专利名称：富氧或纯氧供风的高温贫氧燃烧系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于加热炉技术领域，提供了一种富氧或纯氧供风的高温贫氧燃烧系统，可实现富氧或纯氧供风的高温贫氧燃烧，应用于使用气体燃料的的加热炉，使加热炉节能降耗的同时又降低氮氧化合物的排放。
背景技术：
加热炉生产都具有高能耗、氧化烧损高、产生大量废气的弊端。高能耗使得加热炉消耗大量的燃料，浪费了能源；较高的氧化烧损，造成被加热物料的浪费；产生的大量废气中的氮氧化合物形成酸雨，对环境造成恶劣影响，同时加剧了全球温室效应。而随着各种资源价格的提高、环境问题的日益严峻以及政府更加严格的节能措施和环保政策，加热炉生产急需一套可以节能降耗同时又减少氮氧化合物的燃烧系统。传统燃烧中利用空气助燃，助燃空气中约79%的氮气不参与燃烧，反而形成烟气带走燃烧产生的一部分热量，浪费能源。而富氧及纯氧燃烧技术使用富氧空气或纯氧助燃，减少了烟气中的氮气，从根本上减少了烟气带走的余热；同时提高了炉气中三原子分子 (co2、H2O)的比例，由于氮气对于热辐射是透明的，而三原子分子具有黑度，三原子分子比例的增加使得炉气黑度提高，从而使炉内辐射换热加强，提高了炉内传热效率，降低了燃料消耗，但同时由于火焰温度高，使得氧化烧损增加。一般气体燃料燃烧时，产生的氮氧化合物主要为热力型氮氧化合物，由于富氧或纯氧燃烧的火焰温度高，导致燃烧中热力型氮氧化合物生成量大量增加。据介绍，对于甲烷燃料来说，氧气浓度30 %时燃烧产生的氮氧化合物浓度是普通空气燃烧的3倍，氧气浓度80%时产生的氮氧化合物浓度则为普通空气燃烧的 100倍，当采用纯氧时由于供入的氮气量减少，燃烧产生的氮氧化合物浓度是普通空气燃烧的8倍。但从总体来看，在加热炉上采用传统富氧或纯氧燃烧技术，火焰燃烧温度高，排放的氮氧化合物总量是成倍增加的，同时也是造成氧化烧损高的主要原因。火焰燃烧温度高、炉气氧浓度高和炉气含氮量高是造成氧化烧损严重及高氮氧化合物生成的主要原因。参与燃烧的气体预热后获得高温，在贫氧浓度条件下可以实现稳定燃烧，燃烧区的含氧体积浓度降低至4%仍能维持稳定燃烧。采用高温贫氧燃烧方式，炉内氧气浓度低，火焰体积也因此成倍扩大，大幅度降低了火焰峰值温度，炉温均勻且低于热力型氮氧化合物的生成温度，达到了氧化烧损低、氮氧化合物低的效果。但传统贫氧燃烧使用空气助燃，空气中约79 %的氮气增大烟气量，带走大量余热，降低热效率，并造成后续换热设备及环保设备的负担。因此，提供一种将富氧空气或纯氧供风进行高温预热后，在炉膛内形成贫氧浓度燃烧，降低氧化烧损和氮氧化合物排放，同时提高加热炉热效率的的燃烧系统，对加热炉领域节能降耗及环境保护具有重大意义。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种富氧或纯氧供风的高温贫氧燃烧系统，利用富氧空气或纯氧供风，减少烟气带走余热，加强炉内传热同时利用高温烟气余热对预热介质 (富氧空气或纯氧)进行连续高效的预热，通过系统各个组成部分的联合工作使燃料在不同含氧量供风的条件下达到高温贫氧燃烧条件，弱化加热炉内的氧化性气氛以大幅度降低被加热物料氧化烧损率，从而解决加热炉高能耗、低成材率及氮氧化合物排放的问题。本实用新型包括富氧或纯氧装置1、连续余热回收装置2、加热炉3、高温贫氧燃烧器4，富氧或纯氧装置1通过管路与连续余热回收装置2连接，连续余热回收装置2位于加热炉烟道中，连续余热回收装置2的出口与高温贫氧燃烧器4的富氧或纯氧入口连接，高温贫氧燃烧器4安装在加热炉3炉墙上。连续余热回收装置2置于加热炉3的烟道中，由富氧或纯氧装置1得到的压力6000Pa 7000Pa，氧含量大于21 %的富氧空气或纯氧，进入置于烟道中的连续余热回收装置2，与加热炉3产生的高温烟气在连续余热回收装置2中换热，使烟气的排烟温度降至250 300°C，同时将富氧空气或纯氧预热到500 550°C。高温富氧空气或纯氧、燃气以及部分烟气由高温贫氧燃烧器4混合均勻，在炉内贫氧气氛中实现稳定燃烧，提高热效率的同时降低了被加热物料的氧化烧损和氮氧化合物生成。本实用新型将富氧空气或纯氧用于高温贫氧燃烧器供风，从而减少烟气中氮气的含量，从根本上减少烟气带走的余热，减少后续换热设备和环保设备的负担，同时提高炉气中三原子分子(C02、H20)的含量，使炉气黑度由空气助燃时的0.795提高到纯氧燃烧的 0.819，强化辐射换热，提高加热效率。由富氧或纯氧装置1、连续余热回收装置2、加热炉3、 高温贫氧燃烧器4组成的整个燃烧系统协同控制富氧或纯氧装置控制富氧或纯氧的含氧量、压力、流量；连续余热回收装置控制富氧或纯氧预热温度；高温贫氧燃烧器实现高温贫氧燃烧；加热炉反馈炉气温度、炉气含氧量等参数，使燃烧系统能够实现贫氧燃烧及工艺加热温度。本实用新型设计了一种高温贫氧燃烧器，该高温贫氧燃烧器利用炉内烟气回流， 降低富氧空气或纯氧的氧气浓度，实现炉内高温贫氧燃烧，燃烧温度低于热力型氮氧化合物的生成温度，同时特殊的结构设计使得燃烧器在不同含氧量供风的条件下仍能实现稳定的贫氧燃烧。高温贫氧燃烧器各个功能结构包括燃气进口 5、环氧进口 6、富氧喷嘴进口 7、富氧喷嘴缩颈8、烟气循环通道9、富氧喷嘴10、中部环氧通道11、燃气通道12。燃气进口 5与燃气管路连接，环氧进口 6和富氧喷嘴进口 7与高温富氧或纯氧管路连接，富氧喷嘴缩颈8位于富氧喷嘴进口后部，并与烟气循环通道9及富氧喷嘴10连接，中部环氧通道11位于燃气通道12外围，烟气循环通道9、富氧喷嘴10、中部环氧通道11、燃气通道12均连到加热炉炉膛内。燃气通过燃气进口 5进入燃烧器，富氧空气或纯氧通过环氧进口 6和富氧喷嘴进口 7进入燃烧器，富氧空气或纯氧在富氧喷嘴通道经缩径8加速后，卷吸烟气循环通道9内的烟气，通过减小喷嘴直径，调节富氧或纯氧压力在6000 7000Pa范围，使卷吸烟气后的混合气氧含量达到4 15%。中部环氧通道11中的富氧或纯氧与燃气通道12中的燃气在出口处混合，稳定燃烧。燃气继续扩散与富氧喷嘴10喷出的贫氧浓度混合气混合燃烧。本实用新型的优点和积极效果本实用新型的特别之处在于组成燃烧系统的各个部分联合工作，实现了不同加热能力下富氧或纯氧供风，减少了烟气中的氮气含量，同时提高了炉气中三原子分子的含量， 从而减少烟气带走的余热并且提高了炉内换热效率。本发明的另一特征在于燃烧系统采用了一种既能高效燃烧又能降低氮氧化合物排放的贫氧燃烧器，且在不同含氧量供风条件下仍能实现稳定的贫氧燃烧。燃烧器通过直接取自炉膛的回流烟气而非排空烟气来冲淡空气氧浓度，通过结构上的改进和参数上的优化，提高了富氧空气或纯氧的流速，富氧通道形成了较大的负压区，回流烟气可在负压作用下无需任何动力装置进入富氧通道，高温烟气的进入一方面极大冲淡了富氧空气或纯氧的氧浓度，另一方面对高温富氧空气或纯氧再次预热，使燃烧在贫氧状态下进行，被加热物料的氧化烧损率和氮氧化合物生成量大幅降低，燃烧状况更好，且通过控制富氧空气或纯氧的压力及改变喷嘴直径，在不同含氧量供风的条件下，仍能调节富氧空气或纯氧与烟气的混合比例，从而使混合气达到所需的氧浓度。本发明节约燃料、降低氧化烧损、降低氮氧化合物排放，经济效益和环境效益显著。
图1为本实用新型的整体系统示意图。其中，富氧或纯氧装置1、连续余热回收装置2、加热炉3、高温贫氧燃烧器4。图2为高温贫氧燃烧器的结构示意图。其中，燃气进口 5、环氧进口 6、富氧喷嘴进口 7、富氧喷嘴缩颈8、烟气循环通道9、富氧喷嘴10、中部环氧通道11、燃气通道12。
具体实施方式
本实用新型包括富氧或纯氧装置1、连续余热回收装置2、加热炉3、高温贫氧燃烧器4，富氧或纯氧装置1通过管路与连续余热回收装置2连接，连续余热回收装置2位于加热炉烟道中，连续余热回收装置2的出口与高温贫氧燃烧器4的富氧或纯氧入口连接，高温贫氧燃烧器4安装在加热炉3炉墙上。连续余热回收装置2置于加热炉3的烟道中，由富氧或纯氧装置1得到的压力6000Pa 7000Pa，氧含量大于21 %的富氧空气或纯氧，进入置于烟道中的连续余热回收装置2，与加热炉3产生的高温烟气在连续余热回收装置2中换热，使烟气的排烟温度降至250 300°C，同时将富氧空气或纯氧预热到500 550°C。高温富氧空气或纯氧、燃气以及部分烟气由高温贫氧燃烧器4混合均勻，在炉内贫氧气氛中实现稳定燃烧，提高热效率的同时降低了被加热物料的氧化烧损和氮氧化合物生成。富氧或纯氧装置1根据炉温、炉气氧浓度、富氧或纯氧的预热温度等参数，提供特定压力(6000 7000Pa)、含氧量(> 21% )的富氧空气或纯氧，送入到连续余热回收装置 2，低温富氧空气或纯氧连续通过换热元件吸收烟气物理热，将温度预热到500 550°C，然后送至高温贫氧燃烧器4。加热炉3产生的高温烟气先进入连续余热回收装置2，把烟气的物理热传递给换热元件，经过烟 排入大气。高效余热回收装置2监测烟气、富氧空气或纯氧的温度，调节进出口两换热介质(烟气、富氧空气或纯氧)流速。富氧空气或纯氧通过燃烧器环氧进口 6和富氧喷嘴进口 7进入燃烧器，富氧空气或纯氧在富氧喷嘴通道经缩径 8加速后，卷吸烟气循环通道9内的烟气，通过减小喷嘴直径以及调节富氧空气或纯氧的压力(6000 7000P)，达到所需氧含量(4 15% )。中部环氧通道11中的富氧空气或纯氧与燃气通道12中的燃气在出口处混合，起到提高火焰稳定性的作用。燃气继续扩散与富氧喷嘴10喷出的贫氧浓度的混合气混合燃烧。由于混合气氧浓度降低，火焰体积明显增大， 炉内温度场均勻，温差范围减小。整个燃烧系统的联合工作，使加热炉在不同加热能力下能够实现贫氧燃烧，燃烧温度低于热力型氮氧化合物的生成温度，且由于富氧空气或纯氧供风，烟气中氮气的减少，减少了烟气带走的热量。三原子分子含量增加，使辐射换热大大加强，提高了整体换热效率。 实践证明，与传统燃烧系统相比，本系统节能35 50 %，氧化烧损降低30 %左右， 氮氧化合物排放降低50 80%。
权利要求1.一种富氧或纯氧供风的高温贫氧燃烧系统，包括富氧或纯氧装置、连续余热回收装置、加热炉、高温贫氧燃烧器，其特征在于，富氧或纯氧装置(1)通过管路与连续余热回收装置(2)连接，连续余热回收装置(2)位于加热炉烟道中，连续余热回收装置(2)的出口与高温贫氧燃烧器(4)的富氧或纯氧入口连接，高温贫氧燃烧器(4)安装在加热炉(3)炉墙上；连续余热回收装置(2)置于加热炉(3)的烟道中。
2.根据权利要求1所述的富氧或纯氧供风的高温贫氧燃烧系统，其特征在于，所述的高温贫氧燃烧器(4)包括燃气进口(5)、环氧进口(6)、富氧喷嘴进口(7)、富氧喷嘴缩颈 (8)、烟气循环通道(9)、富氧喷嘴(10)、中部环氧通道(11)、燃气通道(12)；燃气进口(5) 与燃气管路连接，环氧进口(6)和富氧喷嘴进口(7)与高温富氧或纯氧管路连接，富氧喷嘴缩颈(8)位于富氧喷嘴进口后部，并与烟气循环通道(9)及富氧喷嘴(10)连接，中部环氧通道(11)位于燃气通道(12)外围，烟气循环通道(9)、富氧喷嘴(10)、中部环氧通道(11)、 燃气通道(12)均连到加热炉炉膛内。
专利摘要一种富氧或纯氧供风的高温贫氧燃烧系统，属于加热炉技术领域。富氧或纯氧装置、连续余热回收装置、加热炉、高温贫氧燃烧器；富氧或纯氧装置通过管路与连续余热回收装置连接，连续余热回收装置位于加热炉烟道中，连续余热回收装置的出口与高温贫氧燃烧器的富氧或纯氧入口连接，高温贫氧燃烧器安装在加热炉炉墙上。优点在于，实现了不同加热能力下富氧或纯氧供风，减少了烟气中的氮气含量，同时提高了炉气中三原子分子的含量，从而减少烟气带走的余热并且提高了炉内换热效率。
文档编号F23L15/00GK202024353SQ20112007199
公开日2011年11月2日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者冯娜, 郑克明 申请人:北京沃克能源科技有限公司