一種直流式彌散燃燒的管式加熱爐系統(tǒng)及燃燒器技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種直流式彌散燃燒的管式加熱爐系統(tǒng)及燃燒器，燃氣和預(yù)熱空氣由高速燃氣燃燒器射入輻射室的燃燒室，保持爐膛溫度高于燃氣的自燃溫度，射入速度大于燃氣燃燒的火焰?zhèn)鞑ニ俣?，因此不形成可見的發(fā)光火焰，燃燒反應(yīng)充滿整個輻射室，輻射室內(nèi)溫度分布均勻，燃燒過程的最高溫度小于1700K，有效抑制NOx生成。在輻射室的下游設(shè)置反射板，可避免燃氣和熱空氣在輻射室內(nèi)短路而直接進入對流室，同時在反射板下游形成回流，延長煙氣在對流室的停留時間，促進CO等可燃成分的充分燃盡。本發(fā)明專利技術(shù)具有燃燒效率高、污染物排放超低及溫度場均勻等特點，適用于管式加熱爐的新建和改造。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種直流式彌散燃燒的管式加熱爐系統(tǒng)及燃燒器
本專利技術(shù)涉及煉化企業(yè)管式加熱爐
，具體地說，是一種彌散燃燒的管式加熱爐及其燃燒器。
技術(shù)介紹
管式加熱爐是煉化企業(yè)中常用的工藝加熱爐，在耐火材料包圍的燃燒室內(nèi)，燃料燃燒釋放的熱量把爐管內(nèi)的介質(zhì)加熱到所需的溫度，使之產(chǎn)生反應(yīng)或達到后續(xù)工藝的要求。管式加熱爐的運行要求燃料充分燃盡、燃燒產(chǎn)生的污染物低、爐內(nèi)爐管受熱均勻，以實現(xiàn)管式加熱爐的高效、環(huán)保、安全和長周期運行。目前，煉化企業(yè)的管式加熱爐大多通過擴散燃燒的方式實現(xiàn)煉廠干氣和空氣的混合與燃燒，形成火焰。一方面，火焰區(qū)比非火焰區(qū)(燃燒產(chǎn)物區(qū))溫度高、輻射傳熱強度大，導(dǎo)致爐管輻射受熱不均勻，火焰輻射的爐管上容易形成局部高溫?zé)狳c，縮短爐管的使用壽命。另一方面，以空氣作為氧化劑的煉廠干氣擴散燃燒溫度高，容易形成氮氧化物(NOx)等污染物，例如煉化企業(yè)常用的低NOx燃氣燃燒器的NOx排放濃度約在25～50ppmv的范圍。隨著環(huán)保要求越來越高，NOx的排放濃度限制逐漸降低，煉化企業(yè)面臨更多挑戰(zhàn)。20世紀(jì)90年代，人們發(fā)現(xiàn)采用高溫低氧(氧氣體積分數(shù)低于21％)空氣作為氧化劑的燃燒反應(yīng)呈現(xiàn)出無明顯火焰、溫度分布均勻、污染物排放低等特點。該技術(shù)通過極限回收煙氣余熱并高效預(yù)熱助燃空氣，實現(xiàn)了高溫(1000℃以上)和低氧濃度(2％～5％)條件下的彌散燃燒。高溫低氧燃燒技術(shù)在大中型推鋼式及步進式軋鋼加熱爐、均熱爐、罩式熱處理爐、輻射管氣體滲碳爐、鋼包烘烤爐、玻璃熔化爐、熔鋁爐、鍛造爐等上獲得了廣泛的應(yīng)用。然而，一方面由于管式加熱爐通過換熱器極限回收煙氣余熱以預(yù)熱空氣使得加熱爐熱效率普遍高于90％，管式加熱爐采用新技術(shù)節(jié)能的潛力有限；另一方面，管式加熱爐的爐膛結(jié)構(gòu)與冶金、金屬加工、陶瓷行業(yè)的加熱爐存在明顯不同，已有的高溫低氧燃燒技術(shù)不適用于管式加熱爐：因此高溫低氧燃燒技術(shù)尚未應(yīng)用到管式加熱爐上。國內(nèi)外的基礎(chǔ)研究表明，高溫低氧空氣并不是實現(xiàn)彌散燃燒的必要條件，環(huán)境空氣條件下也能實現(xiàn)彌散燃燒，彌散燃燒取決于燃燒室內(nèi)的燃燒條件而不是取決于燃燒室的邊界條件，這為彌散燃燒在管式加熱爐上的實施提供了新思路。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能實現(xiàn)彌散燃燒的管式加熱爐系統(tǒng)及燃燒器；使煉廠干氣在管式加熱爐輻射室內(nèi)燃燒但不形成明顯的火焰，改善輻射室內(nèi)的溫度分布，改善輻射爐管的熱強度分布均勻性，減少NOx的生成和排放，減少CO的排放，提高加熱爐體積熱強度，減小加熱爐體積、重量和占地面積。NOx為氮氧化物的英文縮寫。本專利技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種彌散燃燒的管式加熱爐系統(tǒng)，其特征在于，來自鼓風(fēng)機的冷空氣由空氣預(yù)熱器加熱后和來自煉廠管網(wǎng)的煉廠干氣，經(jīng)高速燃氣燃燒器射入管式加熱爐的輻射室內(nèi)，煉廠干氣或熱空氣的射入速度大于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，輻射室的溫度大于煉廠干氣的自燃溫度，煉廠干氣的燃燒充滿輻射室，不形成可見的發(fā)光火焰，即處在彌散燃燒的狀態(tài)。具體為：來自鼓風(fēng)機的冷空氣，經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱，通過燃燒器進入輻射室內(nèi)的燃燒室；鼓風(fēng)機，空氣預(yù)熱器和燃燒器通過風(fēng)道連接；來自燃氣管的燃氣通過燃燒器進入燃燒室，閘閥根據(jù)加熱爐的負荷控制燃氣流量；燃氣和熱空氣在燃燒室內(nèi)燃燒釋放的熱量主要以輻射傳熱的方式加熱輻射爐管內(nèi)的介質(zhì)；反射板使燃氣和熱空氣無法直接進入對流室，從而避免了在燃燒室內(nèi)的短路流動，在反射板的下游形成回流，增加煙氣在對流室內(nèi)的停留時間，保證可燃物的燃盡；檢測儀I檢測輻射室出口煙氣溫度，O2濃度，CO濃度和NOx濃度，以判斷燃氣在輻射室內(nèi)的燃燒程度；高溫?zé)煔庵饕詫α鱾鳠岬姆绞郊訜釋α鳡t管內(nèi)的介質(zhì)，遮蔽光管能夠均勻高溫?zé)煔庠趯α魇覂?nèi)的流動，同時防止高溫?zé)煔庵苯記_刷對流爐管；檢測儀II檢測對流室出口煙氣溫度，O2濃度，CO濃度和NOx濃度，以判斷煙氣在對流室內(nèi)的燃盡程度；通過煙氣調(diào)節(jié)擋板控制爐內(nèi)負壓和直接進入煙囪的煙氣量；熱煙氣在空氣預(yù)熱器內(nèi)預(yù)熱冷空氣，溫度降低，經(jīng)引風(fēng)機送入煙囪。所述的管式加熱爐輻射室下游為對流室，兩者連接段安裝反射板，反射板直徑為燃燒室直徑的0.3～0.8倍，增加煉廠干氣和熱空氣在輻射室內(nèi)的停留時間，使煉廠干氣充分燃盡，避免高速煉廠干氣和熱空氣在輻射室內(nèi)短路，而直接進入對流室；同時在反射板的下游形成回流區(qū)，增加未燃盡煙氣在對流室的停留時間，保證燃氣燃盡。所述煉廠干氣為混合氣體，其自燃溫度通過同心管法或絕熱壓縮法試驗測定。所述反射板下游安裝具有檢測溫度、氧濃度、一氧化碳濃度和氮氧化物濃度的煙氣分析儀，監(jiān)測輻射室內(nèi)的燃燒反應(yīng)程度。所述對流室下游安裝具有檢測溫度、氧濃度、一氧化碳濃度和氮氧化物濃度的煙氣分析儀，監(jiān)測對流室內(nèi)未燃盡氣體的燃燒程度。一種高速燃氣燃燒器，該燃燒器由筒體，進風(fēng)口，調(diào)風(fēng)蝶閥，燃氣槍，火盆磚，長明燈，點火孔，觀火孔，金屬軟管和消音壁構(gòu)成；其特征在于，進風(fēng)口焊接在筒體側(cè)面，消音壁緊緊鉚接在筒體內(nèi)壁上，筒體底板上開有點火孔和觀火孔，長明燈和燃氣槍通過螺栓固定在筒體底板上，火盆磚卡接在筒體上部，燃氣槍穿過火盆磚上開的孔。高速燃氣燃燒器長明燈安裝在燃燒器筒體的中心軸線上，長明燈出火口位置高于火盆磚上表面。高速燃氣燃燒器火盆磚上的空氣孔內(nèi)空氣流速為60m/s～140m/s，空氣孔內(nèi)壁光滑，以減小空氣流動壓損；燃氣槍噴射速度為40m/s～220m/s，燃氣噴孔與空氣孔之間的距離保證燃氣與空氣在混合燃燒前能夠充分卷吸煙氣，降低燃燒反應(yīng)強度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的積極效果是：(1)在管式加熱爐輻射室內(nèi)高速射入的燃氣和空氣卷吸輻射室內(nèi)的燃燒產(chǎn)物，稀釋燃氣和空氣，減小燃燒反應(yīng)強度，抑制燃燒局部高溫，形成彌散燃燒，不形成可見的發(fā)光火焰，燃燒過程的最高溫度小于1700K，有效抑制NOx的生成。(2)彌散燃燒充滿輻射室，平均體積熱強度增加，能夠減小輻射室尺寸，減少管式加熱爐的制造成本。(3)在輻射室下游設(shè)置反射板，避免了燃氣和空氣在輻射室內(nèi)短路而直接進入對流室，增加了燃氣和空氣在輻射室內(nèi)的停留時間；同時在反射板下游形成回流，增加了未燃盡煙氣在對流室的停留時間，保證燃氣燃盡。(4)直流式彌散燃燒結(jié)構(gòu)簡單，無需增加換向和蓄熱裝置，適用于新建管式加熱爐和對現(xiàn)有管式加熱爐的改造?！靖綀D說明】圖1是直流式彌散燃燒管式加熱爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(a)是高速燃氣燃燒器主視圖；圖2(b)是高速燃氣燃燒器俯視圖；圖3是高速燃氣燃燒器火盆磚結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是實施例直流式彌散燃燒室內(nèi)流場示意圖；圖5是實施例直流式彌散燃燒室內(nèi)溫度場示意圖；圖6是另一實施例直流式彌散燃燒室內(nèi)流場示意圖；圖7是另一實施例直流式彌散燃燒室內(nèi)溫度場示意圖。附圖中的標(biāo)記為：1鼓風(fēng)機，2風(fēng)道，3空氣預(yù)熱器，4燃氣管，5閘閥，6燃燒器，7輻射室，8輻射爐管，9燃燒室，10反射板，11檢測儀I，12遮蔽光管，13對流室，14對流爐管，15檢測儀II，16煙囪調(diào)節(jié)擋板，17煙囪，18引風(fēng)機，61金屬軟管，62長明燈金屬軟管，63調(diào)風(fēng)蝶閥，64進風(fēng)口，65燃燒器筒體，66消音棉，67燃氣槍，68空氣孔，69火盆磚，610長明燈，611長明燈孔，612看火孔，613燃氣槍槽，614火盆磚看火孔?！揪唧w實施方式】以下提供本專利技術(shù)一種直流式彌散燃燒的管式加熱爐及燃燒器的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種直流式彌散燃燒的管式加熱爐系統(tǒng)，其特征在于，來自鼓風(fēng)機的冷空氣由空氣預(yù)熱器加熱后和來自煉廠管網(wǎng)的煉廠干氣，經(jīng)燃燒器射入管式加熱爐的輻射室內(nèi)，煉廠干氣或熱空氣的射入速度大于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，輻射室的溫度大于煉廠干氣的自燃溫度，煉廠干氣的燃燒充滿輻射室，不形成可見的發(fā)光火焰，即處在彌散燃燒的狀態(tài)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種直流式彌散燃燒的管式加熱爐系統(tǒng)，其特征在于，依據(jù)煉廠干氣或熱空氣的射入速度大于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，輻射室的溫度大于煉廠干氣的自燃溫度，煉廠干氣的燃燒充滿輻射室，不形成可見的發(fā)光火焰，即處在彌散燃燒的狀態(tài)的原理，來自鼓風(fēng)機的冷空氣由空氣預(yù)熱器加熱后和來自煉廠管網(wǎng)的煉廠干氣，通過燃燒器進入輻射室內(nèi)的燃燒室；所述鼓風(fēng)機，空氣預(yù)熱器和燃燒器通過風(fēng)道連接，閘閥根據(jù)加熱爐的負荷控制燃氣流量；燃氣和熱空氣在燃燒室內(nèi)燃燒釋放的熱量主要以輻射傳熱的方式加熱輻射爐管內(nèi)的介質(zhì)；反射板使燃氣和熱空氣無法直接進入對流室，從而避免了在燃燒室內(nèi)的短路流動，在反射板的下游形成回流，增加煙氣在對流室內(nèi)的停留時間，保證可燃物的燃盡；檢測儀Ⅰ檢測輻射室出口煙氣溫度，O2濃度，CO濃度和NOx濃度，以判斷燃氣在輻射室內(nèi)的燃燒程度；高溫?zé)煔庵饕詫α鱾鳠岬姆绞郊訜釋α鳡t管內(nèi)的介質(zhì)，遮蔽光管能夠均勻高溫?zé)煔庠趯α魇覂?nèi)的流動，同時防止高溫?zé)煔庵苯記_刷對流爐管；檢測儀Ⅱ檢測對流室出口煙氣溫度，O2濃度，CO濃度和NOx濃度，以判斷煙氣在對流室內(nèi)的燃盡程度；通過煙氣調(diào)節(jié)擋板控制爐內(nèi)負壓和直接進入煙囪的煙氣量；熱煙氣在空氣預(yù)熱器內(nèi)預(yù)熱冷空氣，溫度降低，經(jīng)引風(fēng)機送入煙囪。2.如權(quán)利要求1所述的一種直流式彌散燃燒的管式加熱爐系統(tǒng)，其特征在于，所述的輻射室的下游為對流室，兩者連接段安裝反射板，反射板直徑為燃燒室直徑的0.3～0.8倍，增加煉廠干氣和熱空氣在輻射室內(nèi)的停留時間，使煉廠干氣充分燃盡，避免高速煉廠干氣和熱空氣在輻射室內(nèi)短路...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐宏，劉波，程子非，王元華，張莉，范永堅，
申請(專利權(quán))人：華東理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31