低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，该自身预热式烧嘴包括烧嘴壳体、翅片换热器、煤气芯管、点火电极和煤气端盖，其中，烧嘴壳体具有互不连通的空气入口通道和烟气出口通道；翅片换热器设置在空气导管与烟气导管之间；煤气芯管与燃烧室固定连接，且煤气芯管的前端设有煤气喷头，煤气喷头上设有煤气喷孔，煤气喷头与煤气芯管之间设有旋流盘，旋流盘上设有旋流槽；点火电极穿过空气导管、旋流盘，延伸至燃烧室；煤气端盖上穿设有点火电极、紫外线检测管。本发明的低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，能实现烧嘴额定功率燃烧，火焰检测稳定，换热效率高，通过分级供风燃烧方式实现低NOx排放，结构简单紧凑。
【专利说明】低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种烧嘴，尤其是一种低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，本发明属于燃烧器【技术领域】，特别是自身预热式烧嘴加热领域，适用于各种辐射管加热炉和明火加热炉。
【背景技术】
[0002]转炉煤气是转炉炼钢过程中产生的以CO、N2为主的低热值燃气(热值范围为1300-1800kCal/Nm3)，是钢铁企业重要的二次能源。随着节能和环保意识的不断增强，钢铁企业对转炉煤气的回收和综合利用率也逐步提高。通常转炉煤气在加热设备上应用时，多与焦炉煤气等高热值煤气混合成较高热值的混合煤气使用。
[0003]近年来，一些生产厂开始尝试在各种保护气氛辐射管加热炉和明火加热炉上直接使用热值较低的转炉煤气。但传统的自身预热式烧嘴仅适用于天然气、焦炉煤气，及热值高于2000kcal/Nm3的混合煤气等燃料，在用于低热值转炉煤气时，会出现烧嘴输出功率降低，火焰检测不稳定等问题。
[0004]有鉴于上述公知技术存在的缺陷，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出本发明的低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，以实现烧嘴额定功率燃烧，火焰检测稳定。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，以克服【背景技术】中所提出的缺陷。
[0006]本发明的低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，包括:烧嘴壳体，具有互不连通的空气入口通道和烟气出口通道；烟气导管套设在空气导管外部，且所述烟气导管和空气导管分别与所述烧嘴壳体相连接，并分别连通所述烟气出口通道、空气入口通道；翅片换热器，设置在所述空气导管与所述烟气导管之间，所述空气导管与所述翅片换热器的内壁之间形成与所述空气入口通道相连通的空气通道；所述烟气导管与所述翅片换热器的外壁之间形成与所述烟气出口通道相连通的烟气通道；煤气芯管，其前端与燃烧室固定连接，并设置在所述空气导管内；煤气喷头设置在所述燃烧室内并与所述煤气芯管的前端相连通，所述煤气喷头与所述煤气芯管之间设有一径向凸出的旋流盘，所述旋流盘上均布有多个轴向贯通的旋流槽，所述煤气喷头的外周壁上沿轴向设有至少两排煤气喷孔，每排均布有多个所述煤气喷孔；点火电极，穿过所述空气导管、所述旋流盘，延伸至所述燃烧室。
[0007]本发明的热值转炉煤气用自身预热式烧嘴的优点是:
[0008]1、本发明的低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴结构简单紧凑，且能将喷出的转炉煤气和空气进行充分混合，且使转炉煤气在燃烧室内燃烧后高速喷出，并在炉膛内再次燃烧，通过分级供风燃烧的方式，降低NOx排放。
[0009]2、本发明的低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，设置有点火电极和紫外线检测管，能实现烧嘴额定功率燃烧，采用紫外线火焰监测方式，保证了火焰监测的可靠性。
[0010]3、本发明的低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，能够实现空气和烟气的换热，通过采用翅片换热器增加换热面积，提高换热效率，从而有效回收余热。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
[0012]图1是本发明自身预热式烧嘴的剖面示意图；
[0013]图2是本发明自身预热式烧嘴的煤气芯管、煤气端盖、点火电极、紫外线检测管的组合部件图； [0014]图3是图2中的旋流盘与煤气喷头组合的局部放大图；
[0015]图4是图1中的A向视图。
[0016]主要元件标号说明:
[0017]I烧嘴壳体
[0018]11空气导管
[0019]111空气通道 112—次风通道113 二次风通道
[0020]12烟气导管 121烟气通道
[0021]13空气入口通道14烟气出口通道15陶瓷绝热纤维
[0022]2翅片换热器
[0023]3煤气芯管
[0024]4点火电极
[0025]5煤气端盖 51窥视孔52检测孔
[0026]53煤气入口通道54紫外线检测管55取压孔
[0027]56煤气孔板
[0028]6煤气喷头 61煤气喷孔
[0029]7旋流盘
[0030]71旋流槽72检测通孔 73电极孔
[0031]8燃烧室81支撑点82燃气喷出口
[0032]K空气Y烟气
[0033]M 一次空气 N 二次空气
【具体实施方式】
[0034]本发明提出一种低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，其包括:烧嘴壳体，具有互不连通的空气入口通道和烟气出口通道；烟气导管套设在空气导管外部，且所述烟气导管和空气导管分别与所述烧嘴壳体相连接，并分别连通所述烟气出口通道、空气入口通道；翅片换热器，设置在所述空气导管与所述烟气导管之间，所述空气导管与所述翅片换热器的内壁之间形成与所述空气入口通道相连通的空气通道；所述烟气导管与所述翅片换热器的外壁之间形成与所述烟气出口通道相连通的烟气通道；煤气芯管，其前端与燃烧室固定连接，并设置在所述空气导管内；煤气喷头设置在所述燃烧室内并与所述煤气芯管的前端相连通，所述煤气喷头与所述煤气芯管之间设有一径向凸出的旋流盘，所述旋流盘上均布有多个轴向贯通的旋流槽，所述煤气喷头的外周壁上沿轴向设有至少两排煤气喷孔，每排均布有多个所述煤气喷孔；点火电极，穿过所述空气导管、所述旋流盘，延伸至所述燃烧室。
[0035]进一步地，相邻的两排所述煤气喷孔交错设置。
[0036]此外，靠近所述旋流盘的所述煤气喷孔与所述旋流槽交错设置。
[0037]—个具体的技术方案是，贯穿所述旋流盘的所述点火电极位于两个所述旋流槽之间，并与其中一个所述煤气喷孔相对应。
[0038]所述自身预热式烧嘴还具有一盖合于烧嘴壳体后端的煤气端盖，所述煤气端盖上设有检测孔，且所述旋流盘上对应设有一检测通孔，一紫外线检测管设置在所述空气导管内，且其两端分别贯穿所述检测孔和检测通孔，所述紫外线检测管延伸至所述煤气端盖的外部，并与检测装置相连接以检测所述燃烧室内的火焰燃烧情况。
[0039]本发明的低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴结构简单，且能将喷出的转炉煤气和空气进行充分混合，转炉煤气在燃烧室内燃烧后高速喷出。通过设置点火电极和紫外线检测管，采用紫外线火焰监测方式，保证了火焰监测的可靠性。
[0040]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴的【具体实施方式】、结构、特征及功效，详细说明如后。另外，通过【具体实施方式】的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。相同的部件，采用相同的标号。
[0041]如图1所示，本发明提出的低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，包含烧嘴壳体1、翅片换热器2、煤气芯管3和点火电极4,以及一个盖合于烧嘴壳体I后端的煤气端盖5。
[0042]其中，烧嘴壳体I具有互不连通的空气入口通道13和烟气出口通道14，烟气导管12套设在空气导管11外部，且烟气导管12和空气导管11的一端分别与烧嘴壳体I相连接，并分别连通烟气出口通道14、空气入口通道13。翅片换热器2设置在空气导管11与烟气导管12之间，空气导管11与翅片换热器2的内壁之间形成空气通道111，且空气通道111与空气入口通道13相连通。烟气导管12与翅片换热器2的外壁之间形成烟气通道121，且烟气通道121与烟气出口通道相连通14。这样，外界的空气K通过空气入口通道13进入空气通道111，而燃烧产生的烟气Y则经过烟气通道121由烟气出口通道14排出，且空气通道111内的空气K可以与烟气通道121内的烟气Y进行换热，翅片换热器2的设置增加了换热面积，提高了进入燃烧室8的空气温度，提高烟气余热回收率。
[0043]如图2、图3所示，煤气芯管3设置在空气导管11内，且其前端与燃烧室8固定连接，煤气喷头6设置在燃烧室8内并与煤气芯管3的前端相连通，煤气喷头6与煤气芯管之间还设有一个径向凸出的旋流盘7，旋流盘7上均布有多个轴向贯通的旋流槽71，煤气喷头6的外周壁上沿轴向设有至少两排煤气喷孔61，每排沿周向均布有多个煤气喷孔61，煤气喷孔61与煤气芯管3的内腔相连通。其中，煤气喷孔61用于喷出煤气。煤气芯管3的后端穿过该煤气端盖5且延伸至烧嘴壳体I外部，并与煤气入口通道53相连通。
[0044]在一个可行的技术方案中，旋流盘7的外径大致与燃烧室8的内径相配合，由空气通道111进入的空气K通过旋流槽71向燃烧室8喷出一次空气M。
[0045]另外，对于煤气喷孔61的设置排数，本案不加以限制，可以根据实际需要设置一排或多排。[0046]此外，点火电极4也设置在空气导管11内，且点火电极4穿过空气导管11、旋流盘7，延伸至燃烧室8。该点火电极4用于自身预热式烧嘴的自动点火，由于点火电极4穿过旋流盘7的电极孔73并延伸至燃烧室8内煤气与一次空气M的混合区域，有利于点火的稳定性、可靠性。
[0047]在一个具体实施例中，煤气芯管3与煤气入口通道53采用法兰连接的连接方式，结构简单，拆卸和维护方便。另外，煤气入口通道53上还设有煤气取压孔55，用于烧嘴前压力的测定，同时取压孔位置可设置在煤气孔板56前3倍管径位置，更加合理且便于操作。打开煤气注入阀门后，煤气由煤气入口通道53注入，经由煤气芯管3到达煤气喷头6，并由煤气喷头6上的煤气喷孔61喷出，进入燃烧室8。
[0048]如图2、图4所示，在一个具体实施例中，盖合于烧嘴壳体I后端的煤气端盖5上设有至少两个通孔，其中一个为窥视孔51 ;点火电极4的一端贯穿另一孔并与煤气端盖5固定连接。
[0049]再如图2、图4所示，该煤气端盖5上进一步还设有检测孔52，且旋流盘7上对应设有一检测通孔72，一紫外线检测管54设置在空气导管11内，且其两端分别贯穿检测孔52和检测通孔72，紫外线检测管54延伸至煤气端盖5的外部，并与检测装置相连接，以通过检测装置检测燃烧室8内的火焰燃烧情况。具体是，检测装置为紫外线火焰检测器，当点火电极4完成点火后，紫外线火焰检测器通过紫外线检测管54能够检测到燃烧室8内火焰燃烧所发出的紫外线，并将检测到的火焰信号反馈给控制器，用于燃烧的安全控制，紫外线检测管54的设置保证了火焰监测的可靠性。
[0050]在一个可行的技术方案中，相邻的两排煤气喷孔61交错设置。
[0051]具体是，靠近旋流盘7的煤气喷孔61与旋流槽71交错设置。
[0052]在另一个可行的技术方案中，贯穿旋流盘7的点火电极4位于两个旋流槽71之间，并与其中一个煤气喷孔61相对应。
[0053]采用上述的技术方案，可以使煤气与一次空气M在燃烧室8内充分接触和混合，实现低热值煤气在燃烧室内的稳定燃烧。当然，并不限于此，也可采用其它的公知结构。
[0054]如图1所示，在一个具体实施例中，燃烧室8的外周壁设有至少4个凸出的与空气导管11相接触的支撑点81，且燃烧室8的外周壁与空气导管11之间构成一次风通道112，燃烧室8的前端形成缩径的燃气喷出口 82，燃气喷出口 82的外侧壁与翅片换热器2的开口端之间形成二次风通道113。其中的支撑点81与空气导管11内壁相接触，其作用是固定燃烧室8，对于支撑点的设置数量，本案不加以限制。采用缩径的燃气喷出口 82能将燃烧室8内的燃气高速喷出。
[0055]其中，一部分空气由一次风通道112、经空气导管11、旋流槽71进入燃烧室8形成一次空气M，另一部分空气进入二次风通道113 ;—次空气与煤气喷孔61喷出的煤气进行一次燃烧，燃气喷出口 82喷出的燃气与由二次风通道113喷出的二次空气N进行二次燃烧，同时卷吸周围的烟气Y，燃烧后产生的烟气Y进入烟气通道121后由烧嘴壳体I的烟气出口通道14排出。
[0056]具体是，空气K由空气入口通道13进入空气通道111，由空气通道111流出后，再分为一次空气M、二次空气N，一次空气M通过一次风通道112流经旋流槽71进入燃烧室8，且在流经旋流槽71时形成旋转气流，旋转态的一次空气M与由煤气喷孔61喷出的煤气充分混合，由点火电极4引燃后持续燃烧，再由燃烧室8的燃气喷出口 82喷出，进入炉膛，并与由二次风通道113喷出的二次空气N进行二次燃烧，同时卷吸周围的烟气Y。燃烧后的烟气Y由炉膛进入烟气通道121，并在烟气通道121内通过翅片式换热器2与空气通道111内的空气K进行换热，最后由烟气出口通道14排出。
[0057]其中，一次空气M由旋流槽71喷出后为旋转气流，加之煤气喷头6与旋流槽71呈交错设置，一方面保证了一次空气M与煤气的充分接触和混合，使得约80%的煤气在燃烧室完成燃烧，另一方面保证了燃烧的稳定性，同时旋转气流与从煤气喷孔61中喷出的煤气在点火位置充分混合，易于实现电极点火。另外，二次空气N在炉膛内与由燃气喷出口 82喷出的未燃尽的煤气进行二次燃烧，通过这种分级燃烧方式以及卷吸部分烟气Y，降低NOx的生成。而燃烧后产生的烟气Y会进入烟气通道121，通过翅片换热器2与空气通道111内的空气K交换热量，对空气K进行预热，提高了热量利用率和换热效率。在自身预热式烧嘴通过点火电极4完成点火动作后，还可通过紫外线检测管54进行火焰检测，在燃烧过程中，人眼可通过窥视孔51直接观察烧嘴内火焰的燃烧状态。
[0058]另外，烧嘴壳体I的烟气通道121及烟气出口通道14内设有陶瓷绝热纤维15内衬，该陶瓷绝热纤维15内衬一方面可减少烟气通道121内烟气与外界环境的换热，另一方面还可作为烧嘴壳体I的内绝热层，降低烧嘴壳体的温度。
[0059]以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。
【权利要求】
1.一种低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，其特征在于，所述自身预热式烧嘴包括: 烧嘴壳体，具有互不连通的空气入口通道和烟气出口通道；烟气导管套设在空气导管外部，且所述烟气导管和空气导管分别与所述烧嘴壳体相连接，并分别连通所述烟气出口通道、空气入口通道； 翅片换热器，设置在所述空气导管与所述烟气导管之间，所述空气导管与所述翅片换热器的内壁之间形成与所述空气入口通道相连通的空气通道；所述烟气导管与所述翅片换热器的外壁之间形成与所述烟气出口通道相连通的烟气通道； 煤气芯管，其前端与燃烧室固定连接，并设置在所述空气导管内；煤气喷头设置在所述燃烧室内并与所述煤气芯管的前端相连通，所述煤气喷头与所述煤气芯管之间设有一径向凸出的旋流盘，所述旋流盘上均布有多个轴向贯通的旋流槽，所述煤气喷头的外周壁上沿轴向设有至少两排煤气喷孔，每排均布有多个所述煤气喷孔； 点火电极，穿过所述空气导管、所述旋流盘，延伸至所述燃烧室。
2.如权利要求1所述的低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，其特征在于，相邻的两排所述煤气喷孔交错设置。
3.如权利要求1所述的低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，其特征在于，靠近所述旋流盘的所述煤气喷孔与所述旋流槽交错设置。
4.如权利要求1所述的低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，其特征在于，贯穿所述旋流盘的所述点火电极位于两个所述旋流槽之间，并与其中一个所述煤气喷孔相对应。
5.如权利要求1至4任一项所述的低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，其特征在于，所述自身预热式烧嘴还具有一盖合于烧嘴壳体后端的煤气端盖，所述煤气端盖上设有至少两个通孔，其中之一为窥视孔，所述点火电极的一端贯穿另一孔并与所述煤气端盖固定连接。
6.如权利要求5所述的低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，其特征在于，所述煤气端盖上进一步还设有检测孔，且所述旋流盘上对应设有一检测通孔，一紫外线检测管设置在所述空气导管内，且其两端分别贯穿所述检测孔和检测通孔，所述紫外线检测管延伸至所述煤气端盖的外部，并与检测装置相连接以检测所述燃烧室内的火焰燃烧情况。
7.如权利要求5所述的低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，其特征在于，所述烧嘴壳体的烟气通道及烟气出口通道内设有陶瓷绝热纤维内衬。
8.如权利要求5所述的低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，其特征在于，所述燃烧室的外周壁设有至少4个凸出的与所述空气导管相接触的支撑点，且所述燃烧室的外周壁与所述空气导管之间构成一次风通道；所述燃烧室的前端形成缩径的燃气喷出口，所述燃气喷出口的外侧壁与所述翅片换热器的开口端之间形成二次风通道。
9.如权利要求8所述的低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴，其特征在于，一部分空气由所述一次风通道、经所述空气导管、所述旋流槽进入所述燃烧室形成一次空气，另一部分空气进入所述二次风通道形成二次空气；所述一次空气与所述煤气喷孔喷出的煤气进行一次燃烧，所述燃气喷出口喷出的燃气与由所述二次风通道喷出的二次空气进行二次燃烧，同时卷吸周围的烟气，燃烧后产生的烟气进入所述烟气通道后由所述烧嘴壳体的烟气出口通道排出。
【文档编号】F23D14/46GK103742907SQ201310751305
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】杨三堂, 蒋安家, 周庆玮, 霍航, 朱小辉, 胡文超, 梁炜, 杨小兵 申请人:北京京诚凤凰工业炉工程技术有限公司, 中冶京诚工程技术有限公司