CN111780108B - 加热炉用燃气燃烧器及其加热炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种加热炉用燃气燃烧器及其加热炉，加热炉用燃气燃烧器包括：烟气导流烧嘴砖包括燃烧室、二级空气贯通腔、二级燃气贯通腔和烟气回流孔，燃烧室一端与空气入口连通，燃烧室另一端与燃烧侧连通；二级空气贯通腔设在燃烧室外侧，二级空气贯通腔一端与空气入口连通，二级空气贯通腔另一端与燃烧侧连通；二级燃气贯通腔设在二级空气贯通腔外，二级燃气贯通腔一端与燃气入口连通，二级燃气贯通腔另一端与燃烧侧连通；烟气回流孔一端与二级空气贯通腔连通，烟气回流孔另一端与烟气导流烧嘴砖燃烧侧连通；空气配风盘上设有多个一次空气喷口；一次燃气喷枪一端与燃气入口连通，一次燃气喷枪另一端能穿过空气配风盘并与燃烧侧连通。

Description

加热炉用燃气燃烧器及其加热炉

技术领域

本发明涉及燃气燃烧器技术领域，具体涉及一种加热炉用燃气燃烧器及其加热炉。

背景技术

轧钢加热炉由于炉温高，产能大，是当前工业炉窑中大气污染物排放大户。而日益严格的污染物排放标准使得清洁绿色工业加热燃烧设备的发展具有重要意义。

通常轧钢加热炉的设计注重产能，而实际应用的时候产能过小；或者设计用于加热碳钢，但实际使用时用于加热合金钢；或者现场存在燃料气的成分和热值波动很大，这些都偏离烧嘴设计工况，导致设计参数与现场工况不吻合。然而通常应用的低氮燃烧技术存在相对常规燃烧技术更狭窄的使用范围，超出范围则造成燃烧设备适应能力难以满足，间接造成低氮燃烧技术难以在合理范围运行。

发明内容

本发明提供了一种加热炉用燃气燃烧器及其加热炉，以达到适应负荷变化、热值波动或钢种更换等情形下的低污染排放需求的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种加热炉用燃气燃烧器，包括：烟气导流烧嘴砖，呈圆柱形结构，烟气导流烧嘴砖包括燃烧室、二级空气贯通腔、二级燃气贯通腔和烟气回流孔，燃烧室与烟气导流烧嘴砖同轴设置并贯通烟气导流烧嘴砖，燃烧室的一端与空气入口连通，燃烧室的另一端与烟气导流烧嘴砖的燃烧侧连通；二级空气贯通腔沿烟气导流烧嘴砖的径向方向平行间隔设置在燃烧室外侧，二级空气贯通腔的一端与空气入口连通，二级空气贯通腔的另一端与燃烧侧连通；二级燃气贯通腔沿烟气导流烧嘴砖的径向方向平行间隔设置在二级空气贯通腔外，二级燃气贯通腔的一端与燃气入口连通，二级燃气贯通腔的另一端与燃烧侧连通；烟气回流孔一端与二级空气贯通腔连通，烟气回流孔的另一端与烟气导流烧嘴砖燃烧侧连通；空气配风盘，同轴设置在燃烧室内，空气配风盘上设置有多个一次空气喷口；一次燃气喷枪，同轴设置在燃烧室内，一次燃气喷枪的一端与燃气入口连通，一次燃气喷枪的另一端能够穿过空气配风盘并与燃烧侧连通。

进一步地，二级空气贯通腔至少为四个，沿燃烧室的周向间隔均布在燃烧室的外侧，且每个二级空气贯通腔的轴线与燃烧室的轴线之间的距离均相同。

进一步地，每个二级空气贯通腔内均设置有喷嘴，烟气回流孔的一端位于喷嘴与燃烧侧之间。

进一步地，喷嘴为圆柱状结构，喷嘴设置有两个对称布置的弓形贯通孔，且两个弓形贯通孔的弦边所对应的平面相对。

进一步地，烟气回流孔为多个，多个烟气回流孔与至少四个二级空气贯通腔一一对应连通。

进一步地，每个烟气回流孔均包括轴向孔段和径向孔段，轴向孔段的轴线与烟气导流烧嘴砖的轴线平行，径向孔段的轴线沿烟气导流烧嘴砖的径向方向设置，且轴向孔段的一端与径向孔段的一端连接，径向孔段的另一端与二级空气贯通腔连通，轴向孔段的另一端与燃烧侧连通。

进一步地，二级燃气贯通腔至少为两个，沿燃烧室的周向对称设置在至少四个二级空气贯通腔的外侧，且每个二级燃气贯通腔的轴线与燃烧室的轴线之间的距离均相同，在每个二级燃气贯通腔内均设置有一个二次燃气喷枪。

进一步地，每个二级燃气贯通腔内均设置有喷嘴，喷嘴位于对应的二次燃气喷枪出口处，喷嘴为圆柱状结构，喷嘴设置有两个对称布置的弓形贯通孔，且两个弓形贯通孔的弦边所对应的平面相对。

进一步地，加热炉用燃气燃烧器还包括二级燃气管，入口端与一次燃气喷枪的一端连接并与燃气入口连通，且在一次燃气喷枪的一端与二级燃气管的入口端连接处设置有燃气切换阀，二级燃气管的出口端与二级燃气贯通腔连通。

本发明还提供了一种加热炉，包括加热炉用燃气燃烧器、空气管路和燃气管路，加热炉用燃气燃烧器为上述的加热炉用燃气燃烧器，空气管路与空气入口连接，燃气管路与燃气入口连接。

本发明的有益效果是，通过空气及燃气高速喷射的文丘里效应，在炉膛内分别实现助燃空气和烟气以及燃料和烟气的双重内循环。炉膛内部烟气通过二级燃气贯通腔高速喷出引射进行再混合，通过降低燃料热值实现燃烧温度的降低，来减少热力型氮氧化物的形成。同时炉膛内部烟气通过二级空气贯通腔引射进行再混合，掺混的烟气降低了氧气的分压，将减弱氧气与氮气生成热力型氮氧化物的过程，从而减少了氮氧化物的生成，从而达到适应负荷变化、热值波动或钢种更换等情形下的低污染排放需求的目的。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1的A向视图；

图3为图1的B向视图；

图4为本发明实施例中喷嘴的结构示意图。

图中附图标记：1、空气入口；2、燃气入口；3、燃气切换阀；4、二级燃气管；5、二级空气贯通腔；6、空气配风盘；7、一次燃气喷枪；8、燃烧室；9、烟气回流孔；10、烟气导流烧嘴砖；11、二级燃气贯通腔；12、喷嘴。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种加热炉用燃气燃烧器，包括烟气导流烧嘴砖10、空气配风盘6和一次燃气喷枪7。烟气导流烧嘴砖10呈圆柱形结构，烟气导流烧嘴砖10包括燃烧室8、二级空气贯通腔5、二级燃气贯通腔11和烟气回流孔9，燃烧室8与烟气导流烧嘴砖10同轴设置并贯通烟气导流烧嘴砖10，燃烧室8的一端与空气入口1连通，燃烧室8的另一端与烟气导流烧嘴砖10的燃烧侧连通；二级空气贯通腔5沿烟气导流烧嘴砖10的径向方向平行间隔设置在燃烧室8外侧，二级空气贯通腔5的一端与空气入口1连通，二级空气贯通腔5的另一端与燃烧侧连通；二级燃气贯通腔11沿烟气导流烧嘴砖10的径向方向平行间隔设置在二级空气贯通腔5外，二级燃气贯通腔11的一端与燃气入口2连通，二级燃气贯通腔11的另一端与燃烧侧连通；烟气回流孔9一端与二级空气贯通腔5连通，烟气回流孔9的另一端与烟气导流烧嘴砖10燃烧侧连通。空气配风盘6同轴设置在燃烧室8内，空气配风盘6上设置有多个一次空气喷口。一次燃气喷枪7同轴设置在燃烧室8内，一次燃气喷枪7的一端与燃气入口2连通，一次燃气喷枪7的另一端能够穿过空气配风盘6并与燃烧侧连通。

通过空气及燃气高速喷射的文丘里效应，在炉膛内分别实现助燃空气和烟气以及燃料和烟气的双重内循环。炉膛内部烟气通过二级燃气贯通腔11高速喷出引射进行再混合，通过降低燃料热值实现燃烧温度的降低，来减少热力型氮氧化物的形成。同时炉膛内部烟气通过二级空气贯通腔5引射进行再混合，掺混的烟气降低了氧气的分压，将减弱氧气与氮气生成热力型氮氧化物的过程，从而减少了氮氧化物的生成，从而达到适应负荷变化、热值波动或钢种更换等情形下的低污染排放需求的目的。

需要说明的是，空气配风盘6上设置的多个一次空气喷口采用高速斜孔结构代替传统旋流片结构，可有效解决低负荷、煤气热值、钢种变化等偏离标准工况下火焰上飘的弊端，确保火焰刚性的稳定。

本实施例中，一次燃气喷枪7与空气配风盘6及燃烧室8形成一级燃烧区域，一级燃气比例小于20％，一级空气比例小于30％。通过一次风与一次煤气夹角形成混合良好的贫燃料燃烧，燃烧产物高速喷出有利于烟气回流，从而对整个烧嘴起到稳焰作用，同时一次燃烧区域处于贫燃状态，不易生成氮氧化物。

本实施例中二级空气贯通腔5至少为四个，沿燃烧室8的周向间隔均布在燃烧室8的外侧，且每个二级空气贯通腔5的轴线与燃烧室8的轴线之间的距离均相同。如图3所示，上述二级空气贯通腔5为六个，上述六个二级空气贯通腔5的轴线端点连线为一直径大于燃烧室8外径的圆，上述六个二级空气贯通腔5间隔均布在该圆的圆周上。

具体地，二级空气贯通腔5沿周向成环形或扇形阵列分布，二级空气贯通腔5的数量至少大于4个，且成轴对称均匀布置，二级空气贯通腔5的喷口流速为40m/s～60m/s。通过多个高速喷口喷入烟气导流烧嘴砖10的二级空气贯通腔5，由于引射负压作用一部分烟气从炉膛内进入回流孔洞，从而稀释进入炉膛燃烧区域中的氧气浓度，降低燃烧反应的剧烈程度，抑制高温下氮氧化物的生成。

进一步地，每个二级空气贯通腔5内均设置有喷嘴12，烟气回流孔9的一端位于喷嘴12与燃烧侧之间。每个喷嘴12为圆柱状结构，喷嘴12设置有两个对称布置的弓形贯通孔，且两个弓形贯通孔的弦边所对应的平面相对。

如图4所示，喷嘴12均采用双月牙喷口，结合烟气导流烧嘴砖10的二级空气贯通腔5，可在低负荷、煤气热值、钢种变化等偏离标准工况下仍然实现较大烟气回流并产生较好烟气与空煤气预混效果，从而拓展低氮燃烧工作范围，在较大调节范围内实现稳定低氮燃烧效果。

烟气回流孔9为多个，多个烟气回流孔9与至少四个二级空气贯通腔5一一对应连通。

具体地，如图1所示，每个烟气回流孔9均包括轴向孔段和径向孔段，轴向孔段的轴线与烟气导流烧嘴砖10的轴线平行，径向孔段的轴线沿烟气导流烧嘴砖10的径向方向设置，且轴向孔段的一端与径向孔段的一端连接，径向孔段的另一端与二级空气贯通腔5连通，轴向孔段的另一端与燃烧侧连通。设置烟气回流孔9有利于高温烟气回流并与空煤气强烈混合形成浓度场均匀混合物，从而在炉膛空间内实现高温低氧低热值燃料的稳定无焰燃烧。

如图3所示，二级燃气贯通腔11至少为两个，沿燃烧室8的周向对称设置在至少四个二级空气贯通腔5的外侧，且每个二级燃气贯通腔11的轴线与燃烧室8的轴线之间的距离均相同。

二级燃气贯通腔11内设置二次燃气喷枪，使其高速喷出燃气，二次燃气喷枪数量至少为2支，与二级燃气贯通腔11的数量一一对应。可根据功率及实际需求成对增加，二次燃气喷枪的喷口流速为80m/s～200m/s，高速燃气喷入烟气导流烧嘴砖10的二级燃气贯通腔11，从而在大量回流烟气的作用下，大幅度降低进入炉膛燃烧区域的燃气热值，避免高热值燃料燃烧时所产生的高温峰值，从而降低热力氮氧化物的产生。

本发明实施例中加热炉用燃气燃烧器还包括二级燃气管4，入口端与一次燃气喷枪7的一端连接并与燃气入口2连通，且在一次燃气喷枪7的一端与二级燃气管4的入口端连接处设置有燃气切换阀3，二级燃气管4的出口端与二级燃气贯通腔11内的二次燃气喷枪连通。

每个二级燃气贯通腔11内均设置有喷嘴12，喷嘴12位于二次燃气喷枪出口处。喷嘴12为圆柱状结构，喷嘴12设置有两个对称布置的弓形贯通孔，且两个弓形贯通孔的弦边所对应的平面相对。上述喷嘴12的结构相同且均采用双月牙型，双月牙型中空区域形成负压区，有利于高温烟气回流并与空煤气强烈混合形成浓度场均匀混合物，从而在炉膛空间内实现高温低氧低热值燃料的稳定无焰燃烧。

应用本发明实施例工作时：空气由空气入口1一部分经过空气配风盘6然后与一次燃气喷枪7所喷出的燃气在燃烧室8中混合并燃烧，产生的高速烟气起到稳焰效果并快速进入炉膛空间卷吸炉内烟气，降低一次燃烧氮氧化物，另一部分空气经过二级空气贯通腔5喷出后，与烟气回流孔9处进入的烟气混合稀释后进入炉膛空间。燃气由燃气入口2进入，经燃气切换阀3调节一次煤气和二次煤气比例后，一部分从一次燃气喷枪7进入燃烧室，另一部分经二级燃气管4分别从二级燃气贯通腔11喷出后，与烟气回流孔9处进入的烟气混合稀释后进入炉膛空间。二级煤气和二级空气从喷嘴12喷出，经烟气导流烧嘴砖10与回流烟气双重强化引射稀释后，煤气热值下降，空气氧分压亦降低，在炉膛空间内混合燃烧反应强度降低，燃烧温度均匀，可实现低污染无焰燃烧。

本发明实施例还提供了一种加热炉包括加热炉用燃气燃烧器、空气管路和燃气管路，加热炉用燃气燃烧器为上述的加热炉用燃气燃烧器，空气管路与空气入口1连接，燃气管路与燃气入口2连接。

其中，需要说明的是，本发明实施例中加热炉采用时序脉冲燃烧控制进行供热调节。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明无需采用额外烟气循环风机和其他管道设备，即可实现稳定低污染燃烧，避免实际工业炉窑中由于负荷、燃气热值、钢材品种等变化大导致的低氮燃烧不稳定等情形。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (7)

1.一种加热炉用燃气燃烧器，其特征在于，包括：

烟气导流烧嘴砖(10)，呈圆柱形结构，所述烟气导流烧嘴砖(10)包括燃烧室(8)、二级空气贯通腔(5)、二级燃气贯通腔(11)和烟气回流孔(9)，所述燃烧室(8)与所述烟气导流烧嘴砖(10)同轴设置并贯通所述烟气导流烧嘴砖(10)，所述燃烧室(8)的一端与空气入口(1)连通，所述燃烧室(8)的另一端与所述烟气导流烧嘴砖(10)的燃烧侧连通；所述二级空气贯通腔(5)沿所述烟气导流烧嘴砖(10)的径向方向平行间隔设置在所述燃烧室(8)外侧，所述二级空气贯通腔(5)的一端与所述空气入口(1)连通，所述二级空气贯通腔(5)的另一端与所述燃烧侧连通；所述二级燃气贯通腔(11)沿所述烟气导流烧嘴砖(10)的径向方向平行间隔设置在所述二级空气贯通腔(5)外，所述二级燃气贯通腔(11)的一端与燃气入口(2)连通，所述二级燃气贯通腔(11)的另一端与所述燃烧侧连通；烟气回流孔(9)一端与所述二级空气贯通腔(5)连通，烟气回流孔(9)的另一端与所述烟气导流烧嘴砖(10)燃烧侧连通；

空气配风盘(6)，同轴设置在所述燃烧室(8)内，所述空气配风盘(6)上设置有多个一次空气喷口；

一次燃气喷枪(7)，同轴设置在所述燃烧室(8)内，所述一次燃气喷枪(7)的一端与燃气入口(2)连通，所述一次燃气喷枪(7)的另一端能够穿过所述空气配风盘(6)并与所述燃烧侧连通；

所述二级空气贯通腔(5)至少为四个，沿所述燃烧室(8)的周向间隔均布在所述燃烧室(8)的外侧，且每个所述二级空气贯通腔(5)的轴线与所述燃烧室(8)的轴线之间的距离均相同；

每个所述二级空气贯通腔(5)内均设置有喷嘴(12)，所述烟气回流孔(9)的一端位于所述喷嘴(12)与所述燃烧侧之间；

所述烟气回流孔(9)为多个，多个所述烟气回流孔(9)与至少四个所述二级空气贯通腔(5)一一对应连通。

2.根据权利要求1所述的加热炉用燃气燃烧器，其特征在于，所述喷嘴(12)为圆柱状结构，所述喷嘴(12)设置有两个对称布置的弓形贯通孔，且两个所述弓形贯通孔的弦边所对应的平面相对。

3.根据权利要求1所述的加热炉用燃气燃烧器，其特征在于，每个所述烟气回流孔(9)均包括轴向孔段和径向孔段，所述轴向孔段的轴线与所述烟气导流烧嘴砖(10)的轴线平行，所述径向孔段的轴线沿所述烟气导流烧嘴砖(10)的径向方向设置，且所述轴向孔段的一端与所述径向孔段的一端连接，所述径向孔段的另一端与所述二级空气贯通腔(5)连通，所述轴向孔段的另一端与所述燃烧侧连通。

4.根据权利要求1所述的加热炉用燃气燃烧器，其特征在于，所述二级燃气贯通腔(11)至少为两个，沿所述燃烧室(8)的周向对称设置在至少四个所述二级空气贯通腔(5)的外侧，且每个所述二级燃气贯通腔(11)的轴线与所述燃烧室(8)的轴线之间的距离均相同，在每个所述二级燃气贯通腔(11)内均设置有一个二次燃气喷枪。

5.根据权利要求4所述的加热炉用燃气燃烧器，其特征在于，每个所述二级燃气贯通腔(11)内均设置有喷嘴(12)，所述喷嘴(12)位于对应的所述二次燃气喷枪出口处，所述喷嘴(12)为圆柱状结构，所述喷嘴(12)设置有两个对称布置的弓形贯通孔，且两个所述弓形贯通孔的弦边所对应的平面相对。

6.根据权利要求4所述的加热炉用燃气燃烧器，其特征在于，所述加热炉用燃气燃烧器还包括二级燃气管(4)，入口端与所述一次燃气喷枪(7)的一端连接并与所述燃气入口(2)连通，在所述一次燃气喷枪(7)的一端与所述二级燃气管(4)的入口端连接处设置有燃气切换阀(3)，所述二级燃气管(4)的出口端与所述二次燃气喷枪连通。

7.一种加热炉，包括加热炉用燃气燃烧器、空气管路和燃气管路，其特征在于，所述加热炉用燃气燃烧器为权利要求1至6中任一项所述的加热炉用燃气燃烧器，所述空气管路与所述空气入口(1)连接，所述燃气管路与所述燃气入口(2)连接。