本发明专利技术公开了一种轧钢加热炉无焰燃烧器，该轧钢加热炉无焰燃烧器燃气进气管道、空气进气管道、设置于空气进气管道中的一二次风调节挡板、一次风进气管道、二次风进气管道、燃气喷嘴、燃气钝体、一次风喷嘴，旋流叶片、稳焰腔体、二次风喷嘴和出口扩张段，所述二次风进气管道与所述一次风进气管道分置于燃烧器中心轴的两侧。本发明专利技术的无焰燃烧器通过与加热炉炉膛内腔结构相结合布置燃气喷嘴和空气喷嘴，在炉内加热区域形成紧贴炉壁的环状点火稳焰区、烟气回流加热区、贫燃稀薄燃烧区、贫氧稀薄燃烧区和当量比稀薄燃烧区，得到稳定的可常温点火运行的无焰燃烧状态；通过调整气流动力学参数，可达到炉膛加热温度均匀、燃烧效率高、NOx生成低的良好效果。
【技术实现步骤摘要】
轧钢加热炉无焰燃烧器及其应用
本专利技术涉及一种轧钢加热炉无焰燃烧器及其应用，属于冶金热工领域。
技术介绍
轧钢加热炉是冶金行业热连轧生产线上的主要耗能设备，用于将连铸坯加热到均匀的适合轧制的温度(奥氏体组织)，以提高钢的塑性，降低轧制过程的形变抗力。燃烧器是加热炉的核心工艺装备，其性能直接影响到加热钢坯的温度均匀性、炉窑能耗水平和污染物排放等各项技术经济指标。燃烧器设计通常以高效、低排和温度均匀为首要的性能目标。无焰燃烧是一种新型高效低污染燃烧技术，相对于传统燃烧，无焰燃烧具有以下优点：反应速率低、局部释热少、无火焰锋面、加热温度均匀，且氮氧化物(NOx)排放极低，特别适合应用于轧钢加热炉加热过程中。无焰燃烧技术可降低70％的氮氧化物排放，被国际燃烧界视为21世纪最具备发展潜力的技术之一。目前，国内外已存在一些基于无焰燃烧技术的专利。例如，中国专利(申请号96199385.5)提出了一种无焰燃烧器，该专利技术在燃烧室内设置一个催化表面以降低燃料的自燃温度，并将燃料和助燃空气预热至高于燃料经降低之后的自燃温度以上，从而在整个燃烧炉膛内实现无焰燃烧，并且温度分布均匀。中国专利(申请号201710893746.3)提出了一种工业中高热值废气无焰燃烧器，该专利技术可以使中高热值废气完全燃烧，避免灭火或爆燃，消除了安全隐患。中国专利(申请号200910104757.4)设计了一种无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴，该专利技术利用位于喷嘴本体中的蓄热体预热助燃空气从而实现炉内无焰燃烧，降低NOx排放量。中国专利(申请号201410019516.0)提出了一种直喷式燃气无焰燃烧器，该专利技术提供了一种结构简单，无需预热空气，内置搅拌反应器和设置蓄热体，即可在炉膛中实现无焰燃烧的直喷式燃气无焰燃烧器。国际专利(Flamelesscombustor,US005899269A)提供了一种采用无焰燃烧技术的燃烧室装置。该装置在燃烧室内设备套管以实现无焰燃烧。现有的无焰燃烧装置主要采用预热空气、内置搅拌反应器、蓄热体或者使用催化剂等方式，除蓄热式无焰燃烧外，其他类型均不适合大型轧钢加热炉工程应用，且多存在结构复杂，设备制造成本高，运行和维护困难的问题。蓄热式无焰燃烧运行还需成对布置燃烧器，周期换向系统，单独设置点火烧嘴提前预热等，系统更加复杂，设备故障率高，生产成本高。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种无需蓄热换向的大型轧钢加热炉无焰燃烧装器。为了实现上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：一种轧钢加热炉无焰燃烧器，该燃烧器包括燃气进气管道、空气进气管道、一次风进气管道、二次风进气管道、燃气喷嘴、燃气钝体、一次风喷嘴，旋流叶片、稳焰腔体、二次风喷嘴和扩张段，所述空气进气管道上设置有一二次风调节挡板，所述一二次风调节挡板用于调节空气进入一次风进气管道和二次风进气管道的比例，所述一次风进气管道同轴套在所述燃气进气管道外部(即所述一次风进气管道为环状通道)，所述旋流叶片位于一次风进气管道内的出口端一侧，所述一次风喷嘴为由一次风进气管道、燃气进气管道和旋流叶片构成的通道，所述燃气进气管道内的出口端一侧的中心设有燃气钝体，所述燃气喷嘴为燃气进气管与燃气钝体共同形成的环状通道，所述燃气喷嘴与所述一次风喷嘴的出口位于同一平面，并通过稳焰腔体与所述扩张段连接，所述二次风进气管道与所述一次风进气管道分置于燃烧器中心轴的两侧，所述二次风进气管道通过所述二次风喷嘴与所述扩张段相连，所述二次风喷嘴出口面与所述稳焰腔体的出口面齐平，所述扩张段与轧钢加热炉的炉内连通，其形状为与燃烧器同中心轴且由内向外张口渐大的喇叭状腔体。优选地，所述旋流叶片旋转角度为5°～30°。优选地，所述二次风喷嘴设置有单个或多个独立的喷孔。喷孔数根据加热炉加热高度变化，加热高度2m以内炉膛，喷孔数1～7个。更优选地，所述喷孔数为1、3、5、7个。本专利技术还提供了该燃烧器在轧钢加热炉中的应用。该燃烧器在应用于轧钢加热炉时，一次风喷嘴结构根据加热炉所用燃气热值不同发生变化。燃气热值小于4MJ/m3时，旋流叶片旋转角度为15°～30°、一次风喷嘴流通面积为二次风喷嘴流通面积的1/20～1/10；燃气热值在4MJ/m3～7MJ/m3范围时，旋流叶片旋转角度为5°～15°、一次风喷嘴流通面积为二次风喷嘴流通面积的1/50～1/20；燃气热值大于7MJ/m3时，一次风喷嘴取消。燃气喷嘴结构和中心轴位置根据加热炉加热宽度不同发生变化，加热宽度小于4m时，燃气钝体直径为燃气进气管道直径的1/2，燃气进气管道的中心轴与燃烧器中心轴的距离为零(由于一次风进气管道与燃气进气管道同轴，这时，可视其相对于二次风进气管道为特殊情况的分置于燃烧器中心轴的两侧)；加热宽度在4m～6m间，燃气钝体直径为燃气进气管道直径的1/4，燃气进气管道中心轴与燃烧器中心轴的距离为一倍的燃气进气管道直径；加热宽度大于6m时，燃气钝体直径为零，燃气进气管道中心轴与燃烧器中心轴的距离为两倍的燃气进气管道直径。二次风喷嘴提供出口速度在40～100m/s范围的空气直喷射流，喷嘴喷孔流通面积根据加热炉加热宽度变化，加热宽度小于4m，二次风出口速度在40～50m/s范围；加热宽度在4m～6m间，二次风出口速度在50～80m/s范围；加热宽度大于6m，二次风出口速度在80～100m/s范围。轧钢加热炉以达到钢件加热温度均匀为首要的性能目标，不均匀的加热结果会导致产品质量问题。加热炉燃烧器多布置于炉膛两侧，大型的轧钢加热炉炉宽多达10米以上。单侧燃烧器在对应加热区域的温度均匀性与燃气的燃烧特性、空气和燃气的流动状态、混合状态以及加热炉结构密切相关。本专利技术的燃烧器通过燃气喷嘴提供高速环状直喷射流，一次风喷嘴提供同轴环状旋转射流，在稳焰腔体内由空气旋转射流卷吸中心燃气形成一圈紧贴炉壁的环状小火焰，起到点火和稳焰的作用，保障燃烧器在常温状态下即可点火运行和稳定燃烧。根据加热炉所用燃气的热值条件，改变一次风喷嘴结构以保证燃烧器在实现稳定燃烧的最小点火空气量状态工作，点火燃烧部分热负荷控制在燃烧器总热负荷的3％以下，点火燃烧部分热负荷越大，NOX生成量越多，控制最小点火负荷可同时实现燃烧器常温稳定点火工作，又能保证有害气体NOX生成最小。轧钢加热炉常用燃气主要为冶金附产气高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气以及三者混合得到的不同热值的混合煤气，也有与天然气混合配制的中低热值混合气。燃气主要燃烧成分为CO、CH4、H2和少量C2H4及C2H6等，不同热值的混合气可燃组分的含量不同，燃气热物性参数和燃烧特性不同。一般热值越高，点火越容易，最小点火负荷越小，热值越低点火越困难，最小点火负荷越大。无焰燃烧的形成需要气流有足够的动量和卷吸足够的稀释烟气，本专利技术的燃烧器通过燃气喷嘴提供高速环状直喷射流，根据加热炉加热宽度需要变化燃气钝体结构，以实现最佳的燃气出口速度和最大的烟气回流量，达到加热炉加热宽度方向加热温度均匀性要求。加热炉越宽，燃气出口速度越大。不合适的燃气出口速度会造成火焰过长或过短，影响整个加热区域本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轧钢加热炉无焰燃烧器，其特征在于：该燃烧器包括燃气进气管道、空气进气管道、一次风进气管道、二次风进气管道、燃气喷嘴、燃气钝体、一次风喷嘴，旋流叶片、稳焰腔体、二次风喷嘴和出口扩张段，所述空气进气管道上设置有一二次风调节挡板，所述一二次风调节挡板用于调节空气进入一次风进气管道和二次风进气管道的比例，所述一次风进气管道同轴套在所述燃气进气管道外部，所述旋流叶片位于一次风进气管道内的出口端一侧，所述一次风喷嘴为由一次风进气管道、燃气进气管道和旋流叶片构成的通道，所述燃气进气管道内的出口端一侧的中心设有燃气钝体，所述燃气喷嘴为燃气进气管与燃气钝体共同形成的环状通道，所述燃气喷嘴与所述一次风喷嘴的出口位于同一平面，并通过稳焰腔体与所述扩张段连接，所述二次风进气管道与所述一次风进气管道分置于燃烧器中心轴的两侧，所述二次风进气管道通过所述二次风喷嘴与所述扩张段相连，所述二次风喷嘴出口面与所述稳焰腔体的出口面齐平，所述扩张段与轧钢加热炉的炉内连通，其形状为与燃烧器同中心轴且由内向外张口渐大的喇叭状腔体。/n
【技术特征摘要】
1.一种轧钢加热炉无焰燃烧器，其特征在于：该燃烧器包括燃气进气管道、空气进气管道、一次风进气管道、二次风进气管道、燃气喷嘴、燃气钝体、一次风喷嘴，旋流叶片、稳焰腔体、二次风喷嘴和出口扩张段，所述空气进气管道上设置有一二次风调节挡板，所述一二次风调节挡板用于调节空气进入一次风进气管道和二次风进气管道的比例，所述一次风进气管道同轴套在所述燃气进气管道外部，所述旋流叶片位于一次风进气管道内的出口端一侧，所述一次风喷嘴为由一次风进气管道、燃气进气管道和旋流叶片构成的通道，所述燃气进气管道内的出口端一侧的中心设有燃气钝体，所述燃气喷嘴为燃气进气管与燃气钝体共同形成的环状通道，所述燃气喷嘴与所述一次风喷嘴的出口位于同一平面，并通过稳焰腔体与所述扩张段连接，所述二次风进气管道与所述一次风进气管道分置于燃烧器中心轴的两侧，所述二次风进气管道通过所述二次风喷嘴与所述扩张段相连，所述二次风喷嘴出口面与所述稳焰腔体的出口面齐平，所述扩张段与轧钢加热炉的炉内连通，其形状为与燃烧器同中心轴且由内向外张口渐大的喇叭状腔体。
2.根据权利要求1所述的轧钢加热炉无焰燃烧器，其特征在于：所述旋流叶片旋转角度为5°～30°。
3.根据权利要求1或2所述的轧钢加热炉无焰燃烧器，其特征在于：所述二次风喷嘴设置有单个或多个独立的喷孔。
4.根据权利要求3所述的轧钢加热炉无焰燃烧器，其特征在于：所述加热炉加热高度为2m以内炉膛，所述喷孔数为1～7个。
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【专利技术属性】
技术研发人员：丁翠娇，曹炳雷，宋中华，向云畔，杜贤武，
申请(专利权)人：武汉钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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