CN115789637A - 一种能够控制火焰形状与温度的纯氧燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了可控制火焰形状与温度的纯氧燃烧器，涉及纯氧燃烧器技术领域，包括燃烧器壳体，燃烧器壳体包括燃烧器壳体内层和燃烧器壳体外层两层，燃烧器壳体内层和燃烧器壳体外层之间、燃烧器壳体内层中部均留有空腔，燃烧器壳体内层和燃烧器壳体外层之间的空腔安装有分隔砖，燃烧器壳体内层中部的空腔内安装有中心燃气管，燃烧器壳体内层内壁安装有多根一次氧气风管；燃烧器壳体外层和分隔砖之间等角度留有多个安装孔，安装孔内安装有二次氧气多级风管；控制火焰形状和长度减轻了对辐射室中材料的强度、耐热性的要求；氧气分散，降低了火焰温度峰值，并且火焰长度长，放热分散，热辐射均匀；且可便捷对燃烧器进行拆卸。
Description
技术领域
本发明涉及纯氧燃烧器技术领域，具体涉及一种能够控制火焰形状与温度的纯氧燃烧器。
背景技术
现石化行业、冶金、建材等行业的燃烧器多还是使用以空气为助燃剂的燃烧器。但是空气中的氧气仅占21％，空气中更多的是含量近79％的氮气，在燃烧时空气中只有氧气和燃料发生氧化反应，氮气不参与燃烧。而且氮气和氧气在高温时产生NOx，产生的氮氧化物会对大气环境造成负面影响，是PM2.5的主要成分，且排放时将带走大量热量。
相对于传统的燃烧器，纯氧燃烧器所需的理论氧化量所需量大大减少，因此燃烧排气量也大大减少，带走的热量少，达到节能的目的，且燃烧产物中几乎不含NOx，产物中95％以上为CO2，CO2能够进行封存再利用，符合碳中和理念，达到减排的目的。
纯氧燃烧器作为节能新型燃烧设备，已经引起了广泛的研究和实践，纯氧燃烧器产生的氮氧化物污染极其低，也可有效节约燃料，大大降低了烟气处理的工作量。纯氧燃烧理论火焰温度高达2700℃，如果不对其火焰燃烧的形状长度加以控制，将导致火焰冲刷炉管和管架或物料，炉膛内材料受高温火焰冲刷易导致材料的蠕变、高温形变和损坏，但是目前现有的纯氧燃烧器存在局部燃烧温度偏高、燃烧不均匀、燃烧火焰不集中、火焰长度短和易回火等缺陷，导致使用寿命不长。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种能够控制火焰形状与温度的纯氧燃烧器，包括燃烧器壳体，燃烧器壳体包括燃烧器壳体内层和燃烧器壳体外层两层，燃烧器壳体内层和燃烧器壳体外层之间、燃烧器壳体内层中部均留有空腔，燃烧器壳体内层和燃烧器壳体外层之间的空腔安装有分隔砖，燃烧器壳体内层中部的空腔内安装有中心燃气管，燃烧器壳体内层内壁安装有多根一次氧气风管；燃烧器壳体外层和分隔砖之间等角度留有多个安装孔，安装孔内安装有二次氧气多级风管，设置有拆卸机构以对燃烧器壳体外层和分隔砖进行拆卸。
进一步的，分隔砖的外侧面于各个安装孔的一侧均开设有延伸槽，各个延伸槽与各个安装孔一一对应连通，燃烧器壳体的内侧对应多个延伸槽固定有多个延伸块，且延伸块可于延伸槽和安装孔内滑动；燃烧器壳体内层的外侧面开设有伸出槽，伸出槽朝着远离拆卸机构的一侧贯通设置，伸出槽的一侧开设有留置槽，留置槽与伸出槽相连通，分隔砖的内侧对应多个留置槽固定有多个留置块，且留置块可于留置槽和伸出槽内滑动，延伸槽相对对应安装孔的位置方向和留置槽相对伸出槽的位置方向反向设置。
进一步的，拆卸机构包括底座，底座的顶部安装有步进电机，燃烧器壳体外层的外侧面固定有衔接环，衔接环的一端固定有弧形板，弧形板的内侧固定有斜块一，斜块一远离弧形板的侧面为倾斜面，步进电机的输出端连接有驱动杆，驱动杆的另一端固定有接触圆板，接触圆板的外侧面一段固定有压缩弹簧，压缩弹簧的另一侧固定有斜块二，斜块二远离接触圆板的侧面为倾斜面，且该倾斜面与斜块一的倾斜面相适配，接触圆板远离燃烧器壳体的一端固定有推块，推块远离的接触圆板的端面为一端高一端低的顺滑面，且推块较高的一端为远离斜块二的一端，较低一端为靠近斜块二的一端，推块的外侧面相对斜块二的一侧固定有回位块，且回位块设置于远离接触圆板的一侧。
进一步的，弧形板的侧壁开设有多个通孔，设置有橡胶杆可卡入通孔内，底座的侧方安装有多个滚轮。
进一步的，中心燃气管的较上一端连通分出有多根分管，多根分管均匀分部安装于燃烧器壳体内层。
进一步的，一次氧气风管提供总氧气量的15～30％，在炉膛内进行一次燃烧，燃烧火焰为还原性火焰。
进一步的，二次氧气多级风管提供总氧气量的70～85％，实现燃气与未完全燃烧产物的二次燃烧，燃烧火焰属于氧化性火焰。
进一步的，燃烧器壳体内层中部的空腔内安装有长明灯。
进一步的，燃烧器壳体内层中部的空腔内安装有火检装置。
进一步的，二次氧气多级风管为多级喷射，通过阀件控制氧气的有序开关、本发明有益效果如下：
1、将火焰形状和长度加以控制，有效保证辐射室中不出现局部过热，炉氧气释放方式使得火焰会随着氧气的转动而转动，从而减少了火焰对炉膛的冲刷和破坏，也使得燃烧器和炉膛的寿命得到延长，控制火焰形状和长度减轻了对辐射室中材料的强度、耐热性的要求；分隔砖将一次氧气与二次氧气分隔开来，使得氧气分散，降低了火焰温度峰值，并且火焰长度长，放热分散，热辐射均匀。
2、通过拆卸机构可对燃烧器进行拆卸，以便于对部件进行维护或更换，无需人工手动搬动质量较大的部件，有效避免拆卸过程中部件损坏，且操作便捷，有效降低操作人员检修难度。
附图说明
图1为本发明中实施例1的俯视结构示意图；
图2为本发明中实施例1的内部结构示意图；
图3为本发明中实施例2的结构示意图；
图4为本发明中分隔砖的结构示意图；
图5为本发明中燃烧器壳体内层的结构示意图；
图6为本发明中斜块一和斜块二的接触结构示意图。
附图标记说明如下：101、燃烧器壳体内层；102、燃烧器壳体外层；2、二次氧气多级风管；3、长明灯；4、火检装置；5、中心燃气管；6、一次氧气风管；7、分隔砖；801、底座；802、步进电机；803、衔接环；804、弧形板；805、驱动杆；806、接触圆板；807、推块；9、延伸槽；10、延伸块；11、伸出槽；12、留置槽；13、留置块；14、橡胶杆；15、滚轮；16、安装孔；17、回位块；18、斜块一；19、斜块二；20、压缩弹簧。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相正对地重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合说明书附图对本发明做进一步说明：
实施例1：
如图1和图2所示，可控制火焰形状与温度的纯氧燃烧器，包括燃烧器壳体，燃烧器壳体包括燃烧器壳体内层101和燃烧器壳体外层102两层，燃烧器壳体内层101和燃烧器壳体外层102之间、燃烧器壳体内层101中部均留有空腔，燃烧器壳体内层101和燃烧器壳体外层102之间的空腔安装有分隔砖7，燃烧器壳体内层101中部的空腔内安装有中心燃气管5，燃烧器壳体内层101内壁安装有多根一次氧气风管6；燃烧器壳体外层102和分隔砖7之间等角度留有多个安装孔，安装孔内安装有二次氧气多级风管2。
如图1和图2所示，本实施例中，中心燃气管5的较上一端连通分出有多根分管，多根分管均匀分部安装于燃烧器壳体内层101，实现燃气分级释放，一次氧气风管6提供总氧气量的15～30％，在炉膛内进行一次燃烧，燃烧火焰为还原性火焰，燃烧不完全。
本实施例中，二次氧气多级风管2提供总氧气量的70～85％，实现燃气与未完全燃烧产物的二次燃烧，燃烧火焰属于氧化性火焰，燃烧完全，达到化学当量相同；二次氧气多级风管2为多级喷射，通过阀件控制氧气的有序开关，实现氧气供氧位置的规律变换，火焰随着氧气的变化而发生改变，形成旋转的火焰，有效的防止了局部持续过热的问题。
其中，燃气通过中心燃气管5进入燃烧器炉膛内，氧气经一次氧气风管6和二次氧气多级风管2分为二次喷射，分别为一次氧气与二次氧气，且二次氧气分为多级喷射，一次氧气占比15～30％，二次氧气占比70～85％；一次氧气通过一次氧气风管6进入炉膛内，首先与燃气发生燃烧，此次燃烧不充分，二次氧气通过二次氧气多级风管2进入炉膛内，与不完全燃烧的燃气发生燃烧，且二次氧气分为多级喷射。
本实施例中，燃烧器壳体内层101中部的空腔内安装有长明灯3，燃烧器壳体内层101中部的空腔内安装有火检装置4，长明灯3防止火焰熄灭，火检装置4传递火焰燃烧情况信号；分隔砖7材料为高铝质或刚玉质耐火材料，将一次氧气与二次氧气分隔开，用来控制火焰形状与长度。
其中外部管道有精准的控制阀件***，通过阀件来控制氧气的有序开关，二次一级氧气喷射时，二次二、三级氧气关闭，二次二级氧气喷射时，二次一、三级氧气关闭，二次三级氧气喷射时，二次一、二级氧气关闭，氧气释放方式使得火焰会随着氧气的转动而转动，从而减少了火焰对炉膛的冲刷和破坏，也使得燃烧器和炉膛的寿命得到延长；在使用过程中，分隔砖7将一次氧气与二次氧气分隔开来，使得氧气分散，降低了火焰温度峰值，并且火焰长度长，放热分散，热辐射均匀。
实施例2：
在上述实施例1的基础上，如图3至图5所示，设置有拆卸机构以对燃烧器壳体外层102和分隔砖7进行拆卸，分隔砖7的外侧面于各个安装孔16的一侧均开设有延伸槽9，各个延伸槽9与各个安装孔16一一对应连通，燃烧器壳体的内侧对应多个延伸槽9固定有多个延伸块10，且延伸块10可于延伸槽9和安装孔16内滑动；燃烧器壳体内层101的外侧面开设有伸出槽11，伸出槽11朝着远离拆卸机构的一侧贯通设置，伸出槽11的一侧开设有留置槽12，留置槽12与伸出槽11相连通，分隔砖7的内侧对应多个留置槽12固定有多个留置块13，且留置块13可于留置槽12和伸出槽11内滑动。
其中，延伸槽9相对对应安装孔16的位置方向和留置槽12相对伸出槽11的位置方向反向设置，即若延伸槽9设置于安装孔16左侧则留置槽12设置于伸出槽11右侧；非拆卸状态时，延伸块10处于延伸槽9一侧的安装孔16内，留置块13处于留置槽12内。
本实施例中，拆卸机构包括底座801，底座801的顶部安装有步进电机802，燃烧器壳体外层102的外侧面固定有衔接环803，衔接环803的一端固定有弧形板804，弧形板804的内侧固定有斜块一18，斜块一18远离弧形板804的侧面为倾斜面，步进电机802的输出端连接有驱动杆805，驱动杆805的另一端固定有接触圆板806，接触圆板806的外侧面一段固定有压缩弹簧20，压缩弹簧20的另一侧固定有斜块二19，斜块二19远离接触圆板806的侧面为倾斜面，且该倾斜面与斜块一18的倾斜面相适配，弧形板804的侧壁开设有多个通孔，接触圆板806远离燃烧器壳体的一端固定有推块807，推块807远离的接触圆板806的端面为一端高一端低的顺滑面，且推块807较高的一端为远离斜块二19的一端，较低一端为靠近斜块二19的一端，推块807的外侧面相对斜块二19的一侧固定有回位块17，且回位块17设置于远离接触圆板806的一侧；设置有橡胶杆14可卡入通孔内，底座801的侧方安装有多个滚轮15。
其中，斜块二19仅设置于接触圆板806外侧面的一小段，且当斜块二19与斜块一18接触时，推块807不与橡胶杆14接触。
需进行拆卸维护或更换部件时，通过步进电机802带动驱动杆805转动360度，进而带动接触圆板806和推块807转动，初始状态时，将橡胶杆14卡入对应的通孔中，斜块一18和斜块二19处于刚要接触的状态，随着接触圆板806的转动，斜块二19与斜块一18接触且斜块二19带动斜块一18转动，即带动燃烧器壳体外层102转动，延伸块10转动至延伸槽9内直至与延伸槽9侧壁接触，随着接触圆板806继续转动，燃烧器壳体外层102通过延伸块10带动分隔砖7转动，直至留置块13转动至伸出槽11内，此时斜块二19难以带动质量大的燃烧器整体转动，压缩弹簧20逐渐压缩，提供空间使得斜块二19逐渐与斜块一18脱离，斜块二19脱离斜块一18后，推块807逐渐与橡胶杆14接触，并带动燃烧器壳体外层102朝着靠近步进电机802的方向移动，由于此时延伸块10处于延伸槽9内，因此燃烧器壳体外层102会带动分隔砖7一同移动，使得分隔砖7通过伸出槽11逐渐脱离燃烧器壳体内层101。
燃烧器壳体外层102和分隔砖7脱离后，再启动步进电机802反转，使得推块807反转直至回位块17推动斜块一18转动并使得延伸块10移动至安装孔16内(具体反转角度根据斜块一18的大小和延伸槽9的弧度可计算确认，此前步进电机802正转过程由于回位块17与斜块一18错位，因此互不影响)，通过滚轮15移动底座801直至推块807与橡胶杆14接触，再次驱动步进电机802正转复位，推块807即可通过橡胶杆14带动燃烧器壳体外层102的延伸块10经安装孔16脱离分隔砖7，实现燃烧器壳体和分隔砖7的拆卸；可通过设置开关程序控制上述步进电机802的正转、反转和复位，此为现有技术中常见的设置，在此不加赘述。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (10)
1.一种能够控制火焰形状与温度的纯氧燃烧器，包括燃烧器壳体，其特征在于：所述燃烧器壳体包括燃烧器壳体内层(101)和燃烧器壳体外层(102)两层，燃烧器壳体内层(101)和燃烧器壳体外层(102)之间、燃烧器壳体内层(101)中部均留有空腔，燃烧器壳体内层(101)和燃烧器壳体外层(102)之间的空腔安装有分隔砖(7)，燃烧器壳体内层(101)中部的空腔内安装有中心燃气管(5)，所述燃烧器壳体内层(101)内壁安装有多根一次氧气风管(6)；燃烧器壳体外层(102)和分隔砖(7)之间等角度留有多个安装孔，安装孔内安装有二次氧气多级风管(2)，设置有拆卸机构以对燃烧器壳体外层和分隔砖进行拆卸。
2.根据权利要求1所述的一种能够控制火焰形状与温度的纯氧燃烧器，其特征在于：所述分隔砖(7)的外侧面于各个安装孔(16)的一侧均开设有延伸槽(9)，各个所述延伸槽(9)与各个安装孔(16)一一对应连通，燃烧器壳体的内侧对应多个延伸槽(9)固定有多个延伸块(10)，且延伸块(10)可于延伸槽(9)和安装孔(16)内滑动；所述燃烧器壳体内层(101)的外侧面开设有伸出槽(11)，所述伸出槽(11)朝着远离拆卸机构的一侧贯通设置，伸出槽(11)的一侧开设有留置槽(12)，所述留置槽(12)与伸出槽(11)相连通，分隔砖(7)的内侧对应多个留置槽(12)固定有多个留置块(13)，且留置块(13)可于留置槽(12)和伸出槽(11)内滑动，所述延伸槽(9)相对对应安装孔(16)的位置方向和所述留置槽(12)相对伸出槽(11)的位置方向反向设置。
3.根据权利要求2所述的一种能够控制火焰形状与温度的纯氧燃烧器，其特征在于：所述拆卸机构包括底座(801)，底座(801)的顶部安装有步进电机(802)，所述燃烧器壳体外层(102)的外侧面固定有衔接环(803)，衔接环(803)的一端固定有弧形板(804)，弧形板(804)的内侧固定有斜块一(18)，斜块一(18)远离弧形板(804)的侧面为倾斜面，步进电机(802)的输出端连接有驱动杆(805)，驱动杆(805)的另一端固定有接触圆板(806)，所述接触圆板(806)的外侧面一段固定有压缩弹簧(20)，压缩弹簧(20)的另一侧固定有斜块二(19)，斜块二(19)远离接触圆板(806)的侧面为倾斜面，且该倾斜面与斜块一(18)的倾斜面相适配，接触圆板(806)远离燃烧器壳体的一端固定有推块(807)，所述推块(807)远离的接触圆板(806)的端面为一端高一端低的顺滑面，且推块(807)较高的一端为远离斜块二(19)的一端，较低一端为靠近斜块二(19)的一端，推块(807)的外侧面相对斜块二(19)的一侧固定有回位块(17)，且回位块(17)设置于远离接触圆板(806)的一侧。
4.根据权利要求3所述的一种能够控制火焰形状与温度的纯氧燃烧器，其特征在于：所述弧形板(804)的侧壁开设有多个通孔，设置有橡胶杆(14)可卡入所述通孔内，所述底座(801)的侧方安装有多个滚轮(15)。
5.根据权利要求1所述的一种能够控制火焰形状与温度的纯氧燃烧器，其特征在于：所述中心燃气管(5)的较上一端连通分出有多根分管，多根分管均匀分部安装于燃烧器壳体内层(101)。
6.根据权利要求1所述的一种能够控制火焰形状与温度的纯氧燃烧器，其特征在于：所述一次氧气风管(6)提供总氧气量的15～30％，在炉膛内进行一次燃烧，燃烧火焰为还原性火焰。
7.根据权利要求1所述的一种能够控制火焰形状与温度的纯氧燃烧器，其特征在于：所述二次氧气多级风管(2)提供总氧气量的70～85％，实现燃气与未完全燃烧产物的二次燃烧，燃烧火焰属于氧化性火焰。
8.根据权利要求1所述的一种能够控制火焰形状与温度的纯氧燃烧器，其特征在于：所述燃烧器壳体内层(101)中部的空腔内安装有长明灯(3)。
9.根据权利要求1所述的一种能够控制火焰形状与温度的纯氧燃烧器，其特征在于：所述燃烧器壳体内层(101)中部的空腔内安装有火检装置(4)。
10.根据权利要求1所述的一种能够控制火焰形状与温度的纯氧燃烧器，其特征在于：所述二次氧气多级风管(2)为多级喷射，通过阀件控制氧气的有序开关。
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