CN211290050U - 一种包覆型低氮无氧化烧嘴 - Google Patents

Abstract

一种燃气包覆型低氮无氧化烧嘴，包括烧嘴壳体、以及设置在烧嘴壳体内的燃气装置、助燃空气喷出装置、点火装置和火焰监测装置，其特征在于：所述的燃气装置由燃气通道、燃气分配环和燃气喷管组成，所述的助燃空气喷出装置由助燃空气通道、助燃空气喷管和助燃空气喷头组成，所述的助燃空气喷管设置在烧嘴壳体的中心位置；所述的燃气喷管呈分散状布设在以助燃空气喷管为中心的外层耐火材料层中，其前部以一定的曲度向烧嘴中心倾斜、包覆在设置于助燃空气喷管前端的助燃空气喷出环缝或助燃空气旋流器的外侧，由此构成包覆型低氮无氧化烧嘴结构，形成烧嘴工作时的中间火焰温度低、外圈温度高的包覆型低氮无氧化燃烧状态。

Description

一种包覆型低氮无氧化烧嘴

技术领域

本实用新型涉及一种低氮无氧化燃烧器，尤其是指一种燃气包覆助燃空气型的低氮无氧化烧嘴，以及包括该燃烧器使用的燃气型加热炉；属于金属热加工技术领域。

背景技术

金属材料在热加工或热处理过程中，需要将其加热到设定的温度。常用的加热方式是在加热炉内采用燃气烧嘴进行加热。在大气气氛下随着加热温度升高，金属材料表面氧化速度加快，使得金属材料的氧化烧损加大。例如钢坯经加热炉加热后其氧化烧损范围在0.6～2.3％，最高可达到4％(加热温度超过1300℃)。表面氧化皮的大量生成，一方面大幅度降低了金属成材率，提高了生产成本；另一方面使得金属材料表面状态变差，形成大量的表面缺陷，直接影响到最终产品质量。为了降低氧化烧损，人们研发了许多技术，例如严格控制烧嘴的空燃比，使炉内气氛中的氧含量保持在相当低的水平，也开发了实时测定燃烧气氛中的氧含量技术。这些技术对控制金属材料氧化烧损起到了较好的作用，但仍然不能够显著降低氧化烧损。对一些高端产品，也采用在保护气氛下进行加热，以防止其氧化烧损。但这种方法不适合大多数金属材料初期加工的加热过程。许多热处理炉采用了保护气氛条件下进行加热，这也只适合于最终产品的热处理。另外保护气氛下进行加热，其加热效率低，能耗高，加热设备的一次投资较大，加工成本大幅度提高。

目前扩散型燃气烧嘴的燃料从烧嘴中心供给，助燃空气在燃料外部，燃料和助燃空气边扩散边燃烧。当未进行燃烧反应的助燃空气在扩散过程中遇到热的被加热金属物料(例如钢坯)时，则金属物料就被氧化，形成氧化皮。通常为了减少氧化皮生成量，采用降低空燃比的方式，这只是从宏观角度采取的措施，从燃烧过程步骤看，很难大幅度降低氧化烧损量。

另外，燃气烧嘴在加热过程中，随着火焰温度升高，烟气中NOx的含量升高，对环境的影响不可忽视。随着环境保护标准的不断升级，对燃烧产物中的NOx含量要求越来越严格。这也对工业炉的燃烧装备(烧嘴)提出更高的要求，即要求烧嘴进行低NOx化燃烧。

因此，开发新型的低NOx、低氧化烧损的燃烧装置是热加工工业炉领域一直追求的目标。中国专利文献CN 108884992 A公开了一种“低氮氧化物燃烧器”，涉及了一种热媒锅炉，其包括燃烧器，该燃烧器在中心形成有燃料喷嘴，通过完全被分离的多个燃料喷嘴，在燃烧器末端端面形成多个小型贫燃/富燃火焰(fuel lean/fuel rich flame)，实现再燃烧，并使从火焰产生的废气再循环，最大限度地减少氮氧化物(NOx)。通过简单的结构，无需周边装置，就能实现基本的燃烧***，并通过小型的分割火焰，分散热量，降低火焰温度，使各个小型火焰形成最优化空燃比的火焰，并通过引导快速的燃烧反应，能够显著减少氮氧化物 (NOx)。该技术方案虽然能够降低(NOx)的生成量，但所述烧嘴中被分割的各个小烧嘴通过自身机械结构来独立配置空燃比进行单独燃烧，难以实现钢铁行业加热炉的长火焰要求。另外当烧嘴热负荷发生变化时，其各个小烧嘴的空燃比变化难以有效控制。此外该烧嘴的烟气循环需要额外设置管道和风机，***复杂。难以在相应技术领域广泛推广使用。

实用新型内容

本实用新型的目的:旨在开发出一种既能够大幅度降低氧化烧损，又能够大幅度降低NOx生成量的新型燃烧装置——低氮无氧化烧嘴。从根本上解决燃烧过程中NOx产生的条件，同时防止金属材料的氧化烧损，提高金属收得率，降低生产成本。

这种燃气包覆型低氮无氧化烧嘴，包括烧嘴壳体、以及设置在烧嘴壳体内的燃气装置、助燃空气喷出装置、点火装置和火焰监测装置，其特征在于：所述的燃气装置由燃气通道、燃气分配环和燃气喷管组成，所述的助燃空气喷出装置由助燃空气通道、助燃空气喷管和助燃空气喷头组成，所述的助燃空气喷管设置在烧嘴壳体的中心位置；所述的燃气喷管呈分散状布设在以助燃空气喷管为中心的外层耐火材料层中，其前部以一定的曲度向烧嘴中心倾斜、包覆在设置于助燃空气喷管前端的助燃空气喷出环缝或助燃空气旋流器的外侧，由此构成包覆型低氮无氧化烧嘴结构，形成烧嘴工作时的中间火焰温度低、外圈温度高的包覆型低氮无氧化燃烧状态。

优选地，所述的燃气喷管的前端弯曲部分的向中心弯曲的锥角为6-15°优选地，所述的燃气通道设有燃气分配环、并在燃气通道与所述燃气喷管的接口处设有节流孔板。

优选地，所述的助燃空气喷出装置由助燃空气喷管、助燃空气通道、以及设置在助燃空气喷管前端的助燃空气喷出环缝或助燃空气旋流器组成；所述的助燃空气喷管设置在烧嘴本体的中心位置，所述助燃空气喷管内腔设有贯通内腔腔体的火焰检测装置，在其后部的管体上设有与内腔相通的窥视孔，并由火焰检测装置和窥视孔组成烧嘴的火焰监测装置。

优选地，所述的点火装置由点火电极和点火电极接头组成，所述的点火电极接头位于烧嘴本体的后部烧嘴壳体上，其前部的点火电极位于助燃空气喷管与燃气喷管之间的燃气喷管出口处。

一种燃气包覆型低氮无氧化烧嘴，其低氮无氧化包覆型燃烧方法如下：燃气从燃气喷管喷出，助燃气从助燃喷气管喷出，经点火电极点燃后进行扩散性燃烧，此时火焰的外侧为燃气层，火焰的中心为助燃空气，整个燃烧过程是在燃气包覆助燃空气的状态下实现燃烧，在这个燃烧过程中，火焰外侧近似于还原性气氛，减轻了被加热金属表面的氧化性；火焰的中心近似于氧化气氛，使火焰中心处于低温状态；从而从源头遏制NOX的生成，达到减少烟气中NOX的含量。

根据以上技术方案提出的这种燃气包覆型低氮无氧化烧嘴，与目前金属热处理使用的烧嘴相比较，具有以下特点：通过采用这种包覆式燃烧结构，使烧嘴燃烧时形成中间形成相对的低温火焰区、外圈温度高的包覆型低氮无氧化燃烧状态，因此从源头减少燃烧型NOX生成量。

附图说明

图1为助燃空气喷出口为狭缝型的烧嘴外形结构示意图；

图2为助燃空气喷出口为狭缝型的烧嘴结构剖面图；

图3为助燃空气喷出口为旋流型的烧嘴外形结构示意图；

图4为助燃空气喷出口为狭缝型的烧嘴结构剖面图；

图5为图1、图3外形右视图；

图6为本实用新型在辊底式炉及步进梁式金属板材加热炉上的使用状态图。

图中：

1-点火电极 2-燃气喷管 3-烧嘴出口固定挡板 4-烧嘴壳体 5-耐火材料 6-燃气分配环 7-点火电极接头 8-助燃空气喷管 9-窥视孔10-火焰监测装置 11-助燃空气通道12-助燃空气管法兰 13-燃气通道 14-燃气通道法兰 15-节流孔板 16-助燃空气喷出环缝17-烧嘴安装法兰 18-助燃空气喷出中心管 19-助燃空气旋流器 20-炉墙 21-被加热的钢板 22-炉辊 23- 轴承座 A-燃气包覆型低氮无氧化烧嘴。

具体实施方式

根据以上技术方案提出的这种包覆型低氮无氧化烧嘴，其核心创意在于：将助燃空气通道设置在烧嘴的中心位置，将燃料通道设置在烧嘴助燃空气通道的外侧，使得在扩散燃烧过程中，燃料首先与热的钢坯表面接触，从而防止钢坯表面氧化烧损；同时烧嘴中心的助燃空气通道设置为狭缝型或旋流型喷嘴，使得在燃烧过程中，形成准二级空气分散燃烧，进而大幅度减少NOx的生成量。真正实现工业炉节能减排、防止氧化烧损的低氮无氧化燃烧。

以下结合说明书附图进一步阐述本实用新型，并给出本实用新型的实施例。

如图1-5所述的这种燃气包覆型低氮无氧化烧嘴，包括烧嘴壳体4、以及设置在烧嘴壳体内的燃气装置、助燃空气喷出装置、点火装置和火焰监测装置，其特征在于：所述的燃气装置由燃气通道13、燃气分配环6和燃气喷管2组成，所述的助燃空气喷出装置由助燃空气通道11、助燃空气喷管8和助燃空气喷头组成，所述的助燃空气喷管8设置在烧嘴壳体4的中心位置；所述的燃气喷管2呈分散状布设在以助燃空气喷管8为中心的外层耐火材料层5中，其前部以一定的曲度向烧嘴中心倾斜、包覆在设置于助燃空气喷管8前端的助燃空气喷出环缝16 或助燃空气旋流器19的外侧，由此构成包覆型低氮无氧化烧嘴结构，形成烧嘴工作时的中间火焰温度低、外圈温度高的包覆型低氮无氧化燃烧状态。

在实际实施中，本实用新型提出的这种包覆型低氮无氧化烧嘴可以采取两种结构方式：

附图1和图2给出的是一种狭缝喷出型的低氮无氧化烧嘴；

附图3和图4助燃空气旋流式喷出型低氮无氧化烧嘴。

实施例1

如图1-2所述的这种包覆型低氮无氧化烧嘴，包括烧嘴壳体4、以及设置在烧嘴壳体内的燃气装置、助燃空气喷出装置、点火装置和火焰监测装置，其特征在于：所述的燃气装置由燃气通道13、燃气分配环6和燃气喷管2组成，所述的助燃空气喷出装置由助燃空气通道11、助燃空气喷管8和助燃空气喷头组成，所述的助燃空气喷管8设置在烧嘴壳体4的中心位置；所述的燃气喷管2呈分散状布设在以助燃空气喷管8为中心的外层耐火材料层5中，其前部以一定的曲度向烧嘴中心倾斜、包覆在设置于助燃空气喷管8前端的助燃空气喷出环缝16的外侧，由此构成包覆型低氮无氧化烧嘴结构，形成烧嘴工作时的中间火焰温度低、外圈温度高的包覆型低氮无氧化燃烧状态。

所述的燃气喷管2的前端弯曲部分的向中心弯曲的锥角为6-15°。

所述的燃气通道13设有燃气分配环6、并在燃气通道13与所述燃气喷管2 的接口处设有节流孔板15。

所述的助燃空气喷出装置由助燃空气喷管8、助燃空气通道11、以及设置在助燃空气喷管8前端的助燃空气喷出环缝16或助燃空气旋流器19组成；所述的助燃空气喷管8设置在烧嘴本体的中心位置，所述助燃空气喷管8内腔设有贯通内腔腔体的火焰检测装置10，在其后部的管体上设有与内腔相通的窥视孔9，并由火焰检测装置10和窥视孔9组成烧嘴的火焰监测装置。

所述的点火装置由点火电极1和点火电极接头7组成，所述的点火电极接头 7位于烧嘴本体的后部烧嘴壳体4上，其前部的点火电极1位于助燃空气喷管8 与燃气喷管2之间的燃气喷管出口处。

上述这种包覆型低氮无氧化烧嘴，其工作原理如下：燃气从燃气喷管2喷出，助燃气从设置在烧嘴本体外圈的助燃喷气管8喷出，经点火电极1点燃后，进行扩散性燃烧；与此同时，助燃空气也同时通过设置在助燃空气喷管8前端的助燃空气喷出中心管18、以及助燃空气喷出环缝16喷出，此时火焰的外侧为燃气层，火焰的中心为助燃空气，整个燃烧过程是在燃气包覆助燃空气的状态下实现燃烧，在这个燃烧过程中，火焰外侧近似于还原性气氛，减轻了被加热金属表面的氧化性；火焰的中心近似于氧化气氛，使火焰中心处于低温状态；从而从源头遏制NOX的生成，达到减少烟气中NOX的含量。

实施例2

如图3-4所述的这种包覆型低氮无氧化烧嘴，包括烧嘴壳体4、以及设置在烧嘴壳体内的燃气装置、助燃空气喷出装置、点火装置和火焰监测装置，其特征在于：所述的燃气装置由燃气通道13、燃气分配环6和燃气喷管2组成，所述的助燃空气喷出装置由助燃空气通道11、助燃空气喷管8和助燃空气喷头组成，所述的助燃空气喷管8设置在烧嘴壳体4的中心位置；所述的燃气喷管2呈分散状布设在以助燃空气喷管8为中心的外层耐火材料层5中，其前部以一定的曲度向烧嘴中心倾斜、包覆在设置于助燃空气喷管8前端的助燃空气旋流器19的外侧，由此构成包覆型低氮无氧化烧嘴结构，形成烧嘴工作时的中间火焰温度低、外圈温度高的包覆型低氮无氧化燃烧状态。

所述的燃气喷管2的前端弯曲部分的向中心弯曲的锥角为6-15°。

所述的燃气通道13设有燃气分配环6、并在燃气通道13与所述燃气喷管2 的接口处设有节流孔板15。

所述的助燃空气喷出装置由助燃空气喷管8、助燃空气通道11、以及设置在助燃空气喷管8前端助燃空气旋流器19组成；所述的助燃空气喷管8设置在烧嘴本体的中心位置，所述助燃空气喷管8内腔设有贯通内腔腔体的火焰检测装置 10，在其后部的管体上设有与内腔相通的窥视孔9，并由火焰检测装置10和窥视孔9组成烧嘴的火焰监测装置。

所述的点火装置由点火电极1和点火电极接头7组成，所述的点火电极接头 7位于烧嘴本体的后部烧嘴壳体4上，其前部的点火电极1位于助燃空气喷管8 与燃气喷管2之间的燃气喷管出口处。

上述这种包覆型低氮无氧化烧嘴，其工作原理如下：

燃气从燃气喷管2喷出，助燃气从设置在烧嘴本体外圈的助燃喷气管8喷出，经点火电极1点燃后，进行扩散性燃烧；与此同时，助燃空气也同时通过设置在助燃空气喷管8前端的助燃空气旋流器19喷出，此时火焰的外侧为燃气层，火焰的中心为助燃空气，整个燃烧过程是在燃气包覆助燃空气的状态下实现燃烧，在这个燃烧过程中，火焰外侧近似于还原性气氛，减轻了被加热金属表面的氧化性；火焰的中心近似于氧化气氛，使火焰中心处于低温状态；从而从源头遏制NOX 的生成，达到减少烟气中NOX的含量。

实施例3

图5给出的是采用这种覆型低氮无氧化烧嘴用于辊底式金属热处理炉的使用状态示意图。

在实际应用中将包覆型低氮无氧化烧嘴固定在炉墙20上，并分别设置在被加热钢板21上方和下方位置。让被加热钢板21在加热过程中先与烧嘴喷出的包覆在外侧的燃料火焰接触，使被加热钢板21处于现场弱的还原气氛中，达到减轻钢板氧化烧损的作用。使用现场可以通过每一个烧嘴本体后侧设置的点火电极 7和窥视孔9、火焰监测装置10了解炉体内燃烧火焰的状态，从而指导燃气、助燃空气的优化配置。

根据实际使用表明：采用上述燃气包覆型低氮无氧化烧嘴，经实际测试，与现有相同功率烧嘴相比，它可以减低80％左右的氧化烧损量。

真正实现工业炉节能减排、防止氧化烧损的低氮无氧化燃烧。

以上仅是本申请人依据技术方案给出的本实用新型的实施例，并不代表本实用新型的全部，本行业的技术人参照本技术方案所作出的任何不具备实质性创意的改进，均应视为属于本实用新型的保护范畴。

Claims (5)

1.一种燃气包覆型低氮无氧化烧嘴，包括烧嘴壳体(4)、以及设置在烧嘴壳体内的燃气装置、助燃空气喷出装置、点火装置和火焰监测装置，其特征在于：所述的燃气装置由燃气通道(13)、燃气分配环(6)和燃气喷管(2)组成，所述的助燃空气喷出装置由助燃空气通道(11)、助燃空气喷管(8)和助燃空气喷头组成，所述的助燃空气喷管(8)设置在烧嘴壳体(4)的中心位置；所述的燃气喷管(2)呈分散状布设在以助燃空气喷管(8)为中心的外层耐火材料层(5)中，其前部以一定的曲度向烧嘴中心倾斜、包覆在设置于助燃空气喷管(8)前端的助燃空气喷出环缝(16)或助燃空气旋流器(19)的外侧，由此构成包覆型低氮无氧化烧嘴结构，形成烧嘴工作时的中间火焰温度低、外圈温度高的包覆型低氮无氧化燃烧状态。

2.如权利要求1所述的一种燃气包覆型低氮无氧化烧嘴，其特征在于：所述的燃气喷管(2)的前端弯曲部分的向中心弯曲的锥角为6-15°。

3.如权利要求1所述的一种燃气包覆型低氮无氧化烧嘴，其特征在于：所述的燃气通道(13)设有燃气分配环(6)、并在燃气通道(13)与所述燃气喷管(2)的接口处设有节流孔板(15)。

4.如权利要求1所述的一种燃气包覆型低氮无氧化烧嘴，其特征在于：所述的助燃空气喷出装置由助燃空气喷管(8)、助燃空气通道(11)、以及设置在助燃空气喷管(8)前端的助燃空气喷出环缝(16)或助燃空气旋流器(19)组成；所述的助燃空气喷管(8)设置在烧嘴本体的中心位置，所述助燃空气喷管(8)内腔设有贯通内腔腔体的火焰检测装置(10)，在其后部的管体上设有与内腔相通的窥视孔(9)，并由火焰检测装置(10)和窥视孔(9)组成烧嘴的火焰监测装置。

5.如权利要求1所述的一种燃气包覆型低氮无氧化烧嘴，其特征在于：所述的点火装置由点火电极(1)和点火电极接头(7)组成，所述的点火电极接头(7)位于烧嘴本体的后部烧嘴壳体(4)上，其前部的点火电极(1)位于助燃空气喷管(8)与燃气喷管(2)之间的燃气喷管出口处。

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