CN110332522A - 一种蓄热式烟气再循环烧嘴及燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄热式烟气再循环烧嘴，包括蓄热箱及至少两级的燃烧室，燃气及空气分别穿过蓄热箱后进入燃烧室；蓄热箱与燃烧室之间设置有燃气分级通道及空气分级通道；空气分级通道上连接有若干组烟气再循环通道，用以将燃烧后产生的烟气进一步通入烧嘴内燃烧。通过将蓄热箱，多级燃烧室与烟气再循环通道整合为一体的烧嘴结构，使燃气及空气在吸收蓄热箱的热量后进入分级燃烧室，充分利用了烟气所产生的余热，节能降耗；通过将燃气及空气分级补入多级燃烧室，降低了燃烧温度，减少了NOx的生成；通过烟气强制回流再循环的设计，进一步实现了多级燃烧，燃气在不同级别多样化的燃烧状态，满足了国家环保对于烟气中NOx的排放等级要求。

Description

一种蓄热式烟气再循环烧嘴及燃烧系统

技术领域

本发明涉及蓄热式加热炉技术领域，尤其涉及一种蓄热式烟气再循环烧嘴及燃烧系统。

背景技术

目前传统烧嘴能源利用率低，燃烧方式单一，NOx等污染物生成量较大难以满足环保标准。如何有效地控制NOx的生成与排放，进而改善大气环境质量是当今社会亟待解决的重要问题之一。同时，日益严格的环保法规要求开发先进的技术以减少NOx等污染物的排放。因此，低NOx燃烧技术对我国的节能减排具有十分重要的意义。

低NOx燃烧技术是改进燃烧设备或控制燃烧条件，以降低燃烧尾气中NOx浓度的各项技术。影响燃烧过程中NOx生成的主要因素是燃烧温度、烟气在高温区的停留时间、烟气中各种组分的浓度以及混合程度，因此，改变空气—燃料比、燃烧空气的温度、燃烧区冷却的程度和燃烧器的形状设计都可以减少燃烧过程中NOx的生成。

随着国家对环境保护的日益重视，如何利用空气分级燃烧技术，并且将空气分级技术向深度空气分级发展，也就是空气多重分级方向发展，成为工业炉烧嘴的一个大趋势。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种蓄热式烟气再循环烧嘴，该烧嘴通过强制回流再循环的形式实现了燃气的多级燃烧，降低了燃气与空气燃烧时的温度，有效抑制并降低了NOx的生成与排放。

本发明还提供了一种采用上述烧嘴的燃烧系统。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种蓄热式烟气再循环烧嘴，包括蓄热箱及至少两级的燃烧室，燃气及空气分别穿过所述蓄热箱后进入所述燃烧室；所述蓄热箱与所述燃烧室之间设置有燃气分级通道及空气分级通道；所述空气分级通道上连接有若干组烟气再循环通道，用以将燃烧后产生的烟气进一步通入烧嘴内燃烧。

进一步，所述蓄热箱包括燃气蓄热箱及空气蓄热箱，燃气通过所述燃气蓄热箱后流经燃气通道进入所述燃气分级通道，空气通过所述空气蓄热箱后流经空烟气通道进入所述空气分级通道。

进一步，所述燃烧室包括一级燃烧室及二级燃烧室，所述一级燃烧室的进气端面上设置有若干个从所述燃气分级通道引出的一级燃气孔，在一级燃烧室的径向侧壁上倾斜设置有若干个从所述空气分级通道引出的助燃风气孔，多个所述助燃风气孔的轴向中心线汇聚在一级燃烧室的水平轴线上。

进一步，所述一级燃烧室与所述二级燃烧室贯通，所述二级燃烧室的端面上设置有若干个从所述空气分级通道上引出的旋流气孔，多个所述旋流气孔周向设置在所述一级燃烧室的外部。

进一步，所述旋流气孔为倾斜设置的多个柱状气孔，旋流气孔与圆周切线方向夹角的锐角为30-60°。

进一步，所述二级燃烧室的外围周向设置有若干个从所述燃气分级通道引出的二级燃气孔，多个所述二级燃气孔的轴向中心线汇聚在二级燃烧室的水平轴线上。

进一步，所述二级燃烧室与工业炉的炉膛相接，所述二级燃气孔倾斜延伸至所述炉膛的端面，所述二级燃气孔与水平方向夹角的锐角为30-45°。

进一步，所述一级燃烧室、二级燃烧室与炉膛同心设置，构成所述烧嘴内部燃气的三级燃烧。

进一步，所述旋流气孔及二级燃气孔的截面为圆形或者多边形。

进一步，所述蓄热箱内设置有多个蜂窝蓄热体或蓄热球。

进一步，所述烧嘴还包括壳体，所述壳体及所述蓄热箱之间填充有保温材料。

进一步，所述空气分级通道为周向环绕在所述一级燃烧室外围的环形腔体。

进一步，所述烟气再循环通道的进口端设置有控制烟气回流的阀门。

一种蓄热式烟气再循环燃烧系统，包括对称安装在炉膛两侧的所述烧嘴。

本发明通过将蓄热箱，多级燃烧室与烟气再循环通道整合为一体的烧嘴结构，使燃气及空气在吸收蓄热箱的热量后进入分级燃烧室，充分利用了烟气所产生的余热，节能降耗；通过将燃气及空气分级补入多级燃烧室，降低了燃烧温度，减少了NOx的生成；通过烟气强制回流再循环的设计，使烟气再循环返回至空气分级通道内，降低了氧气的浓度，进一步实现了多级燃烧，从而有效抑制了NOx的生成。

附图说明

图1为本发明中烧嘴的主视剖面结构示意图；

图2为本发明中烧嘴的俯视剖面结构示意图；

图3为本发明中烧嘴的右视结构示意图。

图中，1-壳体、2-燃气蓄热箱、3-空气蓄热箱、4-保温岩棉、5-蓄热体、6-燃气分级通道、7-一级燃烧室、8-一级燃气孔、9-空气分级通道、10-助燃风气孔、11-二级燃烧室、12-旋流气孔、13-烟气再循环通道、14-阀门、15-二级燃气孔、16-燃气通道、17-空烟气通道。

具体实施方式

在本实施方式的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为特定指示或暗示相对重要性。

为清楚地说明本发明的设计思想，下面结合示例对本发明进行说明。

一种蓄热式烟气再循环烧嘴，与工业炉的炉膛相接，所述烧嘴包括蓄热箱及至少两级的燃烧室，燃气及空气分别穿过所述蓄热箱后进入所述燃烧室；所述蓄热箱与所述燃烧室之间设置有燃气分级通道及空气分级通道；所述空气分级通道上连接有若干组烟气再循环通道，用以将燃烧后产生的烟气进一步通入烧嘴内燃烧。

本发明中的烧嘴，主要包括蓄热单元，分级燃烧单元以及烟气回流强制再循环通道。空气和燃气在进入燃烧室之前，分别经蓄热单元换热，用以吸收蓄热体上的热量，保证燃烧所需温度，节约了燃料消耗。

从燃气分级通道及空气分级通道进入多级燃烧室的燃气及空气，降低了每级燃烧室中的燃烧温度，有效抑制了NOx的生成，且多级燃烧的方式一方面使燃气燃烧的更加充分，另一方面也有效提高了空气的分级级数，进一步降低NOx的生成量。

通过采用烟气回流强制再循环通道，将燃烧后产生的烟气通入空气分级通道，降低了氧气的浓度，进一步实现低NOx的多级燃烧。

为了更加清晰的对本发明中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。

实施例1

参见图1-图3，本实施例的一种蓄热式烟气再循环烧嘴，包括燃气蓄热箱2，空气蓄热箱3，一级燃烧室7及二级燃烧室11，燃气通过燃气蓄热箱2后流经燃气通道16进入燃气分级通道6，空气通过空气蓄热箱3后流经空烟气通道17进入空气分级通道9，燃气及空气分别由燃气分级通道6及空气分级通道9进入一级、二级燃烧室及工业炉的炉膛中；空气分级通道9上连接有烟气再循环通道13，用以将燃烧后产生的烟气进一步通入烧嘴内燃烧，最终达到多级燃烧的目的。

燃气分级通道6通过一级燃气孔8与一级燃烧室7连通，空气分级通道9通过助燃风气孔10与一级燃烧室7连通。本实施例中，一级燃气孔8为三个环绕一级燃烧室7中心，从燃气分级通道6上引出的水平通道，一级燃气孔8的末端相接在一级燃烧室7的进风端面上；空气分级通道9为周向环绕在一级燃烧室7外围的环形腔体，助燃风气孔10为三个从空气分级通道9上引出的倾斜通道，助燃风气孔10末端相接在一级燃烧室7的径向侧壁上，三个助燃风气孔10环向分布，轴向中心线延伸汇聚在一级燃烧室7的水平轴线上，且相交点位于一级燃烧室7内，一级燃气孔8与助燃风气孔10交错布置，使燃气与助燃风在以及燃烧室内有效混合。工作时，燃气和空气在一级燃烧室7相交混合进行一级燃烧。由于一级燃气孔及助燃风气孔只有三个，且管径较小，此时的燃气与空气的气量较少，在进行燃烧时火焰温度较低，生成的NOx也相对较少，同时燃气进气燃烧比例大于空气的进气量，形成的缺氧燃烧气氛同步降低NOx的生成量。

二级燃烧室11与一级燃烧室7贯通，且二级燃烧室11大于一级燃烧室7的内径，二级燃烧室11的端面上设置有8个从空气分级通道9上引出的旋流气孔12，8个旋流气孔12周向设置在一级燃烧室7的外部。旋流气孔12为倾斜设置的圆柱状，沿二级燃烧室11中心环向分布，旋流气孔12与圆周切线方向夹角的锐角为30°。在具体工作时，部分空气通过8个旋流气孔12后呈旋流状态进入二级燃烧室11，并在二级燃烧室11内强制旋转产生涡流卷吸效果，旋流的外部边缘构成强力的旋流冲击，在旋流的中心产生负压，该旋流中心的负压可有效吸引从一级燃烧室7生成的烟气及未燃烧的燃气，使混合气体构成卷吸回转气流，该气流内夹杂着空气，烟气以及燃气，并在一级燃烧室7喷射出来的火焰下再次燃烧，同时，由于旋流气孔引入的大量低温空气（相较在二级燃烧室内的燃烧温度），降低了二级燃烧室11内的燃烧温度，进而降低了NOx的生成量。

在二级燃烧室11内并未补入新的燃气，二级燃烧室11的外围周向设置有8个从燃气分级通道6末端引出的二级燃气孔15，8个二级燃气孔15的轴向中心线汇聚在二级燃烧室11的水平轴线上。具体来讲，二级燃烧室11的下游与工业炉的炉膛相接，二级燃气孔15倾斜设置，其延伸方向与水平方向夹角的锐角为30°，末端相接在炉膛的进风端面上，补入燃气进入炉膛中进行下一级的燃烧，二级燃烧孔的轴向中心线最终汇聚在炉膛的水平中心线上。一级燃烧室7、二级燃烧室11与炉膛的同心设置，构成了燃气与空气在炉膛内部的三级燃烧。通过该种设置方式，可以保证燃气与空气补入的顺畅性，使燃气及空气在炉膛中混合的更加均匀，最终在炉膛中构成燃气的多级燃烧。在每一分级燃烧过程中，由于逐步补入的外部气体，包括进入一级燃烧室7内的燃气及空气，二级燃烧室11内补入的旋流空气，以及在炉膛内补入的燃气，均是从燃气分级通道6及空气分级通道9内通入，在分级通道内的燃气和空气只吸收了蓄热体5的热量，并没有参与燃烧，温度较低，且通入燃烧室后，均可降低相应燃烧状态下的燃烧温度；每一级燃烧室内，通过周向或者对称均布的进气通道，形成分散燃烧，使燃气与空气混合的更加均匀；另外，在烧嘴的整体燃烧过程中，燃气进气燃烧比例大于空气的进气量，使一二级燃烧始终处于缺氧燃烧状态。结合以上三个角度，均是朝着有利于降低NOx的生成进行，同时，燃气在不同级别多样化的燃烧状态，完全能够满足国家环保对于烟气中NOx的排放等级要求。

本发明中，在空气分级通道9上设置有一组烟气再循环通道13，通道一端与空气分级通道9相连，另一端通过阀门14与燃烧系统的排烟总管相连。工作时，排放的烟气经引风机强制回流到烟气再循环通道13内，通过调节烟气回流量的阀门14进入空气分级通道9，从而进行烟气的再次循环燃烧，使烟气中的NOx再次降低。当然为了保证再循环效率，除了采用一组，还可根据具体实际设置两组或多组，每组再循环通道独立设置阀门控制。

本实施例中的烧嘴还包括壳体1，空气蓄热箱3及燃气蓄热箱2安装在壳体1内部，在壳体1及蓄热箱之间填充有保温岩棉4，减少了热量的损失，提高蓄热箱的蓄热效果。在蓄热箱内，设置有由多个蜂窝蓄热体5，用以吸收烟气的热量，对燃气及空气进行预热，节约燃料消耗，从而实现能源的优化利用。

本发明中还提供了一种蓄热式烟气再循环燃烧系统，上述烧嘴对称安装在炉膛的两侧。具体工作时，两台烧嘴为一开一闭的状态，炉膛中产生的烟气通过管道进入关闭状态的烧嘴中，高温烟气在经过烧嘴蓄热箱时将热量传递给蓄热体5，最终通过排烟总管排出。通过蓄热式烟气再循环燃烧系统，可实现多级燃烧，且降低了燃气与空气燃烧时的温度，有效降低了NOx的排放水平。同时，通过监测炉膛内部烟气中的含氧量，实时调整燃气和空气的进气量。

实施例2

本实施例中的结构与实施例1基本相同，不同之处在于，旋流气孔与圆周切线方向夹角的锐角为60°，二级燃气孔与水平方向夹角的锐角为45°，旋流气孔与二级燃气孔为方柱孔，蓄热箱内设置有多个蓄热球。

根据本发明的设计思想，除了上述的结构，旋流气孔及二级燃气孔的倾斜角度还可根据实际进行调整；蓄热箱内还可由多个蜂窝蓄热体和蓄热球混合组成；另外，一级燃气孔、助燃风气孔、旋流气孔以及二级燃气孔的数量还可根据具体的燃烧工况进行调整；一级燃气孔与助燃风气孔，旋流气孔与二级燃气孔的数量可以相同，也可以不同，并不仅仅局限于上述实施例中的数量等等，这也是本领域技术人员根据本发明的设计构思所能做出的常规判断，不再赘述。

最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种蓄热式烟气再循环烧嘴，其特征在于，包括蓄热箱及至少两级的燃烧室，燃气及空气分别穿过所述蓄热箱后进入所述燃烧室；所述蓄热箱与所述燃烧室之间设置有燃气分级通道及空气分级通道；所述空气分级通道上连接有若干组烟气再循环通道，用以将燃烧后产生的烟气进一步通入烧嘴内燃烧。

2.如权利要求1所述的烧嘴，其特征在于，所述蓄热箱包括燃气蓄热箱及空气蓄热箱，燃气通过所述燃气蓄热箱后流经燃气通道进入所述燃气分级通道，空气通过所述空气蓄热箱后流经空烟气通道进入所述空气分级通道。

3.如权利要求1所述的烧嘴，其特征在于，所述燃烧室包括一级燃烧室及二级燃烧室，所述一级燃烧室的进气端面上设置有若干个从所述燃气分级通道引出的一级燃气孔，在一级燃烧室的径向侧壁上倾斜设置有若干个从所述空气分级通道引出的助燃风气孔，多个所述助燃风气孔的轴向中心线汇聚在一级燃烧室的水平轴线上。

4.如权利要求3所述的烧嘴，所述一级燃烧室与所述二级燃烧室贯通，所述二级燃烧室的进气端面上设置有若干个从所述空气分级通道上引出的旋流气孔，多个所述旋流气孔周向设置在所述一级燃烧室的外部。

5.如权利要求4所述的烧嘴，其特征在于，所述旋流气孔为倾斜设置的多个柱状气孔，旋流气孔与圆周切线方向夹角的锐角为30-60°。

6.如权利要求3所述的烧嘴，其特征在于，所述二级燃烧室的外围周向设置有若干个从所述燃气分级通道引出的二级燃气孔，多个所述二级燃气孔的轴向中心线汇聚在二级燃烧室的水平轴线上。

7.如权利要求6所述的烧嘴，其特征在于，所述二级燃烧室与工业炉的炉膛相接，所述二级燃气孔倾斜延伸至所述炉膛的进气端面，所述二级燃气孔与水平方向夹角的锐角为30-45°。

8.如权利要求1所述的烧嘴，其特征在于，所述空气分级通道为周向环绕在所述一级燃烧室外围的环形腔体。

9.如权利要求1所述的烧嘴，其特征在于，所述烟气再循环通道的进口端设置有控制烟气回流的阀门。

10.一种蓄热式烟气再循环燃烧系统，包括对称安装在工业炉炉膛两侧的权利要求1-10中任一项所述的烧嘴。