用于工业窑炉的增氧节能喷枪的制作方法

本实用新型涉及一种喷枪，尤其涉及一种用于工业窑炉的增氧节能喷枪。

背景技术：

当前的能源危机与环保要求越来越高的大形势下，各家用工业窑炉进行生产的企业节能降耗、节省能源、减少排放的这一课题变得至关重要，直接影响到企业的生存。

目前，用于工业窑炉(辊道窑、隧道窑、梭式窑等)的喷枪如图1所示，由燃料口接头1、喷枪后端挡板2、喷枪外壳体3、燃料通道接管4、旋转风板5、喷枪烧嘴头6等组成。旋转风板5、喷枪后端挡板2分别安装在燃料通道接管4的前端和后端，燃料通道接管4的顶部穿过旋转风板5后与喷枪烧嘴头6连接，燃料通道接管4的尾部穿过喷枪后端挡板2后与燃料口接头1连接；喷枪外壳体3同轴安装在燃料通道接管4外侧，且喷枪外壳体3尾部与喷枪后端挡板2连接。燃料口接头1处为燃料进口A，喷枪外壳体3上设有空气助燃风进口B。

其中，旋转风板5的结构如图2所示，旋转风板5的外周设有旋转片51，旋转片51与喷枪外壳体3之间有间隙，供空气助燃风进入窑内。旋转风板5上还设有一圈孔52，孔52的位置位于燃料通道接管4与喷枪外壳体3之间，也用于供空气助燃风进入窑内。

喷枪烧嘴头6的结构如图3所示，喷枪烧嘴头6的外周设有一圈喷嘴孔61，供燃料射入窑内。

喷枪根据其功率，其结构为：燃料通道接管4内通道为燃料通道，燃料从燃料进口A进入燃料通道接管4后，通过前端的旋转风板5与喷枪烧嘴头6射入窑内；燃料通道接管4与喷枪外壳体3之间的通道为空气助燃风通道，其通径的大小根据所需热值、流量、流速的不同要求进行空燃比配合，确定燃料与空气助燃风的通径，使燃料燃烧相对充分，获得窑内达成所需温度的热量。

上述现有的喷枪均为空气助燃的喷枪，在达到同一燃烧温度的情况下，空气助燃状态下使用天然气、水煤气、液化气等燃料燃烧时，根据其热能计算的空燃比与实际应用时空气过剩系数的数值所得，空气耗量大，造成燃料耗量的浪费及废气排放量大，SO2、NOx等有害物质排放量多，影响环境，增加了企业的环保压力。

有企业采用纯氧替代空气助燃或在助燃风中混入富氧气体的方法获得减排效果，其存在许多弊端，造成无法真正为企业接受和使用。原因在于采用这种方法成本高，且整体增氧后对窑炉内壁产生氧化腐蚀作用，会缩短窑炉使用时间，纯氧技术的使用必须对窑炉也进行全面改造才能合理使用，这是大部分企业实际不能承受的。同时就环保而言，采用纯氧助燃方法后，若未使纯氧气体充分参与燃烧，则会产生过氧现象，反而会降低窑炉的热效率，使NOx的排放不降反升，这是目前纯氧或富氧助燃技术应用现状中的重大缺陷，直接影响节能效果，很难达到真正减排环保的作用。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：如何使得工业窑炉在燃烧系统方面采用更低的成本，且窑炉本体不需要改变，在不停窑的情况下完成节能环保应用技术的实施，达到真正意义上的既节能又环保。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种用于工业窑炉的增氧节能喷枪，包括燃料通道接管，燃料通道接管的顶部穿过旋转风板后与喷枪烧嘴头连接，燃料通道接管的尾部穿过喷枪后端挡板后与燃料口接头连接，燃料口接头上设有燃料进口；喷枪外壳体同轴设于燃料通道接管外侧，喷枪外壳体上设有空气助燃风进口；

其特征在于：

所述喷枪外壳体与燃料通道接管之间同轴设有增氧通道外套管，增氧通道外套管顶端连接旋转风板，增氧通道外套管尾端和所述喷枪外壳体尾端均连接增氧入口法兰一端，增氧入口法兰另一端连接喷枪后端挡板，增氧入口法兰上设有增氧气体进口。

优选地，所述燃料通道接管内的通道为燃料通道；所述增氧通道外套管与喷枪外壳体之间的通道为空气助燃风通道；燃料通道接管与增氧通道外套管之间的通道为增氧气体通道，所述增氧入口法兰上的增氧气体进口与增氧气体通道联通。

更优选地，所述旋转风板的外周设有旋转片，旋转片与喷枪外壳体之间设有供空气助燃风进入窑内的间隙；旋转风板上设有内外两圈孔，内圈孔位于燃料通道接管与增氧通道外套管之间，连接增氧气体通道；外圈孔位于增氧通道外套管与喷枪外壳体之间，连接空气助燃风通道。燃料气体从燃料进口进入燃料通道接管后，通过前端的喷枪烧嘴头射入窑内；空气助燃风从空气助燃风进口进入空气助燃风通道后，通过旋转风板与喷枪外壳体之间的间隙以及旋转风板上的外圈孔进入窑内；增氧气体从增氧气体进口进入增氧气体通道后，通过旋转风板上的内圈孔进入窑内；增氧气体的压力及流速高于燃料气体和空气助燃风的压力及流速。

进一步地，所述旋转片的斜齿角度为25°～45°。

进一步地，所述内圈孔的倾斜方向与旋转片的倾斜方向一致，所述内圈孔的斜度为5°～25°；所述外圈孔的倾斜方向与旋转片的倾斜方向一致，所述外圈孔的斜度为5°～25°。

进一步地，所述喷枪烧嘴头的外周设有至少一圈喷嘴孔；所述旋转风板和喷枪烧嘴头上的各孔与旋转片之间全部互为交错分布。

更优选地，燃料通道接管上靠近旋转风板的一端沿圆周均匀设有槽；所述旋转风板上设有单圈孔，单圈孔的位置设于喷枪外壳体与增氧通道外套管之间，与空气助燃风通道连接。燃料气体从燃料进口进入燃料通道接管；增氧气体从增氧气体进口进入增氧气体通道后，通过燃料通道接管上的所述槽，与部分燃料气体进行预混后，从喷枪烧嘴头射入窑内；其余燃料气体直接从喷枪烧嘴头射入窑内；空气助燃风从空气助燃风进口进入空气助燃风通道后，通过旋转风板与喷枪外壳体之间的间隙以及旋转风板上的单圈孔进入窑内。

进一步地，所述喷枪烧嘴头的外周设有至少一圈喷嘴孔，所述喷枪烧嘴头的前端中心设有中心孔。

更优选地，所述增氧气体进口与增氧气体管道通过金属软管连接，增氧气体管道或金属软管上设有用于控制增氧气体流量及开关的单项止回阀和刻度开度球阀。

本实用新型提供的喷枪克服了整体增氧助燃工艺(全部助燃风都采用富氧空气)必须耗费巨资、运行费用高和窑炉寿命缩短的缺点，通过增加增氧气体通道，可以节约燃料5％～30％；且达到原相同燃烧温度所使用的空气量下降，燃烧所用助燃空气量减少，空气过剩系数下降，使排烟气量也随之减少，SO2、NOx排放量下降10％～60％；提高了节能环保效果，降低了运行成本，且延长了使用寿命。

附图说明

图1为传统喷枪结构示意图；

图2为传统旋转风板结构示意图；

图3为传统喷枪烧嘴头结构示意图；

图4为实施例1提供的用于工业窑炉的增氧节能喷枪结构示意图；

图5为实施例1中旋转风板结构示意图；

图6为实施例2提供的用于工业窑炉的增氧节能喷枪结构示意图；

图7为实施例2中旋转风板结构示意图；

图8为实施例2中喷枪烧嘴头结构示意图；

图9为实施例3中增氧浓度与火焰温度及相对效益的关系图；(a)增氧浓度与相对效益的关系；(b)增氧浓度与火焰温度的关系。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。

实施例1

图4为本实施例提供的用于工业窑炉的增氧节能喷枪结构示意图，所述的用于工业窑炉的增氧节能喷枪由燃料口接头1、喷枪后端挡板2、喷枪外壳体3、燃料通道接管4、旋转风板5、喷枪烧嘴头6、增氧入口法兰7、增氧通道外套管8等构成。

旋转风板5、喷枪后端挡板2分别安装在燃料通道接管4的前端和后端，燃料通道接管4的顶部穿过旋转风板5后与喷枪烧嘴头6连接，燃料通道接管4的尾部穿过喷枪后端挡板2后与燃料口接头1连接。增氧通道外套管8同轴安装在燃料通道接管4外侧，喷枪外壳体3同轴安装在增氧通道外套管8外侧，喷枪外壳体3尾部及增氧通道外套管8均与增氧入口法兰7一端连接，增氧入口法兰7另一端连接喷枪后端挡板2。

燃料口接头1处为燃料进口A，喷枪外壳体3上设有空气助燃风进口B，增氧入口法兰7上设有增氧气体进口C。

其中，增氧入口法兰7可圆、可方。

燃料通道接管4内通道为燃料通道。增氧通道外套管8与喷枪外壳体3之间的通道为空气助燃风通道。燃料通道接管4与增氧通道外套管8之间的通道为增氧气体通道，增氧入口法兰7上的增氧气体进口C与增氧气体通道联通。

本实施例是在原有喷枪结构燃料通道与空气助燃风通道之间增加一个通道，通过增氧通道外套管8与单独进入增氧气体的增氧入口法兰7，将增氧气体与空气助燃风隔开分别进入喷枪各自通道。增氧气体的氧浓度在21％～60％之间。

由于加装了增氧入口法兰7，原喷枪前端进窑处会向窑外后移，为保证喷枪烧嘴头6仍然在原窑墙的端面，则原燃料通道接管4须加长，所加的长度等于增氧入口法兰7的厚度，使得喷枪烧嘴头位置仍在原窑墙的端面。

结合图5，旋转风板5的外周设有旋转片51，旋转片51与喷枪外壳体3之间有间隙，供空气助燃风进入窑内。旋转风板5的原有单圈孔52改为里外两圈孔。内圈孔52a位于燃料通道接管4与增氧通道外套管8之间，连接增氧气体通道。外圈孔52b位于增氧通道外套管8与喷枪外壳体3之间，连接空气助燃风通道。

燃料从燃料进口A进入燃料通道接管4后，通过前端的旋转风板5与喷枪烧嘴头6射入窑内。空气助燃风从空气助燃风进口B进入空气助燃风通道后，通过旋转风板5与喷枪外壳体3之间的间隙以及旋转风板5上的外圈孔52b进入窑内。增氧气体从增氧气体进口C进入增氧气体通道后，通过旋转风板5上的内圈孔52a进入窑内。

旋转片51的斜齿角度在25°～45°，使得空气助燃风在一定的压力推送下，经旋转片后旋转进入，满足与燃料通过旋转混合充分的目的。

内圈孔52a的倾斜方向与旋转片51的方向一致，内圈孔的斜度即增氧气体的喷射角度以获得与燃料充分混合并向窑内推进为原则，基本范围在5°～25°。通过内圈孔高压、高速且射入的增氧气体，使中心喷入的燃料在四周环形增氧气体的包围下燃烧，以加强火焰的强度、提高热辐射，同时由于采用了增氧气体后可降低燃料的燃点温度，减少空气中不参与燃烧而吸收窑内热量的氮的进入量，提高有效热利用率。

外圈孔52b用于空气助燃风的通道，外圈孔的倾斜方向与旋转片的方向一致，喷射角度在5°～25°，孔径根据助燃风量及流速要求计算而得，比传统喷枪旋转风板上的孔径变小。

此时增氧气体的射入压力及流速必须高于燃料气体与空气助燃风的压力及流速。喷枪前端旋转风板5和喷枪烧嘴头6上的各孔与旋转片之间全部互为交错分布，也使燃料充分燃烧，烧成达到原设定温度时可以减少燃料的用量，由于达到原设定温度所需的热量值不变，因此原喷枪总体燃烧所需的氧量是不变的，当增加了增氧气体后，势必减少了原空气助燃风的使用量，从而减少了氮气的进入量，这样，不参与燃烧的氮气量减少后，有效热利用率得到提升，节约了燃料，同时NOx、SO2及废气量减少，更加环保。特别燃料为天然气，烧成温度要求1500℃以上的窑炉，通过这样的改造将大大降低空气助燃风量，缩短升温时间，在节约燃料的同时，对企业生产工艺及温度的稳定性也有很大帮助，并获得既节约燃料又降低NOx、SO2及废气排放的目的。

增氧气体进入辊道窑炉的调节步骤如下：

1)、窑炉上增氧气体管道上的压力表显示压力控制在0.8～1.2Kg之间；

2)、设置喷枪的位置及开度，调节助燃风；调试进窑时从烧成段开始进入增氧气体，面枪基本考虑采用全氧枪，开度在30°～45°间。燃料开度不变时，原助燃风先下降40％，待温度上升后，逐步关小燃料开度30％～35％，同时继续下降助燃风至80％或全部关闭。底枪采用混合增氧方式，氧枪开度30°左右，燃料不变时，风降30％，待温度上升后逐步降燃料，同时再降助燃风20％左右，根据火的状况进一步调节，氧枪数量约开25％～100％(满足增氧气体压力不低于0.8Kg)；

4)由于氧枪处的助燃风大大下降，使总体助燃风压力会上升，此时开始降助燃风频率，使压力恢复至空气助燃状态时的压力，总助燃风频率预计下降5％～30％，观察火焰状态及温度上升变化情况若出现温度个别区域下降情况，则必须将该处喷枪的助燃风进一步关小，避免过氧。

5)比空气助燃状态下的助燃风频率下调5％～30％(根据实际不同的窑炉)，使得增氧气体能完全参与燃烧，当助燃风频率下调时，由于助燃总风量变小，则根据助燃风压力及窑压的变化、排烟温度的变化，适当下调排烟风的频率，预计下调3％～15％，以获得原有的气流流速，同时提升更大的节能空间。

本实用新型克服了整体增氧助燃工艺(全部助燃风都采用富氧空气)必须耗费巨资、运行费用高和窑炉寿命缩短等缺点，巧妙地采用技术增氧集成工艺即使用增氧技术得到的特定要求的氧，采用本实用新型独特的增氧喷枪喷射技术，确保不与普通空气混合的条件下，高速进入燃料最需氧气的燃烧区，获得基本与整体增氧相同的效果，使燃料在此能用最少的氧气来充分及时完全地燃烧，使产品获得更多的辐射热。

本实用新型采用性价比最佳的、适当的氧浓度、氧流量、氧压力及氧喷嘴应用设计、符合实际的节能应用调试，以达到节能空间的最优化、最大化。整个技改不改变窑炉原有结构，可在不停炉状况下进行，在其他工业炉上同样适用。

实施例2

图6为实施例2提供的用于工业窑炉的增氧节能喷枪结构示意图，本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：

在燃料通道接管4上，在靠近旋转风板5处的位置，圆周上均布开槽41，让部分燃料与增氧通道外套管8内的增氧气体进行预混后，从喷枪烧嘴头6射入窑内。

结合图7，旋转风板5的外周设有旋转片51，旋转片51与喷枪外壳体3之间有间隙，供空气助燃风进入窑内。旋转风板5的旋转片的斜齿角度在25°～45°，使得助燃风在一定的压力推送下，经旋转片后旋转进入，满足与燃料通过旋转混合充分的目的。

旋转风板5上仅设置单圈孔51，单圈孔51的位置介于喷枪外壳体3与增氧通道外套管8之间，用于空气助燃风的通道。单排孔倾斜方向与旋转片的方向一致，喷射角度在5°～25°，孔径根据助燃风量及流速要求计算而得，比传统喷枪旋转风板上的孔径变小。

结合图8，喷枪烧嘴头6不仅外周设有一圈喷嘴孔61，而且中心还设有一中心孔62，供燃料射入窑内。中心孔62的孔径根据喷枪的功率计算而得，烧嘴温度不宜太高，避免造成缩短使用寿命及热辐射至喷枪外壳体上，以利火焰向窑内推进。

为避免突然停用时的回火现象，在增氧气体管道与喷枪采用耐压、耐温金属软管连接后，必须安装单项止回阀和刻度开度球阀，控制增氧气体流量及开关。

实施例3

下面以实施例1所述的增氧节能喷枪在水煤气隧道窑上的一个具体应用，说明本实用新型的有益效果。

用于100米日用陶瓷水煤气隧道窑的基本状况为：该隧道窑采用的燃料为通过一台3.6米两段式煤气发生炉进行煤转气产生冷煤气，转化率为1∶3，以冷煤气为燃料用于隧道窑，根据高温日用陶瓷生产工艺要求，其烧成温度达1380℃，气氛要求为氧化、强还原，每天产量为78车时(每车吨位：2吨/车)的用煤量是34吨/天(煤的低位发热量为6060大卡)，煤价为RMB850元/吨，该窑炉采用的喷枪共有30支，分别如下：

氧化段喷枪数量：7对，4大(300KW)、3小(90KW)；排列方式及间距：窑炉中下端、间距1m左右交错排列；

还原段喷枪数量：4对，大300KW)；排列方式及间距：窑炉中下端、间距2m左右交错排列；

烧成段喷枪数量：4对，大300KW；排列方式及间距：窑炉中下端、间距2m左右交错排列。

实际使用喷枪数量：30支。

100米隧道窑中预热段长度：22m；氧化段长度：16m；还原加热区长度：21m；冷却长度：41m。内宽：1.58m；墙厚：500mm。

氧化段的助燃风功率为18.5KW、30.5HZ，还原与烧成段助燃风功率为22KW、30HZ，排烟风机功率55KW、39HZ。

基于上述的窑炉实际运行参数情况，采用实施例1所述的增氧节能喷枪，用于100米隧道窑的氧化段与烧成段，替换原有这两个区域的22把喷枪，本实用新型使用中不提倡空气助燃风整体增氧的方式，而是采用对原喷枪按本实用新型喷枪新结构进行增氧，在达到同等节能效果的情况下，减少了增氧气体的用量，避免了助燃风整体增氧后对窑炉内壁的侵蚀及增氧成本的提高。

针对氧化段14把喷枪与烧成段8把喷枪，采用本实用新型增氧节能喷枪。针对窑炉实际应用表明，增氧至某调节浓度时，对窑炉助燃的节能减排的应用性价比最佳。因为增氧浓度再高时，火焰温度增加速度相对减缓，而产氧投资等费用将猛增，综合效益反而下降，如图9所示。

例如用33％的增氧助燃和空气助燃相比，燃料的燃点、燃尽温度都会降低，燃尽时间将大大缩短，从而能及时在炉膛内完全燃烧，所以能从根本上消除黑烟、减少废气排放。使用增氧助燃技术后，烟气中SOX总量有所减少，NOX含量和总量及粉尘量也均明显减少。因为硫为燃料本身固有，使用增氧助燃技术后，由于燃料总量减少，所以SOX总量也有所减少。

增氧气体流量设定在空气助燃时单喷枪配比流量的5％～30％，确定具体流量后恒定不变，由玻璃转子流量计来进行调节和监控，增氧气体的压力要求在0.05～0.3Mpa，氧的浓度具体看火焰的长短与窑内中间产品烧成后的质量来进一步调节；增氧气体的流速要求高速射入，流速在50～90m/s。

当增氧气体的流量确定后，根据其流量计算得到增氧气体的纯氧量，将总纯氧量减去增氧气体的纯氧量后，得到了采用本实用新型设计的增氧节能喷枪后空气助燃风的实际所需的风量，这个风量大大小于只有空气助燃时的风量，这样减少了氮的进入量，从而提高了窑炉有效热利用率，达到节能减排的目的。

在需要充足氧量的氧化段和烧成段，采用本实用新型的增氧节能喷枪，而强还原段属厌氧区域，由于总助燃风量的减少，使得还原气氛也更加充分，以较低的成本达到节能降耗最大化的目的。

本实用新型增氧节能喷枪在日用陶瓷隧道窑上应用后，具有如下优势：

a)采用本实用新型增氧节能喷枪用于水煤气隧道窑，可以直接节约燃料10％～20％；

b)使温度稳定性得到提升或在高温状态停留的稳定性加强，减少烧成时间；

c)喷枪喷头处获得完全燃烧的同时，燃烧速度加快；

d)由于炉膛温度稳定及提高，使用同等燃料时，烧成温度的稳定性及产量得到提高、产能增加；

e)高品质产品的合格率提高；

f)可缩小窑内温度温差，减少因温差过大，引起对产品烧制过程的影响；

g)由于鼓风量的减少，进入窑炉的氮气量减少，热效率提高，有效热利用率增加；

h)烟气量减少后，直接减少了废气排放，环保指标更加达标；

i)隧道窑内热辐射提高、温度稳定性更佳，使窑炉使用寿命延长。

j)随道窑产品质量，外观质量符合G/T3532-1995要求，烧成合格率95％，一级品率70％，二级品率20％，三极品率5％，废次品率5％。烤花窑质量合格率99％。

100米日用陶瓷水煤气隧道窑通过采用本发明技术后隧道窑氧化段的助燃风频率从原来30.5HZ降至26.5HZ(下降13.1％)，还原与烧成段助燃风频率从原来30HZ降至25.5HZ(下降15％)，排烟风机频率从原来39HZ降至36.3HZ(下降7％)。助燃风与排烟风频率的下降比例代表了风量的下降值；助燃风与排烟风下降后，热的有效利用率提高，且本发明的喷枪使用后混合燃烧更加充分，水煤气的进气压力由原来的3.7Kpa降至3.2Kpa(下降13.5％)，煤气发生炉供气压力由原来的4.6Kpa降至4.0Kpa(下降13％)，由于窑炉所需压力的降低，使得煤转气的煤气发生炉助燃风频率也可以从原来的34.5HZ降至27.3HZ(下降20.9％)，这样，平均每天的用煤量从原来的34吨降至28吨(用煤量下降17.6％)，从而达到节能的显著效果。

通过对烟气进行本发明喷枪使用前后的对比：SO2排放从原来的0.89kg/h降至0.45kg/h(下降49.4％)；NOx排放从原来的1.98kg/h降至1.6kg/h(下降19.2％)。由此又达到了更加减排、环保的效果。真正做到既节能又环保的目标！

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。