[发明专利]一种烟气自循环型低氮无氧化烧嘴

说明书

一种烟气自循环型低氮无氧化烧嘴，包括烧嘴壳体、燃气管法兰、点火电极、火焰监测装置、旋流器、以及设在壳体内腔耐火材料中的燃气喷管、燃气分配环，在以烧嘴壳体内腔的助燃空气输出通道为中心的最外层耐火材料层中设置烟气回流通道，并使烟气回流通道与助燃空气输出通道的后部内腔相连通；助燃空气输出通道由拉瓦尔喷管、以及设置在拉瓦尔喷管后部腔体内的助燃空气喷管或者为配有副烧嘴燃气喷管的助燃空气喷管构成；烟气回流通道与位于烧嘴本体中心的拉瓦尔喷管的尾部相连通、并与烟气回流通道前部腔体形成负压导通状态；烟气回流通道设置在烟气回流通道与拉瓦尔喷管之间，烟气回流通道通过节流孔板、燃气分配环与燃气通道连通；由此构成外部点火型烧嘴或内部副枪燃烧型烧嘴主体。

技术领域

本发明涉及一种低氮无氧化物燃烧技术，尤其是指一种烟气自循环型低氮无氧化烧嘴、以及包括使用该燃烧器的热媒加热炉；属于金属热加工和热处理技术领域。

背景技术

氧化烧损一直是金属材料热加工过程中一个难题，大的氧化烧损不仅降低金属收得率，影响加工精度(为了保证热加工产品最终尺寸，必须在工件加热前预留出富裕量)，而且严重影响到被加热金属材料的表面质量。不均匀的氧化烧损将导致材料表面形成凹坑，或难以清除的氧化层，形成重度色差。如何减轻或消除氧化烧损，一致是热加工领域探索的课题。虽然金属材料在保护气氛下加热能够防止氧化烧损，但应用保护气氛使得热加工过程非常复杂，加工成本大幅度提高。

另一方面，金属在采用燃料加热时，会产生大量的NOx，对环境影响甚大。燃气烧嘴加热过程中，随着火焰温度升高，烟气中NOx的含量升高。研究表明，当烧嘴火焰中心温度超过1600℃后，会产生大量的NOx。即NOx的生成量与温度密切相关。降低火焰温度(即降低火焰中心温度)能够显著降低NOx的生成量。随着环境保护标准的不断升级，对燃烧产物中的NOx含量要求越来越严格。这也对工业炉的燃烧装备(烧嘴)提出更高的要求，即要求烧嘴进行低NOx化燃烧。

为了降低NOx的生成量，研究者对烧嘴的结构进行了大量研发和改进。主要工作集中在燃气与助燃空气的混合方法上。例如烧嘴采用二次风的燃烧方式，即分级燃烧技术；燃气与助燃空气预先混合后进行燃烧，即预混型燃烧；将烟气掺入到助燃空气中形成准空气进行燃烧，即烟气循环燃烧；等等。烟气循环燃烧是目前研究较多的一种燃烧方式。在助燃空气中掺入一定量的烟气，能够降低火焰中心区的温度，从而降低NOx的生成量。但要实现烟气循环需要增加许多设备，例如：管道，换热器，风机等，使得系统非常复杂。因此到目前为止，尚未看到实际应用的例子。

同样，为了防止金属材料的氧化烧损，也进行了大量的研究。主要集中在防止氧化的防氧化涂层技术开发。但防氧化烧损的效果不太明显，而且在生产中操作起来非常麻烦。现仅用于高端产品的氧化防护上，难以大范围推广。

中国专利文献CN 108884992 A公开了一种“低氮氧化物燃烧器”，涉及了一种热媒锅炉，其包括燃烧器，该燃烧器在中心形成有燃料喷嘴，通过完全被分离的多个燃料喷嘴，在燃烧器末端端面形成多个小型贫燃/富燃火焰(fuel lean/fuel rich flame)，实现再燃烧，并使从火焰产生的废气再循环，最大限度地减少氮氧化物(NOx)。通过简单的结构，无需周边装置，就能实现基本的燃烧系统，并通过小型的分割火焰，分散热量，降低火焰温度，使各个小型火焰形成最优化空燃比的火焰，并通过引导快速的燃烧反应，能够显著减少氮氧化物(NOx)。该专利还公开了发明的“低氮氧化物燃烧器”用于热媒炉的实施例，提高管道和风机将热媒炉内的部分烟气引到所发明的燃烧器内，实现烟气循环。该专利虽然能够降低(NOx)的生成量，但所述烧嘴中被分割的各个小烧嘴通过自身机械结构来独立配置空燃比进行单独燃烧，难以实现钢铁行业加热炉的长火焰要求。另外当烧嘴热负荷发生变化时，其各个小烧嘴的空燃比变化难以有效控制。该烧嘴的烟气循环需要额外设置管道和风机，系统复杂，在现场难以有效实施。

发明内容