CN113983463A - 一种纯氧燃烧器及燃烧方法 - Google Patents

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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***喷孔和一级燃***喷孔，中心氧***喷孔与一级燃***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***喷孔和一级燃***喷孔，中心氧***喷孔位于氧气管内，一级燃***喷孔位于氧气管外，中心氧***喷孔与一级燃***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***喷孔设置于中心氧***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***喷孔和中心氧***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***喷孔倾斜的角度为7-9°，一级燃***喷孔倾斜的角度为1-3°。
进一步，若干中心氧***喷孔和一级燃***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***喷孔，二级燃***喷孔的轴线与氧气管的轴线相交于燃气管内，二级燃***喷孔的高度均大于中心氧***喷孔和一级燃***喷孔的高度。
进一步，二级燃***喷孔的倾斜的角度为13-16°。
进一步，若干二级燃***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***喷孔和二级燃***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***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***喷孔喷出，燃气经一级燃***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***喷孔；7、一级燃***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***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***喷孔6和一级燃***喷孔7，中心氧***喷孔6位于氧气管2内，一级燃***喷孔7位于氧气管2外，中心氧***喷孔6与一级燃***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***喷孔7设置于中心氧***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***喷孔7和中心氧***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***喷孔6倾斜的角度为7-9°，一级燃***喷孔7倾斜的角度为1-3°。若干中心氧***喷孔6和一级燃***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***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***喷孔13，二级燃***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***喷孔13的高度均大于中心氧***喷孔6和一级燃***喷孔7的高度。二级燃***喷孔13的倾斜的角度为13-16°。若干二级燃***喷孔13以氧气管2中心呈圆形阵列设置。一级燃***喷孔7和二级燃***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***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 (10)

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***喷孔(6)和一级燃***喷孔(7)，所述中心氧***喷孔(6)位于所述氧气管(2)内，所述一级燃***喷孔(7)位于所述氧气管(2)外，所述中心氧***喷孔(6)与所述一级燃***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)。
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***喷孔(6)和一级燃***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，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。
5.根据权利要求4所述的纯氧燃烧器，其特征在于，所述圆台(10)上设置有若干倾斜的二级燃***喷孔(13)，所述二级燃***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***喷孔(13)的高度均大于所述中心氧***喷孔(6)和一级燃***喷孔(7)的高度。
6.根据权利要求5所述的纯氧燃烧器，其特征在于，若干所述二级燃***喷孔(13)以所述氧气管(2)中心呈圆形阵列设置。
7.根据权利要求1、4或5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。
8.根据权利要求7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。
9.采用权利要求1-8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***喷孔(6)喷出，燃气经一级燃***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。
10.根据权利要求9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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