低氮双蓄热天然气烧嘴的制作方法

1.本发明涉及工业用加热炉烧嘴技术领域，具体为低氮双蓄热天然气烧嘴。


背景技术：

2.目前国内使用的蓄热式天然气烧嘴普遍为助燃空气单蓄热式节能烧嘴。蓄热式天然气烧嘴按节能和减排可分为单蓄热式节能烧嘴、双蓄热式节能烧嘴、单蓄热式节能低氮烧嘴、双蓄热式节能低氮烧嘴。
3.低氮双蓄热式天然气烧嘴采用的是蓄热式燃烧节能技术、低氮燃烧减排技术的有机结合体。主要由高温蓄热室、中温蓄热室、浓淡分层多喷火口结构、以及燃料、供风和排烟系统及自动控制系统构成。由于单蓄热式节能烧嘴仅对助燃空气进行预蓄热节能燃烧，未采用低氮减排燃烧、天然气预蓄热节能燃烧，造成了占较大比例的高温烟气的显热得不到有效回收利用，nox排放较高；在热工自动控制技术方面，普遍存在火力调节单一，只能靠燃气的通断来实现保温阶段的温度调节，由于火力较大又不能调节火力变小，造成燃气的较大浪费。加热炉尤其是间歇式加热炉在停炉时，空气通过助燃空气鼓风机管道进入高温炉膛，然后通过排烟引风机管道排出，这样通过空气载体把一部分高温炉膛的显热带出炉外进入大气，造成大量的物理热损失。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明解决的技术是进一步优化加热技术，缩小在节能、减排等方面与国际先进水平的差距，使加热炉的发展走科技含量高、经济效益好、能源消耗低。
6.(二)技术方案
7.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
8.低氮双蓄热天然气烧嘴，包括双蓄室多喷火口烧嘴和助燃混合空气、燃气控制系统，所述双蓄室多喷火口烧嘴包括炉体，所述炉体内分为炉膛b区和炉膛a区，所述炉体顶部对称设置有两个高温蓄热室，且两个高温蓄热室分别与炉膛b区和炉膛a区相连通，两个所述高温蓄热室顶部均固定连接有中温蓄热室；
9.所述炉膛b区顶部的高温蓄热室内设置有燃嘴b高温蓄热室蓄热体，所述燃嘴b高温蓄热室蓄热体底部设置有燃嘴b高温蓄热室挡板砖，所述高温蓄热室位于燃嘴b高温蓄热室挡板砖底部开设有燃嘴b高温管道，所述炉膛b 区顶部的中温蓄热室内设置有燃嘴b中温蓄热室蓄热体，所述燃嘴b中温蓄热室蓄热体底部固定连接有燃嘴b中温蓄热室挡板砖，所述炉膛b区顶部的中温蓄热室顶部固定连接有燃嘴b，所述燃嘴b顶部固定连接有燃嘴b运输管道，所述炉膛b区顶部的高温蓄热室侧壁设置有燃嘴b燃气高温出口，且燃嘴b燃气高温出口与燃嘴b中温蓄热室蓄热体相连通，所述燃嘴b燃气高温出口端面固定连接有燃嘴b燃气低温进口；
10.所述炉膛a区顶部的高温蓄热室内设置有燃嘴a高温蓄热室蓄热体，所述燃嘴a高温蓄热室蓄热体底部设置有燃嘴a高温蓄热室挡板砖，所述高温蓄热室位于燃嘴a高温蓄热室挡板砖底部开设有燃嘴a高温管道，所述炉膛a 区顶部的中温蓄热室内设置有燃嘴a中温蓄热室蓄热体，所述燃嘴a中温蓄热室蓄热体底部固定连接有燃嘴a中温蓄热室挡板砖，所述炉膛a区顶部的中温蓄热室顶部固定连接有燃嘴a，所述燃嘴a顶部固定连接有燃嘴a运输管道，所述炉膛a区顶部的高温蓄热室侧壁设置有燃嘴a燃气高温出口，且燃嘴a燃气高温出口与燃嘴a中温蓄热室蓄热体相连通，所述燃嘴a燃气高温出口端面固定连接有燃嘴a燃气低温进口。
11.优选的，所述助燃混合空气、燃气控制系统包括燃气通断阀，所述燃气通断阀通过连接管与燃气流量电控比例阀连通，所述燃气流量电控比例阀通过连接管并联有第一燃气流量调节阀和第二燃气流量调节阀，所述燃气流量调节阀通过连接管串联有第一燃气通断电磁阀，且第一燃气通断电磁阀通过连接管与燃嘴a燃气低温进口连通，所述燃气流量调节阀通过连接管串联有第二燃气通断电磁阀，且第二燃气通断电磁阀通过连接管与燃嘴b燃气低温进口连通；
12.所述燃嘴a运输管道通过连接管连接有燃嘴a流量调节阀，所述燃嘴a 流量调节阀通过连接管连接有二位四通换向阀，所述燃嘴b运输管道通过连接管连接有燃嘴b流量调节阀，所述燃嘴b流量调节阀通过连接管与二位四通换向阀连接，所述二位四通换向阀顶部通过连接管连接有排烟流量调节阀，所述排烟流量调节阀通过连接管连接有排烟变频引风机，所述排烟变频引风机并联有烟气排放管道和烟气再回流管道，所述烟气排放管道端面连接有烟气单向通断阀，所述烟气再回流管道端面连接有回流烟气流量调节阀，所述回流烟气流量调节阀通过连接管进气管侧壁连通，所述进气管端面固定连接有助燃空气单向通断阀，所述助燃空气单向通断阀通过连接管连接有助燃空气流量调节阀，所述进气管另一端面固定连接有助燃混合空气变频鼓风机，所述助燃混合空气变频鼓风机通过连接管连接有助燃混合空气流量调节阀，所述助燃混合空气流量调节阀与二位四通换向阀底部相连通。
13.优选的，所述燃嘴a燃气高温出口和燃嘴b高温管道底部均固定连接有小喷火口a、大喷火口b、小喷火口c和大喷火口d。
14.工作原理：低氮双蓄热天然气烧嘴双蓄热工作原理：炉体11设有在炉膛 a区9的燃嘴a18和炉膛b区7的燃嘴b21，燃嘴a、b两位成对工作，二者交替变换燃烧和排烟，蓄热体相应变换放热和吸热状态，当烧嘴a18燃烧时进入炉膛a区9的助燃空气和天然气在参与燃烧前均被加热到较高的温度，其中助燃空气流经已完成蓄热的燃嘴a中温蓄热室蓄热体17，燃嘴a中温蓄热室挡板砖15，燃嘴a高温蓄热室蓄热体14，燃嘴a高温蓄热室挡板砖13，而被加热到接近炉膛温度，一般为炉膛温度的80％～90％再参与燃烧，天然气流经已完成蓄热的燃嘴a中温蓄热室蓄热体17而被加热到约500℃～700℃的中等温度再参与燃烧；与此同时，炉膛b区7内的热烟气经过烧嘴b21排出，高温热烟气通过烧嘴b21时将显热主要储存在燃嘴b中温蓄热室蓄热体20和燃嘴b高温蓄热室蓄热体8内，然后以低于100℃的低温烟气经过烟气、助燃混合空气二位四通换向阀43排出。当蓄热体储存的热量达到饱和时进行换向，烧嘴a18和烧嘴b21变换燃烧和蓄热工作状态，图2和图3两种工作状态依次循环直到被加热工件加热完成。如此周而复始，热回收效率可达到85％以上，这样不仅可以节约大量能源，还可
以大大提高燃料的理论燃烧温度，减少热损率，提高产量。
15.低氮双蓄热天然气烧嘴低氮燃烧工作原理。烧嘴a18和燃嘴b21设有小喷火口a1、大喷火口b2、小喷火口c3、大喷火口d4多个烧嘴喷口，燃烧火力分散，有效抑制因烧嘴数量少集中加热而造成的火焰局部高温；小喷火口 a1、小喷火口c3燃气相对较浓，燃烧火焰短，燃烧火焰为还原性。大喷火口 b2、大喷火口d4，燃气相对较淡，燃烧火焰长，燃烧火焰为氧化性。氧化性火焰和还原性火焰两种火焰温度比传统的配比燃烧相对较低，长火焰和短火焰可让烧嘴的燃烧温度分层释放，浓淡分层燃烧进一步避免火焰局部高温；低温烟气通过排烟变频引风机37后，其中有一小部分低温烟气经过烟气再回流管道32、回流烟气流量调节阀35与经过助燃空气流量调节阀31、助燃空气单向通断阀30的助燃空气组成混合空气，再与燃气进一步组成的燃烧混合气体，该气体热值降低，火焰燃烧温度有所降低，更进一步的避免火焰局部高温。大大抑制了热力型nox的产生，在燃烧源头解决了低氮燃烧。
16.低氮双蓄热天然气烧嘴助燃混合空气与天然气燃料实现按流量比例自动多极控制燃烧工作原理：燃烧火力自动多级调节单元主要由烟气、助燃混合空气二位四通换向阀43、燃气流量电控比例阀39、排烟变频引风机37、助燃混合空气变频鼓风机36、第一燃气通断电磁阀28、第二燃气通断电磁阀46、烟气单向通断阀34、回流烟气流量调节阀35、助燃空气流量调节阀31、助燃空气单向通断阀30、排烟流量调节阀38、助燃混合空气流量调节阀44、燃嘴 a烟气、助燃混合空气流量调节阀41、燃嘴b烟气、助燃混合空气流量调节阀42、燃气主管道包括燃气通断阀40、第一燃气流量调节阀29、第二燃气流量调节阀45、温度传感器、温控仪和pc机组成；当工业炉按仪表设定工艺加热，在升温状态时，温度传感器采集的温度值远低于设定值所在的保温区间，工件加热按较大功率进行升温，升温功率分一级到多级，可满足升温工艺要求，实现快速、中速或慢速升温。此时温度传感器采集的温度信号进入pc机，再由pc机程序控制烟气、助燃混合空气二位四通换向阀43、助燃混合空气变频鼓风机36、排烟变频引风机37，最终实现天然气、助燃混合空气、烟气三者流量按比例联动至升温流量区间，升温流量区间一般占总流量的50％～90％，其中天然气靠燃气流量电控比例阀39实现流量大小的调节，助燃混合空气变频鼓风机36、排烟变频引风机37靠变频调速实现流量大小的调节。同理工业炉在保温状态时，温度传感器采集的温度值在设定值所在的保温区间的温度范围值内，工件加热按较小功率进行保温维持，保温功率分一级到多级，可满足保温工艺要求，实现快速、中速或慢速保温。保温流量区间一般占总流量的5％～50％。这样就实现了燃烧火力自动多极调节，保证烧嘴在正常的不同的工艺要求下工作。保证了燃料、助燃混合空气与烟气的最佳配比，在燃烧时节省了可观的燃料，工业炉热效率得到了进一步提高。
17.(三)有益效果
18.本发明提供了低氮双蓄热天然气烧嘴。具备以下有益效果：
19.1、本发明提出的低氮双蓄热天然气烧嘴，其采用助燃混合空气与天然气燃料实现双预蓄热，从而使高温烟气显热达到了的接近极限回收，加热炉的热效率得到了极大提高。
20.2、本发明提出的低氮双蓄热天然气烧嘴，其烧嘴多喷口浓淡分层燃烧加上烟气再回流实现了低氮燃烧，所述烧嘴多喷口，燃烧火力分散，有效抑制因烧嘴数量少集中加热而造成的火焰局部高温，所述小喷火口，燃气相对较浓，燃烧火焰短，燃烧火焰为还原性；所述大喷火口，燃气相对较淡，燃烧火焰长，燃烧火焰为氧化性；氧化性火焰和还原性火焰两种
火焰温度比传统的配比燃烧相对较低，长火焰和短火焰可让烧嘴的燃烧温度分层释放，进一步避免火焰局部高温；所述烟气再回流，使部分烟气加空气加燃气组成的燃烧气体热值降低，更进一步的避免火焰局部高温；大大抑制了热力型nox的产生，在燃烧源头解决了低氮燃烧。
21.3、本发明提出的低氮双蓄热天然气烧嘴，其助燃混合空气与天然气燃料实现按流量比例自动多极控制燃烧；升温阶段火力大分一到多级，可满足升温工艺要求，实现快速、中速或慢速升温；保温阶段火力小分一到多级，可满足保温工艺要求；从而实现加热炉的噪音低，电耗少，天然气燃料节能显著，热效率得到进一步提高。
22.4、本发明提出的低氮双蓄热天然气烧嘴，其烟气自动切断装置有效降低炉躺内高温烟气逸气热损失，烧嘴热效率得到进一步提高。
23.5、本发明提出的低氮双蓄热天然气烧嘴，其烧嘴蓄热体蓄热能力强，外保温热阻大。换热效率高，散热损失大大减小。
附图说明
24.图1为本发明提出低氮双蓄热天然气烧嘴的剖视图；
25.图2为本发明提出低氮双蓄热天然气烧嘴的的第一工作状态示意图；
26.图3为本发明提出低氮双蓄热天然气烧嘴的的第二工作状态示意图。
27.其中，1、小喷火口a；2、大喷火口b；3、小喷火口c；4、大喷火口d； 5、燃嘴b燃气高温出口；6、燃嘴b高温管道；7、炉膛b区；8、燃嘴b高温蓄热室蓄热体；9、炉膛a区；10、燃嘴a高温管道；11、炉体；12、燃嘴 a燃气高温出口；13、燃嘴a高温蓄热室挡板砖；14、燃嘴a高温蓄热室蓄热体；15、燃嘴a中温蓄热室挡板砖；16、燃嘴a燃气低温进口；17、燃嘴a 中温蓄热室蓄热体；18、燃嘴a；19、燃嘴a运输管道；20、燃嘴b中温蓄热室蓄热体；21、燃嘴b；22、燃嘴b运输管道；23、燃嘴b中温蓄热室挡板砖； 24、燃嘴b燃气低温进口；25、燃嘴b高温蓄热室挡板砖；26、中温蓄热室； 27、高温蓄热室；28、第一燃气通断电磁阀；29、第一燃气流量调节阀；30、助燃空气单向通断阀；31、助燃空气流量调节阀；32、烟气再回流管道；33、烟气排放管道；34、烟气单向通断阀；35、回流烟气流量调节阀；36、助燃混合空气变频鼓风机；37、排烟变频引风机；38、排烟流量调节阀；39、燃气流量电控比例阀；40、燃气通断阀；41、燃嘴a流量调节阀；42、燃嘴b 流量调节阀；43、二位四通换向阀；44、助燃混合空气流量调节阀；45、第二燃气流量调节阀；46、第二燃气通断电磁阀。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实施例：
30.如图1
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3所示，本发明实施例提供低氮双蓄热天然气烧嘴，包括双蓄室多喷火口烧嘴和助燃混合空气、燃气控制系统，其特征在于：双蓄室多喷火口烧嘴包括炉体11，炉体11内分为炉膛b区7和炉膛a区9，炉体11顶部对称设置有两个高温蓄热室27，且两个高温蓄热
室27分别与炉膛b区7和炉膛a区9相连通，两个高温蓄热室27顶部均固定连接有中温蓄热室26；
31.炉膛b区7顶部的高温蓄热室27内设置有燃嘴b高温蓄热室蓄热体8，燃嘴b高温蓄热室蓄热体8底部设置有燃嘴b高温蓄热室挡板砖25，高温蓄热室27位于燃嘴b高温蓄热室挡板砖25底部开设有燃嘴b高温管道6，炉膛b区7顶部的中温蓄热室26内设置有燃嘴b中温蓄热室蓄热体20，燃嘴b中温蓄热室蓄热体20底部固定连接有燃嘴b中温蓄热室挡板砖23，炉膛b区7 顶部的中温蓄热室26顶部固定连接有燃嘴b21，燃嘴b21顶部固定连接有燃嘴b运输管道22，炉膛b区7顶部的高温蓄热室27侧壁设置有燃嘴b燃气高温出口5，且燃嘴b燃气高温出口5与燃嘴b中温蓄热室蓄热体20相连通，燃嘴b燃气高温出口5端面固定连接有燃嘴b燃气低温进口24；
32.炉膛a区9顶部的高温蓄热室27内设置有燃嘴a高温蓄热室蓄热体14，燃嘴a高温蓄热室蓄热体14底部设置有燃嘴a高温蓄热室挡板砖13，高温蓄热室27位于燃嘴a高温蓄热室挡板砖13底部开设有燃嘴a高温管道10，炉膛a区9顶部的中温蓄热室26内设置有燃嘴a中温蓄热室蓄热体17，燃嘴a 中温蓄热室蓄热体17底部固定连接有燃嘴a中温蓄热室挡板砖15，炉膛a区 9顶部的中温蓄热室26顶部固定连接有燃嘴a18，燃嘴a18顶部固定连接有燃嘴a运输管道19，炉膛a区9顶部的高温蓄热室27侧壁设置有燃嘴a燃气高温出口12，且燃嘴a燃气高温出口12与燃嘴a中温蓄热室蓄热体17相连通，燃嘴a燃气高温出口12端面固定连接有燃嘴a燃气低温进口16。
33.助燃混合空气、燃气控制系统包括燃气通断阀40，燃气通断阀40通过连接管与燃气流量电控比例阀39连通，燃气流量电控比例阀39通过连接管并联有第一燃气流量调节阀29和第二燃气流量调节阀45，第一燃气流量调节阀 29通过连接管串联有第一燃气通断电磁阀28，且第一燃气通断电磁阀28通过连接管与燃嘴a燃气低温进口16连通，第二燃气流量调节阀45通过连接管串联有第二燃气通断电磁阀46，且第二燃气通断电磁阀46通过连接管与燃嘴b燃气低温进口24连通；
34.燃嘴a运输管道19通过连接管连接有燃嘴a流量调节阀41，燃嘴a流量调节阀41通过连接管连接有二位四通换向阀43，燃嘴b运输管道22通过连接管连接有燃嘴b流量调节阀42，燃嘴b流量调节阀42通过连接管与二位四通换向阀43连接，二位四通换向阀43顶部通过连接管连接有排烟流量调节阀38，排烟流量调节阀38通过连接管连接有排烟变频引风机37，排烟变频引风机37并联有烟气排放管道33和烟气再回流管道32，烟气排放管道33端面连接有烟气单向通断阀34，烟气再回流管道32端面连接有回流烟气流量调节阀35，回流烟气流量调节阀35通过连接管进气管侧壁连通，进气管端面固定连接有助燃空气单向通断阀30，助燃空气单向通断阀30通过连接管连接有助燃空气流量调节阀31，进气管另一端面固定连接有助燃混合空气变频鼓风机36，助燃混合空气变频鼓风机36通过连接管连接有助燃混合空气流量调节阀44，助燃混合空气流量调节阀44与二位四通换向阀43底部相连通。
35.燃嘴a燃气高温出口12和燃嘴b高温管道6底部均固定连接有小喷火口 a1、大喷火口b2、小喷火口c3和大喷火口d4。
36.所述高温蓄热室的改进在于：把蓄热室沿空气、烟气流向串联分成高温蓄热室和中温蓄热室；高温蓄热室内填充有蓄热体和挡板砖，所填充的蓄热体为蓄热小球或蓄热蜂窝体。
37.所述中温蓄热室的改进在于：把蓄热室沿空气、烟气流向串联分成高温蓄热室和中温蓄热室；中温蓄热室内填充有蓄热体和挡板砖，所填充的蓄热体为蓄热小球或蓄热蜂窝体。
38.所述浓淡分层多喷火口的改进在于：所述浓淡分层多喷火口为每个烧嘴至少布置一组小喷火口和大喷火口；所述小喷火口，燃气相对较浓，燃烧火焰短，燃烧火焰为还原性；所述大喷火口，燃气相对较淡，燃烧火焰长，燃烧火焰为氧化性。
39.所述浓淡分层多喷火口可布置在单面墙上、双面墙上、三面墙上；燃烧喷口可布置在同一层水平面内、多层水平面内；燃烧喷口在水平面方向上的间距可紧密排列、疏松排列、紧密与疏松搭配排列。
40.所述助燃混合空气、燃气控制系统为多级火力自动调节系统、空气和烟气自动切断装置、烟气再回流装置。
41.所述多级火力自动调节系统的改进在于：所述多级火力自动调节系统为助燃风机变频调速单元、排烟风机变频调速单元、天然气流量比例阀电控单元以及三者比例联动、多级燃烧功率程序。
42.所述空气和烟气自动切断装置的改进在于：所述空气和烟气自动切断装置为助燃空气单向通断阀，烟气单向通断阀。
43.所述烟气再回流装置的改进在于：所述烟气再回流装置为烟气再回流管道、回流烟气流量调节阀。
44.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。