CN220556173U - 一种低NOx自身预热烧嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低NOx自身预热烧嘴。本实用新型包括壳体、烟气导管、空气导管、端盖、换热器、燃气导管、燃烧室和烧嘴芯，烟气导管的一端设置有烟气导管法兰，空气导管的一端设置有空气导管法兰，烟气导管法兰和空气导管法兰分别设置在壳体的两端，端盖设置在空气导管法兰上，燃气导管的一端设置在端盖上，燃气导管的另一端设置在烧嘴芯上，其结构特点在于：烧嘴芯设置在燃烧室内，燃气导管和燃烧室均设置在空气导管内，空气导管设置在换热器内，换热器设置在烟气导管内，且换热器的外壁与烟气导管的内壁之间形成烟气通道，换热器的内壁与空气导管的外壁之间形成空气通道，换热器的内壁和外壁均设置有换热翅片。

Description

一种低NOx自身预热烧嘴

技术领域

本实用新型涉及一种低NOx自身预热烧嘴，适用于钢铁、有色、机械、陶瓷等行业的工业炉窑。

背景技术

自身预热烧嘴是工业炉窑的核心供热设备，其主要应用于工业炉窑，有鉴于此，在申请号为CN201720935638.3的专利文献中公开了《一种直喷式低NOx自身预热式烧嘴》、CN201811304914.1的专利文献中公开了《一种内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴》，上述现有技术中燃气均采用低温、高温分别通过内外管分级供应，实际使用中需要两路燃气管路，系统复杂，空气无多次分级，而且高温二次燃气喷管贯穿燃烧室，在自身预热烧嘴低温工作时，不仅解决不了NOx排放问题，而且还存在贯穿燃烧室的燃气管高温烧损使用寿命短的问题；而CN202011161982.4的专利文献中公开了《具有分级功能的Ⅰ型自身预热烧嘴》空气虽采用多次分级，但在低温状态下空气燃气很难保证完全混合燃烧，火焰效果较差，易难以达到预期，而且同样存在高温燃气管使用寿命问题。

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的低NOx自身预热烧嘴。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该低NOx自身预热烧嘴，包括壳体、烟气导管、空气导管、端盖、换热器、燃气导管、燃烧室和烧嘴芯，所述烟气导管的一端设置有烟气导管法兰，所述空气导管的一端设置有空气导管法兰，所述烟气导管法兰和空气导管法兰分别设置在壳体的两端，所述端盖设置在空气导管法兰上，所述燃气导管的一端设置在端盖上，所述燃气导管的另一端设置在烧嘴芯上，其结构特点在于：所述烧嘴芯设置在燃烧室内，所述燃气导管和燃烧室均设置在空气导管内，所述空气导管设置在换热器内，所述换热器设置在烟气导管内，且换热器的外壁与烟气导管的内壁之间形成烟气通道，换热器的内壁与空气导管的外壁之间形成空气通道，所述换热器的内壁和外壁均设置有换热翅片。通过助燃空气多次和燃气多次混合进行燃烧，使得燃烧更加充分，进而可降低火焰温度实现低NOx排放，通过设置换热翅片可提高换热效率。

进一步地，所述壳体内设置有空气腔体、烟气腔体、空气入口和烟气出口，所述空气腔体和烟气腔体分别与空气入口和烟气出口连通，所述烟气腔体内设置有保温层。

进一步地，所述换热器的两端分别为换热器入口端和换热器出口端，所述换热器入口端设置在壳体上，所述换热器出口端与燃烧室配合，所述换热器出口端呈收缩状结构设置，所述换热器出口端上设置有开口，所述开口呈弧形或矩形结构设置，该开口用于将空气通道和加热空间连通。

进一步地，所述烟气通道的两端分别为烟气通道出口端和烟气通道入口端，所述烟气通道出口端与烟气腔体连通，所述烟气通道入口端与加热空间连通。

进一步地，所述空气通道的两端分别为空气通道入口端和空气通道出口端，所述空气通道入口端与空气腔体连通，所述空气通道出口端与设置在换热器出口端上的开口和设置在燃烧室上的二次风孔连通，所述空气导管上设置有缺口，该缺口用于将空气通道和燃烧室连通。

进一步地，所述燃气导管的两端分别为燃气导管入口端和燃气导管出口端，所述端盖上设置有燃气入口，所述燃气导管入口端与燃气入口连通，所述燃气导管出口端与烧嘴芯连通。

进一步地，所述燃烧室的两端分别为燃烧室入口端和燃烧室出口端，所述烧嘴芯设置在燃烧室入口端，所述燃烧室出口端外露于换热器出口端，所述燃烧室的外壁设置有凸起，该凸起与空气导管的内壁接触。

进一步地，所述燃烧室包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室与第二腔室之间设置有收缩段，所述第一腔室的最大直径为D1，所述收缩段的最小直径为D2，所述第二腔室的最大直径为D3，所述燃烧室出口端的直径为D4，其中4D4≥D1≥2D4，0.8D1≥D2≥D4，D1≥D3≥1.5D4；所述第二腔室上设置有二次风孔，所述二次风孔的数量为a，其中a≥3，所述二次风孔的轴线与燃烧室的轴线夹角为α，其中75°≥α≥0°。

进一步地，所述烧嘴芯上设置有外环风孔、内环风孔和气帽，所述外环风孔的数量为m，其中m≥6，优选6和8的1，2，3倍，数量为m的外环风孔呈圆周阵列排布，且其所在圆直径为D，所述内环风孔的数量为n，其中n=m/2-1或n=m-1；所述外环风孔的入口中心至出口中心沿其所在圆逆时针偏转角度为β, 其中20°≥β≥0°，所述内环风孔的轴线与烧嘴芯的轴线夹角为θ，其中30°≥θ≥0°。

进一步地，所述气帽上设置有内腔，以及与内腔连通的径向喷孔和轴向喷孔，所述内腔与燃气导管出口端连通，所述径向喷孔的轴线与气帽的轴线垂直，所述径向喷孔的数量为x，其中x=m/2或x=m，所述轴向喷孔的轴线与气帽的轴线平行，所述轴向喷孔数量为y，其中x≥y≥1，当y=1时，所述轴向喷孔的轴线与气帽的轴线重合，所述轴向喷孔与管状喷嘴连接，所述管状喷嘴的内径为d，所述气帽的长度为l，其中D≥l≥3d。

相比现有技术，本实用新型具有以下优点：通过助燃空气多次和燃气两次分级提供，降低燃烧室内氧浓度，延长燃烧时间，降低燃烧室内燃烧强度，燃烧产物强制回流稀释进一步降低火焰温度实现低NOx排放；通过形成无明显火焰的扩散燃烧可实现超低NOx排放。

附图说明

图1是本实用新型实施例的低NOx自身预热烧嘴的剖面结构示意图。

图2是本实用新型实施例的燃烧室的剖面结构示意图。

图3是本实用新型实施例的低NOx自身预热烧嘴的局部结构示意图。

图4是本实用新型实施例的低NOx自身预热烧嘴（开口呈弧形时）的右视结构示意图。

图5是本实用新型实施例的低NOx自身预热烧嘴（开口呈矩形时）的右视结构示意图。

图6是本实用新型实施例的烧嘴芯（x≥y＞1时）的右视结构示意图。

图7是本实用新型实施例的烧嘴芯（x≥y＞1时）的立体结构示意图。

图8是本实用新型实施例的烧嘴芯（y=1时）的立体结构示意图。

图9是本实用新型实施例的烧嘴芯（x≥y＞1时）的主视结构示意图。

图10是本实用新型实施例的烧嘴芯（y=1时）的主视结构示意图。

图中：壳体1、烟气导管2、空气导管3、端盖4、换热器5、燃气导管6、燃烧室7、烧嘴芯8、

空气腔体10、烟气腔体11、

空气入口101、烟气出口110、

保温层111、

烟气导管法兰21、

空气导管法兰31、缺口32、

烟气通道20、烟气通道出口端201、烟气通道入口端202、

空气通道30、空气通道入口端301、空气通道出口端302、

燃气入口40、

换热器入口端51、换热器出口端52、换热翅片53、开口54、

燃气导管入口端61、燃气导管出口端62、

燃烧室入口端71、燃烧室出口端72、凸起73、二次风孔74、

第一腔室701、第二腔室702、收缩段703、

外环风孔81、内环风孔82、气帽83、

内腔830、径向喷孔831、轴向喷孔832、管状喷嘴833。

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10所示，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中若有引用如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实施例中的低NOx自身预热烧嘴，包括壳体1、烟气导管2、空气导管3、端盖4、换热器5、燃气导管6、燃烧室7和烧嘴芯8，烟气导管2的一端设置有烟气导管法兰21，空气导管3的一端设置有空气导管法兰31，烟气导管法兰21和空气导管法兰31分别设置在壳体1的两端，端盖4设置在空气导管法兰31上，燃气导管6的一端设置在端盖4上，燃气导管6的另一端设置在烧嘴芯8上，烧嘴芯8设置在燃烧室7内，燃气导管6和燃烧室7均设置在空气导管3内，空气导管3设置在换热器5内，换热器5设置在烟气导管2内，且换热器5的外壁与烟气导管2的内壁之间形成烟气通道20，换热器5的内壁与空气导管3的外壁之间形成空气通道30，换热器5的内壁和外壁均设置有换热翅片53。

本实施例中的壳体1内设置有空气腔体10、烟气腔体11、空气入口101和烟气出口110，空气腔体10和烟气腔体11分别与空气入口101和烟气出口110连通，烟气腔体11内设置有保温层111。

本实施例中的换热器5的两端分别为换热器入口端51和换热器出口端52，换热器入口端51设置在壳体1上，换热器出口端52与燃烧室7配合，换热器出口端52呈收缩状结构设置，换热器出口端52上设置有开口54，开口54呈规则的弧形或矩形结构设置，该开口54用于将空气通道30和加热空间连通。

本实施例中的烟气通道20的两端分别为烟气通道出口端201和烟气通道入口端202，烟气通道出口端201与烟气腔体11连通，烟气通道入口端202与加热空间连通，换热器（5）套装在空气导管3外，空气导管3套装在烟气导管2外。

本实施例中的空气通道30的两端分别为空气通道入口端301和空气通道出口端302，空气通道入口端301与空气腔体10连通，空气通道出口端302与设置在换热器出口端52上的开口54和设置在燃烧室7上的二次风孔74连通，空气导管3上设置有长条形的缺口32，该缺口32用于将空气通道30和燃烧室7连通。

本实施例中的燃气导管6的两端分别为燃气导管入口端61和燃气导管出口端62，端盖4上设置有燃气入口40，燃气导管入口端61与燃气入口40连通，燃气导管出口端62与设置在气帽83上的内腔830连通。

本实施例中的燃烧室7的两端分别为燃烧室入口端71和燃烧室出口端72，烧嘴芯8设置在燃烧室入口端71，燃烧室出口端72外露于换热器出口端52，燃烧室7的外壁沿四周设有一定数量的凸起73，该凸起73与空气导管3的内壁接触，通过设置的凸起73可对燃烧室7起到支撑作用。

本实施例中的燃烧室7包括第一腔室701和第二腔室702，第一腔室701与第二腔室702之间设置有收缩段703，第一腔室701的最大直径为D1，收缩段703的最小直径为D2，第二腔室702的最大直径为D3，燃烧室出口端72的直径为D4，其中4D4≥D1≥2D4，0.8D1≥D2≥D4，D1≥D3≥1.5D4；第二腔室702上设置有二次风孔74，二次风孔74的数量为a，其中a≥3，二次风孔74的轴线与燃烧室7的轴线夹角为α，其中75°≥α≥0°。

本实施例中的烧嘴芯8上设置有外环风孔81、内环风孔82和气帽83，外环风孔81的数量为m，其中m≥6，优选6和8的1，2，3倍，数量为m的外环风孔81呈圆周阵列排布，且其所在圆直径为D，内环风孔82的数量为n，其中n=m/2-1或n=m-1；外环风孔81的入口中心至出口中心沿其所在圆逆时针偏转角度为β, 其中20°≥β≥0°，偏转角度是指外环风孔81的入口中心与出口中心在同一面上的投影分别与气帽83的中心连线所形成的夹角，内环风孔82的轴线与烧嘴芯8的轴线夹角为θ，其中30°≥θ≥0°。

本实施例中的气帽83上设置有内腔830，以及与内腔830连通的径向喷孔831和轴向喷孔832，内腔830与燃气导管出口端62连通，径向喷孔831的轴线与气帽83的轴线垂直，径向喷孔831的数量为x，其中x=m/2或x=m，轴向喷孔832的轴线与气帽83的轴线平行，轴向喷孔832数量为y，其中x≥y≥1，当y=1时（如图8、10所示），轴向喷孔832的轴线与气帽83的轴线重合，轴向喷孔832与管状喷嘴833连接，管状喷嘴833的内径为d，气帽83的长度为l，其中D≥l≥3d。

具体的说，该低NOx自身预热烧嘴通过与其协同工作的加热空间来执行，包括以下步骤：

A、当加热空间的温度低于燃料燃点时（例如天然气780℃），助燃空气通过空气入口101进入空气腔体10，经空气通道入口端301进入空气通道30，一部分助燃空气经过缺口32，从外环风孔81、内环风孔82进入第一腔室701，另一部分助燃空气经空气通道出口端302分两路,一路由二次风孔74进入第二腔室702, 另一路由燃烧室出口端72与换热器出口端52之间的开口54进入加热空间，助燃空气在通过空气通道30时与换热器5进行热交换，换热器壁及换热翅片53把热量传递给助燃空气；燃气由燃气入口40进入燃气导管入口端61,经燃气导管出口端62进入内腔830，其中一部分燃气由径向喷孔831进入第一腔室701，进入第一腔室701的一部分助燃空气与一部分燃气混合，通过点火装置引燃，燃烧产物和另一部分由轴向喷孔832喷出的燃气进入第二腔室702,与经二次风孔74进入的空气继续混合燃烧，经燃烧室出口端72喷入加热空间，并和开口54喷出的助燃空气再次混合燃烧，并形成稳定火焰，同时高速喷出的强烈火焰卷吸燃烧室出口端72周围加热空间的烟气一同混合，进一步降低火焰温度。加热空间内的高温烟气经烟气通道入口端202进入换热器烟气通道20，经烟气通道出口端201进入烟气腔体11，由烟气出口110排出自身预热烧嘴，烟气在通过烟气通道20时与换热器5进行热交换，烟气把热量传递给换热器壁及换热翅片53。

B、当加热空间的温度高于燃料燃点时（例如天然气780℃），助燃空气通过空气入口101进入空气腔体10，经空气通道入口端301进入空气通道30，一部分助燃空气经过缺口32，从外环风孔81、内环风孔82进入第一腔室701，另一部分助燃空气经空气通道出口端302分两路,一路由二次风孔74进入第二腔室702, 另一路由燃烧室出口端72与换热器出口端52之间的开口54进入加热空间，助燃空气在通过空气通道30时与换热器5进行热交换，换热器壁及换热翅片53把热量传递给助燃空气；燃气由燃气入口40进入燃气导管入口端61,经燃气导管出口端62进入内腔830，其中一部分燃气由径向喷孔831进入第一腔室701与外环风孔81、内环风孔82喷入的助燃空气混合,混合物进入第二腔室702继续与经二次风孔74进入的助燃空气混合，经燃烧室出口端72喷入加热空间，并卷入开口54喷出的助燃空气和燃烧室出口端72周围加热空间的烟气一同混合，在高温炉气下形成无明显火焰的扩散燃烧。加热空间内的高温烟气经烟气通道入口端202进入换热器烟气通道20，经烟气通道出口端201进入烟气腔体11，由烟气出口110排出自身预热烧嘴，烟气在通过烟气通道20时与换热器5进行热交换，烟气把热量传递给换热器壁及换热翅片53。

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所述的构造、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。

Claims (10)

1.一种低NOx自身预热烧嘴，包括壳体（1）、烟气导管（2）、空气导管（3）、端盖（4）、换热器（5）、燃气导管（6）、燃烧室（7）和烧嘴芯（8），所述烟气导管（2）的一端设置有烟气导管法兰（21），所述空气导管（3）的一端设置有空气导管法兰（31），所述烟气导管法兰（21）和空气导管法兰（31）分别设置在壳体（1）的两端，所述端盖（4）设置在空气导管法兰（31）上，所述燃气导管（6）的一端设置在端盖（4）上，所述燃气导管（6）的另一端设置在烧嘴芯（8）上，其特征在于：所述烧嘴芯（8）设置在燃烧室（7）内，所述燃气导管（6）和燃烧室（7）均设置在空气导管（3）内，所述空气导管（3）设置在换热器（5）内，所述换热器（5）设置在烟气导管（2）内，且换热器（5）的外壁与烟气导管（2）的内壁之间形成烟气通道（20），换热器（5）的内壁与空气导管（3）的外壁之间形成空气通道（30），所述换热器（5）的内壁和外壁均设置有换热翅片（53）。

2.根据权利要求1所述的低NOx自身预热烧嘴，其特征在于：所述壳体（1）内设置有空气腔体（10）、烟气腔体（11）、空气入口（101）和烟气出口（110），所述空气腔体（10）和烟气腔体（11）分别与空气入口（101）和烟气出口（110）连通，所述烟气腔体（11）内设置有保温层（111）。

3.根据权利要求1所述的低NOx自身预热烧嘴，其特征在于：所述换热器（5）的两端分别为换热器入口端（51）和换热器出口端（52），所述换热器入口端（51）设置在壳体（1）上，所述换热器出口端（52）与燃烧室（7）配合，所述换热器出口端（52）上设置有开口（54）。

4.根据权利要求1所述的低NOx自身预热烧嘴，其特征在于：所述烟气通道（20）的两端分别为烟气通道出口端（201）和烟气通道入口端（202），所述烟气通道出口端（201）与烟气腔体（11）连通，所述烟气通道入口端（202）与加热空间连通。

5.根据权利要求1所述的低NOx自身预热烧嘴，其特征在于：所述空气通道（30）的两端分别为空气通道入口端（301）和空气通道出口端（302），所述空气通道入口端（301）与空气腔体（10）连通，所述空气通道出口端（302）与设置在换热器出口端（52）上的开口（54）和设置在燃烧室（7）上的二次风孔（74）连通，所述空气导管（3）上设置有缺口（32）。

6.根据权利要求1所述的低NOx自身预热烧嘴，其特征在于：所述燃气导管（6）的两端分别为燃气导管入口端（61）和燃气导管出口端（62），所述端盖（4）上设置有燃气入口（40），所述燃气导管入口端（61）与燃气入口（40）连通，所述燃气导管出口端（62）与烧嘴芯（8）连通。

7.根据权利要求1所述的低NOx自身预热烧嘴，其特征在于：所述燃烧室（7）的两端分别为燃烧室入口端（71）和燃烧室出口端（72），所述烧嘴芯（8）设置在燃烧室入口端（71），所述燃烧室出口端（72）外露于换热器出口端（52），所述燃烧室（7）的外壁设置有凸起（73）。

8.根据权利要求7所述的低NOx自身预热烧嘴，其特征在于：所述燃烧室（7）包括第一腔室（701）和第二腔室（702），所述第一腔室（701）与第二腔室（702）之间设置有收缩段（703），所述第一腔室（701）的最大直径为D1，所述收缩段（703）的最小直径为D2，所述第二腔室（702）的最大直径为D3，所述燃烧室出口端（72）的直径为D4，其中4D4≥D1≥2D4，0.8D1≥D2≥D4，D1≥D3≥1.5D4；所述第二腔室（702）上设置有二次风孔（74），所述二次风孔（74）的数量为a，其中a≥3，所述二次风孔（74）的轴线与燃烧室（7）的轴线夹角为α，其中75°≥α≥0°。

9.根据权利要求1所述的低NOx自身预热烧嘴，其特征在于：所述烧嘴芯（8）上设置有外环风孔（81）、内环风孔（82）和气帽（83），所述外环风孔（81）的数量为m，其中m≥6，数量为m的外环风孔（81）呈圆周阵列排布，且其所在圆直径为D，所述内环风孔（82）的数量为n，其中n=m/2-1或n=m-1；所述外环风孔（81）的入口中心至出口中心沿其所在圆逆时针偏转角度为β, 其中20°≥β≥0°，所述内环风孔（82）的轴线与烧嘴芯（8）的轴线夹角为θ，其中30°≥θ≥0°。

10.根据权利要求9所述的低NOx自身预热烧嘴，其特征在于：所述气帽（83）上设置有内腔（830），以及与内腔（830）连通的径向喷孔（831）和轴向喷孔（832），所述内腔（830）与燃气导管出口端（62）连通，所述径向喷孔（831）的数量为x，其中x=m/2或x=m，所述轴向喷孔（832）数量为y，其中x≥y≥1，当y=1时，所述轴向喷孔（832）的轴线与气帽（83）的轴线重合，所述轴向喷孔（832）与管状喷嘴（833）连接，所述管状喷嘴（833）的内径为d，所述气帽（83）的长度为l，其中D≥l≥3d。