CN202733895U - 具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉，包括：内设炉膛的炉体；第一和第二喷嘴组，其分别包括至少三个喷嘴，以将可燃气体和助燃空气的混合物喷入炉膛内；以及烟气管道，其连接于炉体的一端壁上以将炉膛内产生的烟气排出至烟囱。该加热炉的第一和第二喷嘴组中的每个喷嘴均为涡轮防回火预混喷嘴，其包括末端封闭的可燃气体管道、套置在可燃气体管道外围的助燃空气管道、以及设置在可燃气体管道的外壁与助燃空气管道的内壁之间的涡轮装置。其中，可燃气体管道的在助燃空气流动方向上位于涡轮装置之前的壁上开设若干个气孔，以将可燃气体喷入助燃空气管道内，使得可燃气体与助燃空气在经由涡轮装置喷入炉膛之前预混。

Description

具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉

技术领域

本实用新型涉及一种加热炉，特别涉及一种采用可燃气体的加热炉。

背景技术

众所周知，工业窑炉是一种耗能大、污染重的设备。在世界各国都大力提倡节能减排的大环境下，如何对现有工业窑炉进行节能减排改造，已经成为本领域技术人员在设计该类设备时必须要考虑的因素。

以采用可燃气体的加热炉为例，其广泛采用如下的喷嘴构造：空气和燃气分别通过不同管道供给至炉膛入口并在炉膛入口处混合燃烧放热。这种喷嘴构造具有如下缺陷：一方面，空气和燃气得不到充分混合；另一方面，燃烧所用空气量过大；导致加热炉的燃烧效率低而烟气中的一氧化碳的浓度高。

如中国专利200920072822.5号公开的一种加热炉用混合煤气与天然气两用烧嘴及其燃烧系统。该烧嘴主要由中心风喷管、天然气喷管、混合煤气喷管、热风管的外壳及配风盘组成的套筒式结构。热风管的中间位置设置有一、二次风调节套管，配风盘作为一次风和二次风出口通道。该烧嘴工作时，两种燃气可相互切换，通过燃气喷嘴喷出的燃气与配风盘的热空气混合后喷出烧嘴实现燃烧作业，但是该烧嘴结构复杂、燃气与空气无充分预混、且无防回火装置。

又如中国专利02220905.0号公开的一种直管预混燃气燃烧器，其包括由火焰进气管、燃气喷嘴、扩散锥体、一次风进口、掺混直管、火焰稳定罩、预混气旋流器、喷火孔、或预混气射流孔、和喷火孔构成的直管预混火焰筒，消音器、调节风板、风道、一次风整流器、二次风旋流器、耐火砖、壳体、及点火器、火焰监测器、电磁阀稳定阀组件，还包括设置的附加扩散喷嘴进气管、中心扩散喷嘴或环行扩散喷嘴。该专利02220905.0号所公开的喷嘴结构复杂、仅实现了燃气与部分空气的预混、且无防回火装置。

因此，提供一种具有可实现预混和防回火功能的喷嘴的加热炉成为业内急需解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉，该加热炉能够充分提高燃烧效率并降低烟气中的一氧化碳的浓度。

本实用新型提供一种具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉，其包括：炉体，炉体内设有用于容置待热处理工件的炉膛；第一喷嘴组和第二喷嘴组，第一喷嘴组和第二喷嘴组分别包括沿着炉体的纵向方向间隔设置在炉体的侧壁上的至少三个喷嘴，以将可燃气体和助燃空气的混合物喷入炉膛内燃烧放热；以及烟气管道，烟气管道连接于炉体的一端壁上以将炉膛内产生的烟气排出至烟囱。该加热炉的第一喷嘴组和第二喷嘴组中的每个喷嘴均为涡轮防回火预混喷嘴。该涡轮防回火预混喷嘴包括末端封闭的可燃气体管道、套置在可燃气体管道外围的助燃空气管道、以及设置在可燃气体管道的外壁与助燃空气管道的内壁之间的涡轮装置。其中，可燃气体管道的在助燃空气流动方向上位于涡轮装置之前的壁上开设若干个气孔，以将可燃气体喷入助燃空气管道内，使得可燃气体与助燃空气在经由涡轮装置喷入炉膛之前预混。

其中，第一喷嘴组和第二喷嘴组中的每个喷嘴的可燃气体管道可以通过管线连接于相同的可燃气体供给源。

可选择地，第一喷嘴组中的各个喷嘴的可燃气体管道和第二喷嘴组中的各个喷嘴的可燃气体管道可以通过管线分别连接于两个不同的可燃气体供给源。

优选地，第一喷嘴组与第二喷嘴组相对于炉体的纵向轴线设置于炉体的相对两侧，第一喷嘴组的至少三个喷嘴与第二喷嘴组的至少三个喷嘴依次正面相对设置，以将可燃气体与助燃空气的混合物以对吹方式喷入炉膛内。

其中，涡轮装置为单向涡轮装置，单向涡轮装置允许来自助燃空气管道的可燃气体和助燃空气的混合物喷入炉膛并防止炉膛内的气体回流入助燃空气管道。

可选择地，助燃空气管道内的助燃空气可为来自环境的空气或由其它设备预热的空气。

优选地，该加热炉还可包括设置于烟气管道内的空气预热器，并且，助燃空气管道内的助燃空气可为来自空气预热器的被预热的空气。

优选地，若干个气孔可沿着可燃气体管道的周向方向分成至少二组，并且每组气孔包括至少四个气孔。

更优选地，若干个气孔可沿着可燃气体管道的周向方向等间隔分成至少三组，并且每组气孔包括沿着可燃气体管道的纵向方向等间隔设置的至少五个气孔，比如，若干个气孔可以分成五组或六组，每组包括八个或十个气孔。

具体地，涡轮装置可设置在涡轮防回火预混喷嘴的邻近炉膛的一端，而可燃气体管道的壁上的若干个气孔可位于涡轮装置的远离炉膛的一侧。

可选择地，可燃气体为煤气，加热炉为陶瓷窑炉。

可选择地，可燃气体为天然气，加热炉为不锈钢退火炉。

优选地，第一喷嘴组和第二喷嘴组可以分别包括沿着炉体的纵向方向等间隔设置在炉体的侧壁上的三个或三个以上喷嘴，比如五个或六个喷嘴。

可选择地，该加热炉还可包括第一级空气预热系统和第二级空气预热系统。第一级空气预热系统包括空气压缩机、第一空气预热器以及发电机；第一空气预热器设置于烟气管道内并且具有烟气流路和空气流路；空气压缩机将来自外部环境的空气加压后通过管线送入第一空气预热器的空气流路内以便与流经第一空气预热器的烟气流路的高温烟气换热；从第一空气预热器的空气流路流出的已加压预热的空气通过管线送入发电机用于发电；对发电机做功后的空气经管线送入第一喷嘴组的每个喷嘴的助燃空气管道。第二级空气预热系统包括第二空气预热器；第二空气预热器在烟气管道内设置于第一空气预热器的下游侧；第二空气预热器具有烟气流路和空气流路；来自外部环境的空气通过管线送入第二空气预热器的空气流路内以便与流经第二空气预热器的烟气流路的高温烟气换热；由第二空气预热器预热的空气经管线送入第二喷嘴组的每个喷嘴的助燃空气管道。

本实用新型的有益效果是：通过采用涡轮防回火预混喷嘴，可实现预混和防回火功能，能够充分提高燃烧效率并降低烟气中的一氧化碳的浓度；采用第一喷嘴组和第二喷嘴组以对吹方式向炉膛内输送助燃空气和可燃气体的混合物，能够进一步提高燃烧效率；此外，通过采用第一级空气预热系统和第二级空气预热系统，能够充分地回收利用烟气余热，通过采用空气压缩机来增大空气压力，有利于空气在第一空气预热器中与烟气换热，能够提高烟气余热利用率，通过采用发电机，将加压预热的空气的能量在用于助燃之前适当转化为电能，避免了能量浪费，对发电机做功后的空气用作助燃空气仍能够充分提高燃烧效率。

附图说明

图1示出了本实用新型的具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉的示意图。

图2示出了图1中的加热炉的涡轮防回火预混喷嘴的放大示意图。

具体实施方式

根据本实用新型的第一实施方式，具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉100为陶瓷窑炉，其中，可燃气体采用煤气。

请参照图1，加热炉100包括炉体110、第一喷嘴组130、第二喷嘴组131、烟气管道150、空气预热器170以及烟囱190。

炉体110内设有用于容置工件(未图示)的炉膛(未图示)。烟气管道150连接于炉体110的后端壁上以将炉膛内产生的烟气排出至烟囱190。

空气预热器170设置在烟气管道150内，以回收利用来自炉膛的烟气的余热。在该实施方式中，来自外部环境的空气经空气引入管线1701进入空气预热器170预热。空气预热器170具有烟气流路(未图示)和空气流路(未图示)。空气送入空气预热器170的空气流路内以便与流经空气预热器170的烟气流路的高温烟气换热。在本实施方式中，空气预热器170为表面式换热器，即，温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。

由空气预热器170预热后的空气经管线1702送入第一喷嘴组130和第二喷嘴组131作为助燃空气。

第一喷嘴组130和第二喷嘴组131相对于炉体110的纵向轴线分别设置于炉体110的两侧壁上以将可燃气体与空气的混合物提供至炉膛内。在该实施方式中，第一喷嘴组130和第二喷嘴组131分别包括沿着炉体110的纵向方向等间隔设置的三个喷嘴。其中，第一喷嘴组130的三个喷嘴与第二喷嘴组131的三个喷嘴依次正面相对设置，以将可燃气体与空气的混合物以对吹方式送入炉膛内。

请参照图2，该实施方式的加热炉100的第一喷嘴组130和第二喷嘴组131中的每个喷嘴均为涡轮防回火预混喷嘴。该涡轮防回火预混喷嘴包括末端封闭的可燃气体管道1301、套置在可燃气体管道1301外围的助燃空气管道1305、以及设置在可燃气体管道1301的外壁与助燃空气管道1305的内壁之间的涡轮装置1309。

其中，来自可燃气体供给源(未图示)的可燃气体通过管线(未图示)供给至可燃气体管道1301的入口1303，而来自空气预热器170的被预热后的空气经管线输送至助燃空气管道1305的入口1307。

在该实施方式中，涡轮装置1309设置在涡轮防回火预混喷嘴的邻近炉膛的一端。在涡轮装置1309的沿助燃空气的流动方向上的上游侧处，具体地，在涡轮装置1309的远离炉膛的一侧，可燃气体管道1301的壁上开设若干个气孔1308，即，可燃气体管道1301的在助燃空气流动方向上位于涡轮装置1309之前的壁上开设若干个气孔1308。具体地，若干个气孔1308沿着可燃气体管道1301的周向方向等间隔分成三组，并且每组气孔包括沿着可燃气体管道1301的纵向方向等间隔设置的五个气孔1308。

由此，可燃气体管道1301中的可燃气体将通过气孔1308喷入助燃空气管道1305内，使得可燃气体与助燃空气先在助燃空气管道1305内预混后再经由涡轮装置1309喷入炉膛。

在该实施方式中，涡轮装置1309为单向涡轮装置，其允许来自助燃空气管道1305的可燃气体和助燃空气的混合物喷入炉膛并防止炉膛内的气体回流入助燃空气管道1305。

根据本实用新型的一种替代实施方式，与第一实施方式不同之处在于具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉为不锈钢退火炉，而可燃气体为天然气。

根据本实用新型的另一种替代实施方式，与第一实施方式不同之处在于空气预热器可以采用蓄热式换热器，即，通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。根据该替代实施方式，可以采用两组交替使用的蓄热式换热器来代替空气预热器。

根据本实用新型的又一种替代实施方式，与第一实施方式不同之处在于该加热炉可包括第一级空气预热系统和第二级空气预热系统。

空气压缩机、第一空气预热器、发电机以及相应管道和线路构成第一级空气预热系统。其中，来自外部环境的空气经第一空气引入管线进入空气压缩机以加压至0.5兆帕左右，加压后的空气经管线进入第一空气预热器。第一空气预热器设置于烟气管道内并且具有烟气流路和空气流路。加压后的空气送入第一空气预热器的空气流路内以便与流经第一空气预热器的烟气流路的高温烟气换热。从第一空气预热器的空气流路流出的已加压预热的空气通过管线送入发电机用于发电。在本实施方式中，发电机为透平发电机，其将加压预热的空气导入透平膨胀机膨胀做功驱动发电机，例如高炉煤气余压透平发电装置(TRT)。对发电机做功后的空气经管线送入第一喷嘴组的每个喷嘴的助燃空气管道以作为助燃空气。

第二空气预热器以及相应管线构成第二级空气预热系统。第二空气预热器在烟气管道内位于第一空气预热器的下游侧，以进一步回收利用从第一空气预热器流出的烟气的余热。在该实施方式中，第二空气预热器与第一空气预热器具有相同的构造。来自外部环境的空气经第二空气引入管线进入第二空气预热器预热。由第二空气预热器预热的空气经管线送入第二喷嘴组的每个喷嘴的助燃空气管道以作为助燃空气。

尽管在此已详细描述本实用新型的优选实施方式，但要理解的是本实用新型并不局限于这里详细描述和示出的具体结构，在不偏离本实用新型的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。例如，每个喷嘴组可以选择采用多于或者少于三个的喷嘴，比如每组采用二个、四个或六个喷嘴。此外，系统各处的温度和压力参数可以根据具体使用条件在本实用新型所公开的范围内适当选取。

Claims (10)

1.一种具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉，包括：

炉体，所述炉体内设有用于容置待热处理工件的炉膛；

第一喷嘴组和第二喷嘴组，所述第一喷嘴组和所述第二喷嘴组分别包括沿着所述炉体的纵向方向间隔设置在所述炉体的侧壁上的用于将可燃气体和助燃空气的混合物喷入所述炉膛内燃烧放热的至少三个喷嘴；以及

烟气管道，所述烟气管道连接于所述炉体的一端壁上以将所述炉膛内产生的烟气排出至烟囱；

其特征在于：

所述第一喷嘴组和所述第二喷嘴组中的每个喷嘴均为涡轮防回火预混喷嘴，所述涡轮防回火预混喷嘴包括末端封闭的可燃气体管道、套置在所述可燃气体管道外围的助燃空气管道、以及设置在所述可燃气体管道的外壁与所述助燃空气管道的内壁之间的涡轮装置，其中，所述可燃气体管道的在助燃空气流动方向上位于所述涡轮装置之前的壁上开设有用于将可燃气体喷入所述助燃空气管道内使得可燃气体与助燃空气在经由所述涡轮装置喷入所述炉膛之前预混的若干个气孔。

2.如权利要求1所述的具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉，其特征在于，所述第一喷嘴组与所述第二喷嘴组相对于所述炉体的纵向轴线设置于所述炉体的相对两侧，所述第一喷嘴组的所述至少三个喷嘴与所述第二喷嘴组的所述至少三个喷嘴依次正面相对设置以将可燃气体与助燃空气的混合物以对吹方式喷入所述炉膛内。

3.如权利要求1所述的具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉，其特征在于，所述涡轮装置为允许来自所述助燃空气管道的可燃气体和助燃空气的混合物喷入所述炉膛并防止所述炉膛内的气体回流入所述助燃空气管道的单向涡轮装置。

4.如权利要求1所述的具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉，其特征在于，所述具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉还包括设置于所述烟气管道内的用于向所述助燃空气管道提供已预热空气的空气预热器。

5.如权利要求1所述的具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉，其特征在于，所述若干个气孔沿着所述可燃气体管道的周向方向分成至少二组，并且每组气孔包括至少四个气孔。

6.如权利要求5所述的具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉，其特征在于，所述若干个气孔沿着所述可燃气体管道的周向方向等间隔分成至少三组，并且每组气孔包括沿着所述可燃气体管道的纵向方向等间隔设置的至少五个气孔。

7.如权利要求1～6中任一项所述的具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉，其特征在于，所述涡轮装置设置在所述涡轮防回火预混喷嘴的邻近所述炉膛的一端。

8.如权利要求7所述的具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉，其特征在于，所述可燃气体管道的壁上的所述若干个气孔位于所述涡轮装置的远离所述炉膛的一侧。

9.如权利要求1～6中任一项所述的具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉，其特征在于，所述加热炉为采用煤气的陶瓷窑炉。

10.如权利要求1～6中任一项所述的具有涡轮防回火预混喷嘴的加热炉，其特征在于，所述加热炉为采用天然气的不锈钢退火炉。

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