CN106152136A - 燃气引射超低NOx燃料稀释技术蓄热式烧嘴 - Google Patents

Abstract

一种燃气引射超低NOx燃料稀释技术蓄热式烧嘴，包括内设有蓄热体的空中烧嘴壳体、空燃混合头、设置在烧嘴壳体前端的空气口、烧砖、燃气管、点火烧嘴，空燃混合头内设置有第一燃烧室，其中还包括排烟总管、回流烟气管、混合气体管，混合气体管的一端设置在烧嘴壳体内并连通至第一燃烧室，另一端设置在烧嘴壳体外并与回流烟气管的一端连通，回流烟气管的另一端与排烟总管连通，燃气管的一端连接有引射器，燃气管的另一端为燃气入口，排烟总管的一端与空气口连接，排烟总管的另一端与排烟囱连接。本发明通过引射器高速喷射燃料将烟气回流稀释燃料的浓度，降低燃料的热值，直接降低火焰的燃烧温度，达到超低NOx排放量。

Description

燃气引射超低NOx燃料稀释技术蓄热式烧嘴

技术领域

本发明涉及蓄热式烧嘴技术领域，尤指一种燃气引射超低NOx燃料稀释技术蓄热式烧嘴。

背景技术

早在十九世纪中期蓄热式燃烧技术就得到了应用，但由于其蓄热室占用面积大，换向时间长，操作复杂，逐渐被其他燃烧技术替代。直到二十世纪八十年代，蓄热体的小型化和换向时间缩短，才使得蓄热式燃烧技术得到一定的发展。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。但是由于蓄热体将助燃空气或燃气加热到高温后，并且随着助燃空气或燃气预热温度的大幅升高，火焰燃烧温度也会升高，使得燃烧过程中产生的NOx呈指数上升也，加剧了对大气环境造成的污染。

常规的烟气循环技术一般采用了将烟气循环到助燃空气里面的方式，但是由于蓄热式烧嘴排烟温度较低，一般在150-200℃，烟气循环到助燃空气中后又要重新吸收蓄热体的热量，会极大降低蓄热式燃烧技术的节能效果，并且烟气循环到助燃空气方式中的烟气循环量必须要很大才能达到降低NOx的效果，使得循环风机成本急剧上升。

空气分级燃烧技术将燃烧所需的助燃空气分级供入，降低一级燃烧区域内的空气过剩系数，使燃料在缺氧状态下进行燃烧，能有效地延缓燃烧速度，降低火焰燃烧温度，从而抑制了热力型NOx的生成，目前国内工业炉窑环保排放标准为NOx的排放量在8%氧含量时小于150ppm。

因此如何降低蓄热式烧嘴燃烧过程中NOx排放，以及将烟气回流技术、空气分级燃烧技术、燃气分级燃烧技术与蓄热式燃烧技术相结合，并且制造出超低NOx排放的蓄热式烧嘴成为工业燃烧设备未来的发展趋势。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种燃气引射超低NOx燃料稀释技术蓄热式烧嘴，通过引射器将燃气高速射出，从而将部分烟气抽取回流至燃料中，利用无法燃烧的烟气来稀释燃料的浓度，降低燃料的热值，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，能有效的提高热利用效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种燃气引射超低NOx燃料稀释技术蓄热式烧嘴，包括内设有蓄热体的空中烧嘴壳体、设置在烧嘴壳体内尾端并与烧嘴壳体连通的的空燃混合头、设置在烧嘴壳体前端的空气口、设置在空燃混合头外侧并与空燃混合头连通的烧砖、燃气管、点火烧嘴，空燃混合头内设置有第一燃烧室，其中还包括排烟总管、回流烟气管、混合气体管，混合气体管的一端设置在烧嘴壳体内并连通至第一燃烧室，另一端设置在烧嘴壳体外并与回流烟气管的一端连通，回流烟气管的另一端与排烟总管连通，燃气管的一端连接有引射器并将引射器设置在混合气体管与回流烟气管的连通处，燃气管的另一端为燃气入口，排烟总管的一端与空气口连接，排烟总管的另一端与排烟囱连接。

本发明的有益效果在于：本发明通过设置回流烟气管、混合气体管，回流烟气管一端与排烟总管连接，另一端与混合气体管连接，同时在燃气管的一端设置引射器，并设置在混合气体管与回流烟气管的连通处通过引射器将燃气高速射出，在燃气高速射出的过程中将排烟总管内的部分烟气通过回流烟气管引流至混合气体管内，初步形成混合气体，稀释燃气的浓度，降低燃气热值，随后混合气体进入第一燃烧室，通过点火烧嘴点火燃烧，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，能有效的提高热利用效率，比常规的蓄热式烧嘴降低80-90%的NOx排放，在3%氧含量时NOx的浓度在50ppm以下，远低于国家烟气中8%氧含量时NOx排放150ppm的环保排放标准，实现NOx的超低量排放，其中排烟总管的一端与空气口连接，使得燃烧后从空气口排出的烟气进入排烟总管并经过的排烟总管另一端从排烟囱排出。

附图说明

图1 是本发明的结构示意图；

图2 是本发明工作原理示意图；

图3 是混合风盘与混合气体管、燃气管连接示意图；

图4 是混合风盘的结构示意图；

图5是UV检测头和点火烧嘴的结构示意图;

图6 是本发明采用平焰烧砖的工作原理示意图；

图7 是本发明采用敞口烧砖的工作原理示意图。

附图标号说明：1-烧嘴壳体；11-蓄热体；12-空燃混合头；121-第一燃烧室；13-空气口；14-点火烧嘴；15-一次风道；16-二次风道；17-控制阀门；18-UV检测头；19-保温层；20-隔热层；2-烧砖；21-第二燃烧室；22-三次风道；3-燃气管；31-燃气入口；32-引射器；41-排烟总管；42-回流烟气管；43-混合气体管；5-混合风盘；51-开槽；52-开孔；6-炉膛。

具体实施方式

请参阅图1-5所示，本发明关于一种燃气引射超低NOx燃料稀释技术蓄热式烧嘴，包括内设有蓄热体11的空中烧嘴壳体1、设置在烧嘴壳体1内尾端并与烧嘴壳体1连通的的空燃混合头12、设置在烧嘴壳体1前端的空气口13、设置在空燃混合头12外侧并与空燃混合头12连通的烧砖2、燃气管3、点火烧嘴14，空燃混合头12内设置有第一燃烧室121，其中还包括排烟总管41、回流烟气管42、混合气体管43，混合气体管43的一端设置在烧嘴壳体1内并连通至第一燃烧室121，另一端设置在烧嘴壳体1外并与回流烟气管42的一端连通，回流烟气管42的另一端与排烟总管41连通，燃气管3的一端设置有引射器32并将引射器32设置在混合气体管43与回流烟气管42的连通处，燃气管3的另一端为燃气入口31，排烟总管41的一端与空气口13连接，排烟总管41的另一端与排烟囱连接。

相较于现有的技术，本发明通过设置回流烟气管42、混合气体管43，其中回流烟气管42一端与排烟总管41连接，另一端与混合气体管43连接，同时在燃气管3的一端设置引射器32，并设置在混合气体管43与回流烟气管42的连通处，通过引射器32将燃气高速射出，在燃气高速射出的过程中将排烟总管41内的部分烟气通过回流烟气管42引流至混合气体管43内，初步形成混合气体，稀释燃气的浓度，降低燃气热值，随后混合气体进入第一燃烧室121，通过点火烧嘴14点火燃烧，连同燃气进入第一燃烧室121后将燃气稀释，降低燃料的热值，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，能有效的提高热利用效率，比常规的蓄热式烧嘴降低80-90%的NOx排放，在3%氧含量时NOx的浓度在50ppm以下，远低于国家烟气中8%氧含量时NOx排放150ppm的环保排放标准，实现NOx的超低量排放。

作为本发明更优的实施方案，所述烧砖2内设有第二燃烧室21并与第一燃烧室121连通，烧嘴壳体1内设有分别连通至第一燃烧室121及第二燃烧室21的一次风道15、二次风道16，且烧砖2内还设有三次风道22，所述三次风道22的一端连通至烧嘴壳体1另一端连通至炉膛6。

采用上述方案，通过设置在烧嘴壳体1内设置一次风道15、二次风道16并分别连通至第一燃烧室121、第二燃烧室21，使得从空气口13进入的助燃空气实现分级，一部分助燃空气通过一次风道15进入第一燃烧室121与燃气、回流烟气混合燃烧，助燃空气分级后降低第一燃烧室121的空气过剩系数，使得燃烧状态为缺氧燃烧，能有效的降低火焰温度，减少NOx生成；一次燃烧后产生的不完全燃烧气体继续往前，与二次风道16进入的助燃空气混合后继续燃烧，在烧砖2的第二燃烧室21内形成二次燃烧；二次燃烧后产生的火焰经嘴砖2喷入炉膛6内，由于产生的火焰速度很快，快速的火焰能卷吸部分烟气，二次燃烧后产生的火焰和卷吸过来的烟气以及与通过三次风通22道进入炉膛6的助燃空气成三次燃烧，混入烟气后燃烧过程中氧的浓度降低，能有效降低火焰燃烧温度，从而减少NOx的产生。

更进一步地，可根据具体需要设置不同类型的烧砖，具体包括缩口烧砖、敞口烧砖、平焰烧砖；其中缩口烧砖内的第二燃烧室21为渐窄结构，燃气燃烧后通过渐窄结构的第二燃烧室21之后产生高速火焰，能卷吸周围的烟气参与燃烧，能有效地降低火焰温度，进一步的降低NOx的排放；其中敞口烧砖（如图7所示）内的第二燃烧室21为为渐宽结构且截面宽度大于第一燃烧室121的截面宽度，燃气燃烧后在渐宽接口的第二燃烧室21形成扩散燃烧，由于火焰速度较慢，燃气和空气混合充分，燃烧剧烈，能极快的升高炉温，保证炉内坯料在短时间内达到轧制或锻造温度；其中平焰烧砖（如图6所示）内的第二燃烧室21为喇叭形螺旋结构，燃料燃烧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。

作为本发明更优的实施方案，还包括混合风盘5，所述混合风盘5设置在混合气体管43与第一燃烧室121的连通处，其中混合风盘5的外沿均匀设置有开槽51，混合风盘5的中心均匀设置有开孔52。

采用上述方案，通过在混合气体管43与第一燃烧室121的连通处设置混合风盘5，混合气体管43的混合气体分别从混合风盘5外沿的开槽51及中心的开孔52经过，使可烟气和燃气混合充分，能有效的稀释燃气浓度，降低燃料的热值，并且能使得燃料稀释后热值更加稳定，从而降低燃烧火焰温度，极大减少燃烧过程中NOx的产生。

作为本发明更优的实施方式，还包括控制阀门17、控制系统、UV检测头18，所述控制阀门17设置在燃气入口31、空气口13处,所述UV检测头18的检测端设置在烧砖2内，所述点火烧嘴14、控制阀门17、UV检测头18分别与控制系统连接。

采用上述方案，通过在燃气入口31、空气口13处设置控制阀门17，并设置控制系统与点火烧嘴14、控制阀门17、UV检测头18，可通过控制系统实现空气及燃气的进气量控制，点火烧嘴14的点火控制，并在实际使用过程中控制两烧嘴的交替工作，通过UV检测头18可实现对烧嘴火焰的检测，将检测信号传送至控制系统，通过控制系统与其它控制阀门17相应连锁控制，保证烧嘴在使用过程中的安全性。

作为本发明更优的实施方式，所述烧嘴壳体1内壁设置有保温层19，所述蓄热体11固定设置在保温层19内。

采用上述方案，通过在烧嘴壳体1内壁设置有保温层19，可将有效防止热量散出，提高保温性。

作为本发明更优的实施方式，所述设置在烧嘴壳体1内的混合气体管43的表面套设有隔热层20。

采用上述方案，通过混合气体管43的表面套设有隔热层20，可防止混合气体管43在高温时烧坏。

下面对本发明的具体工作原理进行说明。

如图2所示，本发明成对使用，分别对称地设置在炉膛的两侧并通过烧砖与炉膛连通，本实施例中，烧砖2采用的是缩口式烧砖2，其中第二燃烧室21为渐窄结构。

1）燃气由位于左侧的燃气入口31进入，此时燃气入口31处的控制阀门17打开，位于右侧的燃气入口处的控制阀门17关闭，燃气经过控制阀门17，通过引射器32将燃气高速喷射进入混合气体管43；

2）通过引射器高速喷射出的燃气产生引射力，将排烟总管41的烟气经回流烟气管42引流进入位于左侧混合气体管43，与燃气形成混合气体，混合气体中燃气经混合风盘5的开槽51、开孔52进入空燃混合头12内部的一次燃烧室121；

3）助燃空气由位于左侧的烧嘴的空气口13进入，助燃空气经过烧嘴壳体1内部蓄热体11预热，此时预热后的助燃空气进入烧嘴壳体1内部的腔体，一部分助燃空气通过一次风道15进入第一燃烧室121与燃气、回流烟气混合通过点火烧嘴14点火燃烧；一部分通过二次风道16进入第二燃烧室21内；一部分通过三次风道22进入炉膛6；

4）一次燃烧后产生的不完全燃烧气体继续往前，助燃空气从二次风道16进入烧砖2的第二燃烧室21内与不完全燃烧的气体混合形成二次燃烧；

5）二次燃烧后产生的火焰经烧砖2喷入炉膛6内，二次燃烧后产生的火焰速度很快，快速的火焰能卷吸部分烟气火焰与通过三次风道22进入炉膛6内的助燃空气成三次燃烧；

6）燃气在炉膛6内经过充分燃烧后产生的烟气在炉膛6内流动通过位于右侧的嘴砖2以及三次风道22进入第二燃烧室21，然后到达空燃混合头12，一部分烟气经过第一燃烧室121进入一次风道15，另一部分烟气经过二次风道16汇集到位于右侧的烧嘴壳体1内部腔体，然后到达烧嘴壳体1内部蓄热体11，此时高温烟气将加热蓄热体11，高温烟气将热量传递给蓄热体11后变为低温烟气，经过热交换后的低温烟气从空气口13排出至排烟总管41，两侧的烧嘴交替工作；

7）在燃气入口31、空气口13处连接控制阀门17，并将控制阀门17、点火烧嘴14、UV检测头18与控制系统连接，通过控制系统设定炉膛6两侧烧嘴工作的周期，譬如左侧烧嘴工作时，位于左侧烧嘴处燃气入口31、空气口13的控制阀门17打开，位于右侧烧嘴处燃气入口31的控制阀门17关闭，空气口13的控制阀门17打开，右侧的烧嘴经空气口13将烟气排至排烟总管41，达到设定的切换周期后，两烧嘴的工作方式进行切换，此时右侧烧嘴工作，左侧烧嘴排烟，同时UV检测头18用于检测火焰，并且UV检测信号与其它控制阀门17的控制方式相应连锁，保证烧嘴在使用过程中的安全性。

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

Claims (7)

1.一种燃气引射超低NOx燃料稀释技术蓄热式烧嘴，包括内设有蓄热体的空中烧嘴壳体、设置在烧嘴壳体内尾端并与烧嘴壳体连通的的空燃混合头、设置在烧嘴壳体前端的空气口、设置在空燃混合头外侧并与空燃混合头连通的烧砖、燃气管、点火烧嘴，空燃混合头内设置有第一燃烧室，其特征在于，还包括排烟总管、回流烟气管、混合气体管，混合气体管的一端设置在烧嘴壳体内并连通至第一燃烧室，另一端设置在烧嘴壳体外并与回流烟气管的一端连通，回流烟气管的另一端与排烟总管连通，燃气管的一端连接有引射器并将引射器设置在混合气体管与回流烟气管的连通处，燃气管的另一端为燃气入口，排烟总管的一端与空气口连接，排烟总管的另一端与排烟囱连接。

2.根据权利要求1所述的燃气引射超低NOx燃料稀释技术蓄热式烧嘴，其特征在于，所述烧砖内设有第二燃烧室并与第一燃烧室连通，烧嘴壳体内设有分别连通至第一燃烧室及第二燃烧室的一次风道、二次风道。

3.根据权利要求2所述的燃气引射超低NOx燃料稀释技术蓄热式烧嘴，其特征在于，所述烧砖内还设有三次风道，所述三次风道的一端连通至烧嘴壳体另一端连通至炉膛。

4.根据权利要求1所述的燃气引射超低NOx燃料稀释技术蓄热式烧嘴，其特征在于，还包括混合风盘，所述混合风盘设置在混合气体管与第一燃烧室的连通处，其中混合风盘的外沿均匀设置有开槽，混合风盘的中心均匀设置有开孔。

5.根据权利要求1所述的燃气引射超低NOx燃料稀释技术蓄热式烧嘴，其特征在于，还包括控制阀门、控制系统、UV检测头，所述控制阀门设置在燃气入口、空气口处,所述UV检测头的检测端设置在烧砖内，所述点火烧嘴、控制阀门、UV检测头分别与控制系统连接。

6.根据权利要求1所述的燃气引射超低NOx燃料稀释技术蓄热式烧嘴，其特征在于，所述烧嘴壳体内壁设置有保温层，所述蓄热体固定设置在保温层内。

7.根据权利要求1所述的燃气引射超低NOx燃料稀释技术蓄热式烧嘴，其特征在于，所述设置在烧嘴壳体内的混合气体管的表面套设有隔热层。