CN209180943U - 一种内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴，通过设置分级燃气供给结构，根据需要设置不同的燃烧模式，同时通过设置引射器，并对应设置烟气回流孔，助燃空气经过引射器后将回流的烟气引入，与助燃空气、燃气混合后再次燃烧，混合烟气和助燃空气后，降低燃烧室内和加热空间内混合物局部氧浓度，使燃料的反应时间和空间拉长，不易形成局部剧烈燃烧的高温区，减少高温区能，有效降低NOx生成量，提高燃烧效率。

Description

一种内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴

技术领域

本实用新型涉及自身预热式烧嘴领域，尤指一种内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴。

背景技术

工业类生产活动是能源与环境问题的主要诱因，工业炉窑等设备是大气污染主要来源，同时也是高耗能工业设备。烧嘴作为工业炉窑最主要装置之一，直接决定了工业炉窑的能耗与污染物排放量。

自身预热式烧嘴是一类典型的工业炉窑烧嘴，主要应用了逆流式换热器与高温空气燃烧技术，其中换热器使用较为广泛，技术原理也较为熟知，烧嘴既充当燃烧装置，也充当排烟装置，并且同时进行。高温空气燃烧技术主要特点就是利用一定装置或方法将烟气余热回收后传递给助燃空气，被预热的助燃空气与燃料混合后进行低氧氛围的延缓型燃烧，有效减少局部高温区的形成。

但常规烧嘴的燃烧模式单一，对材料要求较高，同时传统结构在用于有空气预热的常规燃烧模式时，NOx等污染物生成量较大，难以满足环保标准。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴，根据燃烧状况实现多样燃烧模式的切换，提高燃烧效率，达到节能减排的目的。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案之一：提供一种内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴，包括空气管、燃烧室、燃气通道、点火装置，燃烧室的一端设有喷出口，燃烧室设置在空气管内且喷出口延伸至空气管前端外，燃气通道设置在空气管内且其一端固定在燃烧室表面，点火装置的点火端设置在燃烧室内，空气管表面套接有内设腔体的空气壳体，空气壳体表面设有空气口，空气管表面套接有换热器，换热器依序设有直段管、换热管和缩口管，直段管与空气壳体的腔体连通，缩口管环绕在喷出口处与喷出口间形成环缝隙，且缩口管表面向外侧延伸设有导风管，直段管的表面套接有内设腔体的烟气壳体，烟气壳体表面设有排烟口，直段管和空气管间设有引射器，且引射器表面均匀设有引射缩口，直段管表面设有开设有连通烟气壳体内腔的烟气回流孔，烟气回流孔数量与引射缩口对应，且位于引射缩口中缩口端的一侧，燃气通道内设有主燃气管和辅燃气管，主燃气管设置在辅燃气管内，辅燃气管的一端与空气管外部连通，辅燃气管的另一端连接有分流器并设置在燃烧室内，分流器表面设有连通燃烧室和辅燃气管的分流孔，主燃气管的一端与空气管外部连通，主燃气管另一端贯穿分流器并延伸至喷出口处。

作为优选的，还包括风盘，所述风盘套接在分流器表面，风盘表面沿圆周方向设置有风道，风道连通燃烧室和空气管。

作为优选的，所述风道包括圆形风道和条形风道，且圆形风道和条形风道交替分布。

作为优选的，空气管外设置有燃气壳体，燃气壳体上开设有与主燃气管对应的主燃气口以及和辅燃气管对应的辅燃气口，其中主燃气口和辅燃气口处设置有燃气测压孔板。

作为优选的，燃气通道的一端套接有弹簧，并通过弹簧固定在空气管外的燃气壳体上。

作为优选的，所述空气口处设置有空气测压孔板。

作为优选的，所述烟气壳体腔体的内壁设有保温内衬。

作为优选的，所述分流孔以燃气通道轴芯为中心沿分流器圆周方向分布。

作为优选的，所述空气壳体表面还设有冷却风进口，且冷却风进口处盖合有闷盖。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案之二：提供一种内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴，包括空气管、燃烧室、燃气通道、点火装置，燃烧室的一端设有喷出口，燃烧室设置在空气管内且喷出口延伸至空气管前端外，燃气通道设置在空气管内且其一端固定在燃烧室表面，点火装置的点火端设置在燃烧室内，空气管表面套接有内设腔体的空气壳体，空气壳体表面设有空气口，空气管表面套接有换热器，换热器依序设有直段管、换热管和缩口管，直段管与空气壳体的腔体连通，缩口管环绕在喷出口处与喷出口间形成环缝隙，且缩口管表面向外侧延伸设有导风管，直段管的表面套接有内设腔体的烟气壳体，烟气壳体表面设有排烟口，缩口管和空气管间设有引射器，且引射器表面均匀设有引射缩口，缩口管表面设有开设有烟气回流孔，烟气回流孔数量与引射缩口对应，且位于引射缩口中缩口端的一侧，燃气通道内设有主燃气管和辅燃气管，主燃气管设置在辅燃气管内，辅燃气管的一端与空气管外部连通，辅燃气管的另一端连接有分流器并设置在燃烧室内，分流器表面设有连通燃烧室和辅燃气管的分流孔，主燃气管的一端与空气管外部连通，主燃气管另一端贯穿分流器并延伸至喷出口处。

本实用新型的有益效果在于：

1.通过在燃烧室内设置有分流器，分流器上设置有分流孔，同时设置主燃气管和辅燃气管，两者单独连接供燃气设备，实现燃气的单独供给，可根据烧嘴燃烧情况设置不同的燃烧模式，提高燃烧效率，降低NOx的产生，达到节能减排的目的；

2.在燃气分级的前提下，再结合空气多分级技术，助燃空气从空气口进入腔体经过换热器换热后，一部分进入空气管到达燃烧室，与进入到燃烧室内的燃气混合燃烧形成一级燃烧产物从喷出口喷出，部分助燃空气从环风隙以及从缩口管处的导风管进入加热空间2，与喷出口附近的燃气、一级燃烧产物和加热空间2内的部分回流烟气混合后进行二次燃烧，成高速火焰，高速火焰能卷吸周围的烟气参与燃烧，能有效的降低火焰燃烧温度，从而减少NOx的产生；

3.通过设有引射器，且在换热器的直段管或缩口管处开设有烟气回流孔引，射缩口的缩口端一侧，烟气回流经过烟气回流孔引后，由于助燃空气通过引射器的引射缩口后会加速喷出形成环状多股引射空气流，将烟气从烟气回流孔引入空气管，其中一部分进入燃烧室与助燃空气、燃气混合，另一部分分别从环缝隙和导风管进入加热空间2，混合烟气和助燃空气后，降低燃烧室内和加热空间内混合物局部氧浓度，使燃料的反应时间和空间拉长，不易形成局部剧烈燃烧的高温区，减少高温区能，有效降低NOx生成量。

附图说明

图1 是实施例一的内部结构剖面图；

图2 是图1中I处的放大示意图；

图3 是风盘的结构示意图；

图4 是引射器的结构示意图；

图5 是实施例一中烧嘴整体结构的后视图；

图6 是实施例一中采用直接明火加热的安装示意图；

图7 是实施例一中采用辐射管间接加热的安装示意图；

图8 是实施例二的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

请参阅图1所示，本实施例关于一种内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴，包括空气管28、燃烧室43、燃气通道22、点火装置32，其中燃烧室43，燃气通道22均设置在空气管28内；燃烧室43的一端设有喷出口431且喷出口431延伸至空气管28外，燃烧室43的另一端为开口在开口处安装有支撑架23，燃气通道22的一端固定安装在支撑架23上，燃烧室43内设有电极支架24，点火装置32的点火端安装在电极支架24上；燃气通道22内设有主燃气管44和辅燃气管45，主燃气管44设置在辅燃气管45内，辅燃气管45一端连接有分流器451并设置在燃烧室43内，分流器451表面设有连通燃烧室43和辅燃气管45的分流孔452，主燃气管44一端贯穿分流器45并延伸至喷出口431处，空气管28外设置有燃气壳体4，燃气壳体4上开设有与主燃气管44连通主燃气口5以及和辅燃气管45连通辅燃气口6；

空气管28表面套接有内设腔体的空气壳体9，空气壳体9表面设有连通腔体的空气口10；空气管28表面套接有换热器，换热器依序设有直段管171、换热管172和缩口管173，直段管171与空气壳体9腔体连通，缩口管173环绕在喷出口431处与喷出口431间形成环缝隙，且缩口管173表面设有向加热空间2处延伸的导风管19；直段管171的表面套接有内设腔体的烟气壳体14，烟气壳14体表面设有排烟口16，直段管171和空气管28间设有引射器34，且引射器34表面均匀设有引射缩口35，直段管171表面设有开设有连通烟气壳体14内腔的烟气回流孔36，烟气回流孔36数量与引射缩口35对应，且位于引射缩口35中缩口端的一侧（如图2和4所示）。

本实施例在具体应用过程中，可直接将烧嘴通过安装法兰37固定在加热空间2的侧壁上，使烧嘴延伸至加热空间2内部，即采用直接明火加热的安装方式实现（如图6所示），同时也可以在烧嘴的表面套接辐射管41，即采用间接加热的安装方式实现（如图7所示），同时，主燃气口5、辅燃气口6设置燃气测压孔板8，空气口10设置空气测压孔板12，能较为准确调节燃气流量和空气流量，灵活控制烧嘴热负荷。

本实施例具体的工作原理如下：

（1）燃气从辅燃气口6进入辅燃气管45，流经分流器451的分流孔452后分为多股辅燃气进入燃烧室43中，燃气从主燃气口5进入主燃气管44，直接从喷出口431处喷出进入加热空间2；

（2）助燃空气通过空气口10进入空气壳体9的腔体，再经由腔体依序进入换热器的直段管171、换热管172和缩口管173，经过直段管171通过引射器34引射后形成多股引射流，此时直段管171外侧烟气通过烟气回流孔3被引射进入空气管28中与助燃空气混合；混合空气经过换热管172与换热管172外侧烟气进行热交换，流经缩口管173时分为三股：一股回流从支撑架23处进入燃烧室43，一股从环缝隙进入加热空间2，一股从导风管19直接进入加热空间2。

（3）燃烧后的烟气从回流至换热器换热管171外侧，分为三部分：一是在环缝隙附近被燃烧产物卷吸混合形成新的混合物燃烧；二是在引射器34附近的烟气回流孔中被引射与助燃风混合；三是通过烟气壳体14上的排烟口16排出烧嘴。

本申请中的烧嘴结构能完成空气燃气双分级燃烧，同时完成内部烟气回流，在一定温度下可切换无焰模式，能最大限度降低NOx等污染物的生成。

下面通过具体的燃烧模式进行原理说明。

根据控制方式可形成三种燃烧模式：只进辅燃气、只进主燃气和主辅燃气同时进，分别可对应三种加热模式：低温模式、快速加热、高温模式。

低温模式

点火装置32打开，辅燃气口6打开进气，主燃气口5关闭，助燃空气还未预热，冷态开始点火进行加热，燃烧充分，无高温区，NOx生成量少；需要说明的是，低温模式烧嘴初始工作到进行正常燃烧这一段时间，炉温从室温开始逐渐上升；NOx总共分三类：热力型，快速型和燃料型，气态燃料燃烧产生的NOx中唯有热力型NOx占主导地位，占比为90%，热力型NOx只跟高温区有关，即燃烧温度大于850度。

快速加热模式：点火装置32打开，主燃气口5和辅燃气口6均打开进气，助燃空气已被预热，需快速加热时，此时属于双分级燃烧，燃烧室43内辅燃气、助燃空气、烟气混合后通过点火装置32点燃，并从喷出口431喷出燃烧室43，进入加热空间2，与从环缝隙中喷入加热空间2内的助燃空气和烟气混合气及从主燃气管44喷出的主燃气再次混合后在加热空间2继续燃烧，燃烧充分，NOx生成量少；

高温模式：点火装置32关闭，辅燃气口6关闭，主燃气口5打开，当加热空间2内温度较高（超过850度）时，直接将空燃混合物喷入加热空间2，整体进行无焰氧化，进入无焰燃烧状态，温度均匀，无局部高温区，NOx生成量少。

作为较优的实施方式，请参阅图3所示，本实施例还包括风盘27，所述风盘27套接在分流器451表面，风盘27的外沿设有固定爪31并通过固定爪31固定在燃烧室43内壁，风盘27表面沿圆周方向设置有风道，风道连通燃烧室43和空气管28。助燃空气经过换热管172换热后，一部分与烟气回流到空气管28内部，通过风盘27的风道使助燃空气和烟气均匀地再进入燃烧室43，能有效加强助燃空气、烟气与燃烧室43内辅燃气的混合，改善燃烧条件，为进一步提高燃气与助燃空气的混合均匀度，风道呈圆形风道B和条形风道A交替分布。

作为较优的实施方式，燃气通道22的一端套接有弹簧20并通过弹簧20固定在燃气壳体4上，可以在烧嘴内部装置有热膨胀性移位时保证燃气***结构的安全性与稳固性，进而提高整体设备的实用寿命和使用的安全性，具体地为了防止弹簧20因高温损坏，在弹簧20的表面套接有冷却套管21。

作为较优的实施方式，烟气壳体腔体14的内壁设有保温内衬15，用以防止回流的高温烟气因过高温损坏烟气壳体14。

作为较优的实施方式，空气壳体9表面还设有冷却风进口，且冷却风进口处盖合有闷盖13。通过设置冷却风进口，可通入冷却风冷却燃气管道，避免燃气被预热；保护细长的燃气管道不会产生热变形，影响燃烧效果和火焰检测；同时可以实现间接调节进入燃烧室的一次空气量，不需要通入冷却风时，可合上闷盖13，可视烧嘴工况灵活设定。

作为较优的实施方式，分流器451中的分流孔452以燃气通道22中轴芯为中心沿分流器451圆周方向分布，使进入燃烧室43内的辅燃气能够均匀分布，更好地与助燃空气混合，以提高燃烧效率。

作为较优的实施方式，请参阅图5所示，燃气壳体4上还布置有火焰观测孔和预留孔39，其中预留孔39可用于特殊情况下的点火装置更换位置安装。

作为较优的实施方式，点火装置的表面设有套管，套管上设有冷却风进口，用以保护点火装置的电极，不会长期高温情况下变形和烧毁，影响点火和检测。

本实施例中，主燃气口6和辅燃气口61打开或关闭，可通过电磁阀控制，由外部的控制***对电磁阀进行控制，点火装置的点火与否同样由外部控制***控制。

实施例二

请参阅图8所示，本实施例与实施例一的不同之处在于引射器和烟气回流孔的位置。本实施例中，引射器设置在空气管和缩口管之间，烟气回流孔设置在缩口管表面。

本实施例与实施例一工作原理的不同之处在于，助燃空气是经过直段管和换热管换热后再进入引射器，使烟气从缩口管的烟气回流孔中进入，再与助燃空气混合，由于缩口管烟气压力接近炉压也就是接近零压，便于引射，在直段管时烟气是微负压，相同空气压力情况下烟气引射量稍小。

以上实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴，包括空气管、燃烧室、燃气通道、点火装置，燃烧室的一端设有喷出口，燃烧室设置在空气管内且喷出口延伸至空气管前端外，燃气通道设置在空气管内且其一端固定在燃烧室表面，点火装置的点火端设置在燃烧室内，空气管表面套接有内设腔体的空气壳体，空气壳体表面设有空气口，其特征在于，空气管表面套接有换热器，换热器依序设有直段管、换热管和缩口管，直段管与空气壳体的腔体连通，缩口管环绕在喷出口处与喷出口间形成环缝隙，且缩口管表面向外侧延伸设有导风管，直段管的表面套接有内设腔体的烟气壳体，烟气壳体表面设有排烟口，直段管和空气管间设有引射器，且引射器表面均匀设有引射缩口，直段管表面设有开设有连通烟气壳体内腔的烟气回流孔，烟气回流孔数量与引射缩口对应，且位于引射缩口中缩口端的一侧，燃气通道内设有主燃气管和辅燃气管，主燃气管设置在辅燃气管内，辅燃气管的一端与空气管外部连通，辅燃气管的另一端连接有分流器并设置在燃烧室内，分流器表面设有连通燃烧室和辅燃气管的分流孔，主燃气管的一端与空气管外部连通，主燃气管另一端贯穿分流器并延伸至喷出口处。

2.根据权利要求1所述的内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴，其特征在于，还包括风盘，所述风盘套接在分流器表面，风盘表面沿圆周方向设置有风道，风道连通燃烧室和空气管。

3.根据权利要求2所述的内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴，其特征在于，所述风道包括圆形风道和条形风道，且圆形风道和条形风道交替分布。

4.根据权利要求1所述的内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴，其特征在于，空气管外设置有燃气壳体，燃气壳体上开设有与主燃气管对应的主燃气口以及和辅燃气管对应的辅燃气口，其中主燃气口和辅燃气口处设置有燃气测压孔板。

5.根据权利要求4所述的内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴，其特征在于，燃气通道的一端套接有弹簧，并通过弹簧与固定在空气管外的燃气壳体上。

6.根据权利要求1或5所述的内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴，其特征在于，所述空气口处设置有空气测压孔板。

7.根据权利要求1所述的内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴，其特征在于，所述烟气壳体腔体内壁设有保温内衬。

8.根据权利要求1所述的内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴，其特征在于，所述分流孔以燃气通道轴芯为中心沿分流器圆周方向分布。

9.根据权利要求1所述的内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴，其特征在于，所述空气壳体表面还设有冷却风进口，且冷却风进口处盖合有闷盖。

10.一种内部烟气回流低NOx自身预热式烧嘴，包括空气管、燃烧室、燃气通道、点火装置，燃烧室的一端设有喷出口，燃烧室设置在空气管内且喷出口延伸至空气管前端外，燃气通道设置在空气管内且其一端固定在燃烧室表面，点火装置的点火端设置在燃烧室内，空气管表面套接有内设腔体的空气壳体，空气壳体表面设有空气口，其特征在于，空气管表面套接有换热器，换热器依序设有直段管、换热管和缩口管，直段管与空气壳体的腔体连通，缩口管环绕在喷出口处与喷出口间形成环缝隙，且缩口管表面向外侧延伸设有导风管，直段管的表面套接有内设腔体的烟气壳体，烟气壳体表面设有排烟口，缩口管和空气管间设有引射器，且引射器表面均匀设有引射缩口，缩口管表面设有开设有烟气回流孔，烟气回流孔数量与引射缩口对应，且位于引射缩口中缩口端的一侧，燃气通道内设有主燃气管和辅燃气管，主燃气管设置在辅燃气管内，辅燃气管的一端与空气管外部连通，辅燃气管的另一端连接有分流器并设置在燃烧室内，分流器表面设有连通燃烧室和辅燃气管的分流孔，主燃气管的一端与空气管外部连通，主燃气管另一端贯穿分流器并延伸至喷出口处。