無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴的制作方法

專利名稱：無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高、中、低溫燃料工業爐燒嘴，尤其是高、中、低溫燃料工業爐的無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴。
背景技術：
蓄熱式燃燒技術是目前世界上節能效果最好的節能燃燒技術，其原理是采用成對的帶有蓄熱體的燒嘴進行控制式燃燒，當一個燒嘴燃燒時，另一個燒嘴進行吸氣排煙，高溫煙氣通過蓄熱體時與蓄熱體進行熱能交換，蓄熱體吸熱、高
溫煙氣溫度降低；經過一定時間，蓄熱體蓄熱飽和后，進行換向，另一個燒嘴燃燒時，冷空氣或燃料從已吸熱溫度較高的蓄熱體中進入燒嘴，被該蓄熱體加熱；同時，原燃燒的燒嘴進行吸氣排煙，高溫煙氣又將其蓄熱體加熱，進行熱交換，通過兩個燒嘴不斷的反復交替燃燒，達到節能的效果。本專利申請人于2006年3月8日申請的名稱為"蓄熱式脈沖燒嘴"、專利號為ZL200620110073.7的實用新型專利所公幵的技術內容，就是一種蓄熱式燃燒燒嘴。現有技術中的燒嘴，結構各有差別，其共同點是助燃空氣進氣管和燃料進氣管在燒嘴內混合后一次性燃燒，導致火焰燃燒溫度較高，對于高熱值煤氣，火焰溫度可達2000'C以上，由于火焰溫度與NOx生成量成指數關系，常規的蓄熱式燃燒極大的促成NOx的產生。NOx作為燃燒廢氣，可以破壞臭氧層，造成酸雨和對人體產生強烈的刺激，促成肺部疾病等，有較大的環境污染，是需要嚴格控制的。
另外，在現有技術的蓄熱式燒嘴中，由于火焰溫度可達200(TC以上，容易燒壞明火周圍的管道等部件，導致其使用壽命縮短;尤其是金屬管道，在使用一段時間后就燒壞而不能使用了。而如果采用耐高溫的陶瓷管道，雖然提高了耐高溫性能，但陶瓷管道在蓄熱式燃燒過程中反復的冷熱交替作用下，容易發生脆裂而損壞，其使用壽命仍然不長。
最后，由于工業處理爐爐膛內放置的待加熱處理的零部件尺寸各異、堆置方式各異，導致有些零部件必然靠近燒嘴的火焰噴口，從噴口中噴出的火焰向 爐膛內噴射距離較長，容易直接噴射、包圍到零部件上；靠近火焰噴口的零部 件由于被火焰直接包圍、直接與明火相接觸，高溫(可到200(TC或以上)的明 火直接噴到零部件上并加熱，導致該部分零部件局部溫度過高，該部分零部件 的溫度較其他部件高、溫升快，降低溫度的均勻性，同時，高溫的明火能影響 零部件的熱處理效果，降低其多項性能指標。

發明內容
本發明針對現有技術的燒嘴的以上不足，提供一種通過快速燃燒方式降低 燃燒產物中NOx含量，延長燒嘴使用壽命，防止從噴口中噴出的火焰直接噴到 零部件上所帶來的溫度高、溫升快、降低性能指標的無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴。
本發明的技術方案是無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴，包括燒嘴本體，在燒嘴 本體內設置有空氣或煙氣通道、多孔狀蓄熱體、燃燒空腔、燃氣管道和點火裝 置；其特征在于在空氣或煙氣通道的末端，設置切向進風道，空氣或煙氣通 道通過切向進風道與燃燒空腔相連接 ，所述的切向進風道位于圓周狀燃燒空腔 的切線方向；在燃氣管道尾端，設置并列的有焰燃燒燃氣管和無焰燃燒燃氣管， 有焰燃燒燃氣管上設置有焰燃燒控制閥進行控制，無焰燃燒燃氣管上設置無焰 燃燒控制閥進行控制；無焰燃燒燃氣管末端的無焰燃燒燃氣噴孔的孔徑小于有 焰燃燒燃氣管末端的有焰燃燒燃氣噴孔的孔徑。
進一步的特征是所述切向進風道橫截面積逐漸縮小。
燃燒空腔末端的噴口是橫截面積逐漸增大的喇叭狀。
在燃氣管道的末端，設置火焰保護罩，火焰保護罩末端的噴口是橫截面積 逐漸縮小的縮口狀。
燃氣管道的末端設置縮口狀的燃氣噴口 ，燃氣噴口的橫截面積小于燃氣管 道內腔的橫截面積；燃氣噴口的中心線、噴口的中心線與火焰噴口的中心線相 重合。
所述點火裝置包括點火進氣管、點火燃氣管和點火針，點火進氣管將點火 需要的空氣通入，點火燃氣管將點火需要的燃氣通入，在點火針產生的火花作用下點燃燃氣。
在所述火焰保護罩上開設引流孔。
點火針設置在鈍體上，在鈍體背面形成穩定的火焰。
本發明的無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴，相對于現有技術，具有如下特點
1、 本發明的無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴，具有蓄熱式燃燒裝置節能效果好的 優點，能源利用效率高；在保證爐溫均勻性的同時，還能大幅度降低NOx排放 量，符合環保的趨勢和要求；
2、 能保護燒嘴內的各種管道不被燒損，有效延長其使用壽命；
3、 燃料根據爐溫通過縮口狀的噴孔噴入，在較高速度下進行燃燒，有效控 制火焰溫度，有利于燃料的充分燃燒；
4、 從燒嘴的噴口中噴出的火焰向爐膛內噴射距離很短(是平焰狀火焰)， 基本不會噴射到爐膛內的零部件上，火焰通過加熱爐膛的空氣來加熱零部件， 能防止火焰直接噴到零部件上所帶來的溫度高、溫升快、降低零部件性能指標 等不足。


圖1是本發明無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴第一種實施例結構示意圖2是圖1沿A—A向剖視圖3本發明第二種實施例結構示意圖4是本發明第三種實施例結構示意圖5是本發明第四種實施例結構示意圖。
具體實施例方式
如圖1、 2中，本發明的無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴，包括燒嘴本體l，在燒 嘴本體l內設置有空氣或煙氣通道2、多孔狀蓄熱體3、燃燒空腔4、燃氣管道 5和點火裝置6等，空氣或煙氣通道2作為燃燒時的助燃空氣進入的通道，或 向外排煙氣的煙氣通道，將空氣輸入燒嘴本體l內(在燃燒空腔4與燃氣混合 燃燒)或將燃燒產生的煙氣排出燒嘴本體l外，由耐火材料(如高溫陶瓷類材料)制成的多孔狀蓄熱體3設置在空氣或煙氣通道2內，內部有許多供氣體通 過的細小孔洞，在氣體通過時，能與氣體進行熱量交換；如通過的是高溫煙氣, 多孔狀蓄熱體3則吸收高溫煙氣的熱量，使其自身溫度升高，將熱能貯存起來; 當較低溫度的助燃空氣通過時，則多孔狀蓄熱體3放熱，在加熱空氣時又降低 其自身溫度，將熱能傳遞到助燃空氣上。燃燒空腔4是燃氣與助燃空氣混合燃 燒的區域，產生高溫火焰；燃氣管道5將外界的燃氣輸入到燒嘴本體1內；點 火裝置6能按照需要及時將噴入燃燒空腔4內的燃氣點燃，防止燃氣大量聚集 而引發安全事故。以上作為現有技術，在此不作進一步的說明。
本發明的改進，是在空氣或煙氣通道2的末端，即與燃燒空腔4相連接的 尾端，設置切向進風道7，空氣或煙氣通道2通過切向進風道7與燃燒空腔4 相連接；所述的切向進風道7位于燃燒空腔4 (通常為圓周狀結構)的切線方 向，最佳結構是呈橫截面積逐漸縮小的縮口狀，切向進風道7的橫截面積逐漸 縮小越靠近燃燒空腔4越減小。在燃燒時，從空氣或煙氣通道2進入的助燃空 氣，經切向進風道7進入燃燒空腔4內與從燃氣管道5輸入的燃氣在燃燒空腔4 內混合燃燒，由于切向進風道7位于圓周狀燃燒空腔4的切線方向，助燃空氣 在燃燒空腔4內產生螺旋狀旋轉運動，使火焰同樣是螺旋狀旋轉運動，從燃燒 空腔4末端的噴口41進入工業爐爐膛的火焰噴射距離很短，是平焰狀火焰，從 外部觀察是圍繞噴口41旋轉的平面狀火焰。對于其他形狀的燃燒空腔4，滿足 從切向進風道7進入的助燃空氣在燃燒空腔4內產生螺旋狀旋轉運動這樣一個 要求即可。
燃燒空腔4末端的噴口 41是橫截面積逐漸增大的喇叭狀，能降低空氣或火 焰的流動速度，使火焰噴射距離更短，更容易產生平面狀火焰。
本發明的燃氣管道5尾端，設置為兩根并列的有焰燃燒燃氣管8和無焰燃燒 燃氣管9，有焰燃燒燃氣管8上設置有焰燃燒控制閥10進行控制，無焰燃燒燃 氣管9上設置無焰燃燒控制閥11進行控制，有焰燃燒燃氣管8和無焰燃燒燃氣 管9都通入燃燒空腔4內，在控制閥控制下按照工藝要求分別將其內的燃氣輸 入燃燒空腔4內；無焰燃燒燃氣管9末端的無焰燃燒燃氣噴孔91的孔徑小于有 焰燃燒燃氣管8末端的有焰燃燒燃氣噴孔81的孔徑，形成提高噴射速度的束口噴射，使從無焰燃燒燃氣噴孔91噴出的燃氣速度大于從有焰燃燒燃氣噴孔81 噴出的燃氣速度。如果需要，尤其是在某些特殊要求的燒嘴內，為了使從無焰 燃燒燃氣噴孔91噴出的燃氣速度更高，可以采用在無焰燃燒燃氣管9上設置推 進裝置，給無焰燃燒燃氣管9內的燃氣推動力，使其速度增大；該推進裝置是 適合氣體的鼓風機、壓力閥等，能提高無焰燃燒燃氣管9內的燃氣輸送速度。 有焰燃燒控制閥IO和無焰燃燒控制閥11按照燒嘴燃燒的需要，按時打開或關 閉，分別向燃燒空腔4內通入燃氣。
為了防止火焰被冷空氣吹滅，在有焰燃燒燃氣管8和無焰燃燒燃氣管9的 末端設置火焰保護罩12，火焰保護罩12將燃氣噴口保護在內，阻止助燃空氣 直接吹向火焰，以穩定火焰、防止火焰熄滅，避免安全事故。另外，火焰保護 罩12末端的噴口 13是縮口狀，噴口 13的橫截面積逐漸縮小，有利于提高火焰 或氣體的噴射速度，高速從縮口狀的噴口 13進入燃燒空腔4內，有利于低溫或 無焰燃燒狀態下燃氣的充分燃燒。
在燃燒初期，火焰和爐膛溫度都較低，為了在燃燒初期獲得穩定的火焰， 本發明在火焰保護罩12開設引流孔12a，引流孔12a的開口較小，將從空氣或 煙氣通道2進入的助燃空氣引入到火焰保護罩12內，使本裝置在燃燒初期低溫 狀態下，在火焰保護罩12內具有穩定的火焰。
為了有效掌握和控制燃燒的情況，設置火焰檢測器M，火焰檢測器14的 末端設置在能檢測到無焰燃燒燃氣噴孔91和有焰燃燒燃氣噴孔81周圍，能檢 測到該區域火焰燃燒情況(火焰保護罩12以內)，以便檢測從無焰燃燒燃氣噴孔 91和有焰燃燒燃氣噴孔81噴出的燃氣是否被及時點燃、燃燒是否穩定等，保 證燒嘴的正常、安全燃燒。
本發明燃氣管道5的無焰燃燒燃氣噴孔91的中心線、火焰保護罩12的噴 口 13的中心線與燃燒空腔4的火焰噴口 41的中心線相重合，使燃氣或火焰以 旋轉的方式在靠近燃燒空腔4內壁的區域流動，而在燃燒空腔4中心線周圍區 域產生負壓，將爐膛內的低氧爐氣吸入，進入燃燒空腔4內，與燃氣混合以降 低燃氣濃度、降低燃燒溫度，有利于無焰燃燒狀態下燃氣的燃燒。
圖3所示的第二種實施例結構中，相同部分不再介紹，其不同之處是有
8焰燃燒燃氣管8和無焰燃燒燃氣管9是同心層結構，常用的是有焰燃燒燃氣管8 在外層，無焰燃燒燃氣管9在內層，分別由有焰燃燒控制閥10和無焰燃燒控制 閥11進行控制。無焰燃燒燃氣管9末端的無焰燃燒燃氣噴孔91的孔徑小于有 焰燃燒燃氣管8末端的有焰燃燒燃氣噴孔81的孔徑。圖3沿A-A向剖視圖與 圖2基本相同，故省略。
圖4所示的第三種實施例結構中，相同部分不再介紹，其不同之處是前 述的點火裝置6，是設置在火焰保護罩12內的有焰低溫點火結構，該有焰低溫 點火結構包括點火進氣管16、點火燃氣管17和點火針18，點火進氣管16將點 火需要的空氣通入，與外部燃氣管道連接的點火燃氣管17將點火需要的燃氣通 入，在點火針18產生的火花作用下點燃燃氣，作為火焰保護罩12內的常明火， 希望其在低溫燃燒期間一直保持燃燒，作為點燃燃氣管道5內噴入的燃氣的火 源。將點火針18設置在鈍體19上，鈍體19背面的空氣流動很低，有利于燃氣 和空氣在鈍體19背面混合后形成穩定的點火火焰。本發明的有焰低溫點火結 構，在控制裝置作用下能夠形成穩定的火焰，保證燃氣按照要求可靠點燃，尤 其在低溫燃燒階段可靠點燃，防止爆炸等安全事故。圖4沿A""A向剖視圖與 圖2基本相同，故省略。
圖5所示的第四種實施例結構中，相同部分不再介紹，其不同之處是火 焰保護罩12是由耐火材料澆注而成，通常設置在空氣或煙氣通道2中心線的一 側(圖中的左側)，火焰保護罩12設置在左邊，幾何尺寸等縮小，有利于增大 燃燒空腔4的空間尺寸，使得燃氣與空氣混合更均勻。圖5沿A—A向剖視圖 與圖2基本相同，故省略。
權利要求
1、無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴，包括燒嘴本體(1)，在燒嘴本體(1)內設置有空氣或煙氣通道(2)、多孔狀蓄熱體(3)、燃燒空腔(4)、燃氣管道(5)和點火裝置(6)；其特征在于在空氣或煙氣通道(2)的末端，設置切向進風道(7)，空氣或煙氣通道(2)通過切向進風道(7)與燃燒空腔(4)相連接；所述的切向進風道(7)位于燃燒空腔(4)的切線方向；在燃氣管道(5)尾端，設置并列的有焰燃燒燃氣管(8)和無焰燃燒燃氣管(9)，有焰燃燒燃氣管(8)上設置有焰燃燒控制閥(10)進行控制，無焰燃燒燃氣管(9)上設置無焰燃燒控制閥(11)進行控制；無焰燃燒燃氣管(9)末端的無焰燃燒燃氣噴孔(91)的孔徑小于有焰燃燒燃氣管(8)末端的有焰燃燒燃氣噴孔(81)的孔徑。
2、 根據權利要求1所述的無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴，其特征在于所述切 向進風道(7)橫截面積逐漸縮小。
3、 根據權利要求1所述的無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴，其特征在于燃燒空 腔(4)末端的噴口 (41)是橫截面積逐漸增大的喇叭狀。
4、 根據權利要求1至3任一所述的無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴,其特征在于 在有焰燃燒燃氣管(8)和無焰燃燒燃氣管(9)的末端設置火焰保護罩(12)， 火焰保護罩(12)末端的噴口 (13)是縮口狀，橫截面積逐漸縮小。
5、 根據權利要求4所述的無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴，其特征在于所述的 無焰燃燒燃氣噴孔(91)的中心線、噴口 (13)的中心線與火焰噴口 (41)的 中心線相重合。
6、 根據權利要求1至3任一所述的無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴，其特征在于-有焰燃燒燃氣管(8)和無焰燃燒燃氣管(9)是同心層結構，有焰燃燒燃氣管(8)在外層，無焰燃燒燃氣管(9)在內層。
7、 根據權利要求4所述的無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴，其特征在于在所述 火焰保護罩(12)上開設引流孔(12a)。
8、 根據權利要求1至3任一所述的無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴，其特征在于 所述的點火裝置(6)，包括點火進氣管(16)、點火燃氣管(17)和點火針(18)， 點火進氣管(16)將點火需要的空氣通入，點火燃氣管(17)將點火需要的燃氣通入，在點火針(18)產生的火花作用下點燃燃氣。
9、根據權利要求8所述的無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴，其特征在于點火針(18)設置在鈍體(19)上，在鈍體(19)背面形成穩定的火焰。
全文摘要
本發明公開了無焰燃燒蓄熱式平焰燒嘴，在燒嘴本體內設置有空氣或煙氣通道、多孔狀蓄熱體、燃燒空腔、燃氣管道和點火裝置；在空氣或煙氣通道的末端，設置位于圓周狀燃燒空腔的切線方向的切向進風道，空氣或煙氣通道通過切向進風道與燃燒空腔相連接；在燃氣管道尾端，設置并列的有焰燃燒燃氣管和無焰燃燒燃氣管，分別通過有焰燃燒控制閥和無焰燃燒控制閥進行控制；無焰燃燒燃氣管末端的無焰燃燒燃氣噴孔的孔徑小于有焰燃燒燃氣管末端的孔徑。本發明的燒嘴，能源利用效率高、爐溫均勻性號，能大幅度降低NO_X排放量；燃料通過縮口狀的噴孔高速噴入，有效控制火焰溫度，有利于燃料的充分燃燒；火焰向爐膛內噴射距離很短，不會噴射到爐膛內的零部件上。
文檔編號F23D14/00GK101639218SQ20091010475
公開日2010年2月3日 申請日期2009年9月1日 優先權日2009年9月1日
發明者顧向濤 申請人:顧向濤