專利名稱：用于有色金屬反射爐的燒嘴、燒嘴組件以及燃燒系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于有色金屬反射爐的燒嘴，燒嘴組件以及燃燒系統。
背景技術：
氮氧化物(NOx)是燃燒過程排放的主要空氣污染物之一。由于氮氧化物促使造成煙霧的有害大氣反應產物的生成，各政府機構已頒布各種空氣質量標準來限制可能被排放到大氣中的NOx數量，由于許多國家對環境立法日益增多以及世界對大氣污染的警覺日益增加，現代燃燒技術在不斷改進以限制來自各種類型燃燒設備的NOx排放。相對于從礦石或精礦中生產的原生金屬而言，從廢金屬和廢料中提取出的金屬稱為再生金屬。隨著社會的發展，人類的生活水平不斷提高，再生有色金屬產量增長速度明顯加快。在再生有色金屬，如銅、鋁等的提煉過程中，反射爐是一種廣泛使用的熔煉爐。它主要由熔煉室、燃燒系統和排氣煙道組成，是利用火焰直接加熱物料。目前，在反射爐的燃燒系統中使用的燒嘴是空氣燒嘴，即空氣與燃料燃燒的燒嘴。眾所周知，空氣中只含有約21%的氧是用來與燃料發生燃燒反應，而其余約79%的氮氣不會參與燃燒反應。這樣，氮氣就僅僅充當熱的載體，把一部分燃燒反應釋放出的熱量隨著煙氣的排放從爐膛帶走。再生有色金屬熔煉反射爐的熔爐溫度一般在1300°C左右，從爐膛排出的煙氣溫度基本在1100°C左右。這樣，當采用現有的空氣燒嘴時，燃燒反應所釋放的熱量中大約有超過50%的熱量隨著煙氣被排放到爐外而白白浪費。隨著能源資源供應日趨緊張和燃料價格不斷攀升，在反射爐熔煉過程中提高燃燒效率來降低生產成本變得越來越迫切。采用回收熱煙氣的熱量來加熱助燃空氣是一種提高燃燒效率的手段，但助燃空氣由于再生有色金屬熔煉過程煙塵含量高，易造成換熱器或蓄熱器堵塞而影響煙氣余熱回收效率及經常需要維護換熱器或更換蓄熱器的蓄熱體。
實用新型內容藉此，本實用新型的主要目的在于提供一種應用于有色金屬反射爐的燒嘴、燒嘴組件以及燃燒系統，它們均設置有氧氣管道以輸送濃度大于21 %的氧氣。這樣，能夠減少進入到反射爐內的氮氣含量，從而降低氮氧化物的生成和排放。為此，本實用新型公開了一種用于有色金屬反射爐的燒嘴，其特征在于，所述燒嘴包括燒嘴主體；燃料管道，其貫穿所述燒嘴主體，用于輸送燃料；氧氣管道，其鄰近所述燃料管道并貫穿所述燒嘴主體，用于輸送濃度大于21%的氧氣。優選地，所述氧氣的濃度為90% -100%。可選擇地，所述燃料為氣體燃料或液體燃料或固體燃料。可選擇地，所述燃料為天然氣、煤制氣、合成氣、柴油、重油、煤粉、石油焦粉其中之
一者O可選擇地，所述燃料管道相對所述氧氣管道布置在中央，所述氧氣管道環繞所述燃料管道。可選擇地，所述氧氣管道相對所述燃料管道布置在中央，所述燃料管道環繞所述
氧氣管道。本實用新型還公開了一種用于有色金屬反射爐的燒嘴組件，其特征在于，其包括上述的燒嘴，以及控制裝置，其中，所述控制裝置用于調節所述氧氣和/或所述燃料的流量。具體地，所述控制裝置為流量閥，所述流量閥用于調節所述燃料和/或所述氧氣的流量。較優地，所述控制裝置還包括傳感器，其用于感應所述有色金屬反射爐內的氣氛；以及中央處理器，其用于根據所述傳感器感應到的氣氛控制所述流量閥。本實用新型還公開了一種用于有色金屬反射爐的燃燒系統，其特征在于，所述燃燒系統包括燒嘴組件和燒嘴磚，其中，所述燒嘴組件包括燒嘴和控制裝置；其中，所述燒嘴包括燒嘴主體；燃料管道，其貫穿所述燒嘴主體，用于輸送燃料；氧氣管道，其鄰近所述燃料管道并貫穿所述燒嘴主體，用于輸送濃度大于21 %的氧氣；控制裝置，其用于調節所述氧氣和/或所述燃料的流量；其中，所述燒嘴密封地安裝在所述燒嘴磚的通道內；藉此，所述燒嘴磚用于導引由所述燒嘴產生的火焰在所述有色金屬反射爐中用于加熱。優選地，所述氧氣的濃度為90% -100%。可選擇地，所述燃料管道為圓形或環形，所述氧氣管道為圓形或環形、周向地環繞所述燃料管道并且所述氧氣管道與所述燃料管道的中心的徑向距離相同；或者所述氧氣管道為圓形或環形，所述燃料管道為圓形或環形、周向地環繞所述氧氣管道并且所述燃料管道與所述氧氣管道的中心的徑向距離相同。更優選地，所述燒嘴磚的長度為2-8英寸之間，所述燒嘴磚的長度和內徑的比值在2-6之間。可選擇地，所述燃料管道為扁平形，所述氧氣管道為扁平形、周向地環繞所述燃料管道；或者所述氧氣管道為扁平形，所述燃料管道為扁平形、周向地環繞所述氧氣管道。優選地，所述燒嘴磚的長度為4-18英寸之間，所述燒嘴磚通道截面的寬度與高度之比在5-30之間。優選地，所述燒嘴及燒嘴磚的縱向軸線相對于水平縱向軸線的角度是可調節的。更優選地，所述角度為0° -15°。相對于空氣燒嘴，本實用新型所公開的燒嘴、燒嘴組件以及燃燒系統中的燒嘴為氧氣燒嘴，該氧氣燒嘴是以用濃度超過21%的氧氣作為助燃氣體替代空氣和燃料進行燃燒；較佳地，以濃度在90%以上的氧氣作為助燃氣體替代空氣與燃料燃燒；更佳地，以濃度在95%以上的氧氣作為助燃氣體替代空氣與燃料燃燒，最佳地，以純氧替代空氣作為助燃氣體與燃料燃燒。相對于空氣助燃方式，應用本實用新型所公開的氧氣燒嘴，在燃燒中能夠減少引入的氮氣量，尤其當氧氣的濃度在90%以上或者95%以上時，能夠大大減少氮氣的引入，如果采用純氧，那么就沒有氮氣的引入，所以燃燒過程中節省了加熱氮氣所需要的熱量從而使燃燒效率大大提高并且大量降低燃燒過程中氮氧化合物的生成，而且也可以減少煙氣排放總量，最多可減少70%以上，這樣污染物的排放亦大大降低。另外，應用氧氣燒嘴后，燃燒火焰的溫度高，可加快物料熔化，在不改變窯爐大小的情況可增產。[0025]然而，在本實用新型的研發過程中，發明人注意到，雖然應用本實用新型具有上述節能、增產和減排等的優點，但本領域的技術人員普遍存在一些技術偏見。S卩，其一、本領域的技術人員普遍認為若將噴嘴的空氣管道設置成氧氣管道，則需要水冷而使得噴嘴的維護比較繁瑣；其二、本領域的技術人員普遍認為若將噴嘴的空氣管道設置成氧氣管道，則在熔煉過程會造成過多金屬氧化使金屬回收率下降。
[0026]為了解釋本發明，將在下文中參考附圖描述其示例性實施方式，附圖中圖I為本實用新型的一種實施方式的燒嘴的示意性剖面圖；圖2a為本實用新型的一種實施方式的燒嘴的示意性側視圖；圖2b為本實用新型的一種實施方式的燒嘴的示意性側視圖；圖3為圖I的燒嘴安裝到燒嘴磚中的示意性剖面圖；圖4為本實用新型的較佳實施方式的一種燃燒系統的示意圖。不同圖中的相似特征由相似的附圖標記指示。
具體實施方式
下文所述的氧氣指的是濃度大于21%的氧氣，在較優的方案中，該氧氣指的是濃度至少為90 %的氧氣，在更優的方案中，該氧氣指的是濃度至少為95%的氧氣，在最優的方案中，該氧氣指的是濃度為100%的純氧。下文所述的燃料包含可與氧氣燃燒生成燃燒產物的元素或化合物。其中，所謂“燃燒產物”是指包含以下任何一種的氣體混合物碳的氧化物、水、未反應的燃料、未反應的氧、硫的氧化物、惰性成分，諸如包括氮和氬。通常，燃料是單相氣體或液體，但是可替代的，可以是可流動多相流體，例如，烴類液體與可燃氣體的兩相混合物、水與液態烴的懸浮液、固體碳質燃料在空氣或水中的懸浮體，或者固體碳質燃料在液態烴中的懸浮體。具體地，從形態上分，燃料可以為氣體燃料或液體燃料或固體燃料，從成份上分，燃料可以為天然氣、煤制氣、合成氣、柴油、重油、煤粉或者石油焦粉等。如圖I所示，圖I示意性地示出了本實用新型的一種實施方式的燒嘴的剖面圖。該燒嘴100基本呈圓柱形，其包括燒嘴主體102、沿著縱向軸線104貫穿燒嘴主體102的燃料管道106以及氧氣管道108，其中，燃料管道106為圓形管道并且相對于氧氣管道108布置在中央用于輸送燃料，氧氣管道108呈環形，布置成鄰近并環繞燃料管道106用于輸送氧氣。本領域的技術人員可以理解，圖I所示的燒嘴結構還可以有其他變形，諸如，將氧氣管道相對于燃料管道設置在中央，同時將燃料管道鄰近并環繞該氧氣管道設置，這樣也是可以的。圖2a和圖2b示出了其他兩種可選擇的燒嘴結構。在圖2a中，該燒嘴具有一個燃料管道106和多個氧氣管道108，其中，燃料管道為圓形，多個氧氣管道108的每一個也為圓形、周向地環繞燃料管道106并且各個氧氣管道108的中心與燃料管道106的中心的徑向距離相同。在圖2b中，該燒嘴具有一個燃料管道106和一個氧氣管道108，其中，該燃料管道106和該氧氣管道108均呈扁平狀，氧氣管道108周向地環繞燃料管道106。其中，在圖2b中，W和H分別表示與該扁平狀燒嘴結構配合的燒嘴磚的通道截面的寬度和高度。本領域的技術人員應當可以理解，在其他實施方式中，燒嘴也可以具有一個氧氣管道和多個燃料管道，其中，氧氣管道為圓形，多個燃料管道也為圓形、周向地環繞氧氣管道并且各個燃料管道的中心與氧氣管道的中心的徑向距離相同。在其他實施方式中，氧氣管道也可以為扁平形，同時，燃料管道為扁平形、周向地環繞該氧氣管道而布置。參見圖3，其示出了圖I中的燒嘴100安裝在燒嘴磚200的示意圖，其中，燒嘴磚200由耐火材料制成，其長度以L表示，其用以容納燒嘴100的孔的內徑以D表示，可被安裝在有色金屬反射爐的爐壁上的安裝孔上；燒嘴100密封地安裝在燒嘴磚200的內部且兩者的縱向軸線是基本重合的。
參見圖4，其示意性地示出了有色金屬反射爐的燃燒系統10，其中，該燃燒系統10包括有燒嘴100、燒嘴磚200以及控制裝置以及調節裝置。其中，為使燃料和氧氣在較大的氧燃配比的波動范圍內亦可形成穩定的燃燒火焰，而且為了使與燒嘴磚200的內壁面接觸的氣流可以起到冷卻燒嘴磚200的作用從而不需要額外的水冷裝置進行冷卻，則需如此設置燒嘴磚如果采用圖I、圖2a所示的燃料管道106和氧氣管道108，則燒嘴磚200的長度L須在2英寸與8英寸之間，且長度L與內徑D的比值(L/D)在2與6之間；如果采用圖2b所示的扁平形的燃料管道106和氧氣管道108，則燒嘴磚的長度須在4英寸與18英寸之間，且燒嘴磚通道截面的寬度W與高度H之比(W/H)在5與30范圍之內選擇。控制裝置用于調節所述氧氣和/或所述燃料的流量，其包括中央處理器302、傳感器304以及流量閥306。流量閥306用于調節燃料和/或氧氣的流量；傳感器304用于感應有色金屬反射爐內的氣氛；中央處理器302用于根據傳感器304感應到的氣氛控制流量閥306。這樣，中央處理器302就可以在接收到傳感器304所感應到的爐內氣氛后根據有色金屬熔化過程中每個熔化階段對爐氣氣氛的要求來調節流量閥306輸送氧氣和/或燃料的流量進而控制氧燃比使爐氣氣氛控制在需要的氧化氣氛或者還原氣氛來提高金屬回收的收得率。調節機構包括支撐部分402和調節部分404。調節部分404 —端支撐于支撐部分402上另一端與燒嘴100的外周邊相接觸；當調節部分404上下微調時即可以使燒嘴100和燒嘴磚200 —起做一定角度的擺動，從而優化火焰覆蓋面和避免局部過熱。如圖所示，為了使燒嘴磚200在反射爐的壁內進行可允許角度的轉動，該反射爐爐體在與燒嘴磚200相配合的上壁面的靠外側的部分和下壁面靠內側的部分制造成斜坡狀。優選地，該可允許擺動的角度為0° -15° (即，水平位置以及與水平位置呈15°夾角內的范圍內)，其中，隨著角度的增加，燒嘴磚200的火焰噴出端越向下傾斜。具體地，該調節部分404例如可以為具有絲杠等螺絲旋進件。因此，燒嘴磚200的火焰噴出端用于導引由燒嘴100末端產生的火焰在有色金屬反射爐中加熱有色金屬。本實用新型還公開了一種用于有色金屬反射爐的燒嘴組件，其不僅包括上述的燒嘴還包括有如上所述的用于調節氧氣和/或燃料的流量的控制裝置。具體地，在一種實施方式中，該控制裝置可以為流量閥，該流量閥用于調節燃料和/或氧氣的流量，在這里，流量閥是可以通過手動操作的。在另一種實施方式中，該控制裝置可以包括流量閥、傳感器以及中央處理器，其中，流量閥用于調節燃料和/或氧氣的流量，傳感器用于感應有色金屬反射爐內的氣氛，中央處理器用于根據傳感器感應到的氣氛控制流量閥。可選擇地，所述燃料管道相對所述氧氣管道布置在中央，所述氧氣管道環繞所述燃料管道。可選擇地，所述氧氣管道相對所述燃料管道布置在中央，所述燃料管道環繞所述
氧氣管道。本實用新型的有益效果為第一、本實用新型的氧氣燒嘴替代空氣燒嘴，由于助燃是用濃度更高的氧氣而不 是空氣，這樣節省了加熱氮氣所需的熱量和大幅度減少燃燒過程氮氧化合物的生成，從而提高了燃燒效率和減少污染物的排放；第二、本實用新型的氧氣噴嘴不需要水冷，結構簡單，安裝方便，不需要增加換熱器或蓄熱體；第三、維護簡單，不像換熱式或蓄熱式的空氣燒嘴那樣需要經常維護燒嘴或更換蓄熱體；第四、眾所周知，熔化時間越長，有色金屬被氧化的越多，然而，如果以濃度更高的氧氣助燃，燃燒火焰溫度高，加速了有色金屬的熔化速度，從而縮短熔化所需時間，這樣不僅可以增加反射爐的生產能力，而且可減少有色金屬在熔化時氧化耗損；第五、煙氣總排放量減少最多可達70 %以上，大大減少煙氣排放過程中夾帶粉塵的金屬損失和降低煙氣處理裝置的工作負擔；第六、氧氣燒嘴的安裝角度可以根據反射爐的空間大小、反射爐的功率、排煙口在爐膛的位置等等因素調節燒嘴的安裝角度，優化火焰在爐膛的覆蓋面積；第七、氧燃比可根據熔化過程每個熔化階段爐氣氣氛的具體需要靈活調整，使爐內的氣氛控制在所需要的氧化氣氛或還原氣氛來提高有色金屬回收的收得率。本實用新型不以任何方式限制于在說明書和附圖中呈現的示例性實施方式。示出以及描述的實施方式(的部分)的所有組合明確地理解為并入該說明書之內并且明確地理解為落入本實用新型的范圍內。而且，在如權利要求書概括的本實用新型的范圍內，很多變形是可能的。此外，不應該將權利要求書中的任何參考標記構造為限制本實用新型的范圍。
權利要求1.一種用于有色金屬反射爐的燒嘴，其特征在于，所述燒嘴包括 燒嘴主體； 燃料管道，其貫穿所述燒嘴主體，用于輸送燃料； 氧氣管道，其鄰近所述燃料管道并貫穿所述燒嘴主體，用于輸送濃度大于21 %的氧氣。
2.根據權利要求I所述的燒嘴，其特征在于，所述氧氣的濃度為90%-100%。
3.根據權利要求I或2所述的燒嘴，其特征在于，所述燃料為氣體燃料或液體燃料或固體燃料。
4.根據權利要求I或2所述的燒嘴，其特征在于，所述燃料為天然氣、煤制氣、合成氣、柴油、重油、煤粉、石油焦粉其中之一者。
5.根據權利要求I或2所述的燒嘴，其特征在于，所述燃料管道相對所述氧氣管道布置在中央，所述氧氣管道環繞所述燃料管道。
6.根據權利要求I或2所述的燒嘴，其特征在于，所述氧氣管道相對所述燃料管道布置在中央，所述燃料管道環繞所述氧氣管道。
7.一種用于有色金屬反射爐的燒嘴組件，其特征在于，其包括如權利要求1-6所述的燒嘴，以及控制裝置，其中，所述控制裝置用于調節所述氧氣和/或所述燃料的流量。
8.根據權利要求7所述的燒嘴組件，其特征在于，所述控制裝置為流量閥，所述流量閥用于調節所述燃料和/或所述氧氣的流量。
9.根據權利要求8所述的燒嘴組件，其特征在于，所述控制裝置還包括 傳感器，其用于感應所述有色金屬反射爐內的氣氛；以及 中央處理器，其用于根據所述傳感器感應到的氣氛控制所述流量閥。
10.一種用于有色金屬反射爐的燃燒系統，其特征在于，所述燃燒系統包括燒嘴組件和燒嘴磚，其中， 所述燒嘴組件包括燒嘴和控制裝置；其中， 所述燒嘴包括 燒嘴主體； 燃料管道，其貫穿所述燒嘴主體，用于輸送燃料； 氧氣管道，其鄰近所述燃料管道并貫穿所述燒嘴主體，用于輸 送濃度大于21%的氧氣； 控制裝置，其用于調節所述氧氣和/或所述燃料的流量； 其中，所述燒嘴密封地安裝在所述燒嘴磚的通道內； 藉此，所述燒嘴磚用于導引由所述燒嘴產生的火焰在所述有色金屬反射爐中用于加熱。
11.根據權利要求10所述的燃燒系統，其特征在于，所述氧氣的濃度為90%-100%。
12.根據權利要求10或11所述的燃燒系統，其特征在于，所述燃料管道為圓形或環形，所述氧氣管道為圓形或環形、周向地環繞所述燃料管道并且所述氧氣管道與所述燃料管道的中心的徑向距離相同；或者所述氧氣管道為圓形或環形，所述燃料管道為圓形或環形、周向地環繞所述氧氣管道并且所述燃料管道與所述氧氣管道的中心的徑向距離相同。
13.根據權利要求12所述的燃燒系統，其特征在于，所述燒嘴磚的長度為2-8英寸之間，所述燒嘴磚的長度和其內徑的比值在2-6之間。
14.根據權利要求10或11所述的燃燒系統，其特征在于，所述燃料管道為扁平形，所述氧氣管道為扁平形、周向地環繞所述燃料管道；或者所述氧氣管道為扁平形，所述燃料管道為扁平形、周向地環繞所述氧氣管道。
15.根據權利要求14所述的燃燒系統，其特征在于，所述燒嘴磚的長度為4-18英寸之間，所述燒嘴磚的通道截面的寬度與高度之比在5-30之間。
16.根據權利要求10或11所述的燃燒系統，其特征在于，所述燒嘴及燒嘴磚的縱向軸線相對于水平縱向軸線的角度是可調節的。
17.根據權利要求16所述的燃燒系統，其特征在于，所述角度為0°-15°。
專利摘要一種用于有色金屬反射爐的燒嘴，其特征在于，所述燒嘴包括燒嘴主體；燃料管道，其貫穿所述燒嘴主體，用于輸送燃料；氧氣管道，其鄰近所述燃料管道并貫穿所述燒嘴主體，用于輸送濃度大于21％的氧氣。通過這種燒嘴，能夠減少進入到反射爐內的氮氣含量，從而降低氮氧化物的生成和排放。
文檔編號F23L7/00GK202660558SQ201220166270
公開日2013年1月9日 申請日期2012年4月9日 優先權日2012年4月9日
發明者王晶紅 申請人:空氣化工產品有限公司, 天津大山銅業有限公司