本发明涉及钢铁行业球团生产领域，提供一种带式焙烧机用煤气双旋流燃烧器及带式焙烧机。
背景技术：
近年来，随着我国钢铁工业的迅速发展，对高炉炉料结构合理配比的要求越来越高。从实现高炉合理炉料结构和我国富矿资源缺乏的实际情况出发，高炉大量使用球团矿等人造富矿，是我国高炉炉料结构的发展方向，同时也促进了我国球团矿生产的迅速发展。
球团生产工艺主要有竖炉法、链篦机-回转窑法、带式焙烧机法三种，这三种球团生产工艺各具特色。
竖炉球团工艺是最早发展起来的，曾一度发展很快。其生球在一个矩形的炉内来进行和完成干燥、预热、焙烧、冷却四个过程。虽然这种方法的工艺简单、结构紧凑、投资便宜，但是由于其单炉生产能力小，对原料的适应性较差，且成品质量较差，因此在应用和发展上有一定的限制。早在20世纪70年代，竖炉球团在国外就已停滞不前，逐步走向衰落。
链篦机-回转窑最早用于水泥工业。1960年由美国的爱里斯-哈默斯公司推广到生产铁矿球团。这种新的球团工艺迅速得到了世界钢铁部门的重视，并获得了快速的发展。我国在使用链篦机-回转窑工艺生产氧化球团的开发比较晚，1990年前仅有4台生产线。至今，全国有超过28条生产能力百万t以上球团矿的链篦机-回转窑法球团生产线，总产量占全国球团产量60％以上。
带式焙烧机在设备结构、工艺过程和原料适应性等方面与链篦机-回转窑工艺存在较大差异。带式焙烧机球团工艺的焙烧全过程均在同一台设备上进行，工序比较复杂，且各工序之间的交互影响较大，对原料的稳定性要求更高。带式焙烧机由于要承受较髙的焙烧烟气温度，因此需要在机体上应用耐高温性能极好的特殊合金钢。
目前世界球团生产，带式焙烧机球团矿生产能力为2.05亿吨/年，占世界总能力的66.4％，链篦机—回转窑球团矿生产能力为8060万吨/年，占世界总能力的26.1％，竖炉球团矿生产能力为2300万吨/年，占世界的7.5％。而我国球团矿的生产主要依靠链篦机—回转窑工艺，一小部分是即将遭淘汰的竖炉工艺，而目前具备生产能力的带式焙烧机生产线只有三条，一条为鞍钢200万吨生产线，一条为首钢京唐400万吨生产线，另一条为包钢新体系500万吨球团生产线，其中包钢的带式焙烧机尚未投产。从数据对比上不难看出，我国带式焙烧机在球团矿生产中所占的比例距离世界平均水平还很大，带式焙烧机在我国的发展还大有前途，具有广阔的发展空间。
在带式焙烧机生产过程中，球团平铺在台车上，燃烧室产生的高温烟气从燃烧室末端排出后进入带式焙烧机炉内，通过台车底部的风机负压抽吸作用，高温烟气对台车上的生球进行干燥、预热、焙烧等热工过程，整个工艺过程中球团相对位置静止不动。
燃烧器在带式焙烧机所有设备中占有非常重要的地位。由于带式焙烧机工作原理的独特性，燃烧器要保证带式焙烧机在低温开炉时燃烧的安全性和稳定性，不脱火，不回火，在高温正常生产条件下燃烧效率高，nox排放低，燃烧火焰形状不发生偏烧现象，同时出口烟气温度分布均匀。可以说燃烧器技术是否成熟在一定程度上决定了带式焙烧机技术能否成功。
通过对国内外已报导的专利文献检索后发现，目前国内外针对带式焙烧机燃烧器的文献资料很少，对普通双旋流燃烧器技术的介绍较多。但是绝大部分公开的双旋流燃烧器技术是空气和煤气双旋流技术，即空气和煤气分别旋流后再混合进行燃烧；还有少部分是空气双旋流，煤气不旋流技术。
其中最接近的专利技术为专利申请号为201310313851.7的专利，其公开了一种大差异热值双燃气双旋流燃烧器。该专利结构中的大差异热值双燃气双旋流燃烧器为四通道燃烧器，从内到外四个通道分别为高热值燃气通道、低热值燃气通道、第一空气通道和第二空气通道。其中第一空气通道和第二空气通道共用一个空气总管，在总管设有翻板阀对第一空气通道和第二空气通道的空气流量进行手动分配调节。当使用单一热值燃气或者高低热值燃气混合使用时，通过调节空气总管翻板阀来调节第一空气通道和第二空气通道的空气流量分配，保证在使用不同热值燃气时，燃烧器始终能够提供稳定的空气配比，从而使得燃烧时燃气和空气能够充分混合，稳定燃烧。
该专利的根本目的在于使得燃烧器可以使用两种大差异热值的燃气，即一种高热值燃气和一种低热值燃气。由于不同热值的燃气燃烧所需要的空气量不同，因此才设计出一种可以对两个空气通道的空气流量进行调节的装置进行匹配，以满足大差异热值双燃气在同一燃烧器上进行无差别切换燃烧的要求。
显然该专利技术并不适合带式焙烧机工艺要求。原因如下：
第一、带式焙烧机需要使用高热值燃气供热，低热值燃气无法满足热量需求，因此带式焙烧机不可能采用该专利技术中高低热值燃气掺混燃烧的方法。
第二、带式焙烧机工艺和结构决定了其燃烧系统需要配备一次风和二次风，一次风从燃烧器进入，而二次风在燃烧器出口处由单独的二次风道垂直进入，单靠从燃烧器进入的一次风无法满足正常生产工况下带式焙烧机工艺对助燃空气的流量和温度的要求。在开炉阶段，炉温较低，此时二次风流量为零，仅靠常温一次风提供助燃风，炉温慢慢升高；在正常工况下，由于球团的焙烧需要大量的热量，因此单靠一次风已经不能满足要求，此时常温一次风流量为零，高温二次风提供助燃风，且二次风对燃气的空气过剩系数高达10以上，单靠从燃烧器进入的一次风无法满足要求。
而现有技术中适用于带式焙烧机上的燃烧器，往往存在开炉初期燃烧器容易脱火和回火，以及高温正常生产条件下nox排放率高、燃烧效率低的问题。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是：提供一种带式焙烧机用煤气双旋流燃烧器，解决现有技术中存在的适用于带式焙烧机上的燃烧器存在开炉初期燃烧器容易脱火和回火，以及高温正常生产条件下nox排放率高、燃烧效率低的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种带式焙烧机用煤气双旋流燃烧器，包括燃料进气管和烧嘴砖，所述燃料进气管包括进口管段和远离所述进口管段的扩口管段；所述扩口管段内设置有与其同轴的内分流管，所述内分流管和燃烧器芯部之间形成内环流通道，所述扩口管段和所述内分流管之间形成外环流通道；所述内环流通道的尾部设置有内环旋流器，所述外环流通道的尾部设置有外环旋流器，且所述内环旋流器和所述外环旋流器的旋流角度不同；所述燃料进气管插入所述烧嘴砖中，且所述燃料进气管与所述烧嘴砖的内衬之间形成用于通入一次风的风道。
优选地，所述内环旋流器的叶片数量为4～8片，旋流角度为20°～30°；所述外环旋流器的叶片数量为10～14片，旋流角度为25°～35°。
优选地，所述内环旋流器的旋流角度为25°，所述外环旋流器的旋流角度为30°。
优选地，所述扩口管段和所述内分流管的出口处设置成缩口形式。
优选地，所述烧嘴砖上设置有一个用于插入所述燃料进气管的柱形通孔；所述烧嘴砖上固定有用于和炉体安装的连接法兰。
优选地，所述烧嘴砖上开设有窥视孔并固定有点火器和uv探头。
优选地，所述风道与一次风进风管相通。
优选地，所述燃料进气管与煤气管连接。
本发明还提供一种带式焙烧机，包括上述带式焙烧机用煤气双旋流燃烧器。
(三)有益效果
本发明的技术方案具有以下优点：本发明的带式焙烧机用煤气双旋流燃烧器，包括燃料进气管和烧嘴砖，所述燃料进气管包括进口管段和远离所述进口管段的扩口管段；所述扩口管段内设置有与其同轴的内分流管，所述内分流管和燃烧器芯部之间形成内环流通道，所述扩口管段和所述内分流管之间形成外环流通道；所述内环流通道的尾部设置有内环旋流器，所述外环流通道的尾部设置有外环旋流器，且所述内环旋流器和所述外环旋流器的旋流角度不同；所述燃料进气管插入所述烧嘴砖中，且所述燃料进气管与所述烧嘴砖的内衬之间形成用于通入一次风的风道。该带式焙烧机用煤气双旋流燃烧器，采用单一煤气的双旋流技术，使得燃烧产生的高温烟气不断被旋流卷吸和回流，提高了燃烧的安全性和稳定性，解决了开炉初期炉膛温度低时燃烧器容易脱火和回火的问题。此外，在高温正常生产条件下，煤气双旋流技术可以使得煤气与空气充分混合，提高了燃烧效率；并且，旋流产生的卷吸作用使得高温烟气回流至火焰根部，降低了燃烧区域的氧气浓度，从而降低了nox的生成率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例的带式焙烧机用煤气双旋流燃烧器的结构示意图；
图中：1、一次风进风管；2、煤气管；3、外环流通道；4、内环流通道；5、内环旋流器；6、外环旋流器；7、风道；8、烧嘴砖；9、炉体；10、连接法兰；11、点火器和uv探头；12、窥视孔；13、燃烧器芯部。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
不失一般性，下面仅以煤气的旋流为例进行说明，但应当理解本申请的带式焙烧机用煤气双旋流燃烧器中通入的燃料不受煤气的限制。
请参见图1，本实施例的带式焙烧机用煤气双旋流燃烧器，包括燃料进气管和烧嘴砖8。其中，燃料进气管包括进口管段和远离所述进口管段的扩口管段。扩口管段内设置有与其同轴的内分流管，从而内分流管和燃烧器芯部之间形成内环流通道4，且在扩口管段和内分流管之间形成外环流通道3。在内环流通道4的尾部设置有内环旋流器5，外环流通道3的尾部设置有外环旋流器6，且内环旋流器5和外环旋流器6的旋流角度不同。燃料进气管插入所述烧嘴砖8中，且燃料进气管与烧嘴砖8的内衬之间形成用于通入一次风的风道7。
本实施例中，燃料进气管与煤气管2(图中仅示出了煤气管2的横截面)连接，从而煤气通过煤气管2进入到燃料进气管中，并在自身压作用下分别进入到内环流通道4和外环流通道3中。煤气进入内环流通道4和外环流通道3中后，分别经过内环旋流器5和外环旋流器6的旋流作用，从燃烧器喷口(也即扩口管段和内分流管的出口处)以旋流的形式喷出。其中，内环旋流器5和外环旋流器6的旋流角度特意设置成不一样的角度，目的在于加强两股煤气与外界空气之间的混合，有利于着火燃烧的安全性和稳定性。
该带式焙烧机用煤气双旋流燃烧器，采用单一煤气的双旋流技术，使得燃烧产生的高温烟气不断被旋流卷吸和回流，提高了燃烧的安全性和稳定性，解决了开炉初期炉膛温度低时燃烧器容易脱火和回火的问题。此外，在高温正常生产条件下，煤气双旋流技术可以使得煤气与空气充分混合，提高了燃烧效率；并且，旋流产生的卷吸作用使得高温烟气回流至火焰根部，降低了燃烧区域的氧气浓度，从而降低了nox的生成率。
并且值得强调的是，本实施例中的带式焙烧机用煤气双旋流燃烧器，其产生的是旋流火焰。而旋流火焰相比直流火焰，火焰长度更短，位置更稳定，避免了由于火焰长度过长产生的偏烧现象，提高了燃烧室耐火材料的使用寿命。并且，旋流火焰燃烧更剧烈，更完全，燃烧室出口烟气温度分布更均匀，提高了球团焙烧质量的均匀性。
需要说明的是，上述“扩口管段”指的是图1中燃料进气管左侧的管段部分。显然，扩口管段的横截面尺寸大于进口管段的横截面尺寸，从而可以在扩口管段中设置内分流管，以便于对煤气进行分流。并且，此处的扩口管段应当理解成包括图中的过渡段，且过渡段指的是燃料进气管中间横截面发生变化的管段。
进一步地，扩口管段和内分流管的左侧出口处设置成缩口形式，从而提高煤气喷出速度，增强煤气与助燃空气的扰动和混合，以达到安全稳定燃烧的目的。此外，扩口管段和内分流管左侧最好平齐或者近似平齐，从而保证从内环流通道4和外环流通道3中流出的煤气的混合效果。
通过实验发现，内环旋流器5的叶片数量为4～8片、旋流角度为20°～30°，所述外环旋流器6的叶片数量为10～14片、旋流角度为25°～35°时，该带式焙烧机用煤气双旋流燃烧器能获得较好的燃烧效果。并且，当内环旋流器5的旋流角度为25°且外环旋流器6的旋流角度为30°时，带式焙烧机用煤气双旋流燃烧器可以获得最好的燃烧效果。
需要说明的是，当内环旋流器5和外环旋流器6的叶片数量及旋流角度确定之后，内环流通道4和外环流通道3的阻力特性也就随之确定，进入内环流通道4和外环流通道3的煤气量也随之确定，且内环流通道4和外环流通道3的煤气量分配不可调节。当然，为了实现对煤气量分配的调节，可以采用叶片角度可以调整的旋流器。
在上述基础上，风道7与一次风进风管1连接，从而使得空气从一次风进风管1进入到风道7中，并在燃烧器喷口位置和两股旋流煤气混合后进行燃烧。其中，燃料进气管与所述烧嘴砖8的内衬之间形成风道7，从而无需额外设置风管，从而结构简单、便于维护。
其中，一次风进风管1用于通入直流的一次风，且直流的一次风和上述旋流两股煤气混合可以获得理想的燃烧效果。
请进一步参见图1，烧嘴砖8上设置有一个柱形通孔，从而可以将燃料进气管设置在该柱形通孔中，并且在燃料进气管和柱形通孔的内表面之间形成风道7。并且，为了固定烧嘴砖8，优选烧嘴砖8上固定有用于和炉体9安装的连接法兰10。此外，烧嘴砖8开设有窥视孔12并固定有点火器和uv探头11。
本实施例还提供一种带式焙烧机，包括上述带式焙烧机用煤气双旋流燃烧器。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。