一种自身预热式高速烧嘴及其控制方法技术

本发明专利技术属于燃烧器领域，涉及一种自身预热式高速烧嘴及其控制方法，燃气供应管上设有径向喷射燃气供应管和轴向喷射燃气供应管，并通过设置在燃气供应管入口处的燃气调节板自动调整径向喷射燃料和轴向喷射燃料的比例，燃烧室从烟气导流器的中间穿过，空气经预热器之后部分从燃烧室和烟气导流器之间的缝隙直接流入主燃烧空间，剩余空气流入燃烧室与燃气边反应边喷入主燃烧空间，燃烧室和烟气导流器之间的间隙随温度升高而增加。本发明专利技术利用预热器的受热膨胀调整烟气导流器位置并控制空气分级比例，同时相应调整燃料分级比例，既能有效确保中低温状态下的火焰稳定性，又能自动拉长高温状态火焰长度，控制火焰局部高温，提高温度均匀性并降低NOx排放。

A self-preheating high-speed burner and its control method

The invention belongs to the field of burners, and relates to a self-preheated high-speed burner and its control method. The gas supply pipe is provided with a radial injection gas supply pipe and an axial injection gas supply pipe. The ratio of radial injection fuel and axial injection fuel is automatically adjusted by a gas regulating plate arranged at the entrance of the gas supply pipe. The combustion chamber passes through the middle of the flue gas guide. After the preheater, part of the gas flows directly into the main combustion space from the gap between the combustor and the flue gas guide, while the remaining air flows into the main combustion space at the reaction side between the combustor and the gas. The gap between the combustor and the flue gas guide increases with the increase of temperature. The present invention adjusts the position of the flue gas diverter and controls the air Grading ratio by using the heat expansion of the preheater, and adjusts the fuel Grading ratio accordingly, which can not only effectively ensure the flame stability in the medium and low temperature state, but also automatically lengthen the flame length in the high temperature state, control the local high temperature of the flame, improve the temperature uniformity and reduce the emission of NOx.

【技术实现步骤摘要】
一种自身预热式高速烧嘴及其控制方法
本专利技术属于燃烧器领域，涉及一种自身预热式高速烧嘴及其控制方法。
技术介绍
自身预热式高速烧嘴在冶金热处理炉上有较为广泛的使用，但其小空间燃烧室内较大的燃烧强度导致了其通常具有相对较高的NOx排放值，而且也有相当一部分产品存在低温下火焰不稳定的缺点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术为了解决上述现有自身预热式高速烧嘴存在的问题，提供一种自身预热式高速烧嘴，既确保低温下烧嘴的火焰稳定，同时又能控制较高温度条件下的局部高温和NOx排放指标。为达到上述目的，本专利技术提供一种自身预热式高速烧嘴，包括燃气供应管、空气供应管、预热器、排烟管、烟气导流器和燃烧室，燃气供应管包括由外向内套装而成的径向喷射燃气供应管和轴向喷射燃气供应管，烟气导流器出气口外侧为主燃烧空间，径向喷射燃气供应管靠近主燃烧空间的一端设置燃烧室，其另一端设置用于调整进入径向喷射燃气供应管和轴向喷射燃气供应管燃料比例的风门结构，风门结构由燃气调节板和隔板组成；烟气导流器固定在预热器上，并套设于燃烧室外且不固定在燃烧室上，由预热器隔开的空气供应管和排烟管分别与烟气导流器的内、外侧相通，烟气导流器与燃烧室之间形成一圈环缝H1；燃烧室包括内径逐渐变小的缩口段和前端直段，前端直段与缩口段相连且穿过烟气导流器，缩口段连接在径向喷射燃烧管上，燃烧室与烟气导流器间的最小距离随主燃烧空间温度的升高而增大。进一步，烟气导流器包括内径逐渐变小的缩颈段和前颈直段，缩颈段的两端与预热器和前颈直段分别连接，环缝H1位于烟气导流器的前颈直段和燃烧室的前端直段之间；燃烧室的缩口段的缩口角度A不大于所述烟气导流器的缩颈段的缩口角度B。进一步，燃烧室还包括与缩口段在背离前端直段一端连接并将缩口段固定在径向喷射燃烧管上的后端直段；烟气导流器还包括与缩颈段在背离前颈直段的一端连接并将缩颈段固定在预热器上的后颈直段。进一步，烟气导流器的缩颈段与前颈直段和后颈直段的连接处均采用弧形圆角过渡；烟气导流器的前颈直段外接为D1，缩颈段与前颈直段和后颈直段间连接处的圆角半径分别为R1、R2，且R1＝(1.3～1.5)R2，R2＝(0.4～0.5)D1；烧嘴点火前，燃烧室的缩口段与烟气导流器内壁相接触，其接触点位于烟气导流器的缩颈段与前颈直段间连接处的圆弧段上。进一步，径向喷射燃气供应管在伸入至燃烧室内的前端端部设有圆形挡板，且径向喷射燃气供应管前端上在燃烧室入口与圆形挡板之间设有空气分配盘，在空气分配盘和圆形挡板之间设有径向燃气喷口，轴向喷射燃气供应管在伸入至燃烧室内的前端设有轴向燃气喷口，且轴向燃气喷口贯穿于圆形挡板。进一步，径向燃气喷口的个数≥3个，径向燃气喷口周向均布在径向喷射燃气供应管上，径向燃气喷口的轴线与烧嘴轴线垂直，轴向燃气喷口的轴线与烧嘴轴线重合，轴向燃气喷口截面积与径向燃气喷口总截面积的比为1∶2～2∶1。进一步，空气分配盘为圆盘结构，其周向均布有至少三个空气喷射圆孔，空气喷射圆孔的轴线与烧嘴轴线平行，且空气喷射圆孔的轮廓线与圆形挡板的外圈轮廓相切。进一步，空气分配盘与燃烧室的后端直段内壁之间形成一圈环缝H2；空气喷射圆孔的总面积与环缝H2的截面面积之比为1∶1～1∶3；环缝H1的截面积与环缝H2的截面积之比为1∶1～1∶4。一种自身预热式高速烧嘴的控制方法，包括如下步骤：A、根据主燃烧空间温度调节燃气调节板所处角度，主燃烧空间温度低于设定最低温度值T1时，燃气调节板处于0°位置，燃气调节板封堵轴向喷射燃气供应管，从径向燃气喷口进来的燃气和从空气供应管进来的空气全部流入燃烧室，径向喷射的燃气与空气在燃烧室内发生扩散燃烧反应，实现低温状态下的稳定燃烧；B、随着燃料的燃烧，主燃烧空间的温度逐渐升高，空气开始被预热，燃烧室和烟气导流器内壁之间因膨胀量不同而开始出现缝隙，部分空气开始从该缝隙流过并经环缝H1流入主燃空间；C、当主燃烧室的温度介于最低温度值T1和最高温度值T2时，调节燃气调节板，燃气从径向燃气喷口和轴向燃气喷口以不同的方向喷入燃烧室；径向燃气喷口和轴向燃气喷口喷出的燃气以及从空气供应管流入的空气在燃烧室发生扩散燃烧并稳定火焰，另有部分燃气从燃烧室流出进入主燃空间继续燃烧；温度越高，从轴向燃气喷口喷射的燃气比例越大，从环缝H1流入主燃烧空间的空气比例越大，即在主燃空间燃烧的比例越大；D、当主燃烧空间的温度达到或高于最高温度值T2时，不再需要低温燃烧的稳定性，燃气调节板调节到C°位置，燃气调节板封堵部分径向喷射燃气供应管，燃气从轴向燃气喷口喷入燃烧室的比例达到最大；同时随着主燃烧空间温度的不断升高，烟气导流器与燃烧室之间的流通间隙受环缝H1控制，从环缝H1流过的空气比例也达到上限；由于流入燃烧室的空气比例减少和大量燃气的轴向喷射方式，燃气主要在主燃烧空间发生燃烧反应，燃烧室内保留一定的燃烧强度，产生一定的背压，实现气体从燃烧室和环缝H1的高速喷出。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术的自身预热式高速烧嘴中燃气的分级燃烧主要根据主燃烧空间的温度进行调整，主燃烧空间的温度较低时，燃气调节板封堵轴向喷射燃气供应管，从径向喷射燃气供应管进来的燃气和空气供应管进来的空气全部进入燃烧室，燃气与空气在燃烧室内发生燃烧反应，实现低温状态下燃烧室内燃气的稳定燃烧，NOx排放值处于较低水平，烧嘴以确保火焰稳定为目标，实现中低温状态下烧嘴燃烧的稳定性；主燃烧空间处于高温状态下时，燃气调节板封堵部分径向喷射燃气供应管，燃气主要从轴向燃气喷口喷入燃烧室内，少部分燃气与空气在燃烧室内反应，在燃烧室内形成一定的温度，实现气体在燃烧室的受热膨胀，使得气体以较高的喷出速度喷出，这样大部分燃气从燃烧室进入主燃空间与空气发生燃烧反应，燃气射流与空气射流相互平行，可以实现较慢的反应速度，得到较长的火焰和较为均匀的温度，并有效控制NOx排放指标。燃气和空气在主燃烧空间燃烧时，烟气导流器与燃烧室之间空气的流量受环缝H1控制，从环缝H1流过的空气达到上限，这样能够控制主燃烧空间中火焰的大小，在确保火焰稳定性的同时，一定程度上降低燃烧强度和保护燃烧室。2、本专利技术的自身预热式高速烧嘴，始终确保了较高的气体喷射速度，对主燃烧空间的气体起到引射作用，实现了较高的烟气自循环倍率，可以应用于明火加热，也可以用于辐射管间接加热装置，用于辐射管间接加热装置时，能有效提高辐射管表面温度均匀性，大幅提高了辐射管使用寿命。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术自身预热式烧嘴的剖面示意图；图2为本专利技术自身预热式烧嘴点火前燃气调节板状态示意图；图3为本专利技术自身预热式烧嘴高温状态时燃气调节板状态示意图；图4为本专利技术自身预热式烧嘴高工作时各种气体流动示意图；图5为图1的M-M向视图；图6为图1的F向视图；图7为图1的E-E向视图；图8为高温状态下燃烧室与烟气导流器之间相对位置示意图。具体实施方式下面将对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。说明书附图中的附图标记包括：燃气供应管1、空气供应管2、预热器3、排烟管4、烟气导流器5、燃烧室6、主燃烧空间7、径向喷射燃气供应管8、轴向喷射燃气供应管9、燃气调节板10、隔板11、空气分配盘12、圆形挡板13、径向燃气喷口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自身预热式高速烧嘴，包括燃气供应管、空气供应管、预热器、排烟管、烟气导流器和燃烧室，其特征在于：所述燃气供应管包括由外向内套装而成的径向喷射燃气供应管和轴向喷射燃气供应管，所述烟气导流器出气口外侧为主燃烧空间，所述径向喷射燃气供应管靠近主燃烧空间的一端设置燃烧室，其另一端设置用于调整进入径向喷射燃气供应管和轴向喷射燃气供应管燃料比例的风门结构，所述风门结构由燃气调节板和隔板组成；所述烟气导流器固定在预热器上，并套设于燃烧室外且不固定在燃烧室上，由预热器隔开的空气供应管和排烟管分别与烟气导流器的内、外侧相通，烟气导流器与燃烧室之间形成一圈环缝H1；所述燃烧室包括内径逐渐变小的缩口段和前端直段，所述前端直段与缩口段相连且穿过烟气导流器，所述缩口段连接在径向喷射燃烧管上，燃烧室与烟气导流器间的最小距离随主燃烧空间温度的升高而增大。

【技术特征摘要】
1.一种自身预热式高速烧嘴，包括燃气供应管、空气供应管、预热器、排烟管、烟气导流器和燃烧室，其特征在于：所述燃气供应管包括由外向内套装而成的径向喷射燃气供应管和轴向喷射燃气供应管，所述烟气导流器出气口外侧为主燃烧空间，所述径向喷射燃气供应管靠近主燃烧空间的一端设置燃烧室，其另一端设置用于调整进入径向喷射燃气供应管和轴向喷射燃气供应管燃料比例的风门结构，所述风门结构由燃气调节板和隔板组成；所述烟气导流器固定在预热器上，并套设于燃烧室外且不固定在燃烧室上，由预热器隔开的空气供应管和排烟管分别与烟气导流器的内、外侧相通，烟气导流器与燃烧室之间形成一圈环缝H1；所述燃烧室包括内径逐渐变小的缩口段和前端直段，所述前端直段与缩口段相连且穿过烟气导流器，所述缩口段连接在径向喷射燃烧管上，燃烧室与烟气导流器间的最小距离随主燃烧空间温度的升高而增大。2.如权利要求1所述的自身预热式高速烧嘴，其特征在于：所述烟气导流器包括内径逐渐变小的缩颈段和前颈直段，所述缩颈段的两端与预热器和前颈直段分别连接，所述环缝H1位于烟气导流器的前颈直段和燃烧室的前端直段之间；所述燃烧室的缩口段的缩口角度A不大于所述烟气导流器的缩颈段的缩口角度B。3.如权利要求2所述的自身预热式高速烧嘴，其特征在于：所述燃烧室还包括与缩口段在背离前端直段一端连接并将缩口段固定在径向喷射燃烧管上的后端直段；所述烟气导流器还包括与缩颈段在背离前颈直段的一端连接并将缩颈段固定在预热器上的后颈直段。4.如权利要求3所述的自身预热式高速烧嘴，其特征在于：所述烟气导流器的缩颈段与前颈直段和后颈直段的连接处均采用弧形圆角过渡；所述烟气导流器的前颈直段外接为D1，缩颈段与前颈直段和后颈直段间连接处的圆角半径分别为R1、R2，且R1＝(1.3～1.5)R2，R2＝(0.4～0.5)D1；所述烧嘴点火前，燃烧室的缩口段与烟气导流器内壁相接触，其接触点位于烟气导流器的缩颈段与前颈直段间连接处的圆弧段上。5.如权利要求4所述的自身预热式高速烧嘴，其特征在于：所述径向喷射燃气供应管在伸入至燃烧室内的前端端部设有圆形挡板，且径向喷射燃气供应管前端上在燃烧室入口与圆形挡板之间设有空气分配盘，在空气分配盘和圆形挡板之间设有径向燃气喷口，轴向喷射燃气供应管在伸入至燃烧室内的前端设有轴向燃气喷口，且轴向燃气喷口贯穿于圆形挡板。6.如权利要求5所述的自身预热式高速烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：程奇伯，张道明，王宏宇，冯霄红，雍海泉，
申请(专利权)人：重庆赛迪热工环保工程技术有限公司，中冶赛迪技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50