CN101639218B - 无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴，在烧嘴本体内设置有空气或烟气通道、多孔状蓄热体、燃烧空腔、燃气管道和点火装置；在空气或烟气通道的末端，设置位于圆周状燃烧空腔的切线方向的切向进风道，空气或烟气通道通过切向进风道与燃烧空腔相连接；在燃气管道尾端，设置并列的有焰燃烧燃气管和无焰燃烧燃气管，分别通过有焰燃烧控制阀和无焰燃烧控制阀进行控制；无焰燃烧燃气管末端的无焰燃烧燃气喷孔的孔径小于有焰燃烧燃气管末端的孔径。本发明的烧嘴，能源利用效率高、炉温均匀性号，能大幅度降低NOX排放量；燃料通过缩口状的喷孔高速喷入，有效控制火焰温度，有利于燃料的充分燃烧；火焰向炉膛内喷射距离很短，不会喷射到炉膛内的零部件上。
Description
技术领域
本发明涉及一种高、中、低温燃料工业炉烧嘴，尤其是高、中、低温燃料工业炉的无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴。
背景技术
蓄热式燃烧技术是目前世界上节能效果最好的节能燃烧技术，其原理是采用成对的带有蓄热体的烧嘴进行控制式燃烧，当一个烧嘴燃烧时，另一个烧嘴进行吸气排烟，高温烟气通过蓄热体时与蓄热体进行热能交换，蓄热体吸热、高温烟气温度降低；经过一定时间，蓄热体蓄热饱和后，进行换向，另一个烧嘴燃烧时，冷空气或燃料从已吸热温度较高的蓄热体中进入烧嘴，被该蓄热体加热；同时，原燃烧的烧嘴进行吸气排烟，高温烟气又将其蓄热体加热，进行热交换，通过两个烧嘴不断的反复交替燃烧，达到节能的效果。本专利申请人于2006年3月8日申请的名称为“蓄热式脉冲烧嘴”、专利号为ZL200620110073.7的实用新型专利所公开的技术内容，就是一种蓄热式燃烧烧嘴。现有技术中的烧嘴，结构各有差别，其共同点是助燃空气进气管和燃料进气管在烧嘴内混合后一次性燃烧，导致火焰燃烧温度较高，对于高热值煤气，火焰温度可达2000℃以上，由于火焰温度与NOX生成量成指数关系，常规的蓄热式燃烧极大的促成NOX的产生。NOX作为燃烧废气，可以破坏臭氧层，造成酸雨和对人体产生强烈的刺激，促成肺部疾病等，有较大的环境污染，是需要严格控制的。
另外，在现有技术的蓄热式烧嘴中，由于火焰温度可达2000℃以上，容易烧坏明火周围的管道等部件，导致其使用寿命缩短；尤其是金属管道，在使用一段时间后就烧坏而不能使用了。而如果采用耐高温的陶瓷管道，虽然提高了耐高温性能，但陶瓷管道在蓄热式燃烧过程中反复的冷热交替作用下，容易发生脆裂而损坏，其使用寿命仍然不长。
最后，由于工业处理炉炉膛内放置的待加热处理的零部件尺寸各异、堆置方式各异，导致有些零部件必然靠近烧嘴的火焰喷口，从喷口中喷出的火焰向炉膛内喷射距离较长，容易直接喷射、包围到零部件上；靠近火焰喷口的零部件由于被火焰直接包围、直接与明火相接触，高温(可到2000℃或以上)的明火直接喷到零部件上并加热，导致该部分零部件局部温度过高，该部分零部件的温度较其他部件高、温升快，降低温度的均匀性，同时，高温的明火能影响零部件的热处理效果，降低其多项性能指标。
发明内容
本发明针对现有技术的烧嘴的以上不足，提供一种通过快速燃烧方式降低燃烧产物中NOX含量，延长烧嘴使用寿命，防止从喷口中喷出的火焰直接喷到零部件上所带来的温度高、温升快、降低性能指标的无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴。
本发明的技术方案是：无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴，包括烧嘴本体，在烧嘴本体内设置有空气或烟气通道、多孔状蓄热体、燃烧空腔、燃气管道和点火装置；其特征在于：在空气或烟气通道的末端，设置切向进风道，空气或烟气通道通过切向进风道与燃烧空腔相连接；所述的切向进风道位于圆周状燃烧空腔的切线方向；在燃气管道尾端，设置并列的有焰燃烧燃气管和无焰燃烧燃气管，有焰燃烧燃气管上设置有焰燃烧控制阀进行控制，无焰燃烧燃气管上设置无焰燃烧控制阀进行控制；无焰燃烧燃气管末端的无焰燃烧燃气喷孔的孔径小于有焰燃烧燃气管末端的有焰燃烧燃气喷孔的孔径。
进一步的特征是：所述切向进风道横截面积逐渐缩小。
燃烧空腔末端的喷口是横截面积逐渐增大的喇叭状。
在燃气管道的末端，设置火焰保护罩，火焰保护罩末端的喷口是横截面积逐渐缩小的缩口状。
燃气管道的末端设置缩口状的燃气喷口，燃气喷口的横截面积小于燃气管道内腔的横截面积；燃气喷口的中心线、喷口的中心线与火焰喷口的中心线相重合。
所述点火装置包括点火进气管、点火燃气管和点火针，点火进气管将点火需要的空气通入，点火燃气管将点火需要的燃气通入，在点火针产生的火花作用下点燃燃气。
在所述火焰保护罩上开设引流孔。
点火针设置在钝体上，在钝体背面形成稳定的火焰。
本发明的无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴，相对于现有技术，具有如下特点：
1、本发明的无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴，具有蓄热式燃烧装置节能效果好的优点，能源利用效率高；在保证炉温均匀性的同时，还能大幅度降低NOX排放量，符合环保的趋势和要求；
2、能保护烧嘴内的各种管道不被烧损，有效延长其使用寿命；
3、燃料根据炉温通过缩口状的喷孔喷入，在较高速度下进行燃烧，有效控制火焰温度，有利于燃料的充分燃烧；
4、从烧嘴的喷口中喷出的火焰向炉膛内喷射距离很短(是平焰状火焰)，基本不会喷射到炉膛内的零部件上，火焰通过加热炉膛的空气来加热零部件，能防止火焰直接喷到零部件上所带来的温度高、温升快、降低零部件性能指标等不足。
附图说明
图1是本发明无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴第一种实施例结构示意图；
图2是图1沿A-A向剖视图；
图3本发明第二种实施例结构示意图；
图4是本发明第三种实施例结构示意图；
图5是本发明第四种实施例结构示意图。
具体实施方式
如图1、2中，本发明的无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴，包括烧嘴本体1，在烧嘴本体1内设置有空气或烟气通道2、多孔状蓄热体3、燃烧空腔4、燃气管道5和点火装置6等，空气或烟气通道2作为燃烧时的助燃空气进入的通道，或向外排烟气的烟气通道，将空气输入烧嘴本体1内(在燃烧空腔4与燃气混合燃烧)或将燃烧产生的烟气排出烧嘴本体1外，由耐火材料(如高温陶瓷类材料)制成的多孔状蓄热体3设置在空气或烟气通道2内，内部有许多供气体通过的细小孔洞，在气体通过时，能与气体进行热量交换；如通过的是高温烟气，多孔状蓄热体3则吸收高温烟气的热量，使其自身温度升高，将热能贮存起来；当较低温度的助燃空气通过时，则多孔状蓄热体3放热，在加热空气时又降低其自身温度，将热能传递到助燃空气上。燃烧空腔4是燃气与助燃空气混合燃烧的区域，产生高温火焰；燃气管道5将外界的燃气输入到烧嘴本体1内；点火装置6能按照需要及时将喷入燃烧空腔4内的燃气点燃，防止燃气大量聚集而引发安全事故。以上作为现有技术，在此不作进一步的说明。
本发明的改进，是在空气或烟气通道2的末端，即与燃烧空腔4相连接的尾端，设置切向进风道7，空气或烟气通道2通过切向进风道7与燃烧空腔4相连接；所述的切向进风道7位于燃烧空腔4(通常为圆周状结构)的切线方向，最佳结构是呈横截面积逐渐缩小的缩口状，切向进风道7的横截面积逐渐缩小越靠近燃烧空腔4越减小。在燃烧时，从空气或烟气通道2进入的助燃空气，经切向进风道7进入燃烧空腔4内与从燃气管道5输入的燃气在燃烧空腔4内混合燃烧，由于切向进风道7位于圆周状燃烧空腔4的切线方向，助燃空气在燃烧空腔4内产生螺旋状旋转运动，使火焰同样是螺旋状旋转运动，从燃烧空腔4末端的喷口41进入工业炉炉膛的火焰喷射距离很短，是平焰状火焰，从外部观察是围绕喷口41旋转的平面状火焰。对于其他形状的燃烧空腔4，满足从切向进风道7进入的助燃空气在燃烧空腔4内产生螺旋状旋转运动这样一个要求即可。
燃烧空腔4末端的喷口41是横截面积逐渐增大的喇叭状，能降低空气或火焰的流动速度，使火焰喷射距离更短，更容易产生平面状火焰。
本发明的燃气管道5尾端，设置为两根并列的有焰燃烧燃气管8和无焰燃烧燃气管9，有焰燃烧燃气管8上设置有焰燃烧控制阀10进行控制，无焰燃烧燃气管9上设置无焰燃烧控制阀11进行控制，有焰燃烧燃气管8和无焰燃烧燃气管9都通入燃烧空腔4内，在控制阀控制下按照工艺要求分别将其内的燃气输入燃烧空腔4内；无焰燃烧燃气管9末端的无焰燃烧燃气喷孔91的孔径小于有焰燃烧燃气管8末端的有焰燃烧燃气喷孔81的孔径，形成提高喷射速度的束口喷射，使从无焰燃烧燃气喷孔91喷出的燃气速度大于从有焰燃烧燃气喷孔81喷出的燃气速度。如果需要，尤其是在某些特殊要求的烧嘴内，为了使从无焰燃烧燃气喷孔91喷出的燃气速度更高，可以采用在无焰燃烧燃气管9上设置推进装置，给无焰燃烧燃气管9内的燃气推动力，使其速度增大；该推进装置是适合气体的鼓风机、压力阀等，能提高无焰燃烧燃气管9内的燃气输送速度。有焰燃烧控制阀10和无焰燃烧控制阀11按照烧嘴燃烧的需要，按时打开或关闭，分别向燃烧空腔4内通入燃气。
为了防止火焰被冷空气吹灭，在有焰燃烧燃气管8和无焰燃烧燃气管9的末端设置火焰保护罩12，火焰保护罩12将燃气喷口保护在内，阻止助燃空气直接吹向火焰，以稳定火焰、防止火焰熄灭，避免安全事故。另外，火焰保护罩12末端的喷口13是缩口状，喷口13的横截面积逐渐缩小，有利于提高火焰或气体的喷射速度，高速从缩口状的喷口13进入燃烧空腔4内，有利于低温或无焰燃烧状态下燃气的充分燃烧。
在燃烧初期，火焰和炉膛温度都较低，为了在燃烧初期获得稳定的火焰，本发明在火焰保护罩12开设引流孔12a，引流孔12a的开口较小，将从空气或烟气通道2进入的助燃空气引入到火焰保护罩12内，使本装置在燃烧初期低温状态下，在火焰保护罩12内具有稳定的火焰。
为了有效掌握和控制燃烧的情况，设置火焰检测器14，火焰检测器14的末端设置在能检测到无焰燃烧燃气喷孔91和有焰燃烧燃气喷孔81周围，能检测到该区域火焰燃烧情况(火焰保护罩12以内)，以便检测从无焰燃烧燃气喷孔91和有焰燃烧燃气喷孔81喷出的燃气是否被及时点燃、燃烧是否稳定等，保证烧嘴的正常、安全燃烧。
本发明燃气管道5的无焰燃烧燃气喷孔91的中心线、火焰保护罩12的喷口13的中心线与燃烧空腔4的火焰喷口41的中心线相重合，使燃气或火焰以旋转的方式在靠近燃烧空腔4内壁的区域流动，而在燃烧空腔4中心线周围区域产生负压，将炉膛内的低氧炉气吸入，进入燃烧空腔4内，与燃气混合以降低燃气浓度、降低燃烧温度，有利于无焰燃烧状态下燃气的燃烧。
图3所示的第二种实施例结构中，相同部分不再介绍，其不同之处是：有焰燃烧燃气管8和无焰燃烧燃气管9是同心层结构，常用的是有焰燃烧燃气管8在外层，无焰燃烧燃气管9在内层，分别由有焰燃烧控制阀10和无焰燃烧控制阀11进行控制。无焰燃烧燃气管9末端的无焰燃烧燃气喷孔91的孔径小于有焰燃烧燃气管8末端的有焰燃烧燃气喷孔81的孔径。图3沿A-A向剖视图与图2基本相同，故省略。
图4所示的第三种实施例结构中，相同部分不再介绍，其不同之处是：前述的点火装置6，是设置在火焰保护罩12内的有焰低温点火结构，该有焰低温点火结构包括点火进气管16、点火燃气管17和点火针18，点火进气管16将点火需要的空气通入，与外部燃气管道连接的点火燃气管17将点火需要的燃气通入，在点火针18产生的火花作用下点燃燃气，作为火焰保护罩12内的常明火，希望其在低温燃烧期间一直保持燃烧，作为点燃燃气管道5内喷入的燃气的火源。将点火针18设置在钝体19上，钝体19背面的空气流动很低，有利于燃气和空气在钝体19背面混合后形成稳定的点火火焰。本发明的有焰低温点火结构，在控制装置作用下能够形成稳定的火焰，保证燃气按照要求可靠点燃，尤其在低温燃烧阶段可靠点燃，防止爆炸等安全事故。图4沿A-A向剖视图与图2基本相同，故省略。
图5所示的第四种实施例结构中，相同部分不再介绍，其不同之处是：火焰保护罩12是由耐火材料浇注而成，通常设置在空气或烟气通道2中心线的一侧(图中的左侧)，火焰保护罩12设置在左边，几何尺寸等缩小，有利于增大燃烧空腔4的空间尺寸，使得燃气与空气混合更均匀。图5沿A-A向剖视图与图2基本相同，故省略。
Claims (9)
1.无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴，包括烧嘴本体(1)，在烧嘴本体(1)内设置有空气或烟气通道(2)、多孔状蓄热体(3)、燃烧空腔(4)、燃气管道(5)和点火装置(6)；其特征在于：在空气或烟气通道(2)的末端，设置切向进风道(7)，空气或烟气通道(2)通过切向进风道(7)与燃烧空腔(4)相连接；所述的切向进风道(7)位于燃烧空腔(4)的切线方向，切向进风道(7)横截面积逐渐缩小；燃气管道(5)尾端，设置并列的有焰燃烧燃气管(8)和无焰燃烧燃气管(9)，有焰燃烧燃气管(8)上设置有焰燃烧控制阀(10)进行控制，无焰燃烧燃气管(9)上设置无焰燃烧控制阀(11)进行控制，有焰燃烧燃气管(8)和无焰燃烧燃气管(9)都通入燃烧空腔(4)内；无焰燃烧燃气管(9)末端的无焰燃烧燃气喷孔(91)的孔径小于有焰燃烧燃气管(8)末端的有焰燃烧燃气喷孔(81)的孔径。
2.根据权利要求1所述的无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴，其特征在于：燃烧空腔(4)末端的喷口(41)是横截面积逐渐增大的喇叭状。
3.根据权利要求1所述的无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴，其特征在于：在有焰燃烧燃气管(8)和无焰燃烧燃气管(9)的末端设置火焰保护罩(12)，火焰保护罩(12)末端的保护罩喷口(13)是缩口状，保护罩喷口(13)的截面积逐渐缩小。
4.根据权利要求3所述的无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴，其特征在于：所述的无焰燃烧燃气喷孔(91)的中心线、保护罩喷口(13)的中心线与燃烧空腔(4)末端的喷口(41)的中心线相重合。
5.根据权利要求1-4任一所述的无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴，其特征在于：有焰燃烧燃气管(8)和无焰燃烧燃气管(9)是同心层结构，有焰燃烧燃气管(8)在外层，无焰燃烧燃气管(9)在内层。
6.根据权利要求3或4所述的无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴，其特征在于：在所述火焰保护罩(12)上开设引流孔(12a)。
7.根据权利要求1-4任一所述的无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴，其特征在于：所述的点火装置(6)包括点火进气管(16)、点火燃气管(17)和点火针(18)，点火进气管(16)将点火需要的空气通入，点火燃气管(17)将点火需要的燃气通入，在点火针(18)产生的火花作用下点燃燃气。
8.根据权利要求5所述的无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴，其特征在于：所述的点火装置(6)包括点火进气管(16)、点火燃气管(17)和点火针(18)，点火进气管(16)将点火需要的空气通入，点火燃气管(17)将点火需要的燃气通入，在点火针(18)产生的火花作用下点燃燃气。
9.根据权利要求7所述的无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴，其特征在于：还包括钝体(19)，点火针(18)设置在钝体(19)上，在钝体(19)背面形成稳定的火焰。
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2009
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