CN209484601U - 一种低热值燃气的低NOx排放燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种低热值燃气的低NOx排放燃烧器，包括燃烧室，该燃烧室的前端通过燃气通道设置有燃气入口，而燃烧室的后端则设置有烟气喷口，并且所述燃气通道的外侧设置有带有空气入口的空气通道，该所述的空气通道通过设置的空气喷口与燃烧室相连通；所述的燃气通道的后端通过支撑杆安装有导气锥。本装置结构简单紧凑，占用空间小，易于安装和维护，燃烧室容积相比普通燃烧器的加热炉炉膛更小，容热强度大可达6×10⁸kJ/m3·h；并且调节范围宽可达1：50，而普通燃烧器只有1：10，易于自动调控；另外，本装置可以使用高温预热空气，因此能以低热值燃气获得高燃烧温度，燃烧室燃烧温度较高，接近2000℃，因此能够适用于大多数工业炉中。

Description

一种低热值燃气的低NOx排放燃烧器

技术领域

本实用新型涉及工业燃烧器技术领域，具体说是一种低热值燃气的低NOx排放燃烧器。

背景技术

高速燃烧器主要应用在工业炉中。普通工业炉为了加热物料和保证燃料完全燃烧都具有一个宽敞的炉膛。这样，开炉时将炉膛加热到操作温度需要很长的时间，而停炉时，由于热惯性大仍有相当一段时间继续加热工件，使加热温度难以控制，易造成工件过热。为了防止工件过热，普通加热炉只好在略高于工件容许的最高加热温度下运行，这就降低了加热速度，增长了加热时间，特别在工件接近加热最终温度时更是如此。

此外，在高温下延长加热时间会产生种种不良影响，如造成钢的氧化和脱碳，使工件表面毛糙和硬度降低，因此为了节约能源，消除普通加热炉的缺点，并与现代化生产流水线配套，20世纪60年代出现了快速加热技术。快速加热主要依靠对流传热而不是辐射传热，其特点是炉体小、加热速度快、热惯性小、加热工件质量高、热效率高并易于自动控制。

实现快速加热的关键一是改造炉体；二是应用高速燃烧器。现有技术中的高速燃烧器有两个作用，一是使燃气在非常高的热强度下燃烧；二是使高温烟气以非常高的流速喷出燃烧室，从而增加炉内对流传热的作用。

而国内现有技术中的高速燃烧器烟气排放速度为高亚音速(200～300m/s)，而能超越这个速度达到超音速的高速燃烧器的鲜有应用，而本实用新型提供了一种高温烟气喷出速度能达到超音速(340m/s以上)的解决方案，比现有产品提供更高的换热效率，缩短加热时间，同时在燃烧室内实现无焰燃烧。

实用新型内容

实用新型目的：针对上述现有技术存在的不足，提供一种低热值燃气的低NOx排放燃烧器。

技术方案：为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案如下：一种低热值燃气的低NOx排放燃烧器，包括燃烧室，该燃烧室的前端通过燃气通道设置有燃气入口，而燃烧室的后端则设置有烟气喷口，并且所述燃气通道的外侧设置有带有空气入口的空气通道，该所述的空气通道通过设置的空气喷口与燃烧室相连通；所述的燃气通道的后端通过支撑杆安装有导气锥，该导气锥的前端设置为锥体结构，而导气锥的尾端则安装有旋流片，所述的旋流片的端部与燃气通道的端部相接触；所述的烟气喷口设置为由前、后端的锥形口以及连接前后端锥形口的喷口喉部构成；其中前端的锥形口由大变小收缩至喷口喉部，而喷口喉部之后的后端锥形口又由小变大向外扩张，从而构成整个烟气喷口。

作为优选，所述的烟气喷口中前端锥形口的锥度大于后端锥形口的锥度。

作为优选，所述的燃烧室以及后侧的烟气喷口均是通过耐热砖堆砌而成，且该耐热砖由前端耐热砖以及后端耐热砖采用镶嵌式止口组合固定安装构成，使得燃烧室也构成分体式结构。

作为优选，所述的空气喷口以及燃气通道均设置在燃烧室前端的耐热砖中；并且所述的空气喷口间隔均匀的设置6-12个。

作为优选，所述的燃烧室和烟气喷口上还均设置有陶瓷保护套。

作为优选，所述的燃烧室内还设置有与外部相连通的点火嘴以及火焰监测器。

作为优选，所述的导气锥、支撑杆和旋流片为一体式结构，并通过耐热钢或陶瓷制作而成。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本装置结构简单紧凑，占用空间小，易于安装和维护，燃烧室容积相比普通燃烧器的加热炉炉膛更小，容热强度大可达6×10⁸kJ/m3·h；并且调节范围宽可达1：50，而普通燃烧器只有1：10，易于自动调控；另外，本装置可以使用高温预热空气，因此能以低热值燃气获得高燃烧温度，燃烧室燃烧温度较高，接近2000℃，因此能够适用于大多数工业炉中；

(2)、强化对流换热，缩短加热时间，普通燃烧器火焰速度很低，以辐射换热为主(约占80％～90％)，对流换热比例很小。本装置的高速燃烧器对被加热物体表面以紊流为主；在加热炉膛尺寸、燃烧产物温度、被加热工件温度相同的情况下，本装置的高速燃烧器对流换热效率是普通燃烧器的3～4倍，可以显著缩短加热时间，同时由于对流换热加大，降低了排烟温度，即换热效率提高，减少烟气带走的热量损耗；

(3)本装置的燃烧器可提高燃烧室内部温度均匀性，缩短均温时间，本装置的高速燃烧器避免了普通燃烧器火焰的燃烧局部高温区，并且喷出的高速炽热气流能够起到较强卷吸和搅拌作用，使燃烧室内温度分布更加均匀，从而缩短工件均热时间，提高生产率，同时节约能耗；

(4)本装置可降低NOx的排放浓度，与普通燃烧器相比,燃烧室内火焰更加弥散,没有明显的燃烧局部高温区，形成无焰燃烧，降低了氧、氮的浓度；此外，由于采取大速度气流，燃烧速度快，烟气在管道内停留时间短，也进一步降低了NOx的排放浓度；另外,燃烧器火焰射流的速度越大，燃烧室内的卷吸和回流作用越强烈，就越有利于实现低氧的气氛，这种相对较低的燃气和氧气浓度降低了整个燃烧区域内的平均燃烧速度，拓展了燃烧边界，形成了均匀的温度场，进而也降低了NOx的排放；且燃烧室内燃烧反应速度快，能够实现完全燃烧，满足了低NOx排放的必要条件。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为图1中左侧视图；

图3为图1中右侧部分剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

如图1、图2和图3所示，一种低热值燃气的低NOx排放燃烧器，包括燃烧室1，该燃烧室1的前端通过燃气通道2设置有燃气入口3，而燃烧室1的后端则设置有烟气喷口4，并且所述燃气通道2的外侧设置有带有空气入口5的空气通道6，该所述的空气通道5通过设置的空气喷口7与燃烧室1相连通；所述的燃气通道2的后端通过支撑杆8安装有导气锥9，该导气锥9的前端设置为锥体结构，而导气锥9的尾端则安装有旋流片10，所述的旋流片10的端部与燃气通道2的端部相接触；所述的烟气喷口4设置为由前、后端的锥形口以及连接前后端锥形口的喷口喉部构成；其中前端的锥形口由大变小收缩至喷口喉部，而喷口喉部之后的后端锥形口又由小变大向外扩张，从而构成整个烟气喷口。

所述的烟气喷口4中前端锥形口的锥度大于后端锥形口的锥度；所述的燃烧室1以及后侧的烟气喷口4均是通过耐热砖11堆砌而成，且该耐热砖11由前端耐热砖以及后端耐热砖采用镶嵌式止口组合固定安装构成，使得燃烧室1也构成分体式结构。

所述的空气喷口7以及燃气通道2均设置在燃烧室1前端的耐热砖11中；并且所述的空气喷口7间隔均匀的设置6-12个；所述的燃烧室1和烟气喷口4上还均设置有陶瓷保护套12；所述的燃烧室1内还设置有与外部相连通的点火嘴13以及火焰监测器14。所述的导气锥9、支撑杆8和旋流片10为一体式结构，并通过耐热钢或陶瓷制作而成。

本装置使用时，空气从空气通道通入由呈6-12个呈圆周分布的空气喷口高速喷入燃烧器的自带燃烧室内；而燃气则由燃气通道通入后沿导气锥分流，再被旋流片分散成高速旋流后从燃气喷口进入燃烧器的自带燃烧室内，然后被点火嘴引燃，与汇聚的空气形成多股火焰射流，在燃烧室内基本上实现完全燃烧(90％以上)。

由于多股燃气以及空气的高速射流的强烈卷吸和搅拌作用，燃气和空气能够均匀混合，使燃烧室内火焰更加弥散,没有明显的燃烧局部高温区，形成无焰燃烧。

而燃烧室产生的炽热气流从两个锥形管构成的变截面烟气喷口高速喷出，喷口的前半部是由大变小向中间收缩至喷口喉部，喉部之后又由小变大向外扩张，燃烧室中的气体受高压流入喷口的前半部，穿过喉部后由后半部逸出。这一结构可使气流的速度因喷截面积的变化而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速至超音速。

燃烧室内的高温炽热烟气具有极强的冲刷腐蚀作用，烟气喷口侧的使用寿命低于空气和燃气喷口侧。而本装置中燃烧室的耐热砖由两部分构成，燃烧室也相应为分体式结构，前端耐热砖内部布置了空气和燃气的喷口，并在出口侧设置陶瓷保护套，后端耐热砖布置了烟气喷口，并在内侧同样设置陶瓷保护套，前后侧的耐热砖之间采用镶嵌式止口组合固定，后侧的耐热砖为易损侧，便于维护更换；而耐热砖的内壁设置陶瓷保护套，能够有效抵抗高温炽热烟气的冲刷腐蚀，同时易于维护更换。

本装置适用于多种形式工业炉，为进一步提高能源利用率，可在燃烧器入口集成预热器对常温燃气和空气进行预热，减少能量损耗。例如，采用发生炉煤气、或者高/焦混合煤气，热值在6000～10000kJ/Nm3，预热温度250℃，空气预热450℃；不预热时，采用发生炉煤气、或者高/焦混合煤气，热值在6000～10000kJ/Nm3，空气常温25℃。

具体实施方式只是本实用新型的一个优选实施例，并不是用来限制本实用新型的实施与权利要求范围的，凡依据本实用新型申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和修饰，均应包括于本实用新型专利申请范围内。

Claims (7)

1.一种低热值燃气的低NOx排放燃烧器，其特征在于:包括燃烧室(1)，该燃烧室(1)的前端通过燃气通道(2)设置有燃气入口(3)，而燃烧室(1)的后端则设置有烟气喷口(4)，并且所述燃气通道(2)的外侧设置有带有空气入口(5)的空气通道(6)，该所述的空气通道(6)通过设置的空气喷口(7)与燃烧室(1)相连通；所述的燃气通道(2)的后端通过支撑杆(8)安装有导气锥(9)，该导气锥(9)的前端设置为锥体结构，而导气锥(9)的尾端则安装有旋流片(10)，所述的旋流片(10)的端部与燃气通道(2)的端部相接触；所述的烟气喷口(4)设置为由前、后端的锥形口以及连接前后端锥形口的喷口喉部构成；其中前端的锥形口由大变小收缩至喷口喉部，而喷口喉部之后的后端锥形口又由小变大向外扩张，从而构成整个烟气喷口。

2.根据权利要求1所述的一种低热值燃气的低NOx排放燃烧器，其特征在于：所述的烟气喷口(4)中前端锥形口的锥度大于后端锥形口的锥度。

3.根据权利要求1所述的一种低热值燃气的低NOx排放燃烧器，其特征在于：所述的燃烧室(1)以及后侧的烟气喷口(4)均是通过耐热砖(11)堆砌而成，且该耐热砖(11)由前端耐热砖以及后端耐热砖采用镶嵌式止口组合固定安装构成，使得燃烧室(1)也构成分体式结构。

4.根据权利要求3所述的一种低热值燃气的低NOx排放燃烧器，其特征在于：所述的空气喷口(7)以及燃气通道(2)均设置在燃烧室(1)前端的耐热砖(11)中；并且所述的空气喷口(7)间隔均匀的设置6-12个。

5.根据权利要求3所述的一种低热值燃气的低NOx排放燃烧器，其特征在于：所述的燃烧室(1)和烟气喷口(4)上还均设置有陶瓷保护套(12)。

6.根据权利要求1所述的一种低热值燃气的低NOx排放燃烧器，其特征在于：所述的燃烧室(1)内还设置有与外部相连通的点火嘴(13)以及火焰监测器(14)。

7.根据权利要求1所述的一种低热值燃气的低NOx排放燃烧器，其特征在于：所述的导气锥(9)、支撑杆(8)和旋流片(10)为一体式结构，并通过耐热钢或陶瓷制作而成。