一种两级换热低NOx自身预热式烧嘴的制作方法

本实用新型涉及自身预热式烧嘴领域，尤指一种两级换热低NOx自身预热式烧嘴。

背景技术：

工业类生产活动是能源与环境问题的主要诱因，工业炉窑等设备是大气污染主要来源，同时也是高耗能工业设备。烧嘴作为工业炉窑最主要装置之一，直接决定了工业炉窑的能耗与污染物排放量。

自身预热式烧嘴是一类典型的工业炉窑烧嘴，烧嘴既充当燃烧装置，也充当排烟装置，并且同时进行，但常规烧嘴的燃烧方式单一，换热效率一直较低，换热器寿命较短，对材料要求较高，同时传统结构在用于有空气预热的常规燃烧模式时，NOx等污染物生成量较大，难以满足环保标准。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供一种两级换热低NOx自身预热式烧嘴，能够高效地利用烟气余热降低NOx排放，实现多样燃烧方式，提高燃烧效率，达到节能减排的目的，同时提高设备寿命和提高使用的安全性。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案之一：提供一种两级换热低NOx自身预热式烧嘴，包括烧嘴管、燃烧室、空气管、燃气通道、排烟管、点火装置，烧嘴管后端的表面套接有导气管并与空气管连通，导气管表面套接有导烟管并与排烟管连通，燃烧室的一端设有喷出口，燃烧室设置在烧嘴管内且喷出口延伸至烧嘴管前端外，燃气通道设置在烧嘴管内且其一端与燃烧室连通，点火装置的点火端设置在燃烧室内，排烟管套接在空气管表面，其特征在于，烧嘴管的前端套接有换热管，换热管的内外表面均设有换热翅片，换热管的一端与导气管对接连通，换热管的另一端延伸至喷出口处与喷出口间形成环缝隙，燃气通道的另一端套接有弹簧并通过弹簧固定在烧嘴管内，燃气通道内设有燃气管，燃气管的一端与烧嘴管外部连通，燃气管另一端连接有分流器并设置在燃烧室内，分流器一端连接有主燃气管并延伸至喷出口处，分流器表面设有连通燃烧室和燃气管的分流孔，空气管外表面设置有换热翅片。

作为优选的，还包括风盘，所述风盘套接在分流器表面，风盘表面沿圆周方向设置有风道，风道连通燃烧室和烧嘴管。

作为优选的，所述风道包括圆形风道和条形风道，且圆形风道和条形风道交替分布。

作为优选的，所述空气管内还设有限位器，限位器沿空气管延伸方向设置。

作为优选的，所述限位器的表面设置有换热翅片。

作为优选的，所述弹簧的表面套接有保温内衬。

作为优选的，烧嘴管后端的表面设有连通导气管和烧嘴管内的冷却风孔。

作为优选的，所述分流孔以燃气通道轴芯为中心沿分流器圆周方向分布。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案之二：提供一种两级换热低NOx自身预热式烧嘴，包括烧嘴管、燃烧室、空气管、燃气通道、排烟管、点火装置，烧嘴管后端的表面套接有导气管并与空气管连通，导气管表面套接有导烟管并与排烟管连通，燃烧室的一端设有喷出口，燃烧室设置在烧嘴管内且喷出口延伸至烧嘴管前端外，燃气通道设置在烧嘴管内且其一端与燃烧室连通，点火装置的点火端设置在燃烧室内，排烟管套接在空气管表面，烧嘴管的前端套接有换热管，换热管的内外表面均设有换热翅片，换热管的一端与导气管对接连通，换热管的另一端延伸至喷出口处与喷出口间形成环缝隙，燃气通道的另一端套接有弹簧并通过弹簧固定在烧嘴管内，燃气通道内设有主燃气管和辅燃气管，主燃气管设置在辅燃气管内，辅燃气管的一端与烧嘴管外部连通，辅燃气管的另一端连接有分流器并设置在燃烧室内，分流器表面设有连通燃烧室和辅燃气管的分流孔，主燃气管的一端与烧嘴管外部连通，主燃气管另一端贯穿分流器并延伸至喷出口处，空气管外表面设置有换热翅片。

本实用新型的有益效果在于：

1.通过在烧嘴管的前端设置换热翅片换热管，同时在空气管外表面设置换热翅片，烧嘴燃烧后的高温燃气回流至烧嘴时经过换热翅片换热管对烧嘴管内的助燃空气进行换热，随后经过排烟管排出时通过空气管外表面设置的换热翅片对从空气管口进入的助燃空气进行换热，即对助燃空气进行两级的换热，有效提高了换热的效率，最大化地提高预热空气温度，利用烟气的余热对助燃空气充分预热，提高燃烧效率，降低NOx的产生；

2.通过在燃烧室内设置有分流器，分流器上设置有分流孔，可根据燃烧方式的需要，设置单一的主燃气管与分流器连接或同时设置主燃气管和辅燃气管，其中辅燃气管与分流孔连通，主燃气管设置在辅燃气管内单独进气，根据需要设置不同的燃烧方式，提高燃烧效率，降低NOx的产生，达到节能减排的目的；

3.在燃气分级的前提下再结合空气分级技术，大部分助燃空气从空气管进入烧嘴管到达燃烧室，与进入到燃烧室内的燃气混合，部分助燃空气从环风隙进入加热空间，与喷出口附近的燃气、一级燃烧产物和加热空间内的部分回流烟气混合后进行二次燃烧，成高速火焰，高速火焰能卷吸周围的烟气参与燃烧，能有效的降低火焰燃烧温度，从而减少NOx的产生；

4.通过在燃气通道表面套接弹簧并通过弹簧固定在烧嘴管内，可以在烧嘴内部装置有热膨胀性移位时保证燃气系统结构的安全性与稳固性，进而提高整体设备的实用寿命和使用的安全性。

附图说明

图1 是实施例一的内部结构剖面图；

图2 是图1中A处的放大示意图；

图3 是风盘的结构示意图；

图4 是实施例一中采用直接明火加热的安装示意图；

图5 是实施例一中采用辐射管间接加热的安装示意图；

图6 是实施例二的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

请参阅图1所示，本实施例关于一种两级换热低NOx自身预热式烧嘴，包括烧嘴管1、燃烧室21、空气管14、燃气通道11、排烟管3、点火装置23，烧嘴管1后端的表面套接有导气管16，空气管14设置在导气管16表面并与其连通，空气管14的管口处设有空气口4，导气管16表面套接有导烟管25，排烟管3的设置在导烟管25表面并与其连通，排烟管3的侧壁设有排烟口5，燃烧室21的一端设有喷出口30，燃烧室21的一端通过支撑件20固定设置在烧嘴管1内，且喷出口30延伸至烧嘴管1前端外，燃气通道11设置在烧嘴管1内且其一端固定在支撑件20上，点火装置23的点火端延伸设置在燃烧室21内，排烟管3套接在空气管14表面。

其中烧嘴管1的前端套接有换热管17，换热管17的内外表面均设有换热翅片，换热管17的一端与导气管16对接连通，换热管17的另一端延伸至喷出口30处与喷出口30间形成环缝隙32，燃气通道11的另一端套接有弹簧10并通过弹簧10固定在烧嘴管1内，烧嘴管1外设置有燃气壳体7，燃气壳体7上开设有燃气口6，外部的供燃气装置与燃气口6连接提供燃气，燃气通道11内设有燃气管35，燃气管35的一端与燃气口6连通，燃气管35另一端连接有分流器34并设置在燃烧室21内，分流器34一端连接有主燃气管12并延伸至喷出口30处，分流器34表面设有连通燃烧室21和燃气管35的分流孔13，空气管14外表面设置有换热翅片36。

本实施例在具体应用过程中，可直接将烧嘴通过安装法兰9固定在加热空间的侧壁上，使烧嘴延伸至加热空间内部，即采用直接明火加热的安装方式实现（如图4所示），同时也可以在烧嘴的表面套接辐射管，即采用间接加热的安装方式实现（如图5所示）。

本实施例具体的工作原理如下：

A.燃气从燃气口6进入燃气管35，通过分流器34主燃气管12的为主燃气，通过分流器35分流孔13分流后为辅燃气，主燃气通过主燃气管12从喷出口30喷出进入加热空间，辅燃气进入燃烧室21；

B.助燃空气通过空气口4进入空气管14，助燃空气行进过程中通过空气管14外侧换热翅片36与排烟管3的烟气进行一次换热，随后通过导气管16进入换热管17，通过换热管17内外表面的换热翅片与加热空间内回流的烟气进行二次换热，随后助燃空气在燃烧室21处分流，一股为一次风，回流到烧嘴管1内部空间后经支撑件20进入燃烧室21与辅燃气混合；另一股为二次风，通过环缝隙32进入加热空间与主燃气混合（如图2所示）；

C.一次风和辅燃气在燃烧室21混合后，经过点火装置23点火燃烧，形成一级燃烧产物喷出喷出口30；主燃气在喷出口30附近与一级燃烧产物、环缝隙32中的二次风和加热空间内的部分回流烟气混合后进行二次燃烧，整体过程是一种双分级燃烧模式。

D.烟气从加热空间回流，经换热管17外表面的换热翅片与助燃空气换热后，进入导烟管25再经过排烟管3后从排烟口5排出，流经排烟管3过程中，与空气管14表面的换热翅片36对助燃空气换热。

请参阅图1和3所示，本实施例还包括风盘22，所述风盘22套接在分流器34表面，风盘22表面沿圆周方向设置有风道，风道连通燃烧室21和烧嘴管1。助燃空气经过换热管17换热后，一部分回流到烧嘴管1内部，通过风盘22的风道使助燃空气均匀地再进入燃烧室21，能有效加强助燃空气与燃烧室21内辅燃气的混合，改善燃烧条件，为进一步提高燃气与助燃空气的混合均匀度，风道呈圆形风道B和条形风道A交替分布。

进一步地，本实施例中空气管14内还设有限位器15，限位器15沿空气管14延伸方向设置，限位器15的顶端通过固定支架27连接在空气口4处，空气管14通过波纹管28与空气口4连接，设置限位器15的目的在于，当助燃空气从空气口4进入空气管14后，由于限位器15的作用使进入的助燃空气分流至限位器15四周至贴近空气管14壁面流通，以提高助燃空气的换热效率，限位器15可以设置为实芯或空心；此外为进一步提高助燃空气的换热效率，可在限位器15的表面设置换热翅片36。

本实施例中，弹簧10的表面套接有保温内衬26，由于助燃空气经过了二级换热后温度很高，且一部分会进入烧嘴管1内，因此在弹簧10的表面套接有保温内衬26可对弹簧10进行过高温保护，防止其损坏。

进一步地，烧嘴管1后端的表面设有连通导气管16和烧嘴管1内的冷却风孔19，助燃空气经过空气管14一次换热后进入导气管16，少部分仅通过一次换热的相对较低温度的助燃空气通过冷却风孔19进入烧嘴管1，可对烧嘴管1内的弹簧10、保温内衬26、燃气通道11进行冷却降温，防止温度过高而损坏，此外这部分助燃空气随后进入燃烧室21与燃烧室21内的辅燃气混合。

作为较优的实施方式，分流器34中的分流孔13以燃气通道11轴芯为中心沿分流器34圆周方向分布，使进入燃烧室21内的辅燃气能够均匀分布，更好地与助燃空气混合，以提高燃烧效率。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于，燃气壳体7上分别开设有主燃气口61和辅燃气口6，外部的供燃气装置与主燃气口61和辅燃气口6连接提供燃气。

燃气通道11内设有主燃气管12、辅燃气管121，其中主燃气管12设置在辅燃气管121内，辅燃气管121的一端与辅燃气口6连通，辅燃气管121的另一端连接有分流器34并设置在燃烧室21内，分流器34表面设有连通燃烧室21和辅燃气管121的分流孔13；主燃气管12的一端与主燃气口61连通，主燃气管12另一端贯穿分流器34并延伸至喷出口30处。

本实施例通过分别设置辅燃气管121和主燃气管12，并在燃气壳体7对应设置辅燃气口6和主燃气口61，所述结构能灵活组合控制燃气供应模式，控制形成不同的燃烧模式，以适应不同的燃烧需求。

下面通过具体的燃烧模式进行原理说明。

根据控制方式可形成三种燃烧模式：只进辅燃气、只进主燃气和主辅燃气同时进，分别可对应三种加热模式：低温模式、快速加热、高温模式。

低温模式

点火装置23打开，辅燃气口6打开进气，主燃气口61关闭，助燃空气还未预热，冷态开始点火进行加热，燃烧充分，无高温区，NOx生成量少；需要说明的是，低温模式烧嘴初始工作到进行正常燃烧这一段时间，炉温从室温开始逐渐上升；NOx总共分三类：热力型，快速型和燃料型，气态燃料燃烧产生的NOx中唯有热力型NOx占主导地位，占比为90%，热力型NOx只跟高温区有关，即燃烧温度大于850度。

快速加热模式：点火装置23打开，主燃气口61和辅燃气口6均打开进气，助燃空气已被预热，需快速加热时，此时属于双分级燃烧，燃烧充分，NOx生成量少；其中双分级燃烧即为空气分级和燃气分级，与实施例一中原理一致，不同之处在于，本实施例是两个燃气进口分别控制主辅燃气。

高温模式：点火装置23关闭，辅燃气口6关闭，主燃气口61打开，当加热空间内温度高于850度时，直接将空燃混合物喷入加热空间，整体进行无焰氧化，进入无焰燃烧状态，温度均匀，无局部高温区，NOx生成量少。

本实施例中，主燃气口61和辅燃气口6打开或关闭，可通过电磁阀控制，由外部的控制系统对电磁阀进行控制，点火装置的点火与否同样由外部控制系统控制。

以上实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。