一种多通道配风调节回转窑加湿低氮燃烧器的制作方法

本发明创造属于回转窑技术领域，尤其是涉及一种多通道配风调节回转窑加湿低氮燃烧器。

背景技术：

回转窑是化工、冶金工业等领域的高能耗设备。回转窑中存在着高温烟气环境，非常有利于热力型(气体燃料)、快速型(气体燃料)和燃料型(煤粉燃料)nox的生成，特别是在氧化铝、水泥、球团等回转窑生产过程中，回转窑中普遍存在烘干带、预热带、分解带、烧成带、冷却带等多个工艺区间，这些工艺区间通常会导致回转窑长度在几十米数量级，其中烟气温度高于1500℃以上的烧成带区间也在十米数量级。因此，高温烟气在回转窑中的停留时间足以生成大量的nox。

虽然在回转窑下游布置烟气脱硝装置可以降低烟气中nox的浓度，但并没有从源头有效遏制nox的生成，增加能耗和生产成本。与此同时，回转窑燃烧器在面对不同生产工艺温度要求下，不能良好地调节火焰峰值温度、长度和位置，也降导致成品率降低，生产成本增高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种多通道配风调节回转窑加湿低氮燃烧器，结构简单，操作方便，调节范围广，燃烧稳定性好，可针对不同的产品工艺温度要求，实现火焰峰值温度、长度和位置调节，从根本上控制nox的浓度，降低对环境的污染。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种多通道配风调节回转窑加湿低氮燃烧器，包括由内到外同轴布置的点火枪通道、中心风通道、内风通道、燃料通道、外风通道和隔热层，在每个通道的上游均设有一入口，且各通道的入口从上到下依次布置，中心风通道的入风口、内风通道的入风口和外风通道的入风口均与一进风管连通，所述隔热层设置在外风通道的末端；

在中心风通道入风口内设有中心风调节阀，在内风通道的入风口内布置有内风调节阀，在外风通道的入风口内布置有外风调节阀，在内风通道的入风口内还布置有加湿系统，且加湿系统的喷嘴设置在内风调节阀的下游，在加湿系统的下游的内风通道的下壁上开设有若干排水孔；

在中心风通道的末端均匀设有若干个中心风通道出口喷口，内风通道的出口为环形出口，在环形出口处均匀安装若干轴向旋流叶片，所述环形出口在靠近出口端处设有一扩张段；在所述的燃料通道的末端均匀布置有若干个燃料通道出口喷口，在所述的外风通道的末端均匀布置有若干个外风通道出口喷口。

进一步的，所述轴向旋流叶片设置16-20个，且轴向旋流叶片以20-25°倾角均匀布置。

进一步的，所述扩张段的扩张角为15-17°。

进一步的，加湿系统的喷嘴的喷射角度为30-35°。

进一步的，所述中心风通道出口喷口和外风通道出口喷口均为圆形喷口，燃料通道出口喷口为矩形喷口。

进一步的，所述燃料通道出口喷口设置16-20个，所述外风通道出口喷口设置18-20个，所述中心风通道出口喷口设置16-20个，所述排水孔设置5-7个。

进一步的，所述加湿系统为加湿器。

进一步的，隔热层的厚度为100-150mm。

进一步的，所述内风通道的进风口和外风通道的进风口均为倾斜布置。

进一步的，所述点火枪通道与点火枪之间螺纹连接。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种多通道配风调节回转窑加湿低氮燃烧器具有以下优势：

本申请的燃烧器用于实际生产时，可以根据不同的产品工艺温度要求，改变火焰峰值温度、长度和位置，控制nox生成量，降低废气处理成本及其对环境的污染。

本申请的点火枪通道、中心风通道、内风通道、燃料通道、外风通道和隔热层采用同轴布置方式，还具有结构合理、制造安装简单的优点。通过中心风、内风和外风通道，空气分配成三路进入燃烧器，实现了空气在径向方向上地精细化分级控制，使每路空气的掺混、燃烧作用更加明确。隔热层在燃烧器最外层，点火枪通道在燃烧器中心，可有效减轻燃烧器结构受高温烟气的烧蚀损害。

本申请的内风与高速的燃料射流混合，使燃料在内风弱旋以及高速中心风射流卷吸共同作用下产生的回流内发生化学反应。

本申请的外风与回转窑高温二次风的速度差将产生卷吸作用，使高温二次风往回转窑中心移动，有效提高回转窑整体能源利用率，降低燃料成本。

本申请的外风、内风和中心风均可单独调节流量，加大内风流量，同时缩小外风和中心风流量，增强内风旋流强度，可以有效控制火焰峰值温度、长度和位置。

本申请的加湿系统可以在外风、内风和中心风配比固定的条件下，进一步降低nox生成量和火焰峰值温度。加湿系统布置在内风通道运行时，nox生成量大大降低。

本申请中，加湿系统的喷嘴布置在内风调节阀下游，这有利于小颗粒的水液滴充分与内风混合，避免水液滴附着在阀门等部件上而产生腐蚀。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的一种多通道配风调节回转窑加湿低氮燃烧器的结构示意图；

图2为本发明创造实施例所述的一种多通道配风调节回转窑加湿低氮燃烧器的端面结构示意图；

图3为本发明创造实施例所述的一种多通道配风调节回转窑加湿低氮燃烧器的端部结构局部放大示意图；

图4为本发明创造实施例所述的一种多通道配风调节回转窑加湿低氮燃烧器的排水孔的结构示意图。

附图标记说明：

1-点火枪通道；2-中心风通道；3-内风通道；4-燃料通道；5-外风通道；6-隔热层；7-中心风通道出口喷口；8-中心风调节阀；9-环形出口；10-轴向旋流叶片；11-扩张段；12-内风调节阀；13-燃料通道出口喷口；14-外风通道出口喷口；15-外风调节阀；16-喷嘴；17-排水孔，18-进风管，19-加湿系统。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图1-图4所示，一种多通道配风调节回转窑加湿低氮燃烧器，包括由内到外同轴布置的点火枪通道1、中心风通道2、内风通道3、燃料通道4、外风通道5和隔热层6，在每个通道的上游均设有一入口，且各通道的入口从上到下依次布置，中心风通道2的入风口、内风通道3的入风口和外风通道5的入风口均与一进风管18连通，所述隔热层6设置在外风通道5的末端；

在中心风通道2入风口内设有中心风调节阀8，在内风通道3的入风口内布置有内风调节阀12，在外风通道5的入风口内布置有外风调节阀15，在内风通道3的入风口内还布置有加湿系统19，且加湿系统19的喷嘴16设置在内风调节阀12的下游，在加湿系统19的下游的内风通道3的下壁上开设有若干排水孔17；

在中心风通道2的末端均匀设有若干个中心风通道出口喷口7，内风通道3的出口为环形出口9，在环形出口9处均匀安装若干轴向旋流叶片10，具体为：轴向旋流叶片10固定在内风通道3内壁末端出口处，所述环形出口在靠近出口端处设有一扩张段11；在所述的燃料通道4的末端均匀布置有若干个燃料通道出口喷口13，在所述的外风通道5的末端均匀布置有若干个外风通道出口喷口14。

所述轴向旋流叶片10设置16-20个，且轴向旋流叶片10以20-25°倾角均匀布置，能够对中心风通道内的风进行导向形成旋流，有利于燃烧充分。

所述扩张段11的扩张角为15-17°。扩张角为15-17°可以使内风有效与燃料射流掺混。角度过大，内风越早与燃料掺混，使火焰过于贴近燃烧器出口；角度过小，内风越晚与燃料掺混，使火焰长度拉长，不利于nox的控制。

加湿系统19的喷嘴的喷射角度为30-35°，是水雾充分与内风混合距离下，不使水雾喷射到内风管道内壁的最优角度。

所述中心风通道出口喷口7和外风通道出口喷口14均为圆形喷口；燃料通道出口喷口13为矩形喷口。

所述燃料通道出口喷口13设置16-20个，以形成高速燃料射流，加速与内风的混合；所述外风通道出口喷口14设置18-20个，以形成高速空气射流，来卷吸回转窑高温二次风；所述中心风通道出口喷口7设置16-20个，以形成高速空气射流，有助于形成回流稳燃区；所述排水孔17设置5-7个，用于加湿系统19的喷出的水蒸汽的排出。

所述加湿系统19为加湿器。隔热层6为浇注料隔热层，厚度为100-150mm。

所述内风通道3的进风口和外风通道5的进风口均为倾斜布置，有利于减小通道局部阻力损失，使风机能耗降低。

所述点火枪通道1与点火枪之间螺纹连接，对点火枪安装、移动和定位。

所述中心风调节阀8、内风调节阀12和外风调节阀15均为电动调节阀，电动调节阀与控制器连接，通过控制器控制根据运行要求实施调节，控制器和电动调节阀均为本领域的常见部件，连接关系和工作原理均属于公知常识，在此不再赘述。

本申请中，加湿系统19的喷水量应与内风流量相匹配，考虑内风的携带动能，加湿系统最大的喷水量应等于内风可调节质量流量的最小值。

燃烧器生成的nox主要是热力型nox，通过热力型nox生成机理——泽尔多维奇机理可知，当燃料通道输入气体燃料时，热力型nox的生成受烟气温度影响。当加湿系统投入运行时，内风的含水量增加，比热增大，喷射速度增快，均有利于内风旋流强度增大，使内风和燃料的掺混更加均匀，缩小烟气的局部高温区，在烟气峰值温度降低的同时，实现了nox生成量减小。

另一方面，燃气和空气在掺入水蒸汽条件下燃烧时，nox生成的化学反应路径会发生改变，nox生成速率会在一定程度上得到抑制。

下面给出本申请的一种具体的结构尺寸：

点火枪通道1的截面直径为50mm，点火枪的点火能为20j；中心风通道2的截面外圆直径为100mm，内圆直径为60mm；中心风通道出口由16个直径为5mm的圆形喷嘴组成；内风通道3的截面外圆直径为136mm，内圆直径为108mm；内风通道出口由1个环形出口和16个轴向旋流叶片组成；内风环形出口具有1个扩张角为15°的扩张段11；内风通道出口的轴向旋流叶片的安装角度为20°；燃料通道输入燃料为天然气；燃料通道截面外圆直径为199mm，内圆直径为159mm；燃料通道出口由16个15mm×10mm喷口组成；外风通道截面外圆直径为276mm，内圆直径为219mm；外风通道出口由18个直径为12.5mm的圆形喷嘴组成；隔热层外壁直径为500mm，厚度为100mm。

经过调节外风调节阀15、内风调节阀12和中心风调节阀8，即调节外风流量由303nm³/h降至190nm³/h，内风流量由174nm³/h增至292nm³/h，中心风流量由16nm³/h降至10nm³/h时，回转窑火焰峰值温度由1819℃降至1736℃，高于1500℃的高温烟气轴向长度由18.2m降至14.1m，并由距离燃烧器4.1m移至4.6m，窑尾烟气中nox由8295mg/m³降至1734mg/m³，含氧量由3.1％增至4.3％。

在以上条件不改变的情况下，加湿系统19采用超声波雾化模式，压缩空气压力为0.5mpa；喷嘴的喷射角度为30°；在加湿系统19的喷嘴16下游，内风通道3的下壁布置有5个排水孔17；加湿系统19的供水量为0.2nm³/h的设置条件下，配合各通道风量的调节，回转窑火焰峰值温度由1736℃降至1516℃，高于1500℃的高温烟气轴向长度约为零，窑尾烟气中nox由1734mg/m³降至317mg/m³，含氧量由4.3％增至6.0％。

由此可见，本申请的多通道配风调节配合加湿降氮的回转窑燃烧器，实现大范围的火焰峰值温度、范围和位置的调节，从源头上可以有效控制nox的生成，有助于实施单位控制废气处理成本，降低了回转窑对大气环境的污染；并且可以针对不同的氧化铝晶体要求。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。