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CN113983463B - 一种纯氧燃烧器及燃烧方法 - Google Patents

一种纯氧燃烧器及燃烧方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纯氧燃烧器及燃烧方法，燃烧器包括燃烧器枪体，燃烧器枪体包括同轴设置的氧气管和燃气管，燃气管位于氧气管的外侧，并与氧气管形成燃气空腔；氧气管的一端设置有小燃烧头，小燃烧头包括同轴设置在氧气管一端的第一板，第一板上设置有倾斜的若干中心氧气枪喷孔和一级燃气枪喷孔，中心氧气枪喷孔与一级燃气枪喷孔的轴线相交于燃烧器枪体外；第一板上还设置有点火孔，点火孔位于氧气管外，小燃烧头和燃气管之间设置有大燃烧头。这种分级燃烧方式，能够最大幅度减小氧气与废钢材料接触，减小高温过程中产生的氧化损耗，提高废钢炼钢工艺的成材率，并且确保火焰温度和形状稳定，防止回火，以及保证整个火焰的刚性。

Description

一种纯氧燃烧器及燃烧方法
技术领域
本发明涉及高效燃烧设备技术领域，具体涉及一种纯氧燃烧器及燃烧方法。
背景技术
随着我国经济的高速发展，废钢存量已经具有非常巨大的规模，冶金行业采用废钢作为冶炼钢铁的资源会极大降低钢铁工艺能耗，但由于我国冶金工业与西方发达国家处于的阶段不同，国内绝大多数钢铁企业仍然是利用铁矿石冶炼钢铁，该工艺无法直接使用废钢作为冶炼材料，需要对废钢进行预热，纯氧燃烧器是废钢预热工艺的核心设备，直接决定了整个利用废钢冶炼钢铁的工艺性能的质量。
现有的纯氧燃烧器采用的是套筒式，即内管通入氧气，外环管内通入燃料气，例如高炉、转炉或焦炉煤气，这种燃烧组织形式是最简单粗糙的燃烧技术，火焰极其不稳定，燃烧温度过高以及整个炉内温度分布极不均匀，造成废钢预热过程中氧化严重，造成极大的浪费；另外，加热时间较长，不能很好满足废钢预热工艺要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纯氧燃烧器及燃烧方法，以解决现有纯氧燃烧器火焰温度不可控，温度场不均匀，火焰稳定性不好，燃烧气氛不可调的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种纯氧燃烧器，包括燃烧器枪体，燃烧器枪体包括同轴设置的氧气管和燃气管，燃气管位于氧气管的外侧，并与氧气管形成燃气空腔；氧气管的一端设置有小燃烧头，小燃烧头包括同轴设置在氧气管一端的第一板，第一板上设置有倾斜的若干中心氧气枪喷孔和一级燃气枪喷孔，中心氧气枪喷孔位于氧气管内，一级燃气枪喷孔位于氧气管外，中心氧气枪喷孔与一级燃气枪喷孔的轴线相交于燃烧器枪体外；第一板上还设置有点火孔，点火孔位于氧气管外，小燃烧头和燃气管之间设置有大燃烧头。
本发明具有以下有益效果：一级燃气枪喷孔设置于中心氧气枪喷孔外，能使还原性燃气位于外侧，将助燃氧气包裹在火焰内侧，这种燃烧方式，能够最大幅度减小氧气与废钢材料接触，减小高温过程中产生的氧化损耗，提高废钢炼钢工艺的成材率，并且一级燃气枪喷孔和中心氧气枪喷孔相向倾斜，能够使燃气和氧气充分混合，确保火焰温度和形状稳定，防止回火，以及保证整个火焰的刚性，从而加快废钢熔化速度，缩短该工艺时间，满足废钢冶炼工艺要求。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步，中心氧气枪喷孔倾斜的角度为7-9°，一级燃气枪喷孔倾斜的角度为1-3°。
进一步，若干中心氧气枪喷孔和一级燃气枪喷孔均以氧气管中心呈圆形阵列设置。
进一步，第一板为圆板。
进一步，大燃烧头包括空心的圆台，圆台的内、外壁上分别设置有环形的第一台阶和环形的第二台阶，第一台阶卡接在第一板的外壁上，第二台阶卡接在燃气管的内壁上。
进一步，圆台上设置有若干倾斜的二级燃气枪喷孔，二级燃气枪喷孔的轴线与氧气管的轴线相交于燃气管内，二级燃气枪喷孔的高度均大于中心氧气枪喷孔和一级燃气枪喷孔的高度。
进一步，二级燃气枪喷孔的倾斜的角度为13-16°。
进一步，若干二级燃气枪喷孔以氧气管中心呈圆形阵列设置。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：一级燃气枪喷孔和二级燃气枪喷孔将燃气分为两级，形成分级燃烧方式，能够降低燃烧过程中氧化烧损率，同时二级燃气枪喷孔向外侧倾斜，能够确保火焰径向延展面最大，保证火焰宽度，使火焰在废钢预热过程中温度分布更为均匀。
进一步，燃气管壁外设置有冷却装置；冷却装置包括同轴设置的进水管和出水管，进水管位于出水管内；圆台的外壁上设置有第二板，出水管位于小燃烧头的一端固定在第二板上，进水管位于小燃烧头的一端与燃气管之间设置有分流器，且进水管与第二板之间存在回水腔。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：燃烧器的大燃烧头和小燃烧头作为燃烧过程中温度最高的部件，在外侧配置循环冷却水，不断将高温热量带走，避免燃烧器材质烧毁，提高了燃烧器的使用寿命。分流器能够使冷却水与大燃烧头充分接触，从而达到更好的降温效果。
进一步，氧气管的另一端轴向设置有氧气入口接头，燃气管伸出进水管的管壁上设置有燃气入口接头，进水管伸出出水管的管壁上设置有进水接头，出水管的管壁上设置有出水接头；燃气管远离小燃烧头的一端与氧气管密闭连接，进水管的另一端与燃气管密闭连接，出水管的另一端与进水管外壁密闭连接。
进一步，燃气管远离小燃烧头的一端与氧气管通过顶盖密闭连接。
本发明还提供采用上述纯氧燃烧器对燃气进行燃烧的方法，包括以下步骤：经点火孔内的点火装置点火，然后在氧气管和燃气管中分别通入部分氧气和燃气，氧气经中心氧气枪喷孔喷出，燃气经一级燃气枪喷孔和大燃烧头分别喷出，待火焰稳定后，再依次通入全部燃气和氧气进行燃烧。
进一步，氧气与燃气的流量比为1：5-6；其中，燃气包括：氧气与燃气的流量比为1：5-6；其中，燃气包括：35-37vt％的CO、0.7-1vt％的H2、15-18vt％的CO2、40-43.5vt％的N2，其余量为O2。
本发明具有以下有益效果：本发明的燃烧方法能够在保证燃烧效果的前提下，最大程度的节约能源。
附图说明
图1为本发明燃烧器结构示意图；
图2为本发明燃烧器尾部的剖面图；
图3为本发明大燃烧头和小燃烧头的示意图。
其中，1、燃烧器枪体；2、氧气管；3、燃气管；4、小燃烧头；5、第一板；6、中心氧气枪喷孔；7、一级燃气枪喷孔；8、点火孔；9、大燃烧头；10、圆台；11、第一台阶；12、第二台阶；13、二级燃气枪喷孔；14、进水管；15、出水管；16、第二板；17、分流器；18、氧气入口接头；19、燃气入口接头；20、进水接头；21、出水接头；22、顶盖。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
请参考图1-3，一种纯氧燃烧器，包括燃烧器枪体1，燃烧器枪体1包括同轴设置的氧气管2和燃气管3，燃气管3位于氧气管2的外侧，并与氧气管2形成燃气空腔；氧气管2的一端设置有小燃烧头4，小燃烧头4包括同轴设置在氧气管2一端的第一板5，第一板5上设置有倾斜的若干中心氧气枪喷孔6和一级燃气枪喷孔7，中心氧气枪喷孔6位于氧气管2内，一级燃气枪喷孔7位于氧气管2外，中心氧气枪喷孔6与一级燃气枪喷孔7的轴线相交于燃烧器枪体1外；第一板5上还设置有点火孔8，点火孔8位于氧气管2外，小燃烧头4和燃气管3之间设置有大燃烧头9。一级燃气枪喷孔7设置于中心氧气枪喷孔6外，能使还原性燃气位于外侧，将助燃氧气包裹在火焰内侧，这种燃烧方式，能够最大幅度减小氧气与废钢材料接触，减小高温过程中产生的氧化损耗，提高废钢炼钢工艺的成材率，并且一级燃气枪喷孔7和中心氧气枪喷孔6相向倾斜，能够使燃气和氧气充分混合，确保火焰温度和形状稳定，防止回火，以及保证整个火焰的刚性。为了使燃烧更加充分，中心氧气枪喷孔6倾斜的角度为7-9°，一级燃气枪喷孔7倾斜的角度为1-3°。若干中心氧气枪喷孔6和一级燃气枪喷孔7均以氧气管2中心呈圆形阵列设置。为了使小燃烧头4与氧气管2方便连接，第一板5为圆板。大燃烧头9包括空心的圆台10，圆台10的内、外壁上分别设置有环形的第一台阶11和环形的第二台阶12，第一台阶11卡接在第一板5的外壁上，第二台阶12卡接在燃气管3的内壁上。如此能够将大燃烧头9设置在氧气管2与燃气管3之间，且位于一级燃气枪喷孔7的外侧。为了实现分级燃烧，圆台10上设置有若干倾斜的二级燃气枪喷孔13，二级燃气枪喷孔13的轴线与氧气管2的轴线相交于燃气管3内，二级燃气枪喷孔13的高度均大于中心氧气枪喷孔6和一级燃气枪喷孔7的高度。二级燃气枪喷孔13的倾斜的角度为13-16°。若干二级燃气枪喷孔13以氧气管2中心呈圆形阵列设置。一级燃气枪喷孔7和二级燃气枪喷孔13将燃气分为两级，形成分级燃烧方式，能够降低燃烧过程中氧化烧损率，同时二级燃气枪喷孔13向外侧倾斜，能够确保火焰径向延展面最大，保证火焰宽度，使火焰在废钢预热过程中温度分布更为均匀。
为了使燃烧器的寿命延长，燃气管3壁外设置有冷却装置；冷却装置包括同轴设置的进水管14和出水管15，进水管14位于出水管15内；圆台10的外壁上设置有第二板16，出水管15位于小燃烧头4的一端固定在第二板16上，进水管14位于小燃烧头4的一端与燃气管3之间设置有分流器17，且进水管14与第二板16之间存在回水腔。燃烧器的大燃烧头9和小燃烧头4作为燃烧过程中温度最高的部件，在外侧配置循环冷却水，不断将高温热量带走，避免燃烧器材质烧毁，提高了燃烧器的使用寿命。分流器17能够使冷却水与大燃烧头9充分接触，从而达到更好的降温效果。氧气管2的另一端轴向设置有氧气入口接头18，燃气管3伸出进水管14的管壁上设置有燃气入口接头19，进水管14伸出出水管15的管壁上设置有进水接头20，出水管15的管壁上设置有出水接头21；燃气管3远离小燃烧头4的一端与氧气管2密闭连接，进水管14的另一端与燃气管3密闭连接，出水管15的另一端与进水管14外壁密闭连接。这样设置能够使整体装置便于和外部管道连接，使气体和冷却水的通入及出水的流出更加便捷。为了使燃气管3远离小燃烧头4的一端与氧气管2密闭连接，并且便于后续废钢预热时将整个燃烧器吊起，燃气管3远离小燃烧头4的一端与氧气管2通过顶盖22密闭连接。
上述纯氧燃烧器的燃烧方法，包括以下步骤：
(1)打开冷却水的进水和出水阀门，冷却水进入进水管14后，经过分流器17，然后反向回流，再由出水管15流出；其中，冷却水的流量为150t/h，水压0.8Mpa；
(2)打开点火孔8内的点火装置，设置其工作持续时间8-15s；
(3)微开燃气管3阀门，控制燃气压力为200Pa，流量为200Nm3/h，同时微开氧气管2阀门，控制氧气流量为30Nm3/h，此时可点着火焰，待火焰稳定，依次先将燃气压力调至7kpa，燃气流量为1500Nm3/h，然后将氧气流量调至1140Nm3/h；其中，燃气包括：37vt％的CO、1vt％的H2、18vt％的CO2、43.4vt％的N2，0.6vt％的O2；
(4)火焰稳定燃烧，且达到额定功率后，通过起吊装置，将燃烧器竖直下降到距离废钢表面1m的上方，燃烧器开始进行燃烧预热；
(5)燃烧预热结束后，先关断煤气，同时启动氮气吹扫，然后关断氧气，同时启动氮气吹扫。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种纯氧燃烧器，其特征在于，包括燃烧器枪体(1)，所述燃烧器枪体(1)包括同轴设置的氧气管(2)和燃气管(3)，所述燃气管(3)位于所述氧气管(2)的外侧，并与所述氧气管(2)形成燃气空腔；所述氧气管(2)的一端设置有小燃烧头(4)，所述小燃烧头(4)包括同轴设置在氧气管(2)一端的第一板(5)，所述第一板(5)上设置有倾斜的若干中心氧气枪喷孔(6)和倾斜的若干一级燃气枪喷孔(7)，所述中心氧气枪喷孔(6)位于所述氧气管(2)内，所述一级燃气枪喷孔(7)位于所述氧气管(2)外，所述中心氧气枪喷孔(6)与所述一级燃气枪喷孔(7)的轴线相交于所述燃烧器枪体(1)外；所述第一板(5)上还设置有点火孔(8)，所述点火孔(8)位于所述氧气管(2)外，所述小燃烧头(4)和燃气管(3)之间设置有大燃烧头(9)；所述大燃烧头(9)包括空心的圆台(10)，所述圆台(10)的内、外壁上分别设置有环形的第一台阶(11)和环形的第二台阶(12)，所述第一台阶(11)卡接在所述第一板(5)的外壁上，所述第二台阶(12)卡接在所述燃气管(3)的内壁上；所述圆台(10)上设置有若干倾斜的二级燃气枪喷孔(13)，所述二级燃气枪喷孔(13)的轴线与所述氧气管(2)的轴线相交于所述燃气管(3)内，所述二级燃气枪喷孔(13)的高度均大于所述中心氧气枪喷孔(6)和一级燃气枪喷孔(7)的高度。
2.根据权利要求1所述的纯氧燃烧器，其特征在于，若干所述中心氧气枪喷孔(6)和一级燃气枪喷孔(7)均以所述氧气管(2)中心呈圆形阵列设置。
3.根据权利要求1所述的纯氧燃烧器，其特征在于，所述第一板(5)为圆板。
4.根据权利要求1所述的纯氧燃烧器，其特征在于，若干所述二级燃气枪喷孔(13)以所述氧气管(2)中心呈圆形阵列设置。
5.根据权利要求1所述的纯氧燃烧器，其特征在于，所述燃气管(3)壁外设置有冷却装置；所述冷却装置包括同轴设置的进水管(14)和出水管(15)，所述进水管(14)位于所述出水管(15)内；所述圆台(10)的外壁上设置有第二板(16)，所述出水管(15)位于所述小燃烧头(4)的一端固定在所述第二板(16)上，所述进水管(14)位于所述小燃烧头(4)的一端与所述燃气管(3)之间设置有分流器(17)，且进水管(14)与所述第二板(16)之间存在回水腔。
6.根据权利要求 5所述的纯氧燃烧器，其特征在于，所述氧气管(2)的另一端轴向设置有氧气入口接头(18)，所述燃气管(3)伸出所述进水管(14)的管壁上设置有燃气入口接头(19)，所述进水管(14)伸出出水管(15)的管壁上设置有进水接头(20)，所述出水管(15)的管壁上设置有出水接头(21)；所述燃气管(3)远离所述小燃烧头(4)的一端与所述氧气管(2)密闭连接，所述进水管(14)的另一端与所述燃气管(3)密闭连接，所述出水管(15)的另一端与所述进水管(14)外壁密闭连接。
7.采用权利要求1-6任一项所述的纯氧燃烧器对燃气进行燃烧的方法，其特征在于，包括以下步骤：经点火孔(8)内的点火装置点火，然后在氧气管(2)和燃气管(3)中分别通入部分氧气和燃气，氧气经中心氧气枪喷孔(6)喷出，燃气经一级燃气枪喷孔(7)和大燃烧头(9)分别喷出，待火焰稳定后，再依次通入全部燃气和氧气进行燃烧。
8.根据权利要求7所述的纯氧燃烧器对燃气进行燃烧的方法，其特征在于，氧气与燃气的流量比为1：5-6；其中，燃气包括：35-37vt％的CO、0.7-1vt％的H2、15-18vt％的CO2、40-43.5vt％的N2，其余量为O2。
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