘴的烧嘴外管3完全插接于窑炉中，使烧嘴的烟气壳体5与窑炉炉壁11抵接、进烟口502与窑炉的内部连通，烧嘴喷出的烟气12沿烧嘴外管3的外壁、通过进烟口502并经烟气壳体5进入烟气空气热交换器中，烟气空气热交换器6中的烟气12通过余热对进入烟气空气热交换器6的新空气进行第一次预热，经过第一次预热的空气一小部分通过空气流通孔202进入空气中心流道101中，空气中心流道101中的空气向前传输进入燃空气混合室401中与燃气混合，燃气在燃空气混合室401进行第一次燃烧，经过第一次预热的空气其余部分进入空气主流道201中，流经烧嘴外管3外表面的烟气12通过余热对空气主流道201中的空气进行第二次预热，从而使得从空气出口301喷出的空气更接近于燃气的燃点，更加有利于燃气的充分燃烧，经过两次预热，空气的温度可分成两次进行预热，预热的效果更好，充分利用烟气12的余热，节能环保，减少烟气12余热的浪费。

实施例二

基于实施例一，本实施例与实施例一的区别的地方在于，空气管8与烟气空气热交换器6一体形成(附图未示意)，使得烟气空气热交换器6的结构更加紧凑。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对实用新型构成任何限制。

Claims (10)

1.一种二次预热烧嘴，包括烧嘴内管以及安装于其内的燃气管，所述烧嘴内管与燃气管之间形成空气中心流道，所述烧嘴内管的前端设置有火焰出口，所述烧嘴内管内靠近所述火焰出口的一端设置有空燃气混合室，所述烧嘴内管外套设有烧嘴外管，所述烧嘴内管与烧嘴外管之间形成空气主流道，所述烧嘴内管上开设有与空气中心流道连通的空气流通孔，所述烧嘴外管的前端在所述火焰出口处设置有空气出口，所述烧嘴外管外还套设有烟气壳体，所述烟气壳体内设置有烟气流道，所述烟气壳体上开设有与烟气流道连通的进烟口、出烟口，其特征在于，所述烟气壳体上还设置有烟气空气热交换器，所述烟气空气热交换器包括若干烟气流通通道以及若干空气流通通道，所述烟气空气热交换器设置有烟气进气口、烟气出气口、空气进气口以及空气出气口，所述烟气进气口、烟气出气口分别位于烟气流通通道的两端，所述烟气进气口与出烟口连通，所述空气进气口、空气出气口分别位于空气流通通道的两端，所述空气出气口与所述空气主流道连通。

2.一种根据权利要求1所述的二次预热烧嘴，其特征在于，所述烟气流通通道形成于一烟气管中，所述烟气空气热交换器内设置有空气管，所述烟气管设置于所述空气管内，所述烟气管与所述空气管形成所述空气流通通道，所述烟气管、空气管均与所述烟气空气热交换器固定，所述烟气管内的烟气流动方向与所述空气管中的空气流动方向相反。

3.一种根据权利要求2所述的二次预热烧嘴，其特征在于，所述烟气管为螺旋扁管，所述烟气管的横截面为椭圆，所述空气管的横截面为圆形，同一截面上，所述烟气管的烟气流通面积A₁与所述空气管的空气流通面积A₂的面积之比满足：A₁：A₂＝1：(0.7～1)。

4.一种根据权利要求3所述的二次预热烧嘴，其特征在于，所述螺旋扁管的导程St为100mm～200mm，所述螺旋扁管横截面的短轴b与长轴a之比为0.6～0.75。

5.一种根据权利要求2-4任一项所述的二次预热烧嘴，其特征在于，所述烟气空气热交换器包括外壳，所述外壳与所述空气管之间预留间隙，所述外壳的内壁设置有隔热填充物。

6.一种根据权利要求5所述的二次预热烧嘴，其特征在于，所述隔热填充物为陶瓷纤维隔热棉。

7.一种根据权利要求2、3、4或6任一项所述的二次预热烧嘴，其特征在于，一所述烟气管与一空气管形成一换热管组，所述换热管组设置多条，多条所述换热管组绕烟气空气热交换器横截面的中心均布。

8.一种根据权利要求1、2、3、4或6任一项所述的二次预热烧嘴，其特征在于，所述烟气空气热交换器设置多个，多个所述烟气空气热交换器两两通过端部串联拼接。

9.一种根据权利要求8所述的二次预热烧嘴，其特征在于，所述烟气空气热交换器位于所述烟气进气口处设置有第一连接口，所述烟气空气热交换器位于所述烟气出气口处设置有第二连接口，所述第一连接口与所述第二连接口适配，相邻的所述烟气空气拼接时，其中一所述烟气空气热交换器的第一连接口插接于另一所述烟气空气热交换器的第二连接口，其中一所述烟气空气热交换器的空气出气口与另一所述烟气空气热交换器的空气进气口通过连接管连接。

10.一种根据权利要求9所述的二次预热烧嘴，其特征在于，所述连接管为钢管或波纹管。