阅读说明：本技术 一种多级燃烧器、一种钢水罐预热设备及其使用方法 (Multi-stage burner, molten steel tank preheating equipment and using method thereof ) 是由 王勇 刘前芝 尹丰 胡以元 袁东明 鲍磊 张仕洋 孙波 牛金印 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及钢水罐预热设备领域,具体来说是一种多级燃烧器、一种钢水罐预热设备及其使用方法,所述燃烧器包括燃烧器本体,所述燃烧器本体上设有用于气体进入的进气管道；所述燃烧器本体上设有用于燃气和氧气燃烧的燃烧室；所述燃烧室包括燃烧室喷口,所述燃烧室喷口与燃烧器本体外侧面相连通；所述燃烧器本体上设有用于点火的点火枪。本发明公开了一种多级燃烧器结构,通过燃烧器的结构优化,并且本发明采用纯氧气纯氧代替空气作为助燃介质,减少了空气中的氮气和惰性气体的参与热量交换所造成的热量损失,系统热效率和钢水罐升温速度均会大幅提高。(The invention relates to the field of molten steel tank preheating equipment, in particular to a multistage burner, molten steel tank preheating equipment and a using method thereof, wherein the burner comprises a burner body, and an air inlet pipeline for air to enter is arranged on the burner body; the combustor body is provided with a combustion chamber for combusting gas and oxygen; the combustion chamber comprises a combustion chamber nozzle which is communicated with the outer side surface of the combustor body; and the combustor body is provided with an ignition gun for ignition. The invention discloses a multi-stage burner structure, which is optimized through the structure of the burner, adopts pure oxygen instead of air as a combustion-supporting medium, reduces the heat loss caused by the participation of nitrogen and inert gas in the air in heat exchange, and greatly improves the system heat efficiency and the temperature rising speed of a molten steel tank.)

一种多级燃烧器、一种钢水罐预热设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及钢水罐预热设备领域，具体来说是一种多级燃烧器、一种钢水罐预热设备及其使用方法。

背景技术

目前钢水罐预热主要存在以下问题：当前空气助燃烘烤燃烧器火焰无刚度，火焰主要集中在钢水罐上半部，无法将热量有效传递至钢水罐底部，包内温度均匀性较差；据现场操作人员信息反馈，当前钢水罐烘烤温度平均600℃左右，包内蓄热量低，钢水入包后，钢水温度下降大，因此出钢温度要求较高；周转钢水罐的烘烤作业时间长，造成周转包数量众多；参与生产的周转钢水罐数量多达30套，资金占用、维修成本及管理成本高。

所以一种新型的钢水罐预热设备是现在所需要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于钢水罐预热设备的多级燃烧器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多级燃烧器，所述燃烧器包括燃烧器本体，所述燃烧器本体上设有用于气体进入的进气管道；所述燃烧器本体上设有用于燃气和氧气燃烧的燃烧室；所述燃烧室包括燃烧室喷口，所述燃烧室喷口与燃烧器本体外侧面相连通；所述燃烧器本体上设有用于点火的点火枪；所述点火枪一端处于燃烧器本体内部，另一端延伸至燃烧室；所述进气管道包括燃气进气管道和稳焰进气管道；所述燃气进气管道和稳焰进气管道与燃烧室相连通。

所述燃烧器本体上设有多个多级氧气喷嘴，所述多级氧气喷嘴沿燃烧室周边设置。

所述燃烧器本体包括燃烧端和进气端，所述燃烧端包括端部与进气端相连接的燃烧端外壳，所述燃烧端外壳内设有燃烧器保护砖层；所述燃烧器保护砖层上设有用于燃气和氧气混合的燃烧室；所述燃烧保护砖层两侧还设有用于多级氧气进入的喷嘴；所述喷嘴贯穿燃烧器保护层设置。

所述进气端包括与燃烧端外壳相连接的进气端外壳体；所述进气端外壳体内部中空；所述燃气进气管道和稳焰进气管道贯穿进气端外壳体与燃烧室相连通；所述进气端外壳体上设有用于多级氧气进入的多级氧气入口。

所述进气端外壳体上还设有用于空气进入的空气入口。

所述外壳体内设有分隔板，所述分隔板把外壳体内部空腔分成上腔室和下腔室；所述分隔板上设有多个用于连通的连通孔。

一种采用多级燃烧器的钢水罐预热设备，所述预热设备包括用于钢水罐放置的放置装置，所述放置装置包括用于钢水罐罐盖放置的放置大臂；所述预热设备还包括设置在待预热钢水罐中钢包盖上的预热装置，预热装置包括用于燃气与氧气混合燃烧的多级燃烧器；所述多级燃烧器连接有用于为钢水罐进行供气的供气机构；所述供气机构包括燃气供气部件和氧气供气部件；所述燃气供气部件包括燃气供气管道；所述氧气供气部件包括氧气供气管道。

所述供气装置还包括用于清理的氮气供气部件；所述氮气供气部件包括氮气供气管道。

所述氮气供气管道分别与燃气供气管道和氧气供气管道相连通。

所述氧气供气管路包括通过分支管路组件与稳焰进气管道和多级氧气进气管道相连接；所述分支管路组件包括稳焰氧气管道和多级氧气管道；所述稳焰氧气管道与多级燃烧器上稳焰进气管道相连通；所述多级氧气管道与多级燃烧器上的多级氧气进气管道相连通。

本发明的优点在于：

本发明公开了一种多级燃烧器结构，通过燃烧器的结构优化，并且本发明采用纯氧气纯氧代替空气作为助燃介质，减少了空气中的氮气和惰性气体的参与热量交换所造成的热量损失，系统热效率和钢水罐升温速度均会大幅提高；本发明通过多级燃气器的结构优化，使得氧气和燃气分别通过不同燃烧器喷嘴喷出，在燃烧过程中，高动量的氧气-燃气射流与罐内气体发生卷吸混合后燃烧，使得燃烧稳定，且火焰均匀而弥散，促进了温度的均匀分布和热量传递，有效降低峰值温度，减少罐内热点的产生。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容作简要说明：

图1为多级燃烧器的结构示意图。

图2为采用多级燃烧器的钢水罐预热设备的结构示意图。

图3为本发明中供气机构的布置示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

一种多级燃烧器，所述多级燃烧器1包括燃烧器本体，所述燃烧器本体上设有用于气体进入的进气管道；所述燃烧器本体上设有用于燃气和氧气燃烧的燃烧室3；所述燃烧室3包括燃烧室喷口32，所述燃烧室喷口32与燃烧器本体外侧面相连通；所述燃烧器本体上设有用于点火的点火枪2；所述点火枪2一端处于燃烧器本体内部，另一端延伸至燃烧室3；所述进气管道包括燃气进气管道4和稳焰进气管道5；所述燃气进气管道4和稳焰进气管道5与燃烧室3相连通；本发明公开了一种多级燃烧器1，燃烧器本体插接在钢水罐的入水口；燃烧室3用于燃气与氧气的混合形成混合气，通过点火枪2的设置，点火枪2用于对燃烧室3内的混合气点燃，本发明中燃烧室3包括燃烧室喷口32和预混腔31；预混腔31通过燃烧室喷口32与钢水罐内部相连通；本发明通过燃气进气管道4进入多级燃烧器1中的燃气与稳焰进气管道5进入的氧气在预混腔31内混合并在点火枪2的点燃下，发生一次燃烧反应，预混腔31内温度升高，气体体积迅速膨胀，形成高温气流团，经过燃烧室喷口32高速喷出多级燃烧器1；为了更好的保证火焰的喷射，本发明中燃烧是喷口呈锥台型，也就是靠近钢水罐一端开口尺寸小于远离钢水罐一端开口尺寸；本发明中燃烧室喷口32呈一个倒缩口结构，燃烧器喷口高速喷出燃烧器，形成稳定的火焰进入炉膛内。

作为优选的，本发明中所述燃烧器本体上设有多个多级氧气喷嘴8，所述多级氧气喷嘴8沿燃烧室3周边设置；这里氧气通过多级氧气入口6进入多级燃烧器1内部，进入多级燃烧器1内部的氧气经过多级氧气喷嘴8进入钢水罐，这里因为喷嘴8尺寸的设置，使得氧气可以以接近音速的气体流速进入钢水罐，又因为多级氧气喷嘴8与燃烧室喷口32有一定的间距，多级氧气在与燃气接触反应前，先接触钢水罐内烟气，高动量的氧气与烟气快速混合，氧气与烟气混合后，再次进行燃烧，有利于提高钢水罐内温度，可以提高钢水罐升温速度；当然本发明中进入钢水罐内的氧气量需要根据需要进行控制，使得燃烧稳定但火焰峰值温度低于耐材能够承受的最高温度，有效减少钢水罐内热点的产生，有效地保护钢水罐上的耐材。

作为优选的，本发明中所述燃烧器本体包括燃烧端和进气端，所述燃烧端包括端部与进气端相连接的燃烧端外壳11，所述燃烧端外壳11内设有燃烧器保护砖层7；所述燃烧器保护砖层7上设有用于燃气和氧气混合的燃烧室3；所述燃烧保护砖层两侧还设有用于多级氧气进入的喷嘴8；所述喷嘴8贯穿燃烧器保护层设置；燃烧端主要是用来实现燃烧和氧气进入钢水罐内的作用；进气端主要是用于对多级燃烧器1以及钢水罐的氧气供给。

作为优选的，本发明中所述进气端包括与燃烧端外壳11相连接的进气端外壳体10；所述进气端外壳体10内部中空；所述燃气进气管道4和稳焰进气管道5贯穿进气端外壳体10与燃烧室3相连通；所述进气端外壳体10上设有用于多级氧气进入的多级氧气入口6；多级氧气入口6用于氧气进入多级燃烧器1，进入多级燃烧器1内的氧气再次通过喷嘴8进入钢水罐，使得该部分氧气与钢水罐内的烟气混合，实现对钢水罐的再次加热，可以提高钢水罐升温速度；进气端外可以与燃烧端外壳11通过连接法兰10-11相连接。

当然为了保证整个装置气流的通顺性，在钢水罐的罐盖上设有排气孔，排气孔连接有排气管，排气管用于对钢水罐充分燃烧的烟气进行排放，避免烟气在钢水罐内的堆积；当然也可以过其他结构实现对钢水罐内烟气的排放。

作为优选的，本发明中所述进气端外壳体10上还设有用于空气进入的空气入口9；空气入口9的设置，使得本发明公开的多级燃烧器1不仅可以使用纯氧对钢水罐进行加热；还能使用空气对钢水罐进行加热操作，使得本发明具有更广泛的使用效果，可以根据需要选择不同加热速度来对钢水罐进行加热；空气入口9连接有空气进气管道221，所述空气进气管道221端部连接有鼓风机22。

作为优选的，本发明中所述外壳体内设有分隔板12，所述分隔板12把外壳体内部空腔分成上腔室61和下腔室91；所述分隔板12上设有多个用于连通的连通孔；分隔板12的设置，使得外壳体被分隔层两个腔室，使得整个装置；可以用于存储一部分氧气或者空气，同时起到一个缓冲的作用，避免气体供给时产生较大的波动性。

一种采用多级燃烧器1的钢水罐预热设备，所述预热设备包括用于钢水罐放置的放置装置，所述放置装置包括用于钢水罐罐盖101放置的放置大臂15；所述预热设备还包括设置在待预热钢水罐中钢包盖上的预热装置，预热装置包括用于燃气与氧气混合燃烧的多级燃烧器1；所述多级燃烧器1连接有用于为钢水罐进行供气的供气机构；所述供气机构包括燃气供气部件和氧气供气部件；所述燃气供气部件包括燃气供气管道21；所述氧气供气部件包括氧气供气管道20；钢水罐预热设备主要是包括放置装置，放置装置用于钢水罐放置，多级燃烧器1用于燃气与氧气混合，起到一个主要燃烧的作用，多级氧气进入钢水罐中，多级氧气与钢水罐内烟气混合，可以起到再次加热的作用，有利于加快钢水罐的升温；供气机构是用于对多级燃烧器1进行供气，为钢水罐加热提供能源。

作为优选的，本发明中所述供气装置还包括用于清理的氮气供气部件；所述氮气供气部件包括氮气供气管道19；氮气供气部件的设置，起到一个初步排气的作用，用于清理多级燃烧器1和钢水罐内的残存的空气、氧气以及燃气等，减少***的风险。

作为优选的，本发明中所述氮气供气管道19分别与燃气供气管道21和氧气供气管道20相连通；通过这样的设置，简化了氮气供气管道19的布置，避免了管道的杂乱。

作为优选的，本发明中所述氧气供气管路包括通过分支管路组件与稳焰进气管道5和多级氧气进气管道相连接；所述分支管路组件包括稳焰氧气管道201和多级氧气管道202；所述稳焰氧气管道201与多级燃烧器1上稳焰进气管道5相连通；所述多级氧气管道202与多级燃烧器1上的多级氧气进气管道相连通；通过分支管路组件的设置，使得氧气供气管路中的氧气分成两路气体，能够更好的实现本发明的目的。

本发明属于炼钢、精炼生产钢水罐预热的专用装置，主要是将传统的空气助燃低热值燃气的燃烧系统转换为氧气助燃系统，利用富余的氧气资源，以达到提高燃烧温度及燃烧效率，实现提高钢水罐烘烤终点温度、降低出钢温度、加快升温速率、减少周转钢水罐数量、节约燃料、大幅度减少烟气量、降低氮氧化物排放等目的。

使用本发明公开的多级燃烧器1和钢水罐预热设备；能够根据耐材要求的升温曲线进行精确的升温控制，且升温终点温度高达900-1100℃；与常规的空气-燃料燃烧相比，氧气燃烧由于消除了氮气对燃烧过程的不利影响，因而具有许多优点：增强传热和传热控制，热效率高；降低燃料消耗；提高熔化率/加热效率；减少污染物的排放(清洁和完全的燃烧)，减少废气体积(最多可达70％)；维护运行简单，成本低；设备投资低，比如可以降低废气处理装置的成本及减少烟气余热回收装置的成本；

另外本发明结构原理简单，就是将传统的空气助燃低热值燃气的燃烧系统转换为氧气助燃系统，利用富余的氧气资源，以达到提高燃烧温度及燃烧效率，实现提高钢水罐烘烤终点温度、降低出钢温度、加快升温速率、减少周转钢水罐数量、节约燃料。

为了更为清楚的表达本发明的内容，下面结合附图对本发明进行论述；

一种采用多级燃烧器1的钢水罐预热设备，所述预热设备包括用于钢水罐放置的放置装置，所述放置装置包括用于钢水罐罐盖101放置的放置大臂15；所述预热设备还包括设置在待预热钢水罐中钢包盖上的预热装置，预热装置包括用于燃气与氧气混合燃烧的多级燃烧器1；所述多级燃烧器1连接有用于为钢水罐进行供气的供气机构；所述供气机构包括燃气供气部件和氧气供气部件；所述燃气供气部件包括燃气供气管道21；所述氧气供气部件包括氧气供气管道20；所述放置装置连接有抬升机构151；所述钢水罐预热设备还包括流量控制阀组18；流量控制阀组18包括设置在氮气供气管道19、氧气供气管道20、燃气供气管道21、稳焰氧气管道201、多级氧气管道202设有调节阀和流量计，调节阀为：空气支管电动调节阀181或者燃气支管电动调节阀183；流量计为：空气支管流量计182或者燃气支管流量计184；通过调节阀和流量计的设置，可以用于控制各个管道的开度，方便控制系统实时控制各个管道内气体的流量；所以为了配合上述流量控制阀组18，当然流量控制阀组18还可以包括其他部件，例如温度传感器，压力表等元器件，主要是根据需要进行设置；本发明还设有燃烧控制系统23；燃烧控制系统23是常规的控制，属于公知技术，燃烧控制系统23可以是电脑控制也可以选用其他控制器来实现，所述抬升机构151包括卷扬机17，卷扬机17通过对放置大臂15的抬升和压下操作，可以实现对钢水罐罐盖101高度的调节；隔热板16设置在钢水罐罐盖101与放置大臂15之间，以防止高温烟气对装置的损害。

所述燃烧控制系统23(13)通过4～20mA信号及24VDC信号连接流量控制阀组18，实现管路气体的输送与调节，在可视化操作面板上可实现钢水罐罐盖101抬升机构151的操作，以及氧气多级燃烧器1的点火控制等，并实时监控装置自动运行状况以及各燃气、氧气、氮气的压力、流量、温度等参数变化。

所述钢水罐罐盖101上预装集成一台红外在线测温仪14，通过专用导线将信号传送至燃烧控制系统23，并在可视化操作面板上实时反馈温度变化。

所述火焰探测器13固定安装在氧气多级燃烧器1上方。

所述燃烧器保护砖层7采用刚玉莫来石浇注料制成。

一种采用多级燃烧器1的钢水罐预热设备的使用方法，所述使用方法包括：

A、首先通过调整流量控制阀组18，限定各个管路的进气量；调整完毕后,钢水罐预热前，先对钢水罐进行氮气供给，使用氮气对整个预热设备和钢水罐进行清理；

B、步骤(A)完成后，对钢水罐进行供气操作，通过氧气供气管道20对多级燃烧器1进行氧气供给，通过燃气供气管道21对多级燃烧器1进行燃气供给；氧气经过稳焰氧气管道201进入稳焰进气管道5，在经过稳焰进气管道5进入燃烧室3；氧气经过多级氧气管道202进入多级燃烧器1内部；燃气通过燃气进气管道4进入燃烧室3；进入燃烧室3内的稳焰氧气与燃气混合，多级氧气通过喷嘴8进入钢水罐内与钢水罐内烟气混合；在燃烧控制系统23上根据反馈信号及操作要求，在可视化操作面板上控制燃气、氧气的流量，氧气经过分支管路组件分成稳焰氧气和多级氧气分别进入多级燃烧器1内，并进入钢水罐内进行燃烧反应；

C、燃气与稳焰氧气在多级燃烧器1的预混腔31内混合并发生一次燃烧反应，预混腔31内温度升高，气体体积迅速膨胀，形成高温气流团，经过倒缩口的燃烧器喷口高速喷出燃烧器，形成稳定的火焰进入炉膛内；多级氧气经过多级氧气喷嘴8以接近音速的气体流速进入钢水罐，多级氧气喷嘴8与燃烧室喷口32有一定的间距，多级氧气在与燃气接触反应前，先接触钢水罐内烟气，高动量的氧气与烟气快速混合，再发生燃烧，从而使得钢水罐快速升温；通过调节稳焰氧气流量，控制预混室内温度来调节燃烧器喷口速度，达到控制、调节火焰长度、形状的功能；

D、重复步骤(B)至(C),直至钢水罐温度到达设定要求；钢水罐到达设定要求后，停止燃气和氧气的供给即可。

本发明氧气燃烧是采用纯氧代替空气作为助燃介质，减少了空气中的氮气和惰性气体的参与热量交换所造成的热量损失，系统热效率和钢水罐升温速度均会大幅提高。

在钢水罐烘烤这样的高温环境中，辐射换热占主导地位。双原子气体，如空气、氧气和氮气等并无发射和吸收辐射能的能力，可认为是热辐射的透明体。而二氧化碳、水蒸气等三原子气体则具有很大的辐射能力。

在空气助燃混合燃气或者煤气所产生的烟气中，具有辐射能力的三原子气体即二氧化碳(CO2)和水蒸气(H2O)的含量为31％；而纯氧助燃产生的烟气中CO2和H2O的含量为76％。因此，纯氧助燃的火焰和烟气辐射换热系数更高，热辐射能力更强，即辐射换热效率更高，这也有利于钢罐的快速升温。

由于氧气的强助燃特性会导致燃气或者煤气燃烧反应速度非常快、火焰温度较高，形成较短的火焰，且局部温度极高；无法满足对新砌筑的如大修罐类烘烤，易导致耐材烘烤爆裂等意外。本装置可有效解决这一问题，通过理论计算及仿真模拟实验，设计氧气和燃气或者煤气分别通过不同燃烧器喷嘴8喷出，在燃烧过程中，高动量的氧气-燃料射流与罐内气体发生卷吸混合后燃烧，使得燃烧稳定，且火焰均匀而弥散，促进了温度的均匀分布和热量传递，有效降低峰值温度，减少罐内热点的产生。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。