油气两用烧嘴在加热炉上的应用

天然气烧嘴稳定燃烧的概念及原理
烧嘴简单的定义为安装在加热炉窑上的燃烧器，是重要的燃料喷火装置。

目前炉窑上常用的烧嘴为低压高速烧嘴或是亚高速烧嘴，高速烧嘴的特点是烧嘴的燃烧气体出口速度可达100米/秒以上，通过助燃风使出口的燃烧气体温度降低到与工件加热温度相接近的温度。

高速烧嘴以其高速的热气促使炉内气流循环，均匀炉温降低火焰与工件间温度差，有效提高炉窑热利用率。

天然气烧嘴与烧嘴相关特性
回火：火焰传播速度超过燃料与空气混合物通过喷口的速度时，火焰向烧嘴内部传播的现象称之为回火。

回火一般要产生回火噪声、回火爆鸣。

严重时会中断燃烧。

预混合和半预混合的烧嘴才会有回火危险。

外混合烧嘴，燃料与空气在烧嘴外部混合，不会出现回火现象。

脱火：稳定的燃烧要求有一个稳定点，即火焰被持续点燃的区域。

燃料与空气混合物流速超过火焰传播速度而导致火焰脱离稳定点称之
为脱火。

对燃烧稳定的威胁就是脱火，脱火通常是导致火焰熄灭的主要原因。

稳定燃烧的基础是不出现脱火和回火，但天然气由于其自身的特性，相比其他燃气而言比较容易脱火或回火，天然气烧嘴在设计上采取稳焰盘结构措施确保火焰能够稳定燃烧。

上烧嘴 下烧嘴（煤气箱在下，空气箱在上） （煤气箱在上，空气箱在下）1 上下布置双蓄热式烧嘴上加热烧嘴与下加热烧嘴现场主要优势为：设备相对少，制作、安装容易；投资省。

主要问题是：混合与燃烧不充份，氧化烧损难控制。

换向过程炉压波动大。

为克服以上缺点，棒材加热炉采用无锡毕恩德尔科技有限公司主推的上、下布置双蓄热式烧嘴。

空气蓄热箱与煤气蓄热箱布置在同一柱距内，空气与煤气在喷口双蓄热烧嘴采用上、下布置型式与配套措施上下布置双蓄热烧嘴配套换向采用全分散脉冲控制模式，每组对烧嘴均可独立实现换向与控制，可真正实现全脉冲、或区段内脉冲控制模式。

尤其在低产量或保温时仍能保持稳定的火焰长度，使炉子横断面温度维持“通”与“断”的比例，这会造成“水当量”不等。

具体的做法是采用一种可以完全截止的双板快速换向阀和图2 脉冲原理附图蓄热式燃烧本身就是“燃烧状态”与“抽烟蓄热状态”与不断切换的过程，蓄热式脉冲燃烧控制是在蓄热式燃烧工作过程插入“休克状态”（即“燃烧状态”与“抽烟蓄热状态”同时停止）。

燃烧系统的“通”与“断”的比例不改变。

上、下布置双蓄热烧嘴制作、安装经验烧嘴制作时，严格控制各工序生产过程的规范，加强对原材料采购的质量检验和控制，加强试样的采样、试验等过程的管理。

严格控制烘烤曲线，吊装过程的轻拿轻放管理。

安装蓄热箱要严格按照施工步骤执行，严禁先焊装蓄热箱再整体浇注炉墙的施工方严格执行分层浇注、分层安装、分层验收的工艺纪律。

蓄热体安装标准及规范：首先，对材料进行检查，198研究与探索Research and Exploration ·工程技术与创新中国设备工程 2023.12（下）1 前言随着科学技术的不断推陈出新，煤矿机电设备的使用已经成为当今社会的一个不可或缺的组成部分，它们的使用不仅可以极大地改善煤炭的质量，而且还可以极大地降低成本，大大提高企业的经济效益。

因此，我们必须加大对煤炭机电设备的投入，不断改善它们的使用，以满足当前社会的需求，并且不断推陈出新，以期达成更高的经济效益。

不同形式的蓄热烧嘴在加热炉上的应用分析[摘要]：随着蓄热式技术的发展，烧嘴型燃烧方式越来越多的得到使用单位的认可。

但在加热炉使用后期，蓄热烧嘴型式对加热炉的影响是十分显著的，不同的蓄热烧嘴形式对加热炉运行造成了不同程度的影响，针对这一问题，通过对比的形式分析了三种不同蓄热烧嘴的应用，最终得到了适应加热炉发展的最有利的蓄热烧嘴形式。

[关键词]：蓄热烧嘴加热炉应用中图分类号：tg155.1+2 文献标识码：tg 文章编号：1009-914x（2012）26- 0625 -011、前言近年来加热炉的发展逐渐走向大型化、自动化，其各项技术日趋成熟，然而随着产能的不断扩大，对加热炉的使用也是趋于大产能化，这样一来，在加热炉使用后期，加热炉各个部件的问题越来越大，直接制约着加热炉的生产和整条轧线的产能。

蓄热式烧嘴是燃烧系统的关键部位，合理的燃烧组织有赖于此。

在燃烧组织上，蓄热式烧嘴的设计既要考虑低热值燃气的燃烧混合问题，即要保证煤气的完全燃尽，又要实现炉膛温度的均匀性。

合理促成低氧燃烧的实现，避免出现局部的高温过热；既强化炉温的均匀性，减少nox 等有害气体的生成，又减小高温下脱碳情况的发生，所以烧嘴的选型及热负荷合理分配是加热炉设计的重中之重。

我公司轧钢厂、热轧薄板厂共有双蓄热式加热炉9座，目前使用的蓄热烧嘴形式有三种：左右组合式、上下组合式、左右分割式。

加热炉燃料为我公司自产高炉煤气或高炉煤气和转炉煤气混合气体，从使用上来看这几种形式的蓄热烧嘴都有优缺点，问题严重的直接影响出现炉体透火的现象。

2、以下分别介绍几种形式的结构情况及其优缺点（1）左右组合式早期的蓄热式燃烧器（包括内置通道式、外置式蓄热室和嵌入式烧嘴式），有很多是左右组合式，其结构是煤气烧嘴和空气烧嘴并列布置，成对出现，煤气和空气烧嘴喷口属同一个蓄热室，使用浇注料将两个腔体隔开，外部连接管道。

（2）上下组合式上下组合式其形式类似左右组合式，只是煤气烧嘴和空气烧嘴上下布置，设计目的是可以将煤气烧嘴贴近钢坯表面，使钢坯加热在还原性气氛进行，降低氧化烧损。

天然气烧嘴在化工窑炉设备上的应用
天然气烧嘴应用在这几类产品生产设备中，主以低压高速烧嘴为主，这种燃气烧嘴的特点是，烧嘴前燃气压力在1000Pa—5000Pa之间，空气压力在2000Pa—6000Pa之间，实现高速燃烧，空气过剩系数为1.02—1.15。

低压高速烧嘴燃气经旋风片的狭缝流出，空气与天然气呈90度角相遇，由于空气流与燃气流速比为1.5，所以空气对燃气具有引射作用，促使二者强烈混合，混合气体经烧嘴口进入圆柱形火道燃烧。

火焰的稳定是依靠稳焰盘和高温烟气与火道壁面再循环实现的，烟气离开火道时速度可达每秒100米作用。

天然气高速烧嘴与普通烧嘴相比有一下特点：烟气在火道内剧烈膨胀以及火道口设有烟气喷口，烟气喷出速度非常高；炉内气氛容易调节成还原或氧化性，可在较高过剩系数下工作；可调节比大，调节比可达1:10；可以使用高温预热空气。

六偏磷酸钠反应炉一般以液体黄磷为原料，用黄磷燃烧所得高温五氧化二磷气体直接与碳酸钠反应，进一步在炉缸内聚合，熔融的六偏磷酸钠冷却*片状产品。

生产炉缸和工艺决定，烧嘴火焰长度和均匀性较好。

黄磷生产烧嘴选择有所不同，因其以外加热转筒回转窑为主，在选型时烧嘴数量较少。

五氧化二钒化工产品反应炉类似黄磷生产，也是以外加热回转窑为主，不同的是，烧嘴数量较多，要求均匀性较好，所以选择多支小功率烧嘴为主，功率小，数量多，温度均匀性好。

焦磷酸钠制备时是以磷酸和纯碱中和脱水，煅烧所得，在煅烧过程中以回转窑为主，原料与高温烟气同时喷入窑中，高温反应，这类设备也是选择多支小功率为主。

碳化硅窑炉烧嘴的作用
1.燃烧控制：烧嘴可以控制燃气和空气的混合比例和流速，从而实现
精确的燃烧控制。

通过调整烧嘴的气体通道和喷嘴的结构，可以在窑炉内
部形成适宜的气体流动，有效控制燃烧区域的温度分布和氧气浓度，从而
提高燃烧效率并减少燃料消耗。

2.温度均匀性：窑炉内部的温度均匀性对于生产过程的稳定性和产品
质量的控制非常关键。

烧嘴通过合理的布置和设计，可以在窑炉内部形成
均匀的火焰和热辐射，从而实现温度的均匀分布。

此外，烧嘴还可以调整
燃烧区域的形状和位置，避免过热或冷却区域的出现，提高窑炉的热效率，并减少产品的温度波动。

3.降低排放：碳化硅窑炉烧嘴的另一个重要作用是降低燃烧过程中产
生的污染物排放。

通过合理的燃烧控制，烧嘴可以实现燃烧过程中污染物
的完全燃烧，减少氧化氮、二氧化硫和颗粒物等有害气体的生成。

此外，
烧嘴还可以减少氮氧化物的生成，从而降低窑炉燃烧过程中对环境的污染。

4.耐用性：碳化硅窑炉烧嘴需要能够在高温和强氧化还原环境下工作，因此其耐用性十分重要。

烧嘴通常采用高温合金或陶瓷材料制成，具有良
好的耐高温、耐磨损和抗氧化性能。

此外，烧嘴还需要具备良好的密封性能，以确保燃气和空气的混合过程稳定可靠，并避免燃烧区域外气体的进入。

综上所述，碳化硅窑炉烧嘴的作用主要包括燃烧控制、温度均匀性的
提高、降低排放和提高耐用性等方面。

它在窑炉生产过程中起到了关键的
作用，对于窑炉的稳定性、燃烧效率和产品质量的控制有着重要的影响。

对等温高速烧嘴在间歇窑炉上应用的建议‘安永欣等温高速烧嘴已被越来越多的窑炉工作者所认识,将其广泛应用于工业窑炉、特别是间歇式陶瓷、砂轮、耐火材料窑炉,在一些金属加热或热处理炉上也得到推广应用。

高速烧嘴的特殊功效使得间歇窑炉能够达到温度分布均匀(升温阶段≯±5 oC,而传统窑炉升温阶段温差高达50~80℃甚至更高),喷出的焰气温度大幅可调。

从而使窑炉可以实现快速加热,升温,提高了窑炉周转率和节省燃料的效果。

然而,并非用上高速烧嘴的间歇窑就一定能收到预期的经济技术效果。

本文试从传热机理和加热特性变化的角度,说明高速烧嘴在怎样的应用条件下,才能发挥作用,并从窑炉设计的角度提出一些建议。

1 普通烧嘴在窑炉内的传热状况无论在何种窑炉内加热产品,特别是在间歇式窑炉内焙烧陶瓷产品,都要经历由室温开始加热到最高烧结温度的过程。

升温速率一般控制在不损坏坯件的最佳限度内。

在低温阶段或某个温度区间,如果坯件表面温度骤升或在冷却阶段的某个温度区间产品表面温度骤降,造成产品内外温度梯度过大,内应力可能会引起坯件(瓷件)开裂或炸裂而产生废品。

因此在加热升温过程中,应力求被加热或冷却的产品均匀受热,避免局部过热或骤冷。

这在传统的间歇窑炉内是很难达到的。

因此,在加热初期一般将燃烧器开的很小,但是火焰温度仍然很高,在每个烧嘴喷出口附近的坯件被迅速加热。

由于火焰喷出速度很低,温度高重度小,在加热了喷火口附近坯件和窑墙的瞬间即开始上浮,使被加热坯件的背火面和远离火口的坯件很难像迎火面一样同时受到均匀加热,产生较大温度不均匀性和受热滞后现象。

因此,在中低温阶段,为防止和克服由于各部位温度不均匀可能造成的产品缺陷,烧成工艺往往采取保温和放慢升温速度的办法,通过“均温”逐步缩小窑内各部位温差。

只有等到窑温升到700~900℃以后,窑内待烧制品间可以互相辐射并逐步得到加强,强化了制品表面和自身内在的传热时才有可能加快升温速度。

根据传热理论中辐射传热的“斯且芬一波尔茨曼定律”得知,辐射能量的大小是与辐射源和受热体之间绝对温度差的四次方成正比,也就是说,进入窑内的可辐射的焰气与待加热的坯件温差越大,辐射传热量也越多。

焚烧炉主要是利用燃气发热时所需要高热量，然后与燃气进行充分燃烧的设备。

在燃气燃烧的过程中，其需要与大量的空气进行混合，但可以通过不同的方式进行燃烧。

燃气锅炉燃烧时排放的废气中含有大量的氮氧化合物，此废气给人们生活中带来了很大的危害，焚烧炉烧嘴是焚烧炉上面的的重要设备，它保证燃料稳定着火燃烧和燃料的完全燃烧等过程。

一、铭诚炉业焚烧炉烧嘴特点这种烧嘴火焰燃烧迅速，火炬温度较高，有利于炉内传热。

但烧嘴容易回火，燃烧能力的调节范围较窄，且空气预热温度受混合气体温度必须低于煤气着火点温度的限制，很难满足烧嘴前预热空气的温度和压力保持恒定的要求，煤气发热量的波动还会影响煤气与空气配比。

但由于这种烧嘴结构简单，可以靠煤气直接从大气中喷射吸入助燃用空气，在煤气发热量稳定时能使空气、煤气自动按配比燃烧，因此可在不需预热空气的低热负荷炉子上采用。

二、烧嘴安装要求1.烧嘴安装时，一定要求烧嘴中心线与烧嘴砖中线同心安装。

2.烧嘴壳体与烧嘴砖紧贴安装。

3.烧嘴的筒体，应在炉体钢柱上支出的支架上固定。

4.安装顺序是先装烧嘴，后装油气管，安装油气管时不得影响烧嘴定位。

5.烧嘴的热风进口应安装在上方或两侧，避免安装在下方。

6.烧嘴安装耐火材料挡板时，在挡板与壳体之间一定要填实。

防止挡板下沉，压弯油枪。

三、燃油烧嘴的操作步骤1.点火前准备工作◆检查空气管道的气密性，启动鼓风机试运转，检查烧嘴蝶阀安装方位及调节灵活性。

◆燃油管道用蒸气或压缩空气吹扫，清除油管内的污物及焊渣（以免堵塞油枪喷口），检查油路各阀门，仪表安装方位及灵活性。

◆启动油泵，接通回油管路，使稳压系统正常工作。

◆雾化蒸气系统，使雾化蒸气系统正常运转，使稳压系统能正常工作，检查各阀门，仪表。

2.油嘴点火◆炉子烘炉，炉温升至600℃即可进行油嘴点火。

◆点火前使鼓风机、雾化蒸气、油泵等处正常工作状态。

雾化蒸气加热～220℃，油加热到粘度≤5oE。

3.点火步骤◆在油嘴出口处点燃一堆明火。

2020年04月加热炉火嘴改造实现增产增效李斌何岩毛谦明党文涛马堰杰（中石化西北油田分公司采油一厂采油管理一区，新疆乌鲁木齐830011）摘要：加热炉作为油田生产关键装置，也是油田增产增效利器，降本增效改造措施凸显重要性。

为提升加热炉节能降耗水平，确保加热炉安全平稳高效运行，创新加热炉技术改造和新技术应用，成为提高加热炉增效的重要措施，也是提高经济效益的突破口。

加热炉运行好坏会直接影响油井生产，通过对加热炉火嘴改造，有效降低加热炉耗气量，提高加热炉热能效率。

起到降回压作用，提高油井产油量。

关键词：加热炉；火嘴；热效率；节气；改造加热炉是油田生产中最重要的地面设备之一，西北油田产出原油多为高粘度、高含蜡、高压力油气井，加热炉显得更为重要。

随着油田开发逐步推进，加热炉成为能源消耗较大的装置。

目前管理区共有各类加热炉220台，其中针对老式56台400KW 加热炉火嘴进行改造，前期每台加热炉平均用气472m 3/d 。

数据显示，管理区目前有400KW 老式加热炉56台，由于多年长期运行，普遍热效率低，能耗偏高，经过改造后，加热炉平均热效率提升了2.57个百分点，降回压明显，节气增效成果显著。

因此对现有加热炉进行技术改造和新技术应用，可达到降低能耗和提高经济效益目的。

1火嘴工况对加热炉热效率的影响1.1工作原理水套加热炉主要用于油气集输过程中，将原油加热到工艺要求的温度输送至各站点，进行沉降、分离、脱水和初加工。

火嘴结构和燃烧程度直接影响原油外输加热的效果和原油外输温度的提高。

工作原理是将天然气和助燃空气按比例混合后通过火嘴喷人炉筒中燃烧后，产生的热能以辐射对流换热形式将热量传给水套中的水，使水的温度升高，水再将热量传递给盘管中的原油，使原油获进一步的热量，逐步提高至需求温度，降低原油粘度及含蜡点，降低原油阻力，提高油井产量。

1.2火嘴运行不佳对加热炉生产造成影响（1）燃气燃烧未达到要求指标,导致加热炉受热面不能全覆盖,使导热受影响并造成排烟温度升高,最终导致加热炉热效率下降；（2）燃气化学性质不能充分燃烧,造成加热炉热效率下降；（3）燃烧过剩空气系数过大，增加排烟热损失,造成加热炉热效率下降[1]。