专利名称：电极火焰监测w型辐射管烧嘴及其使用方法
技术领域：
本发明涉及燃烧装置技术领域，尤其涉及一种与W型辐射管配套使用的辐射管烧嘴及其使用方法。
背景技术：
目前，在大型连续带钢热处理炉上，W型辐射管以其有效加热面积大、燃料利用率高、系统控制操作相对简单等优点，得到了很好的推广和应用。与其配套使用的W型辐射管烧嘴一股是通过燃料燃烧加热辐射管。为了满足工艺要求，辐射管烧嘴燃烧时必须保证整根辐射管表面的温度分布均勻性，具有良好的火焰稳定性，同时要严格控制燃烧产物中NOx 含量。通常来讲，采用自动点火辐射管烧嘴必须保证点火及火焰监测的可靠性。点火主要通过点火变压器连接电极实现，合理的选择点火位置直接影响到烧嘴点火的可靠性。火焰监测主要有两种方式，离子火焰监测和UV监测。离子火焰监测是较为常用的一种，通过连接电极对燃烧火焰中的离子进行监测，影响离子火焰监测稳定性的因素很多，火焰刚性，燃气成分、监测位置、电离干扰等等。W型辐射管由于管程长，燃烧空间大，传统的辐射管烧嘴很难保证整根辐射管加热的温度均勻性，辐射管沿管体方向表面的最大温差达150°C。辐射管表面经常存在局部过热区，整根辐射管表面的温度梯度较大，由于热应力的产生辐射管表面易出现裂纹，影响辐射管的使用寿命；另外现行的W型辐射管烧嘴对混合速度(即空气和燃气的混合速度)把握不精确，快速混合容易使辐射管热梯度过高而影响辐射管的使用寿命，慢速混合则易导致燃烧烟气中CO含量过高；同时国内采用的自动点火W型辐射管烧嘴，为了保证离子火焰监测稳定性，经常刻意加快混合速度，造成辐射管表面的温差加大，影响辐射管的使用寿命。 因此，如何合理的确定混合速度、保证火焰监测稳定性和可靠性，降低W型辐射管表面温差成为W型辐射管烧嘴设计中亟需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能保证辐射管表面的温度均勻并严格控制燃烧产物中NOx含量、有效改善火焰的稳定性及点火的可靠性、提高电极火焰监测稳定性的电极火焰监测W型辐射管烧嘴及其使用方法。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为一种电极火焰监测W型辐射管烧嘴，主要包括燃烧室、配风盘、电极、电极管、空气通道、煤气管、烧嘴支架；其特征在于燃烧室位于烧嘴端部，配风盘位于燃烧室内部中间位置，空气通道和煤气管通过配风盘与燃烧室相连通，电极在电极管中，电极管通过烧嘴支架沿配风盘水平地插入燃烧室；燃烧室分为两级助燃空气空间，烧嘴采用单根电极进行点火及火焰监测。按上述方案，燃烧室为水平放置的圆筒状柱体，其靠近配风盘的一端为一次助燃空气空间，另一端为二次助燃空气空间；燃烧室内两级助燃空气空间的分界通过调整燃烧室尺寸或者空气流通面积来确定，火焰长度短则一次助燃空气量大，火焰长度长则二次助燃空气量大。按上述方案，配风盘为水平放置的喇叭口状环体，环体的大头朝向燃烧室的外侧且大头边缘与燃烧室内部点焊固定，环体的喇叭口小头从燃烧室的内侧伸出并与煤气管相连通；配风盘的环体外周开设有供煤气管通过的煤气管缺口，在煤气管缺口两侧的环体外周上还均勻开设有2-5圈供空气通过的空气通孔，每圈空气通孔有4-6个。按上述方案，空气通道为水平放置的一端封闭的内衬浇注料结构的圆筒状柱体， 与圆筒状柱体垂直地设有往上的空气进口和空气进口法兰，所封闭的一端靠近空气进口 ； 圆筒状柱体封闭端外侧还设有壳体端板，另一端则设置与辐射管配合的安装法兰；空气通道的封闭端和壳体端板上的正中心位置开设有煤气管孔，煤气管孔下侧开设有电极管孔， 煤气管和电极管分别穿过壳体端板并固定在其上，煤气管和电极管置于空气通道内部并与空气通道平行。按上述方案，煤气管端部采用三通连接，与煤气管垂直地往上的通口为煤气进口， 水平通口的一端设有煤气管窥视孔、另一端连接的煤气管从壳体端板与空气通道的正中心插入，与配风盘的喇叭口小头焊接固定。按上述方案，电极管端部设有打火柱且端部通过配风盘上的煤气管缺口伸入燃烧室，电极端部从打火柱中间穿出，电极端部的打火位置置于燃烧室内的一次助燃空气空间并靠近配风盘的喇叭口状环体内侧；电极管在空气通道外侧的端部还设置有电极管窥视孔，电极管内均勻布置有用于支撑电极的陶瓷支架。按上述方案，烧嘴支架位于煤气管中部或靠近燃烧室部位，采用三角支架焊接结构，支架上设有电极管孔和煤气管孔，分别对电极管和煤气管进行定位。按上述方案，配风盘的环体外周上均勻开设有3圈空气通孔，每圈空气通孔为6 个。按上述方案，配风盘为精密铸造成型，电极管为不锈钢管，打火柱为耐热钢制成。一种电极火焰监测W型辐射管烧嘴的使用方法，其特征在于包含如下步骤(1)将电极火焰监测W型辐射管烧嘴与配套装置进行连接W型辐射管烧嘴空气通道壳体上的安装法兰与W型辐射管的一头固定连接，烧嘴空气进口法兰通过波纹管与换热器出口连接，换热器进口与W型辐射管的另一头连接；烧嘴的煤气管与煤气进气管连接；W型辐射管烧嘴置于W型辐射管内；(2)预热空气，并同时输送煤气使其与空气同时进入烧嘴燃烧室进行两级燃烧助燃空气经换热器预热后，通过波纹管从烧嘴的空气进口法兰进入，沿烧嘴空气通道进入W型辐射管的一头，助燃空气进入辐射管后，在燃烧室内被分为两级，一次助燃空气沿着燃烧室内壁与配风盘喇叭口间通道被逐渐加速，并沿着喇叭口外壁的多圈环孔向前方喷出，将沿配风盘中心喷出的煤气打散并加速混合，混合后的煤气在燃烧室内被电极引燃，并在燃烧室内进行一次燃烧，未燃烬的煤气随火焰从燃烧室内喷出，与沿燃烧室外侧内壁和W型辐射管间存留的二次助燃空气进行再燃烧，将烧嘴火焰拉长，确保整根辐射管表面的温度均勻性。(3)燃烧后的气体与换热器换热并同时预热后续空气，之后通过换热器排废烧嘴燃烧室外侧内部与W型辐射管之间拉长的火焰沿W型辐射管的管长方向运动，对辐射管管壁进行加热，在辐射管的另一头与换热器进行换热，同时预热助燃空气，换热后的烟气从换热器尾部排出。本发明的有益效果(1)烧嘴端部设有燃烧室，将助燃空气分为两级，一次助燃空气通过配风盘在燃烧室内与主煤气混合进行一次燃烧，未燃烬的煤气从燃烧室内喷出与沿燃烧室外侧内壁和辐射管之间喷出的二次助燃空气混合再燃烧，烧嘴火焰被拉长，避免了局部高温区的产生，大幅改善了辐射管表面的温度均勻性；同时改善燃烧效果，减少辐射管烧嘴NOx排放量。(2)配风盘采用喇叭口结构设计，在燃烧室进口处将助燃空气流速提高，并通过周围圈状通孔喷出将主煤气打散，加速燃烧室内的空煤气混合速度，确保了燃烧室内火焰的稳定性及点火的可靠性。(3)通过对电极位置、配风盘环孔位置及燃烧室位置关系的合理调整，烧嘴燃烧时，由于燃烧室内壁和配风盘内部包围，能够将火焰稳定压紧在电极头部，大幅提高火焰监测的稳定性。
图1为本发明装置的结构示意图；图2为图1的B向侧视图；图3为本装置的配风盘结构图；图4为本装置与W型辐射管和换热器配套安装结构示意图。图中1-燃烧室，2-配风盘，3-煤气管，4-空气通道，5-空气进口法兰，6_煤气进口，7-煤气管窥视孔，8-电极管，9-壳体端板，10-电极，11-安装法兰，12-烧嘴支架，13-打火柱，14-W型辐射管烧嘴，15-波纹管，16-空气出口法兰，17-换热器，18-辐射管。
具体实施例方式以下结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。图1-3所示为根据本发明实施的自动点火W型辐射管烧嘴的内部结构，它包括燃烧室(1)，采用耐热钢铸造成型，助燃空气通过燃烧室(1)被分为两级，燃烧室(1)内侧为一次空气，外侧为二次空气；配风盘(2)置于燃烧室(1)中心，精密铸造成型，采用喇叭口结构设计，配风盘O)中心为主煤气通道，外边缘为一次空气通道，均勻开有三圈环孔，一次空气进入燃烧室内，通过配风盘O)的喇叭口提速后，从周围三圈环孔高速喷出，将从配风盘 (2)中心喷出的主煤气打散，加速燃烧室内空煤气的混合速度，确保燃烧室内火焰的稳定性。配风盘( 外边缘与燃烧室(1)焊接固定，左端与煤气管C3)连接；煤气管C3)为煤气流通通道，煤气管C3)端部采用三通连接，一端连接煤气进口(6)，另一端设有窥视孔(7)， 煤气管(3)从空气通道壳体端板(9)正中心插入，与配风盘(2)焊接固定；空气通道(4)采用内衬浇注料结构，设有预热空气进口法兰(5)、安装法兰(11)和壳体端板(9)，壳体端板 (9)上安装有电极管(8)，电极管末端安装电极管窥视孔；电极管(8)采用不锈钢管制作，端部设有耐热钢制打火柱(1 ，电极(10)置于电极管(8)内，电极(10)上均勻布置有陶瓷支架做支撑，避免电极(10)与电极管(8)打火。电极(10)端部从打火柱(13)中间穿出。电极(10)端部的打火位置置于燃烧室(1)内，通过调整电极管(8)端部位置、配风盘(2)外边缘喷孔及燃烧室(1)的相对位置关系将电极(10)定位。电极(10)与打火柱(1 打火， 将一次空气与被打散的主煤气引燃，由于有燃烧室(1)内壁的包围，燃烧室(1)内火焰能够压紧在电极头部，确保火焰监测的稳定性。烧嘴支架(1 位于煤气管(3)中部，采用三角支架焊接结构，用于支撑烧嘴端部燃烧室(1)和配风盘O)，烧嘴支架(12)上设有电极管孔，对电极管(8)进行导向和定位。图4给出W型辐射管烧嘴(14)与换热器(17)及W型辐射管(18)配套使用的实施方式，烧嘴壳体上的安装法兰(11)与W型辐射管(18)固定连接，烧嘴空气进口法兰(5)通过波纹管(1 与换热器出口(16)连接，助燃空气经换热器(17)预热后，通过波纹管(15) 从烧嘴的空气进口法兰(5)进入，沿烧嘴空气通道(4)进入W型辐射管(18)的头部，助燃空气进入辐射管(18)后，在燃烧室(1)处被分为两级，一次空气沿着燃烧室(1)内壁与配风盘(2)喇叭口间通道被逐渐加速，并沿着喇叭口外壁的环孔喷出，将沿配风盘O)中心喷出的煤气打散并加速混合，混合后的煤气在燃烧室(1)内被电极(10)引燃，并在燃烧室 ⑴内进行一次燃烧，未燃烬的煤气随火焰从燃烧室⑴内喷出，与沿燃烧室⑴外侧内壁和W型辐射管(18)间喷出的二次空气进行再燃烧，将烧嘴火焰拉长，确保整根辐射管表面的温度均勻性。电极管(8)通过烧嘴支架(12)导向孔沿配风盘(2)斜插入燃烧室(1)，电极(10)的点火位置置于燃烧室(1)中部，烧嘴燃烧时，由于燃烧室(1)内壁包围，能够将火焰压紧在电极(10)头部，确保火焰监测的稳定性。拉长的火焰沿W型辐射管(18)管长方向运动，对辐射管管壁进行加热，在辐射管(18)尾部与换热器(17)进行换热，预热助燃空气，换热后的烟气从换热器(17)尾部排出。以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
权利要求
1.一种电极火焰监测W型辐射管烧嘴，主要包括燃烧室、配风盘、电极、电极管、空气通道、煤气管、烧嘴支架；其特征在于燃烧室位于烧嘴端部，配风盘位于燃烧室内部中间位置，空气通道和煤气管通过配风盘与燃烧室相连通，电极在电极管中，电极管通过烧嘴支架和配风盘水平地插入燃烧室内；燃烧室分为两级助燃空气空间，烧嘴采用单根电极用于点火及火焰监测。
2.根据权利要求1所述的辐射管烧嘴，其特征在于燃烧室为水平放置的圆筒状柱体， 其靠近配风盘的一端为一次助燃空气空间，另一端为二次助燃空气空间；燃烧室内两级助燃空气空间的分界通过调整燃烧室尺寸或者空气流通面积来确定，火焰长度短则一次助燃空气量大，火焰长度长则二次助燃空气量大。
3.根据权利要求2所述的辐射管烧嘴，其特征在于配风盘为水平放置的喇叭口状环体，环体的大头朝向燃烧室的外侧且大头边缘与燃烧室内部点焊固定，环体的喇叭口小头从燃烧室内侧伸出并与煤气管相连通；配风盘的环体外周开设有供煤气管通过的煤气管缺口，在煤气管缺口两侧的环体外周上还均勻开设有2-5圈供空气通过的空气通孔，每圈空气通孔有4-6个。
4.根据权利要求3所述的辐射管烧嘴，其特征在于空气通道为水平放置的内衬浇注料结构的圆筒状一端封闭柱体，与圆筒状柱体垂直地设有往上的空气进口和空气进口法兰， 圆筒状柱体封闭端靠近空气进口 ；圆筒状柱体封闭端外侧还设有壳体端板，圆筒状柱体的开口侧设置与辐射管配合的安装法兰；空气通道的圆筒状柱体封闭端和壳体端板上的正中心位置开设有煤气管孔，煤气管孔下侧开设有电极管孔，煤气管和电极管分别穿过壳体端板并固定在其上，煤气管和电极管置于空气通道内部并与空气通道平行。
5.根据权利要求4所述的辐射管烧嘴，其特征在于煤气管端部采用三通连接，与煤气管垂直地往上的通口为煤气进口，水平通口的一端设有煤气管窥视孔、另一端连接的煤气管从壳体端板与空气通道的正中心插入，与配风盘的喇叭口小头焊接固定。
6.根据权利要求5所述的辐射管烧嘴，其特征在于电极管端部设有打火柱且电极管端部通过配风盘上的煤气管缺口伸入燃烧室内，电极端部从打火柱中间穿出；电极端部的打火位置置于燃烧室内一次助燃空气空间、并靠近配风盘的喇叭口状环体内侧；电极管在空气通道外侧的端部还设置有电极管窥视孔，电极管内均勻布置有用于支撑电极的陶瓷支架。
7.根据权利要求6所述的辐射管烧嘴，其特征在于烧嘴支架位于煤气管中部或靠近燃烧室部位，采用三角支架焊接结构；支架上设有电极管孔和煤气管孔分别对电极管和煤气管进行定位。
8.根据权利要求7所述的辐射管烧嘴，其特征在于配风盘的环体外周上均勻开设有3 圈空气通孔，每圈空气通孔为6个。
9.根据权利要求8所述的辐射管烧嘴，其特征在于配风盘为精密铸造成型，电极管为不锈钢管，打火柱为耐热钢制成。
10.一种电极火焰监测W型辐射管烧嘴的使用方法，其特征在于包含如下步骤(1)将电极火焰监测W型辐射管烧嘴与配套装置进行连接其中，W型辐射管烧嘴空气通道壳体上设置的安装法兰与W型辐射管的一头固定连接， 烧嘴空气进口法兰通过波纹管与换热器出口连接，换热器进口与W型辐射管的另一头连接；烧嘴的煤气管与煤气进气管连接；W型辐射管烧嘴置于W型辐射管的一头内；(2)预热空气，并输送煤气使其与空气通过配风盘同时进入烧嘴燃烧室进行两级燃烧其中，助燃空气经换热器预热后，通过波纹管从烧嘴的空气进口法兰进入，沿烧嘴空气通道进入W型辐射管的一头；助燃空气进入辐射管后，在燃烧室内被分为两级，一次助燃空气沿着燃烧室内壁与配风盘喇叭口间通道被逐渐加速，并沿着喇叭口外壁的多圈环孔向前方喷出，将沿配风盘中心喷出的煤气打散并加速混合，混合后的煤气在燃烧室内被电极引燃，并在燃烧室内进行一次燃烧；未燃烬的煤气随火焰从燃烧室内喷出，与沿燃烧室外侧内壁和W型辐射管间存留的二次助燃空气进行再燃烧，将烧嘴火焰拉长，确保整根辐射管表面的温度均勻性；(3)燃烧后的气体与换热器换热并同时预热后续空气，之后通过换热器排废烧嘴燃烧室外侧内部与W型辐射管之间拉长的火焰沿W型辐射管的管长方向运动，对辐射管管壁进行加热，在辐射管的另一头与换热器进行换热，同时预热助燃空气，换热后的烟气从换热器尾部排出。
全文摘要
本发明涉及一种自动点火电极火焰监测W型辐射管烧嘴及其使用方法，主要包括燃烧室、配风盘、电极、电极管、空气通道、煤气管、烧嘴支架；其特征在于燃烧室位于烧嘴端部，配风盘位于燃烧室内部中间位置，空气通道和煤气管通过配风盘与燃烧室相连通，电极在电极管中，电极管通过烧嘴支架沿配风盘水平地插入燃烧室内；烧嘴采用单根电极用于点火及火焰监测。助燃空气分为两级，避免了局部高温区的产生，大幅改善了辐射管表面的温度均匀性；同时改善燃烧效果，减少NOx排放量；采用喇叭口状配风盘，加速燃烧室内空煤气混合速度，确保了火焰的稳定性及点火可靠性；点火装置的合理调整，使燃烧室内火焰能够稳定压紧在电极端部，大幅提高火焰监测稳定性。
文档编号F23D14/22GK102213421SQ20111009177
公开日2011年10月12日 申请日期2011年4月13日 优先权日2011年4月13日
发明者徐少春, 沈小军, 高阳 申请人:中冶南方(武汉)威仕工业炉有限公司