专利名称：高温空气烧嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及高温空气燃烧技术领域，特别涉及一种高温空气烧嘴。
背景技术：
高温空气燃烧技术是近十几年来才发展的一项燃烧技术，它具有燃烧效率高、节约能源、能够充分利用低热值燃料、缩小炉膛尺寸、火焰温度分布均匀等优点。该项新技术目前在日本和欧美等国家受到了广泛的关注，我国有关企业也正在积极地开发有关产品。
高温空气燃烧技术目前主要在冶金加热炉、玻璃熔炉、熔铝炉等行业中使用，今后将进一步扩展到工业锅炉、气化炉、固体废弃物焚烧炉等领域，有着广泛的应用前景。
高温空气烧嘴通常包括有燃料管道、蓄热体、空气通道、空气喷口和燃料喷口。在高温空气燃烧技术中，一般情况下烧嘴成对布置，如图1所示，每支烧嘴在不同时间段分别完成喷射助燃空气、燃料和排放烟气的功能，即两烧嘴交替运行，炉膛所排放高温烟气加热蓄热体，高温烟气的热焓蓄积在蓄热体内，系统排放的烟气温度降低到接近烟气露点温度，当蓄热体热容量接近饱和时，通过换向装置使得助燃空气通过这个蓄热体，将助燃空气加热到较高温度，从而达到高效回收炉膛排烟余热的目的。高温空气烧嘴是这项技术的关键部件，负责组织燃料射流与空气射流的混合、燃烧过程，同时还负责排放炉内烟气的功能，它直接影响燃烧效率的提高和污染物的排放。因此，在烧嘴的几何结构设计上，必须充分考虑喷射空气和燃料、组织燃烧以及排放烟气的功能。
根据以往的实际测试和理论计算表明，随着助燃空气温度的提高，炉膛内火焰温度上升，导致氮氧化物排放量增加，污染环境。现有的各种高温空气烧嘴中，燃料、空气喷口主要采用圆直喷口形式，燃料、空气喷口的轴线平行或成一定的交角，并通过射流速度的调整，使燃料、空气射流在混合前卷吸炉内的烟气。也有采用分级燃烧技术的，将燃料分为一次燃料和二次燃料。这些烧嘴都能够推迟燃料与空气射流在炉膛空间的混合，减小局部热负荷，降低火焰峰值温度，防止氮氧化物的大量生成。
目前，现有的高温空气烧嘴的空气射流速度均比较高，主要是为了卷吸炉内的烟气，降低空气射流中的氧气浓度，达到降低氮氧化物的目的。但是，射流速度高必将使空气喷口截面积小，排放烟气时烧嘴内的烟气流速更高，烟气流动阻力增高，需采用较大功率的引风机，增加设备功耗。
再者，这种高温扩散燃烧方式要求燃料与空气在炉内混合，而不是提前预混，则将使燃料在高温环境下裂解生成不饱和碳氢化合物的微粒，这些微粒通过碰撞、团聚等物理生长过程，将形成烟炱。如果这些未完全燃烧产物未能与氧气及时混合，则导致烟炱的大量排放，污染环境。尤其是助燃空气温度的升高提高了炉内平均温度水平，使燃料更加易于裂解。而圆形喷口的射流组合尽管起到了推迟混合，但不能保证及时与裂解后的碳氢化合物混合，从而容易生成大量的烟炱。
发明内容
本发明提供一种高温空气烧嘴，采用中低速空气射流速度、中高速燃料射流速度的设计，即增大空气喷口面积，适当降低空气射流速度，而缩小射流喷口面积，提高燃料射流速度，从而减少引风机功耗、降低氮氧化物和烟炱的排放。
为实现上述目的，本发明是这样实现的一种高温空气烧嘴，包括燃料管道、蓄热体、空气通道、一个或多个空气喷口和燃料喷口，所述蓄热体置于所述空气通道中，所述燃料喷口与所述燃料管道相连接，所述空气喷口和所述空气通道相连接，所述空气喷口的形状为矩形或扇形，可以使空气射流能够抗拒向燃料射流偏转，所述空气喷口的长对称轴通过燃料喷口中心。
较佳的，所述空气喷口的数量为两个，对称分配于所述燃料喷口的两侧。
较佳的，所述空气喷口的轴线与燃料喷口的轴线平行。
本发明采用面积较大的长矩形或长扇形空气喷口，适当降低了空气射流速度，减少了烟气经过烧嘴排出时的阻力，节省引风机的功耗，同时增大了空气射流抗转向燃料射流的能力；并且燃料射流在同空气射流混合、燃烧前能够卷吸更多的烟气，从而降低燃料射流中的可燃物浓度；空气射流与燃料射流在炉内逐渐混合，长矩形或长扇形射流为整个燃烧过程提供了充足的氧量，保证燃料和裂解所产生的碳氢化合物及时被完全氧化，从而既能减少氮氧化物的排放，又能减少烟炱的排放。
图1为高温空气燃烧原理2为本发明实施例高温空气烧嘴剖面3为本发明一实施例高温空气烧嘴喷口示意4为本发明另一实施例高温空气烧嘴喷口示意图标号说明1燃料管道 2蓄热体3空气通道 4空气喷口5燃料喷口具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明。
一种高温空气烧嘴，包括燃料管道1、两个蓄热体2、两个空气通道3、两个空气喷口4和一个燃料喷口5组成，所述两蓄热体2置于所述两空气通道3中，所述燃料喷口5与所述燃料管道1相连接，所述空气喷口4和所述空气通道3相连接，所述两个空气喷口4对称分配于所述燃料喷口5的两侧，所述空气喷口4的轴线与燃料喷口5的轴线平行，所述空气喷口4的长对称轴通过燃料喷口中心。
在高温空气烧嘴的运行参数方面，采用中低速空气射流速度、中高速燃料射流速度的设计，即增大空气喷口面积，适当降低空气射流速度，而缩小射流喷口面积，提高燃料射流速度。
实施例一如图3所示，空气喷口4呈长扇形，夹角为50°～90°，其内径220～300mm、外径700～1000mm。以烧天然气的高温空气烧嘴为例，燃气射流速度在25～80m/s、空气射流速度为20～50m/s范围，燃气喷口(2)内径60～120mm，空气预热温度为850℃，燃气无预热。经实验验证，火焰温度在1200～1600℃，氮氧化物的排放量仅为35ppm(6％O2)，完全燃烧，无烟炱排放。
实施例二如图4所示，空气喷口4呈矩形，尺寸为200～250mm×400～600mm。以烧焦炉煤气的高温空气烧嘴为例，燃气射流速度在25～60m/s、空气射流速度为20～40m/s范围，燃气喷口(2)内径60～100mm，空气预热温度为1000℃，燃气无预热。经实验验证，火焰温度在1150～1600℃，氮氧化物的排放量仅为40ppm左右(6％O2)，完全燃烧，无烟炱排放。
权利要求
1.一种高温空气烧嘴，包括燃料管道、空气通道、一个或多个空气喷口、燃料喷口和蓄热体，所述蓄热体置于所述空气通道中，所述燃料喷口与所述燃料管道相连接，所述空气喷口和所述空气通道相连接，其特征在于所述空气喷口的形状为矩形或扇形。
2.根据权利要求1所述的高温空气烧嘴，其特征在于所述空气喷口的长对称轴通过燃料喷口中心。
3.根据权利要求1或2所述的高温空气烧嘴，其特征在于所述空气喷口的数量为两个，对称分配于所述燃料喷口的两侧。
4.根据权利要求1或2所述的高温空气烧嘴，其特征在于所述空气喷口的轴线与燃料喷口的轴线平行。
全文摘要
一种高温空气烧嘴，包括燃料管道、空气通道、一个或多个空气喷口、燃料喷口和蓄热体，所述蓄热体置于所述空气通道中，所述燃料喷口与所述燃料管道相连接，所述空气喷口和所述空气通道相连接，采用面积较大的长矩形或扇形空气喷口，适当降低了空气射流速度，从而减少了烟气经过烧嘴排出时的阻力，节省引风机的功耗，同时增大空气射流抗偏向燃料射流的能力；并且燃料射流在燃烧前能够更多地卷吸烟气，从而降低燃料射流中的可燃物浓度；空气射流与燃料射流在炉内逐渐混合，长矩形或长扇形射流为整个燃烧过程提供了充足的氧量，保证燃料和所产生的碳氢化合物及时被完全氧化，从而既能减少氮氧化物的排放，又能减少烟炱的排放。
文档编号F23D14/38GK1587808SQ20041005320
公开日2005年3月2日 申请日期2004年7月28日 优先权日2004年7月28日
发明者朱彤 申请人:同济大学