一种低NOx蓄热平焰烧嘴与燃烧控制方法技术

本发明专利技术属于工业燃烧器技术领域，具体地讲，涉及一种低NOx蓄热平焰烧嘴与燃烧控制方法，适用于钢铁、有色、机械、陶瓷等行业的工业炉窑。本发明专利技术包括烧嘴头、烧嘴砖和燃气管，所述烧嘴头安装在烧嘴砖上，所述燃气管安装在烧嘴头上、且燃气管与烧嘴砖配合，其结构特点在于：所述烧嘴砖包括烧嘴砖腔体和烧嘴砖外壳，所述烧嘴砖腔体设置在烧嘴砖外壳内，所述烧嘴砖腔体包括出口段和入口段，所述入口段与出口段连通，所述烧嘴头安装在入口段上、且烧嘴头与入口段之间形成回流腔，所述烧嘴砖上设置有回流孔，所述回流孔与回流腔连通。本发明专利技术利用烧嘴本身特性进行烧嘴内回流，能够有效减少局部高温、降低火焰温度，显著降低NOx排放。

【技术实现步骤摘要】
一种低NOx蓄热平焰烧嘴与燃烧控制方法
本专利技术属于工业燃烧器（俗称“烧嘴”）
，具体地讲，涉及一种低NOx蓄热平焰烧嘴与燃烧控制方法，适用于钢铁、有色、机械、陶瓷等行业的工业炉窑。
技术介绍
目前在国内外对工业炉窑大气污染物排放限制的大环境下，尤其是对NOx排放浓度的限制越来越苛刻，在工业炉窑上应用的核心设备烧嘴设计面临挑战，而蓄热平焰烧嘴辐射能力强，节能效果显著，但NOx排放一直居高不下，专利技术者和其他烧嘴公司一直在寻找降低NOx排放的最佳设计方案。研究表明，减少局部高温、降低火焰温度和烟气回流能够显著降低NOx生成。目前通常普遍采用稀释燃烧、分级燃烧、烟气再循环（“GFR”，俗称外部强制烟气回流。即将一部分排气返回到送气系统，降低混合气中的氧浓度，起热量吸收体的作用，不致使燃烧温度变得过高，从而抑制氮氧化物的生成）、炉内烟气回流（俗称“卷吸回流”）、强制回流等方式来降低NOx生成。例如授权公告号为CN205957172U的专利：该烧嘴为采用外部强制烟气回流，虽然降低了NOx排放，但是系统复杂，造价高，空燃比控制难度大，使用还存在缺陷，并未实现超低NOx排放，因此有必要对现有的烧嘴及燃烧方法进行改进和优化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，能极大降低NOx的蓄热平焰烧嘴与燃烧控制方法。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：该低NOx蓄热平焰烧嘴，包括烧嘴头、烧嘴砖和燃气管，所述烧嘴头安装在烧嘴砖上，所述燃气管安装在烧嘴头上、且燃气管与烧嘴砖配合，其结构特点在于：所述烧嘴砖包括烧嘴砖腔体和烧嘴砖外壳，所述烧嘴砖腔体设置在烧嘴砖外壳内，所述烧嘴砖腔体包括出口段和入口段，所述入口段与出口段连通，所述烧嘴头安装在入口段上、且烧嘴头与入口段之间形成回流腔，所述烧嘴砖上设置有回流孔，所述回流孔与回流腔连通。进一步地，所述烧嘴砖腔体的外壁与烧嘴砖外壳的内壁设置有耐火材料。进一步地，所述出口段呈喇叭状结构设置，所述出口段的内壁的半径为R、长度为L、且R＞L，所述入口段呈阶梯状结构设置，所述入口段的直径依次减小，所述入口段设置有喉部，所述喉部的直径为D，长度为L1，2D≥L1≥0.1D，所述回流腔的直径为D1，1.2D≤D1，所述回流孔的数量为m，m，2≤m≤8，作为优选，n=4。进一步地，所述烧嘴头内设置有烧嘴头腔体和连接腔体，所述连接腔体的两端分别为连接腔体出口和连接腔体入口，所述连接腔体出口与烧嘴头腔体连通、且方向垂直向切，所述烧嘴头腔体出口直径为D2，D2≤D。进一步地，所述烧嘴头腔体和连接腔体与烧嘴头之间均设置有隔热保温耐火材料。进一步地，所述低NOx蓄热平焰烧嘴还包括燃气管保护装置，所述燃气管保护装置安装在烧嘴头上，所述燃气管安装在燃气管保护装置上。进一步地，所述低NOx蓄热平焰烧嘴还包括蓄热箱体和空气接口，所述空气接口安装在蓄热箱体上，所述蓄热箱体安装在烧嘴头上，所述蓄热箱体内设置有箱体蓄热腔，所述箱体蓄热腔与蓄热箱体之间设置有箱体保温层，所述箱体蓄热腔设置有蓄热体。进一步地，所述燃气管的一端安装有燃气接口，所述燃气管的另一端设置有燃气喷孔，所述燃气喷孔沿燃气管圆周均匀交错分布、且燃气喷孔的轴线与燃气管的轴线垂直，所述燃气管材质为碳化硅、碳氮化硅或氮化硅，所述燃气管的直径为d，所述燃气喷孔的数量为多个，多个燃气喷孔呈环状均匀排布，环数为n，2≤n≤4，作为优选，n=3，每环燃气喷孔的数量3～8，作为优选，燃气喷孔的数量为4；当n=2时，燃气喷孔均设在出口段内，当n=3或4时，2环燃气喷孔设在出口段内，（n-2）环燃气喷孔设在入口段内，燃气管在出口段内的燃气喷孔与出口段的端面间距为l，两环燃气喷孔间距为l0，l≤L/2，l0≤d。进一步地，所述烧嘴砖安装在工业炉窑上，所述工业炉窑的内侧为加热空间。进一步地，所述低NOx蓄热平焰烧嘴还包括点火装置和火焰监测装置，所述点火装置和火焰监测装置安装在烧嘴砖上。进一步地，本专利技术的另一个技术目的在于提供一种低NOx蓄热平焰烧嘴的燃烧控制方法。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的。一种低NOx蓄热平焰烧嘴的燃烧控制方法，设定：出口段为第一燃烧区，工业炉窑内的加热空间为第二燃烧区，其特点在于：所述燃烧控制方法如下：当工业炉窑内的加热空间的温度低于燃料燃点时，助燃空气通过烧嘴头上的空气接口进入蓄热箱体内部的箱体蓄热腔中，并与蓄热体进行热交换后，由连接腔体沿切线方向进入烧嘴头腔体，经烧嘴头腔体形成高速旋流喷出，经过回流腔、卷吸由回流孔吸入加热空间内的烟气一起进入烧嘴砖的入口段的喉部（靠助燃空气喷射及旋转在回流腔产生负压，通过回流孔吸入烟气，从而形成烟气烧嘴内部自回流，结构简单易行），燃气由燃气接口进入燃气管后，由燃气管上的燃气喷孔喷出，进入入口段的喉部的助燃空气和烟气混合气与燃气喷孔喷出的一部分燃气在出口段的第一燃烧区进行混合，经设在烧嘴砖上的点火装置点燃，再与位于出口段的燃气喷孔喷出的另一部分燃气混合燃烧，贴着出口段的壁面，在工业炉窑内的加热空间中形成稳定盘状火焰，即进入第二燃烧区；当工业炉窑内的加热空间的温度高于燃料燃点时，助燃空气通过烧嘴头上的空气接口进入蓄热箱体内部的箱体蓄热腔中，并与蓄热体进行热交换后，由连接腔体沿切线方向进入烧嘴头腔体，经烧嘴头腔体形成高速旋流喷出，经过回流腔、卷吸由回流孔吸入加热空间内的烟气一起进入烧嘴砖的入口段的喉部，燃气由燃气接口进入燃气管后，由燃气管上的燃气喷孔喷出，进入入口段的喉部的助燃空气和烟气混合气与燃气喷孔喷出的一部分燃气在出口段的进行混合，再与位于出口段的燃气喷孔喷出的另一部分燃气再混合，贴着出口段的壁面进入工业炉窑内的加热空间中边混合边燃烧，即进入第二燃烧区在高温炉气下形成无明显火焰的扩散燃烧。相比现有技术，本专利技术具有以下优点：本专利技术利用烧嘴本身特性进行烧嘴内回流，仅靠烧嘴气助燃空气喷射及旋转产生的负压，通过回流腔吸入烟气，从而形成烟气烧嘴内部自回流，且烧嘴定型后能够根据烧嘴输出功率大小调整回流量，即回流率基本保持一定，结构简单易行。能够有效减少局部高温、降低火焰温度，显著降低NOx排放。附图说明图1是本专利技术实施例的低NOx蓄热平焰烧嘴的主视结构示意图。图2是本专利技术实施例的烧嘴头的左视结构示意图。图3是本专利技术实施例的烧嘴砖的主视结构示意图。图4是本专利技术实施例的烧嘴砖的左视结构示意图。图中：烧嘴头1、烧嘴砖2、燃气管3、燃气管保护装置4、蓄热箱体5、空气接口6、工业炉窑7、点火装置8、火焰监测装置9、烧嘴头腔体10、隔热保温耐火材料11、连接腔体100、连接腔体出口101、连接腔体入口102、烧嘴砖腔体20、烧嘴砖外壳21、耐火材料22、回流孔23、出口段201、入口段202、回流腔203、燃气接口30、燃气喷孔31、箱体蓄热腔50、箱体保温层51、蓄热体52、加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低NOx蓄热平焰烧嘴，包括烧嘴头（1）、烧嘴砖（2）和燃气管（3），所述烧嘴头（1）安装在烧嘴砖（2）上，所述燃气管（3）安装在烧嘴头（1）上、且燃气管（3）与烧嘴砖（2）配合，其特征在于：所述烧嘴砖（2）包括烧嘴砖腔体（20）和烧嘴砖外壳（21），所述烧嘴砖腔体（20）设置在烧嘴砖外壳（21）内，所述烧嘴砖腔体（20）包括出口段（201）和入口段（202），所述入口段（202）与出口段（201）连通，所述烧嘴头（1）安装在入口段（202）上、且烧嘴头（1）与入口段（202）之间形成回流腔（203），所述烧嘴砖（2）上设置有回流孔（23），所述回流孔（23）与回流腔（203）连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种低NOx蓄热平焰烧嘴，包括烧嘴头（1）、烧嘴砖（2）和燃气管（3），所述烧嘴头（1）安装在烧嘴砖（2）上，所述燃气管（3）安装在烧嘴头（1）上、且燃气管（3）与烧嘴砖（2）配合，其特征在于：所述烧嘴砖（2）包括烧嘴砖腔体（20）和烧嘴砖外壳（21），所述烧嘴砖腔体（20）设置在烧嘴砖外壳（21）内，所述烧嘴砖腔体（20）包括出口段（201）和入口段（202），所述入口段（202）与出口段（201）连通，所述烧嘴头（1）安装在入口段（202）上、且烧嘴头（1）与入口段（202）之间形成回流腔（203），所述烧嘴砖（2）上设置有回流孔（23），所述回流孔（23）与回流腔（203）连通。


2.根据权利要求1所述的低NOx蓄热平焰烧嘴，其特征在于：所述烧嘴砖腔体（20）的外壁与烧嘴砖外壳（21）的内壁设置有耐火材料（22）。


3.根据权利要求1所述的低NOx蓄热平焰烧嘴，其特征在于：所述出口段（201）呈喇叭状结构设置，所述出口段（201）的内壁的半径为R、长度为L、且R＞L，所述入口段（202）呈阶梯状结构设置，所述入口段（202）的直径依次减小，所述入口段（202）设置有喉部，所述喉部的直径为D，长度为L1，2D≥L1≥0.1D，所述回流腔（203）的直径为D1，1.2D≤D1，所述回流孔（23）的数量为m，2≤m≤8。


4.根据权利要求1所述的低NOx蓄热平焰烧嘴，其特征在于：所述烧嘴头（1）内设置有烧嘴头腔体（10）和连接腔体（100），所述连接腔体（100）的两端分别为连接腔体出口（101）和连接腔体入口（102），所述连接腔体出口（101）与烧嘴头腔体（10）连通、且方向垂直向切，所述烧嘴头腔体（10）出口直径为D2，D2≤D。


5.根据权利要求4所述的低NOx蓄热平焰烧嘴，其特征在于：所述烧嘴头腔体（10）和连接腔体（100）与烧嘴头（1）之间均设置有隔热保温耐火材料（11）。


6.根据权利要求1所述的低NOx蓄热平焰烧嘴，其特征在于：所述低NOx蓄热平焰烧嘴还包括燃气管保护装置（4），所述燃气管保护装置（4）安装在烧嘴头（1）上，所述燃气管（3）安装在燃气管保护装置（4）上。


7.根据权利要求1所述的低NOx蓄热平焰烧嘴，其特征在于：所述低NOx蓄热平焰烧嘴还包括蓄热箱体（5）和空气接口（6），所述空气接口（6）安装在蓄热箱体（5）上，所述蓄热箱体（5）安装在烧嘴头（1）上，所述蓄热箱体（5）内设置有箱体蓄热腔（50），所述箱体蓄热腔（50）与蓄热箱体（5）之间设置有箱体保温层（51），所述箱体蓄热腔（50）设置有蓄热体（52）。


8.根据权利要求1所述的低NOx蓄热平焰烧嘴，其特征在于：所述燃气管（3）的一端安装有燃气接口（30），所述燃气管（3）的另一端设置有燃气喷孔（31），所述燃气喷孔（31）沿燃气管（3）圆周均匀交错分布、且燃气喷孔（31）的轴线与燃气管（3）的轴线垂直，所述燃气管（3）材...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘景新，
申请(专利权)人：杭州中景科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33