一种低NOx烧嘴
技术领域
本实用新型涉及工业燃烧器(俗称“烧嘴”)技术领域,具体地讲,涉及一种低NOx烧嘴,适用于钢铁、有色、机械、陶瓷等行业的工业炉窑。
背景技术
目前在国内外对工业炉窑大气污染物排放限制的大环境下,尤其是对NOx排放浓度的限制越来越苛刻,在工业炉窑上应用的核心设备烧嘴设计面临挑战,新烧嘴设计要求既要实现高效节能,又要实现超低排放,因此近年来,发明者和其他烧嘴公司一直在寻找高效、低污染的最佳设计方案。
为了提高效率,通常工业炉窑所用助燃空气会通过从烟气中回收热量对空气进行预热以提高火焰温度,但NOx排放会随着火焰温度的升高而增加。燃烧用空气中的N2在高温下氧化生成的NOx称之为热力型NOx。研究表明,热力型NOx生成与燃烧温度、局部高温、高温区停留时间、卷吸回流和空气过剩系数等有关。
目前通常普遍通过采用稀释燃烧、分级燃烧、炉内烟气回流(俗称“卷吸回流”)、强制回流等方式来降低NOx生成。例如授权公告号为CN208124287U的专利:一种空气多重分级低NOx烧嘴,该烧嘴结合空气多重分级和炉内烟气回流,虽然降低了NOx排放,但是烧嘴结构设计还存在缺陷,并未实现超低NOx排放,因此有必要对现有的烧嘴及燃烧方法进行改进和优化。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足,而提供一种结构设计合理、能极大降低NOx产生的烧嘴,并给出超低NOx排放燃烧方法。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是:一种低NOx烧嘴,包括壳体、烧嘴砖、燃气管和风盘;所述烧嘴砖具有烧嘴砖内部腔体,所述风盘位于烧嘴砖内部腔体中,所述烧嘴砖安装在壳体的一端,所述壳体具有内部腔体,所述燃气管的一端穿进壳体的内部腔体后与风盘连接;其特征在于:还包括导风筒和引流芯;所述导风筒置于壳体的内部腔体中,导风筒的一端外部设有一圈圆环凸缘,所述圆环凸缘与烧嘴砖固定连接,在圆环凸缘上沿其周向开设一圈导风孔;所述导风筒具有一贯通腔体,所述贯通腔体的一端与壳体的内部腔体连通,贯通腔体的另一端与烧嘴砖内部腔体连通;所述烧嘴砖具有多个用于向工业炉窑内通入助燃空气的空气通入通道,所述空气通入通道与导风孔一一对应,空气通入通道的一端与工业炉窑连通,空气通入通道的另一端与导风孔连通,进而使得空气通入通道通过导风孔与壳体的内部腔体连通;所述烧嘴砖内部还设置有与其内部腔体连通、用于安装引流芯的引流芯安装腔体,所述引流芯外壁面与引流芯安装腔体的壁面之间留有流通孔,引流芯具有一引流腔,所述引流腔的一端与工业炉窑连通,引流腔的另一端与引流芯安装腔体连通。
优选的,所述壳体上设有空气入口,壳体的另一端安装有端盖,壳体的内部腔体的壁面上设置有一层保温材料层;所述燃气管的一端通过先穿过端盖后再穿进壳体的内部腔体后与风盘连接,并且燃气管的该端设置有燃气出口,燃气管的另一端设置有燃气入口,燃气管与端盖固定连接。
优选的,所述烧嘴砖包括烧嘴砖壳体,在烧嘴砖内部腔体和引流芯安装腔体的腔体壁面与烧嘴砖壳体之间填充烧嘴砖耐火材料层,所述空气通入通道开设在烧嘴砖耐火材料层上,并且多个空气通入通道绕烧嘴砖内部腔体的中轴线均布;空气通入通道至少设置两个。
优选的,所述烧嘴砖内部腔体的两端分别为腔体入口端和腔体出口端,烧嘴砖内部腔体由腔体入口端至腔体出口端先是呈一段直筒状然后呈收缩状;所述风盘安装在腔体入口端,所述腔体出口端与引流芯安装腔体的端部连接。
优选的,所述烧嘴砖通过法兰安装在工业炉窑上。
优选的,在引流芯安装腔体的壁面上开设一圈内凹槽从而使得引流芯安装腔体的横截面呈齿轮状,所述引流芯具有沿其周向均布的凸起块从而使得引流芯的横截面也呈齿轮状,引流芯与引流芯安装腔体配合安装,所述流通孔由引流芯上的凸起块的顶面与内凹槽的槽底面之间的空间形成;内凹槽的数量与导风孔的数量一致。
优选的,所述引流芯的端部与烧嘴砖内部腔体的腔体出口端之间的空间形成汇流腔,流通孔的一端与汇流腔连通,流通孔的另一端与工业炉窑连通。
优选的,所述引流腔的一端为引流入口端,另一端为引流出口端,引流腔的腔体形状由引流入口端至引流出口端先是呈一段直筒状然后呈扩散状;引流入口端的直径大于等于烧嘴砖内部腔体的腔体出口端的直径。
优选的,所述风盘上开设一环风孔,风孔的数量为x,x≥4,风孔的轴线与风盘的轴线之间的夹角为θ,40°≥θ≥-30°;所述风盘上还安装有一环或两环喷风管,所述喷风管的轴线与风盘的轴线平行,喷风管的内径为d,喷风管的长度为l,l≥2d,所述喷风管的数量是风孔数量的一倍、二倍或三倍中的一种;所述风盘的中心处安装有气帽,所述气帽与风盘同轴布置,气帽四周设有喷孔,喷孔的轴线与气帽的轴线垂直,喷孔数量与风孔数量一致,气帽设有一内腔,内腔与风盘相连的燃气出口相通,气帽具有一管状喷嘴,所述管状喷嘴与风盘同轴,管状喷嘴的内径为D,气帽的总长度为L,L≥2D。
优选的,所述端盖上设有点火装置和火焰监测装置。
本实用新型还提供了一种超低NOx排放燃烧方法,采用上述的低NOx烧嘴与工业炉窑共同实施,设定:烧嘴砖内部腔体为第一燃烧区,工业炉窑内的加热空间为第二燃烧区。
超低NOx排放燃烧方法为:
当工业炉窑内的加热空间的温度低于燃料燃点时,助燃空气通过低NOx烧嘴的壳体上的空气入口进入壳体的内部腔体中,通过导风筒把助燃空气分成两路,一路助燃空气经过导风筒的贯通腔体进入烧嘴砖内部腔体的腔体入口端处,并通过风盘上的风孔和喷风管进入烧嘴砖内部腔体中,即进入第一燃烧区,另一路助燃空气通过导风孔由烧嘴砖上的空气通入通道进入工业炉窑内的加热空间中,即进入第二燃烧区;燃气由燃气入口进入燃气管,随后进入风盘上安装的气帽的内腔中,内腔中的一部分燃气经由喷孔进入烧嘴砖内部腔体中,即进入第一燃烧区,进入第一燃烧区的助燃空气与燃气混合,通过点火装置引燃,燃烧产物和经由管状喷嘴直接喷出的另一部分燃气混合后由烧嘴砖内部腔体的腔体出口端喷出,随后经引流芯的引流腔进入加热空间中,即进入第二燃烧区;第一燃烧区的燃烧产物连同由管状喷嘴直接喷出的另一部分燃气混合后形成的混合物进入引流腔时,在汇流腔内产生负压,利用负压把加热空间内的燃烧产物通过流通孔吸入汇流腔并与第一燃烧区的燃烧产物连同由管状喷嘴直接喷出的另一部分燃气再次形成混合物后一同通过引流腔喷出后与另一部分助燃空气直接进入加热空间,即进入第二燃烧区混合继续燃烧并形成稳定火焰;通过助燃空气和燃气分级提供、强制燃烧产物回流稀释由第一燃烧区喷出的混合中的氧浓度并降低火焰温度、减少高温区停留时间等手段实现超低NOx排放;
当工业炉窑内的加热空间的温度高于燃料燃点时,助燃空气通过低NOx烧嘴的壳体上的空气入口进入壳体的内部腔体中,通过导风筒把助燃空气分成两路,一路助燃空气经过导风筒的贯通腔体进入烧嘴砖内部腔体的腔体入口端处,并通过风盘上的风孔和喷风管进入烧嘴砖内部腔体中,即进入第一燃烧区,另一部分助燃空气通过导风孔由烧嘴砖上的空气通入通道进入工业炉窑内的加热空间中,即进入第二燃烧区;燃气由燃气入口进入燃气管,随后进入风盘上安装的气帽的内腔中并由喷孔和管状喷嘴直接喷出后与部分进入烧嘴砖内部腔体的助燃空气一起经烧嘴砖内部腔体的腔体出口端喷出,燃气与助燃空气的混合物进入引流腔时,在汇流腔内产生负压,利用负压把加热空间内的燃烧产物通过流通孔吸入并与燃气和助燃空气的混合物一同通过引流腔喷出后并与直接进入加热空间的另一部分助燃空气在高温炉气下形成无明显火焰的扩散燃烧,通过助燃空气和燃气分级提供、强制燃烧产物回流稀释混合中的氧浓度,扩散燃烧避免局部高温等手段实现超低NOx排放。
本实用新型与现有技术相比,具有以下优点和效果:本低NOx烧嘴结构设计紧凑、合理、占用安装空间小,通过分级、稀释和强制回流三者结合来实现超低NOx生成,以解决工业炉窑排放NOx含量高的问题,将是未来发展的趋势。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式,对于本领域技术人员来讲,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是本实用新型实施例低NOx烧嘴安装在工业炉窑上的剖视结构示意图。
图2是本实用新型实施例低NOx烧嘴的另一剖面结构示意图。
图3是本实用新型实施例中风盘的剖视结构示意图。
图4是本实用新型实施例中风盘的另一剖视结构示意图。
图5是示意本实用新型实施例中烧嘴砖端部与引流芯呈齿轮状配合安装的结构示意图。
图6是示意本实用新型实施例中具有引流芯安装腔体的烧嘴砖那一端的立体结构示意图。
图7是示意本实用新型实施例中具有引流芯安装腔体的烧嘴砖那一端的正视结构示意图。
附图标记说明:
壳体1、壳体的内部腔体10、端盖11、空气入口12、保温材料层13、
烧嘴砖2、烧嘴砖内部腔体20、烧嘴砖壳体21、烧嘴砖耐火材料层22、腔体入口端23、腔体出口端24、空气通入通道25、引流芯安装腔体26、内凹槽260、汇流腔261、法兰27、
燃气管3、燃气入口31、燃气出口32、
导风筒4、贯通腔体40、圆环凸缘41、导风孔410、
风盘5、风孔51、喷风管52、气帽53、喷孔531、内腔530、管状喷嘴532、
引流芯6、引流腔60、引流入口端61、引流出口端62、流通孔63、
工业炉窑7、加热空间70。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明,以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1至图7。
本实施例中公开了一种低NOx烧嘴,包括壳体1、烧嘴砖2、燃气管3、导风筒4、风盘5和引流芯6。
本实施例中,烧嘴砖2安装在壳体1的一端,壳体1的另一端安装有端盖11,端盖11上设有点火装置8和火焰监测装置9。烧嘴砖2通过法兰27安装在工业炉窑7上。烧嘴砖2具有相互连通的烧嘴砖内部腔体20和引流芯安装腔体26,风盘5位于烧嘴砖内部腔体20中,引流芯安装腔体26用于安装引流芯6。
本实施例中,壳体1具有内部腔体10,壳体1上设有空气入口12,壳体1的内部腔体10的壁面上设置有一层保温材料层13。燃气管3的一端通过先穿过端盖11后再穿进壳体1的内部腔体10后与风盘5连接,并且燃气管3的该端设置有燃气出口32,燃气管3的另一端设置有燃气入口31,燃气管3与端盖11固定连接。
本实施例中,导风筒4置于壳体1的内部腔体10中,导风筒4的一端外部设有一圈圆环凸缘41,圆环凸缘41与烧嘴砖2固定连接,在圆环凸缘41上沿其周向开设一圈导风孔410。导风筒4具有一贯通腔体40,贯通腔体40的一端与壳体1的内部腔体10连通,贯通腔体40的另一端与烧嘴砖内部腔体20连通。
本实施例中,烧嘴砖2具有多个用于向工业炉窑7内通入助燃空气的空气通入通道25,具体地讲,烧嘴砖2包括烧嘴砖壳体21,在烧嘴砖内部腔体20和引流芯安装腔体26的腔体壁面与烧嘴砖壳体21之间填充烧嘴砖耐火材料层22,空气通入通道25开设在烧嘴砖耐火材料层22上,并且多个空气通入通道25绕烧嘴砖内部腔体20的中轴线均布。
本实施例中,空气通入通道25与导风孔410一一对应,空气通入通道25的一端与工业炉窑7连通,空气通入通道25的另一端与导风孔410连通。空气通入通道25与导风孔410数量设置一致,两者均至少设置两个,通常情况下,设置4、6或8个。
本实施例中,烧嘴砖内部腔体20的两端分别为腔体入口端23和腔体出口端24,烧嘴砖内部腔体20由腔体入口端23至腔体出口端24先是呈一段直筒状然后呈收缩状;风盘5安装在腔体入口端23,腔体出口端24与引流芯安装腔体26的端部连接。
本实施例中,引流芯6外壁面与引流芯安装腔体26的壁面之间留有流通孔63,引流芯6具有一引流腔60,引流腔60的一端与工业炉窑7连通,引流腔60的另一端与引流芯安装腔体26连通。具体地讲,在引流芯安装腔体26的壁面上开设一圈内凹槽260从而使得引流芯安装腔体26的横截面呈齿轮状,内凹槽260的开设方向同烧嘴砖2的轴线方向一致,引流芯6具有沿其周向均布的凸起块从而使得引流芯6的横截面也呈齿轮状,引流芯6与引流芯安装腔体26配合安装,流通孔63由引流芯6上的凸起块的顶面与内凹槽260的槽底面之间的空间形成;内凹槽260的数量与导风孔410的数量一致。
本实施例中,引流芯6的端部与烧嘴砖内部腔体20的腔体出口端24之间的空间形成汇流腔261,流通孔63的一端与汇流腔261连通,流通孔63的另一端与工业炉窑7连通。
本实施例中,引流腔60的一端为引流入口端61,另一端为引流出口端62,引流腔60的腔体形状由引流入口端61至引流出口端62先是呈一段直筒状然后呈扩散状;引流入口端61的直径大于等于烧嘴砖内部腔体20的腔体出口端24的直径。
本实施例中,风盘5上开设一环风孔51,风孔51的数量为x,x≥4,风孔51的轴线与风盘5的轴线之间的夹角为θ,40°≥θ≥-30°。风盘5上还安装有一环或两环喷风管52,喷风管52的轴线与风盘5的轴线平行,喷风管52的内径为d,喷风管52的长度为l,两者之间的关系满足l≥2d,喷风管52的数量是风孔51数量的一倍、二倍或三倍中的一种。
本实施例中,风盘5的中心处安装有气帽53,气帽53与风盘5同轴布置,气帽53设有一内腔530,内腔530与风盘5相连的燃气出口32相通,气帽53四周设有喷孔531,喷孔531的轴线与气帽53的轴线垂直,喷孔531数量与风孔51数量一致,气帽53具有一管状喷嘴532,管状喷嘴532与风盘5同轴,管状喷嘴532的内径为D,气帽53的总长度为L,L≥2D。
本实施例中,还提供了一种超低NOx排放燃烧方法,采用上述的低NOx烧嘴与工业炉窑共同实施,设定:烧嘴砖内部腔体20为第一燃烧区,工业炉窑7内的加热空间70为第二燃烧区。
超低NOx排放燃烧方法为:
当工业炉窑7内的加热空间70的温度低于燃料燃点时,助燃空气通过低NOx烧嘴的壳体1上的空气入口12进入壳体1的内部腔体10中,通过导风筒4把助燃空气分成两路,一路助燃空气经过导风筒4的贯通腔体40进入烧嘴砖内部腔体20的腔体入口端23处,并通过风盘5上的风孔51和喷风管52进入烧嘴砖内部腔体20中,即进入第一燃烧区,另一路助燃空气通过导风孔410由烧嘴砖2上的空气通入通道25进入工业炉窑7内的加热空间70中,即进入第二燃烧区;燃气由燃气入口31进入燃气管3,随后进入风盘5上安装的气帽53的内腔530中,内腔530中的一部分燃气经由喷孔531进入烧嘴砖内部腔体20中,即进入第一燃烧区,进入第一燃烧区的助燃空气与燃气混合,通过点火装置8引燃,燃烧产物和经由管状喷嘴532直接喷出的另一部分燃气混合后由烧嘴砖内部腔体20的腔体出口端24喷出,随后经引流芯6的引流腔60进入加热空间70中,即进入第二燃烧区;第一燃烧区的燃烧产物连同由管状喷嘴532直接喷出的另一部分燃气混合后形成的混合物进入引流腔60时,在汇流腔261内产生负压,利用负压把加热空间70内的燃烧产物通过流通孔63吸入汇流腔261并与第一燃烧区的燃烧产物连同由管状喷嘴532直接喷出的另一部分燃气再次形成混合物后一同通过引流腔60喷出后与另一部分助燃空气直接进入加热空间70,即进入第二燃烧区混合继续燃烧并形成稳定火焰;通过助燃空气和燃气分级提供、强制燃烧产物回流稀释由第一燃烧区喷出的混合中的氧浓度并降低火焰温度、减少高温区停留时间等手段实现超低NOx排放;
当工业炉窑7内的加热空间70的温度高于燃料燃点时,助燃空气通过低NOx烧嘴的壳体1上的空气入口12进入壳体1的内部腔体10中,通过导风筒4把助燃空气分成两路,一路助燃空气经过导风筒4的贯通腔体40进入烧嘴砖内部腔体20的腔体入口端23处,并通过风盘5上的风孔51和喷风管52进入烧嘴砖内部腔体20中,即进入第一燃烧区,另一部分助燃空气通过导风孔410由烧嘴砖2上的空气通入通道25进入工业炉窑7内的加热空间70中,即进入第二燃烧区;燃气由燃气入口31进入燃气管3,随后进入风盘5上安装的气帽53的内腔530中并由喷孔531和管状喷嘴532直接喷出后与部分进入烧嘴砖内部腔体20的助燃空气一起经烧嘴砖内部腔体20的腔体出口端24喷出,燃气与助燃空气的混合物进入引流腔60时,在汇流腔261内产生负压,利用负压把加热空间70内的燃烧产物通过流通孔63吸入并与燃气和助燃空气的混合物一同通过引流腔60喷出后并与直接进入加热空间70的另一部分助燃空气在高温炉气下形成无明显火焰的扩散燃烧,通过助燃空气和燃气分级提供、强制燃烧产物回流稀释混合中的氧浓度,扩散燃烧避免局部高温等手段实现超低NOx排放。
此外,需要说明的是,本说明书中所描述的具体实施例,其零、部件的形状、所取名称等可以不同,本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化,均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本实用新型的保护范围。