一种多级燃烧辐射管加热装置制造方法
【专利摘要】本发明一种多级燃烧辐射管加热装置，该装置包括辐射管管体、主燃烧器和至少一个分级装置，辐射管管体为U型、W型或双P型辐射管形式。所述主燃烧器安装在辐射管管体的烧嘴端，将燃气和助燃气体以偏离化学当量比通入主燃烧器进行一次燃烧，即第一级燃烧区，至少一个所述分级装置用于向辐射管管体内通入燃气或助燃气体，所述分级装置安装于辐射管管体内气体从弯管流向直管的连接处，并且保证所供入的气体或燃气与管内气体流动方向一致，实现多级燃烧。所述分级装置使辐射管内燃烧分级，不仅能降低辐射管内最高燃烧温度，减少NOx生成，而且能提高下游气体温度，从而提高辐射管表面整体温度均匀性。
【专利说明】一种多级燃烧辐射管加热装置
【技术领域】
[0001]本发明属于燃气辐射管加热【技术领域】，涉及一种适用于保护气氛下进行热处理的燃气辐射管加热方法及装置，目的在于提供一种采用气体分区燃烧原理来有效减少NOx排放和提升壁面温度均匀性的新的多级燃烧辐射管加热装置。
【背景技术】
[0002]燃气辐射管是金属热处理加热中比较常用的加热方式，具有一次能源热利用率高、单位表面积热功率大、运行费用低等优点。
[0003]对于燃气辐射管加热装置来说，由于燃烧剧烈放热，火焰温度较高，使含氮气体在有氧条件下形成会产生污染的NOx，主要形成形式有热力型、快速型以及燃料型等。
[0004]针对工业常用燃气来说，通常不含氮，因而燃气辐射管由于燃烧温度较高，其NOx主要形式为热力型以及部分快速型。热力型NOx在T>1500°C时反应速率呈指数增加，快速型NOx则只在碳氢化合物燃料燃烧而燃料过量、燃烧温度较低时才需要重点考虑。因此降低燃气辐射管NOx排放的关键是减少热力型NOx生成。
[0005]实现低NOx燃烧主要技术措施包括高温空气燃烧、烟气再循环、空气分级燃烧、燃料再燃技术等。其中分级燃烧通过控制燃烧区空气过剩系数偏离化学计量比，实现多级燃烧；燃料再燃技术利用NOx还原反应原理实现燃料分级燃烧，这两种方法是目前应用最为
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[0006]目前用于燃气辐射管的低NOx研究主要是设计带有分级燃烧特征的燃烧器，这种燃烧方式使高温区较为集中的分布在辐射管的一端，辐射管壁面温度均匀性差，并且只有在精心控制燃烧空气量的配合下，才能在一定程度上降低NOx产生和提高温度分布均匀性。
【发明内容】
[0007]为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种目的是通过采用分区燃烧技术，在主燃烧器一端供入偏离化学当量比的一次助燃气体和燃气，形成第一区燃烧，而在辐射管的另一端或多端布置次级助燃气体或次级燃气装置，供入次级助燃气体次级燃气，形成多区燃烧，达到降低火焰中心温度或形成还原气氛，减少NOx生成同时提升壁面均匀性的多级燃烧辐射管加热装置。
[0008]本发明技术方案是一种多级燃烧辐射管加热装置，该装置包括辐射管管体、主燃烧器和至少一个分级装置，
所述辐射管管体为U型、W型或双P型辐射管形式；
所述主燃烧器包含燃气入口和助燃气体入口，所述主燃烧器安装在辐射管管体的烧嘴端，将燃气和助燃气体以偏离化学当量比通入主燃烧器内经点燃后进行一级燃烧，即第一级燃烧区，
至少一个所述分级装置用于向辐射管管体内燃气或助燃气体，所述分级装置安装于辐射管管体内气体从弯管流向直管的连接处，并且保证所供入的气体或燃气与管内气体流动方向一致，形成多区燃烧。
[0009]进一步地，所述主燃烧器3包含燃气4入口和助燃气体5入口，且由助燃气体入口和燃气入口供入的气体偏离化学当量比。具体为，供入全部燃气4和50%~90%的助燃气体5时，在一次燃烧区为富燃料燃烧；当供入50%~90%的燃气4和全部助燃气体5时，在一次燃烧区为贫燃料燃烧；
进一步地，所述次级助燃气体或次级燃气分级装置7根据辐射管形状不同可以设置于辐射管的多个位置，将剩余10%~50%的次级助燃气体或次级燃气引至辐射管内，形成多区燃烧；
进一步地，所述双P型辐射管的燃气分级装置如图1，燃气分级装置安装于双P型辐射管尾部气体从弯管流向直管的连接处，次级助燃气体喷向双P型辐射管内气体流动方向。
[0010]进一步地，所述W型辐射管的燃气分级装置如图2，燃气分级装置、燃气分级装置和燃气分级装置安装于W型辐射管内气体从弯管流向直管的连接处，次级助燃气体、次级助燃气体和次级助燃气喷向W型辐射管内气体流动方向。
[0011]进一步地，所述U型辐射管的燃气分级装置如图3，燃气分级装置安装于U型辐射管内气体从弯管流向直管的连接处，次级助燃气体喷向U型辐射管内气体流动方向。
[0012]本发明具有以下优点:本发明通过采用分区燃烧原理将辐射管的助燃气体或燃气进行双端或多端分级，使燃气分区燃烧，但总体助燃气体量保证燃料能够完全燃烧。对于不同管型的辐射管，次级燃气分级装置安装于辐射管内气体从弯管流向直管的连接处，次级助燃气体或燃气喷向管内流体流动方向，不包括辐射管内气体由弯管流向主燃烧器处直管的连接处。先使全部的燃气与一级助燃气体在辐射管烧嘴端(即第一区)进行一级燃烧，此时为富燃料燃烧由于氧量不足，因而能抑制氮氧结合，减少NOx生成，供入次级助燃气体补充燃烧时，形成第二区燃烧，由于火焰温度已经降低，不会产生更多NOx ;或使全部的助燃气体与一级燃气在辐射管烧嘴端(即第一区)进行燃烧，此时为贫燃料燃烧，氧量较足，会产生较多NOx，但由次级燃气分级装置供入次级燃气时，在次级燃烧区会形成较强还原气氛，还原NOx。由于多区燃烧还能提高下游气体温度，从而能提升管体整体温度分布的均匀性。这两种分区燃烧都能有效控制NOx排放，减小壁面温差。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明辐射管加热方法及装置应用于双P型辐射管的结构示意图。
[0014]图2为本发明辐射管加热方法及装置应用于W型辐射管的结构示意图。
[0015]图3为本发明辐射管加热方法及装置应用于U型辐射管的结构示意图。
[0016]图中:1、辐射管管体，2、炉墙，3、主燃烧器，4、燃气，5、助燃气体，6、6a、6b、6c均表示气体，7、7a、7b、7c为分级装置，8为烟气。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步具体说明。
[0018]下面结合附图1对本发明的双P型辐射管具体实施应用作解释。
[0019] 如图1为本发明应用于双P型辐射管的结构示意图，装置包括双P型辐射管管体I部分，主燃烧器3、分级装置7，整体形成高温度均匀性、低NOx排放的双P型辐射管加热装置；
燃气4与助燃气体5在主燃烧器点燃后进行一次燃烧,燃烧后的烟气到达双P型辐射管中心管尾端时，进入两边的支管；
双P型辐射管的燃气分级装置7a、7b安装于双P型辐射管中心管尾部气体从弯管流向直管的连接处，次级助燃气体6a、6b喷向双P型辐射管内气体流动方向。
[0020]此时，二级助燃气体或二级燃气分级燃烧装置7a、7b将剩余10%~50%的次级助燃气体或次级燃气分两部分进入支管，在两个支管分别形成两个第二燃烧区，不仅能提高支管内气体的温度，减少壁面温差，同时能够降低火焰中心温度或利用二级燃气还原NOx ；
对于双P型辐射管，一部分在第二区燃烧后的烟气经支管后再循环进入中心管参与再燃烧，循环烟气降低了燃烧中心的含氧量，再次降低火焰中心温度，减少NOx产生，另一部分烟气经排烟口排出。
[0021]下面结合附图2对本发明的W型辐射管具体实施应用作解释
如图2为本发明应用于W型辐射管的结构示意图，装置包括W型辐射管`管体I部分，主燃烧器3、分级装置7a、7b和7c，整体形成高温度均匀性、低NOx排放的W型辐射管加热装置；
W型辐射管的燃气分级装置7a、燃气分级装置7b和燃气分级装置7c安装于W型辐射管内气体从弯管流向直管的连接处，次级燃气体6a、次级燃气体6b和次级助燃气6c喷向W型辐射管内气体流动方向。
[0022]燃气4与足量的一次助燃气体5在主燃烧器3点燃后进行一次燃烧，形成一级燃烧区；
第一区燃烧后的烟气到达W型辐射管第一直管尾端时，二级燃气体通过分级装置7a供入次级燃气6a，使气体在第二直管段继续燃烧，形成第二燃烧区；
第二区燃烧后的烟气到达W型辐射管第三直管首端时，三级燃气体通过分级装置7b供入次级燃气6b，使气体在第三直管段继续燃烧，形成第三燃烧区；
第三区燃烧后的烟气到达W型辐射管第四直管首端时，四级助燃气体通过分级装置7c供入次级燃气6c，使气体在第四直管段继续燃烧，形成第四燃烧区，最终将燃烧后的烟气从排烟口排出；
次级燃气分级装置7a、7b、7c的布置使W型辐射管实现了多区燃烧的形式，不仅通过多区燃烧布置保证了辐射管壁面温度的均匀性；还利用降低火焰中心温度或二、三、四级燃气再燃还原的办法有效减少了 NOx生成；
下面结合附图3对本发明的U型辐射管具体实施应用作解释。
[0023]如图3为本发明应用于U型辐射管的结构示意图，装置包括U型辐射管管体I部分，主燃烧器3、分级装置7，整体形成高温度均匀性、低NOx排放的U型辐射管加热装置；
分级装置7安装于U型辐射管内气体从弯管流向直管的连接处，次级助燃气体6喷向U型辐射管内气体流动方向。
[0024]第一区燃烧后的烟气到达U型辐射管第一直管尾端时，二级助燃气体或次级燃气分级装置7供入剩余10%~50%的次级助燃气体或次级燃气6，使气体在第二直管段继续燃烧，形成第二燃烧区； 二级助燃气体或二级燃气分级装置7的布置使U型辐射管实现了两区燃烧的形式，不仅通过两区燃烧布置保证了辐射管壁面温度的均匀性还有效减少了 NOx生成；
本发明将分区燃烧技术应用于辐射管中，实现辐射管多区燃烧，而不仅仅局限于现有的燃烧器分级燃烧，不仅能够组织管内下游气体再次燃烧，在保证燃烧效率的同时提高辐射管在轴向温度分布的均匀性，还能有效减少NOx生成和排放。
[0025]上述只是对本发明的一些优选实施例进行了图示和描述，但是本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，只要其一基本相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种多级燃烧辐射管加热装置，该装置包括辐射管管体、主燃烧器和至少一个分级装置，其特征在于， 所述辐射管管体为U型、W型或双P型辐射管形式； 所述主燃烧器安装在辐射管管体的烧嘴端，所述主燃烧器包含燃气入口和助燃气体入口，将燃气和助燃气体以偏离化学当量比通入主燃烧器内经点燃后进行一级燃烧，即第一级燃烧区， 至少一个所述分级装置用于向辐射管管体内燃气或助燃气体，所述分级装置安装于辐射管管体内气体从弯管流向直管的连接处，并且保证所供入的气体或燃气与管内气体流动方向一致，形成多级燃烧区。
2.如权利要求1所述的多级燃烧辐射管加热装置，其特征在于，所述主燃烧器通入50%~90%的助燃气体和全部燃气或50%~90%的燃气和全部助燃气体；分级装置则供入剩余助燃气体或燃气，使供入辐射管的总助燃气体或燃气为正常供入量，最终形成多区燃烧。
3.如权利要求1所述的多级燃烧辐射管加热装置，其特征在于，所述助燃气体为空气、富氧、全氧气体或其他助燃气体。
【文档编号】F23D14/46GK103868066SQ201410105541
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2014年3月20日
【发明者】冯俊小, 曹亚平, 姜敏, 周闻华 申请人:北京科技大学