一种多级燃烧节能环保烧嘴的制作方法

本实用新型涉及节能环保技术领域，更具体地说，涉及一种多级燃烧节能环保烧嘴。

背景技术：

目前国内用于工业炉窑的天然气单蓄热烧嘴大多采用天然气管位于蓄热烧嘴中心部位，或者是在空气蓄热烧嘴上部(下部)、或者是在空气蓄热烧嘴左侧(右侧)插入天然气喷管。

前一种形式，天然气喷管完全位于高温区，尽管可以提高天然气喷管的材质或者采用耐高温的非金属材料制作天然气喷管，但实际使用情况是天然气管极易烧损，需定期更换，影响生产，成本高，而且这种形式是空气包裹燃气的套管式结构，燃气由中心的钢管喷出，助燃空气通过在外围的套管喷入炉膛，二者在炉膛内边混合边燃烧，形成圆柱形或喇叭形的回转体火焰，火焰内部是以燃料为主的还原性气氛，外部是以空气、二氧化碳、水蒸气等燃烧产物为主的氧化性气氛。一方面，坯料在加热过程中始终被该氧化性气氛包围，致使坯料氧化烧损严重；另一方面，这种回转体火焰在水平方向上铺展度较短，致使高温区集中在较小的区域，在被加热坯料上的垂直投射面积小、辐射角系数较低，既影响了坯料的加热效果，也极易形成局部高温区，而局部高温区的存在，给热力型氮氧化物的生成提供了便利条件，致使燃烧产物中的氮氧化物含量较高，极易造成环境污染。

后两种形式，虽然天然气喷管不在高温区了，但天然气和高温助燃空气是通过各自的喷口进入炉内后才边混合边弥散燃烧，由于天然气和高温空气的体积比相差巨大，工况条件下体积比约1:50，极易造成天然气与助燃空气混合不好，燃烧不完全，出现冒黑烟现象，燃料消耗高，在换向过程中不完全燃烧的天然气被吸入空气蓄热箱内，在蓄热箱内二次燃烧，存在安全隐患，且造成蓄热体损毁，影响正常生产，生产成本高。

以上无论哪种形式，在换向燃烧过程中，天然气喷管在炉气的高温辐射下，喷口位置极易出现结碳结焦现象，最终造成天然气喷管烧损堵塞，影响烧嘴的使用效果。

技术实现要素：

1、要解决的问题

针对现有技术存在的问题及不足，本实用新型提供了一种多级燃烧节能环保烧嘴，实现了余热高效回收，降低了燃料消耗，充分发挥空气分级燃烧技术的优势，采用贫氧燃烧机理，保证天然气与空气充分混合、燃烧完全，烧嘴火焰面呈还原性气氛，有效抑制了NOx生成，大大降低了氮氧化物等污染物的排放量。

2、技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种多级燃烧节能环保烧嘴，包括烧嘴检修盖板、助燃风进口、蓄热体、绝热材料、耐火浇注料、大眼挡板砖、高温气体分配室、天然气喷头、一次风旋流片、锚固钉、一次风进口、第一连接法兰、天然气进口、格栅板、第二连接法兰、螺栓连接件和烧嘴安装定位板，所述的烧嘴检修盖板通过第二连接法兰用螺栓连接件固定在低温气体分配室；所述的助燃风进口的钢管焊接在低温气体分配室上；所述的蓄热体安装在蓄热烧嘴箱体内；所述的绝热材料铺设在蓄热烧嘴箱体的钢板上；所述的耐火浇注料紧贴在蓄热烧嘴箱体的绝热材料上浇注；所述的大眼挡板砖安装在蓄热体的前端；所述的高温气体分配室位于多孔烧嘴砖的后端，与蓄热烧嘴箱体相对应连接；所述的多孔烧嘴砖上设有高温气体分配室、三次风喷口、二次风喷口、天然气与一次风的混合气体喷口；所述的多孔烧嘴砖与蓄热烧嘴箱体之间采用楔形凹凸面相配合连接；所述的天然气喷头焊接在天然气管头部；所述的一次风旋流片呈一定角度均布焊接在天然气管上；所述的锚固钉焊接在蓄热烧嘴箱体钢板上和一次风管外壁上；所述的天然气管焊接在天然气分配集管上；所述的一次风管焊接在一次风分配联箱上；所述的一次风进口钢管焊接在一次风分配联箱上；所述的第一连接法兰连接天然气管和一次风分配联箱；所述的天然气进口的钢管焊接在天然气分配集管；所述的蓄热烧嘴箱体的钢板上焊接锚固钉，蓄热烧嘴箱体后部的上部设计成Z形面；所述的格栅板设置在蓄热体的后端；所述的第二连接法兰连接烧嘴检修盖板和低温气体分配室；所述的螺栓连接件连接固定第一连接法兰和第二连接法兰；所述的烧嘴安装定位板与蓄热烧嘴箱体一体制造；所述的烧嘴安装定位板定位安装后焊接连接炉皮钢板。

作为本实用新型的进一步改进，所述的助燃风进口采用普碳钢钢管及圆法兰结构。

作为本实用新型的进一步改进，所述的绝热材料为陶瓷纤维毯和陶瓷纤维板，耐火浇注料的材质为低水泥浇注料或莫来石质浇注料，大眼挡板砖的材质为刚玉。

作为本实用新型的进一步改进，含锆纤维毯与高温胶泥的混合物密封蓄热烧嘴箱体与多孔烧嘴砖之间的迷宫形结合面，多孔烧嘴砖采用耐火浇注料预制、烘烤成型。

作为本实用新型的进一步改进，所述的三次风喷口、二次风喷口、天然气与一次风的混合气体喷口的形状为矩形、圆形或喇叭形，三次风喷口、二次风喷口、天然气与一次风的混合气体喷口由多孔烧嘴砖整体浇注成型。

作为本实用新型的进一步改进，所述的天然气喷头的材质为Cr25Ni20耐热不锈钢钢管，一次风旋流片的材质为20钢或耐热不锈钢板。

作为本实用新型的进一步改进，所述的锚固钉的材质为耐热不锈钢圆钢或钢板，天然气管的材质为20#钢管，一次风管的材质为20#钢管，一次风管与天然气管是套管结构。

作为本实用新型的进一步改进，所述的一次风分配联箱的材质为普碳钢板，一次风进口采用普碳钢管及圆法兰连接结构，烧嘴安装定位板采用普碳钢板加工制造，第一连接法兰采用普碳钢板加工制作，天然气进口采用普碳钢管及圆法兰连接结构，天然气分配集管采用普碳钢管加工制作，格栅板采用普碳钢板焊接制造，低温气体分配室采用普碳钢板焊接制造，第二连接法兰采用普碳钢板加工制作。

作为本实用新型的进一步改进，所述的蓄热烧嘴箱体前端伸进炉墙内部分采用耐热不锈钢板焊接制作，蓄热烧嘴箱体内由绝热材料和耐火浇注料组成复合内衬。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的一种多级燃烧节能环保烧嘴，该实用新型装置采用多流股的空气分级燃烧技术，旋流的一次风与天然气预混喷出燃烧，欠氧燃烧的产物高速喷出，卷吸周围炉气，增大燃烧产物的体积量，降低燃烧速度，拉长火焰长度，降低燃烧火焰中心区域的温度，抑制热力型NOx的生成，而且不完全燃烧的产物的体积量逐渐增大，逐次与二次、三次助燃空气混合，实现天然气与助燃空气在炉内高温弥散式状态下充分混合、完全燃烧，炉内温度场均匀，火焰刚性好，有效消除火焰中的局部高温区，大幅减少燃烧产物中氮氧化物排放量。

(2)本实用新型的一种多级燃烧节能环保烧嘴，该实用新型装置的助燃风的多流股喷口与天然气多流股喷口呈上下布置，火焰流为扁平状，平行喷入炉膛，覆盖在坯料表面，辐射角系数大，可有效提高坯料的辐射传热效果，提高加热炉热效率；燃气流贴近被加热件表面，助燃风喷口始终远离被加热件，使贴近坯料的火焰面为弱还原性气氛，可有效降低钢坯的氧化烧损，使坯料加热质量得以大幅度提高。

(3)本实用新型的一种多级燃烧节能环保烧嘴，该实用新型装置的一次风管既作为烧嘴燃烧的一次助燃风，也是天然气管的冷却风，防止天然气管在高温下的积碳结焦、烧损。

(4)本实用新型的一种多级燃烧节能环保烧嘴，该实用新型装置的空气蓄热箱体与多孔烧嘴砖之间采用楔形凹凸面配合，接合面之间形成迷宫形密封面，密封面之间填充含锆纤维毯与高温胶泥的混合物，密封面之间为软接触，能压的更紧，密封更严密，能够有效克服现有高温加热炉上烧嘴砖与蓄热烧嘴壳体之间密封不好、热气外溢、出现冒火现象。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中沿A-A向剖视图；

图3为图1中沿B向视图；

图4为图1中沿C向视图；

图5为本实用新型的局部安装示意图。

图中：1、烧嘴检修盖板；2、助燃风进口；3、蓄热体；4、绝热材料；5、耐火浇注料；6、大眼挡板砖；7、含锆纤维毯与高温胶泥的混合物；8、高温气体分配室；9、多孔烧嘴砖；10、三次风喷口；11、二次风喷口；12、天然气与一次风的混合气体喷口；13、天然气喷头；14、一次风旋流片；15、锚固钉；16、天然气管；17、一次风管；18、一次风分配联箱；19、一次风进口；20、第一连接法兰；21、天然气进口；22、天然气分配集管；23、蓄热烧嘴箱体；24、格栅板；25、低温气体分配室；26、第二连接法兰；27、螺栓连接件；28、烧嘴安装定位板；29、炉皮钢板；30、Z形面。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步进行描述：

实施例1

如图1-4所示，本实施例的一种多级燃烧节能环保烧嘴，包括烧嘴检修盖板1、助燃风进口2、蓄热体3、绝热材料4、耐火浇注料5、大眼挡板砖6、高温气体分配室8、天然气喷头13、一次风旋流片14、锚固钉15、一次风进口19、第一连接法兰20、天然气进口21、格栅板24、第二连接法兰26、螺栓连接件27和烧嘴安装定位板28，所述的烧嘴检修盖板1通过第二连接法兰26用螺栓连接件27固定在低温气体分配室25，用于蓄热体3、大眼挡板砖6、格栅板24的安装或拆卸。上述的助燃风进口2的排烟烟气出口采用普碳钢钢管及圆法兰结构，钢管焊接在蓄热烧嘴的低温气体分配室25上，用于助燃风的进气或换向燃烧时排烟烟气的出口。蓄热体3安装在蓄热烧嘴箱体23内，蓄热体3可根据需要选用不同材质、不同形式，作为蓄热换向燃烧过程中热量的储蓄和释放的热交换载体。绝热材料4采用陶瓷纤维毯、板等材质，铺设在蓄热烧嘴箱体23钢板上，用于蓄热烧嘴箱体23的隔热层。耐火浇注料5采用低水泥浇注料或莫来石质浇注料，紧贴蓄热烧嘴箱体23的绝热材料4浇注，用于蓄热烧嘴箱体23的工作层。大眼挡板砖6采用刚玉材质，安装在蓄热体3的前端，减少炉内高温烟气对蓄热体3的辐射和侵蚀。含锆纤维毯与高温胶泥的混合物7用于蓄热烧嘴箱体23与多孔烧嘴砖9之间迷宫形结合面的密封，防止两者之间出现窜气、漏火现象。高温气体分配室8位于多孔烧嘴砖9的后端，与蓄热烧嘴箱体23相对应连接，用于蓄热换向燃烧时的高温空气或高温排烟烟气的缓冲，起到稳定、均布气流的作用。空气进气时经蓄热体3预热后的高温空气温度约950～1050℃，体积膨胀4～5倍，高速进入高温气体分配室8后，气流速度降低，高温空气经均匀分配后通过二次风喷口11、三次风喷口10进入炉内与天然气更佳均匀的混合燃烧，燃烧完全、温度场均匀。换向排烟时炉内高温烟气经二次风喷口11、三次风喷口10进入高温气体分配室8后，同样烟气速度降低，高温烟气也可均匀分布进入蓄热体3，保证蓄热体3充分利用。多孔烧嘴砖9采用Al₂O₃含量≥65％的耐火浇注料预制、烘烤成型，多孔烧嘴砖9上设有高温气体分配室8、三次风喷口10、二次风喷口11、天然气与一次风的混合气体喷口12。所有喷口的数量、大小和角度均经试验或计算机模拟等方法进行最优化设计。各喷口为矩形、圆形或喇叭形等多种形式。

本实施例的一种多级燃烧节能环保烧嘴，多孔烧嘴砖9与蓄热烧嘴箱体23之间采用楔形凹凸面配合，多孔烧嘴砖9的外形设计成弓形折面，接合面均为迷宫形密封，有效防止炉内热气外溢、冒火现象的产生。三次风喷口10、二次风喷口11、天然气与一次风的混合气体喷口12由多孔烧嘴砖9整体浇注成型。蓄热后的高温空气经均匀分配后通过二次风喷口11、三次风喷口10分别进入炉内与天然气混合燃烧。或换向排烟时炉内高温烟气经二次风喷口11、三次风喷口10进入高温气体分配室8后，均匀分布进入蓄热体3进行蓄热。天然气与一次风经混合气体喷口12预混后喷入炉内燃烧。天然气喷头13采用Cr25Ni20耐热不锈钢钢管制造，焊接在天然气管16头部。一次风旋流片14采用20钢或耐热不锈钢板制作，呈一定角度均布焊接在天然气管16上。一次助燃空气，通过旋流器14的旋转作用后，以旋转流的形式和天然气喷头13喷出的天然气一起喷入混合气体喷口12，在混合气体喷口12内发生不完全燃烧，并通过混合气体喷口12喷入炉膛。锚固钉15采用耐热不锈钢圆钢或钢板制成“Y”形或“V”形，焊接在蓄热烧嘴箱体23钢板上以及一次风管17外壁上，用以固定耐火材料。天然气管16采用20#钢管制作，焊接在天然气分配集管22上。一次风管17采用20#钢管制作，焊接在一次风分配联箱18上，一次风管17与天然气管16是套管结构。一次风分配联箱18采用普碳钢板焊接制作，用于一次风的均匀分布。一次风进口19采用普碳钢管及圆法兰连接结构，钢管焊接在一次风分配联箱18上。第一连接法兰20采用普碳钢板加工制作，用于天然气管16与一次风分配联箱18的连接。天然气进口21采用普碳钢管及圆法兰连接结构，钢管焊接在天然气分配集管22。天然气分配集管22采用普碳钢管加工制作，用于天然气的均匀分布。蓄热烧嘴箱体23大部分采用普碳钢板焊接制作，蓄热烧嘴箱体23前端伸进炉墙内部分采用耐热不锈钢板焊接制作，蓄热烧嘴箱体23钢板上焊接锚固钉15，蓄热烧嘴箱体23内由绝热材料4和耐火浇注料5组成复合内衬，蓄热烧嘴箱体23后部的上部设计成Z形面30，可有效防止当蓄热体3下沉时蓄热烧嘴箱体23上部形成通缝，防止高温烟气的短路现象。格栅板24采用普碳钢板焊接制造，用于固定冷端的蓄热体3。低温气体分配室25采用普碳钢板焊接制造，用于低温空气进蓄热体3前和低温烟气出蓄热体3时的气流缓冲、均布。第二连接法兰26采用普碳钢板加工制作，用于烧嘴检修盖板1与低温气体分配室25的连接。螺栓连接件27采用标准件，用于第一连接法兰、二的连接固定。烧嘴安装定位板28采用普碳钢板加工制造，与蓄热烧嘴箱体23一体制造，蓄热烧嘴安装定位好后与炉皮钢板29连接焊接。

图5为本实用新型的局部安装示意图，蓄热烧嘴可以安装在被加热件上方——作为“上烧嘴”，助燃风的多流股喷口与天然气多流股喷口呈上下布置，天然气气流贴近被加热件上表面，二次、三次助燃风远离坯料，天然气与一次风半预混进行不完全燃烧，不完全燃烧产物通过混合气体喷口高速喷入炉膛内，卷吸周围炉气，增大燃烧产物的体积量，降低燃烧火焰中心区域的温度，抑制热力型NOx的生成，而且不完全燃烧的产物的体积量逐渐增大，逐次与二次、三次助燃空气混合，在炉膛内完成整个燃烧过程，实现天然气与助燃空气在炉内高温弥散式状态下充分混合、完全燃烧，炉内温度场均匀。由于助燃风喷口始终远离被加热件，贴近坯料上表面的火焰面为弱还原性气氛，可有效降低钢坯的氧化烧损，使坯料加热质量得以大幅度提高。反之，蓄热烧嘴可以安装在被加热件下方——作为“下烧嘴”，助燃风的多流股喷口与天然气多流股喷口呈下上布置，天然气气流贴近被加热件下表面，二次、三次助燃风远离坯料，贴近坯料下表面的火焰面为弱还原性气氛，可有效降低钢坯的氧化烧损，使坯料加热质量得以大幅度提高。

本实施例的一种多级燃烧节能环保烧嘴，可以将助燃空气预热至1000℃左右，实现余热高效回收，降低燃料消耗，充分发挥空气分级燃烧技术的优势，采用贫氧燃烧机理，保证天然气与空气充分混合、燃烧完全，烧嘴火焰面呈还原性气氛，有效抑制了NOx生成，大大降低了氮氧化物等污染物的排放量。有效解决了传统天然气单蓄热烧嘴的混合效果差、燃烧不完全、燃料消耗高、火焰加热质量差、氧化烧损严重、天然气喷管易积碳结焦、燃烧产物中氮氧化物等污染物含量较高等技术难题。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。