一种多燃烧器稳定供热的方法与流程

本发明涉及工业炉窑供热设备，具体涉及一种多燃烧器稳定供热的方法，属于工业炉窑供热。

背景技术：

1、工业炉窑很重要，应用广泛，主要功能是供热。一般单窑的功率很大，但烧嘴的功率很小，因此单个炉窑会安装多个烧嘴。单窑的功率变化很大，处理量，上下游波动，如何迅速迅速准确的调节功率成为难题。

2、现有技术通过调节单个烧嘴的功率，实现整个炉窑功率的调节。窑膛功率10%，则调节单烧嘴功率10%。这样的好处是，控制逻辑简单，容易实现。缺点是：单烧嘴功率调节范围很小，不能满足炉窑功率大幅度调节的要求。此外，烧嘴在设计功率下，烧嘴有最大的燃烧效率和最低的污染物排放，偏离设计功率，烧嘴的热效率会下降，污染物排放也会增加，偏离了适宜工作范围（p-，p+），烧嘴热效率会显著降低，污染物排放也会显著增加（参见图2）。

3、典型的工业炉窑整个炉膛根据工艺温度的不同划分为若干不同的供热子区域，每个供热子区域内设置若干个相互独立或不独立的燃烧器（参见附图1所示）。其控制流程一般如下：

4、（1）根据炉膛生产实际要求（如产量等）确定炉膛总功率目标值。（2）根据炉膛总功率确定炉膛各子区域功率目标值。（3）根据炉膛子区域功率目标值，确定单个烧嘴功率的目标值。（4）根据单个烧嘴功率的目标值，确定单个烧嘴的燃气和空气流量目标值.（5）调节单个烧嘴的燃气和空气流量至目标值。确定炉膛总功率，分解到各个子区域供热功率，分解到单个烧嘴功率，调节烧嘴功率。该调解策略存在的不足包括：①调节范围有限；②工况不稳定，偏离烧嘴的最佳工况，燃烧效率低、污染排放大。

技术实现思路

1、针对现有工业炉窑加热功率调节方法的上述缺陷，本发明提供了一种多燃烧器稳定供热的方法，可以有效的改善传统的工业炉窑加热功率可调节范围过小、调节精度差且燃烧效率低、工况不稳定的问题，从而实现工业炉窑加热功率的大范围、迅速精确调节，并保持燃烧工况始终处于最佳状态。

2、为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下所述：

3、一种多燃烧器稳定供热的方法，该方法包括以下步骤：

4、1)在任选的工业炉窑内，将工业炉窑的炉膛分为若干个燃烧区，在每个燃烧区内均设置有多个燃烧器。在同一燃烧区内，任意一个燃烧器的轴线与其他至少一个燃烧器的轴线在该燃烧区内具有交点。

5、2)根据各个燃烧区各自的功率目标值确定各个燃烧区内各自燃烧器的脉冲燃烧参数，并控制各个燃烧器对所处燃烧区进行燃烧供热。

6、作为优选，步骤2)包括：

7、201)根据工业炉窑的总功率目标值确定各个燃烧区各自的功率目标值。

8、202)在任意一个燃烧区内，根据该燃烧区的功率目标值确定该燃烧区的最小脉冲周期、应出勤的燃烧器数量、单个燃烧器的出勤时长以及前后开启的燃烧器之间的开启间隙。

9、203)将应出勤的燃烧器依次排序后在最小脉冲周期内根据单个燃烧器的出勤时长和前后开启的燃烧器之间的开启间隙依次按序循环启停燃烧器进行脉冲燃烧供热。当该燃烧区需要再次进行供热时，重复步骤201)~203)。

10、作为优选，所述最小脉冲周期为任意一个燃烧区内温度满足工况要求后，从停止供热至该燃烧区内温度开始显著下降所需时间。

11、作为优选，最小脉冲周期为200~800s，优选为300~600s。

12、作为优选，在任意一个燃烧区内设置有n个燃烧器，单个燃烧器的额定功率记为psn，w。设定所述燃烧区的功率目标值记为pct，w。则有：

13、pcn=n×psn      （1）

14、cp=pct/pcn      （2）

15、在式（1）-（2）中，n为大于1的整数。pcn为所述燃烧区的最大额定功率，w。cp为功率系数。

16、则应出勤的燃烧器数量n为：

17、n=cp×n      （3）。

18、作为优选，在任意一个燃烧区内，应出勤的燃烧器中单个燃烧器的出勤时长记为t，s。则有：

19、t=tm×c      （4）

20、c=cp/k     （5）

21、在式（4）-（5）中，tm为所述燃烧区的最小脉冲周期，s。c为应出勤的燃烧器中单个燃烧器在最小脉冲周期内的占空比。k为单个燃烧器在最小脉冲周期内的出勤率（即k=n/n）。

22、作为优选，在任意一个燃烧区的最小脉冲周期内，应出勤的燃烧器中前后开启的燃烧器之间的开启间隙记为ts，s。则有：

23、ts=tm/n      （6）。

24、在式（6）中，tm为所述燃烧区的最小脉冲周期，s。

25、作为优选，在单个最小脉冲周期内，设定所述燃烧区的实际功率记为pcs，w。则有：

26、pcs×tm=psn×n×t      （7）

27、结合式（1）和式（7）则有：

28、pcs=pcn×n/n×t/tm      （8）

29、为使得所述燃烧区的功率目标值与其实际功率相等，即pct=pcs，则有：

30、cp=n/n×t/tm      （9）

31、在式（7）-（9）中，tm为所述燃烧区的最小脉冲周期，s。t为应出勤的燃烧器中单个燃烧器的出勤时长s。

32、作为优选，在任意一个燃烧区的最小脉冲周期内，在满足所述燃烧区的功率目标值与其实际功率相等的前提下，应出勤的燃烧器数量n为：

33、n=cp×n×tm/t      （10）

34、由于tm≥t，则n≥cp×n，则n的最小取值为：

35、

36、在式（11）中，为向上取整符号。

37、作为优选，在同一燃烧区内，为使得前后开启的燃烧器中后开启的燃烧器能够被在前开启的燃烧器稳定点燃，则在后开启的燃烧器的轴线与其在前开启的燃烧器的轴线在该燃烧区内具有交点，并且要求ts≥t，则有：

38、ts=tm/n≥cp×n×tm/n      （12）

39、为使得式（12）成立，则有：

40、cp≥1/n      （13）。

41、作为优选，所述燃烧器为气体燃烧器，包括燃气管道、第一空气管道、第二空气管道、烧嘴砖以及火道。燃气管道的进气端设置有燃气进口，其出气端与设置在烧嘴砖内的火道相连通。第一空气管道套设在燃气管道的外部，第二空气管道套设在第一空气管道的外部，第一空气管道和第二空气管道的出气端均与火道相连通。

42、在燃气管道内还设置有管芯。该管芯的一端伸出至燃气管道外，其另一端沿燃气管道的中心轴线延伸至燃气管道的出气口处并与设置在火道内的钝体相连接。

43、第一空气管道和第二空气管道的进气段合并为进气管，在进气管内设置有空气调节活动阀板，通过空气调节活动阀板调节进气管的出气口与第一空气管道和第二空气管道各自进气口之间连通面积的大小。在第一空气管道的出气口端还设置有旋流叶片。

44、作为优选，在任意一个燃气区内，采用具有燃气和助燃气预混功能的平焰烧嘴对第一个启动的燃烧器进行点火。

45、在本发明中，为改善传统的工业炉窑加热功率可调节范围过小、调节精度差且燃烧效率低、工况不稳定的问题，从而实现工业炉窑加热功率的大范围、迅速精确调节，并保持燃烧工况始终处于最佳状态的目的。本发明对现的工业炉窑的结构进行优化设计，其主要由炉膛、燃烧器（即工业烧嘴）、开关阀和空燃气管路等四部分组成。炉膛本体根据工艺温度不同，划分为不同的供热子区域（即燃烧区）。各子区域对应的炉墙上设置有若干独立的工业烧嘴。同一供热子区域内的烧嘴的轴线设置为交汇于子区域内某点，以实现烧嘴间的相互点火。各工业烧嘴与空燃气源之间采用单独的支管相连，各支管上设置有开关阀，通过开关阀的开启和关闭，实现对应烧嘴空燃气的接通和关闭，从而实现各个烧嘴的独立的开启和关闭。工作过程中，通过周期性的开启或关闭开关阀，实现对应工业烧嘴周期性的开启和关闭。通过调整单个烧嘴在一个周期中的开启和关闭时间占比，实现对单个烧嘴功率的调整。例如，在一个周期tm内，烧嘴的开启时间占比为(c×tm)，则烧嘴在该周期内的实际功率即为(c×psn)，其中psn是烧嘴开启时的额定功率，c是烧嘴在周期tm内的占空比。

46、需要说明的是，由于频繁的开启和关闭烧嘴，需要保证对烧嘴的稳定点火。在炉膛温度高于燃料着火上限时（对于气体燃料一般为600~900℃），炉膛自身的高温可以使喷入的燃气稳定着火。但当炉膛温度低于燃料着火温度时（炉膛刚开机升温过程或炉膛空料低功率待机过程），需要考虑烧嘴点火问题。为此，本发明中烧嘴设置成同一供热子区域内烧嘴轴线相互交汇，从而实现烧嘴间的相互点火。只要在控制策略上，保证前后投入燃烧的烧嘴在时间上有重合，就可以保证在炉膛温度低于燃料着火温度的情况下，依然可以稳定的点火。

47、在本发明中，为实现炉膛功率的大范围调节，并实现炉膛各区域内的精准、均匀供热，同时保证烧嘴永远处于最优的燃烧效率和最低的排放效率，同时还保证在炉膛温度低于燃料燃烧温度的极端情况下实现稳定的点火和燃烧，本发明在进行燃烧供热时对工业炉窑的炉膛进行分区单独调节的策略，具体的功率调节过程包括：全局控制调节、区域控制调节以及燃烧策略控制等。

48、在本发明中，如图4所示，全局控制调节包括：1）先根据炉膛生产实际要求（如产量等）确定炉膛的总功率目标值；2）然后根据炉膛总功率确定炉膛各子区域（燃烧区）的分功率目标值；3）最后调节各子区域的分功率至目标值。需要说明的是，各子区域的分功率目标之和即为炉膛的总功率目标值；此外，各子区域的分功率目标值可相同或不相同，根据实际工业炉窑的结构、具体工况等的变化而进行适应性调整即可。

49、在本发明中，如图5所示，区域控制调节包括：1）：确定各子区域的功率目标值；2）根据各子区域功率目标值，确定燃烧器的脉冲燃烧参数；3）根据脉冲燃烧参数，控制烧嘴进行脉冲燃烧供热（按序间断燃烧供热）；4）启动烧嘴的指针向后移动一位（指针指向的烧嘴需要进行开启动作，此处向后移动的目的是当需要启动烧嘴时，指针立刻前进一位指向第一个需要启动的烧嘴，进而系统自动对第一个烧嘴进行点火启动）；5）判断启动烧嘴的指针是否重新回到起点（即循环次数是否超过n，n为烧嘴的数量），如果不是，转步骤3）；如果是，则结束。

50、在本发明中，如图6所示，燃烧策略控制包括：最小脉冲周期（tm）的确定、实际出勤的烧嘴个数（n）的确定、单个烧嘴在单个最小脉冲周期内的工作时间（t）的确定以及相邻烧嘴间的开启间隙（ts）的确定等。

51、在本发明中，tm=(temp)；其中temp是炉膛温度，f(temp)的具体形式可以通过炉膛热态试验数据拟合获得。具体的，将炉膛升温至特定温度temp后，停止向炉膛供热，记录从停止供热到炉膛温度开始显著下降所需的时间即为tm，测试不同temp下的tm，获得一系列temp~tm点，采用数值拟合方法，便可获得f(temp)。对于常见的工业炉膛，在典型的工况温度下（800~1200℃），炉膛热惯性时间（从停止供热到炉膛温度开始显著下降所需的时间）一般在5~10分钟以上。而对于没有条件做热态试验获得精确的f(temp)的情形，也可以给定固定的tm。推荐采用tm=300s或400s。

52、在本发明中，根据子区域（任一燃烧区）的功率目标值pct，计算功率系数cp：pcn=n×psn；则：cp=pct/pcn。其中，pcn是单个烧嘴的额定功率，n是子区域烧嘴总个数，pcn是子区域的额定最大功率，pc是子区域功率目标值。然后，根据功率系数，计算单个最小脉冲周期内，实际出勤的烧嘴个数n：n=cp×n。

53、在本发明中，根据实际出勤的烧嘴个数，可计算出勤率k：k=n/n；然后，根据出勤率，确定出勤的烧嘴在单个最小脉冲周期内的占空比c：c=cp/k；然后根据占空比确定单个烧嘴在单个最小脉冲周期内的工作时长t：t=tm×c。进一步地，相邻烧嘴间的开启间隙ts：ts=tm/n。

54、在本发明中，本发明燃烧方法主要如下：

55、步骤1：在任意一个燃气区内，根据起始烧嘴指针位置和实际出勤烧嘴个数n，确定本脉冲周期内出勤的烧嘴及其出勤顺序：具体的，将该燃烧内全部n个烧嘴进行排序编号组成一个首尾相连的圈链。然后设置一个起始指针，作为圈链的起点，从起点顺时针取一段包含n个烧嘴的链，作为本脉冲周期内出勤的烧嘴。烧嘴在链上的位置顺序即为烧嘴的出勤顺序。例如：对于总烧嘴数n=6个的子区域，若出勤烧嘴个数n=4，且起始指针指在第一号烧嘴时。其链圈为：①→②→③→④→⑤→⑥→①。选取的子链为：①→②→③→④，则出勤的烧嘴及其出勤顺序为①→②→③→④。

56、步骤2：根据相邻两个烧嘴间的开启间隙ts，结合烧嘴出勤顺序，确定各烧嘴开启时刻。具体的：建立如下所示的烧嘴开启时刻表：

57、表1烧嘴开启时刻表

58、

59、步骤3：根据烧嘴工作时间t和各烧嘴的开启时间，确定各烧嘴关闭时刻。具体的：建立如图所示的烧嘴关闭时刻表。

60、表2烧嘴关闭时刻表

61、

62、步骤4：根据烧嘴开启时刻和关闭时刻，控制对应烧嘴的开启和关闭。

63、在本发明中，在单个脉冲周期tm内，选取全部n个烧嘴中的n个参与燃烧，每个燃烧器只有开、闭两个工况，处于开工况时，单个烧嘴的瞬时功率等于其额定功率psn，处于闭工况时，单个烧嘴的瞬时功率为0；每个烧嘴在单个脉冲周期内的工作时间（处于开工况时的时间）相等（都为t），达到指定工作时间后，关闭烧嘴阀门；参与燃烧的烧嘴，按相同时间间隔，按顺序依次投入燃烧，相邻两个烧嘴投入燃烧的间隔时间ts。通过调整脉冲参数n和t，即可实现对子区域功率的调节。具体的：单个燃烧区的最大额定功率（pcn）等于子区域内所有n个烧嘴的额定功率（psn）之和，因此有：

64、pcn= n×psn

65、进一步地，定义单个燃烧区的功率目标值（pct）与该燃烧区的最大额定功率（pcn）之比为该燃烧区当前的功率系数（cp），因此有：

66、cp=pct/pcn

67、在单个脉冲周期tm内，单个燃烧区实际功率（pcs）与投入工作的烧嘴总数n和单个烧嘴的工作时间t有关，具体关系如下：

68、pcs=(n/n)×(t/tm)×pcn

69、为使实际功率与目标功率相等，因此有：

70、cp=(n/n)×(t/tm)

71、可以看到，通过设置适宜的n、t值，可以获得不同的单个燃烧区功率系数cp，实现单个燃烧区功率的调整。但是，对于给定的cp值，适宜的n和t的组合是不唯一的。要达到相同的功率，投入工作的烧嘴总数n越大，则单个烧嘴所需的工作时间t则越小，反之亦然。为了尽可能的减少在单个脉冲周期中，烧嘴阀门的开关动作，应该使投入工作的烧嘴数尽可能的少，进而减少烧嘴阀门的开、关动作。根据上式得到：

72、n=cp×n×(tm/t)

73、由于tm≥t，因此有：tm/t≥1，即：n≥cp×n，为保证该不等式成立的最小的整数n的取值应该为：，其中为向上取整符号。例如

74、在本发明中，为了实现在前启动并工作的烧嘴对在后启动的烧嘴进行稳定点火，在后开启的燃烧器的轴线与其在前开启的燃烧器的轴线在该燃烧区内具有交点，同时还需要保证先、后启动的烧嘴的工作在时间上连续或有重叠，即要求：ts≥t，也即

75、ts=tm/n≥cp×n×tm/n

76、对上式进行整理得到功率系数下限值：cp≥1/n。

77、在本发明中，所述燃烧器（即烧嘴）包括由内向外的按序呈同心布置的燃气管道、第一空气管道、第二空气管道，且燃气管道、第一空气管道、第二空气管道的管径依次增大；燃气管道、第一空气管道、第二空气管道的出气口齐平并均与火道相连通，也就是说，第一空气管道的喷除的气流进入火道时是贴近燃气气流的外部四周，第二空气管道的喷出气流进入火道时是稍远离燃气气流的外部四周，则可通过调节第一空气管道和第二空气管道空气流量和流速等状态的变化，进而实现不同工况要求的下的无焰燃烧。在一个优选的实施方案中，第一空气管道喷出的空气流为旋转空气流（通过设置旋流叶片实现），第二空气管道喷出的空气流为高速直喷射流（通过设置变径式喷气孔实现）。

78、在本本发明中，第一空气管道和第二空气管道的进气口均连通至同一个总空气进气管道（由第一空气管道和第二空气管道的进气段合并形成），并且在总空气进气管道的出气口处设置有空气调节活动阀板，通过空气调节活动阀板调节总空气进气管道的出气口与第一空气管道和第二空气管道各自进气口之间连通面积的大小。也就是说，在总空气量一定的情况下，可通过空气调节活动阀板调节分别进入第一空气管道和第二空气管道内的空气量，进而可实现多种工况无焰燃烧的快速切换。

79、在本发明中，当空气调节活动阀板将第二空气管道的进气口封闭，使全部空气进入第一空气管道。即燃气和空气分别从燃气管道和第一环形空气通道进入火道中，燃气流经钝体，在钝体后方形成回流，同时，空气经过第一环形空气通道内的旋流叶片后，获得旋转向前的速度，旋流空气与燃料在火道内充分混合后燃烧。此时，燃烧尚处于点火过程，周围环境温度很低，燃烧产生的热量大部分传递给了周围环境（火道、炉膛等），火焰温度较低，核心区温度一般仅为800~1000℃。但是由于钝体扰流和空气旋流的双重作用，在火道边缘和火道中心处会形成稳定的回流区，回流区内燃料、空气和高温烟气剧烈混合，在火道形成稳定的燃烧火焰，且火焰根部紧贴烧嘴端部。这些特征，使得本专利燃烧器的点火过程火焰稳定性非常强。

80、在本发明中，当空气调节活动阀板处于第一空气管道入口和第二空气管道入口之间，空气会同时进入第一空气管道和第二空气管道。即一部分空气从第二环形空气通道进入火道，一部分空气从第一环形空气通道进入火道。第一环形空气通道喷出的强旋流空气卷吸大量高温烟气，一方面预热未反应的低温燃气和空气，另一方面稀释高温反应气体，使得火焰温度较常规燃烧温度低。通过控制旋流强度，可以将燃烧区火焰峰值温度控制在1300℃以内，从而大幅降低燃烧过程nox产生。同时，由于部分助燃空气从旋流空气的外围以一定速度喷出（第二环形空气通道喷出）形成外围直喷空气，在火道边缘产生一个向前的流场，将旋流火焰向下游托举，形成离燃气通道端部一定距离的托举火焰，使得高温火焰远离燃烧器，改善燃烧器工作环境。同时，外围直喷空气可以拉长旋流火焰，使得燃烧区域温度分布更加均匀，进一步降低火焰峰值温度，降低燃烧过程nox产生。

81、在本发明中，当空气调节活动阀板将第一空气管道的进气口封闭，使全部空气进入第二空气管道。即全部空气通过第二环形空气通道后形成直喷射流空气通道进入火道。空气从端部环形挡板喷出的速度高达80~120m/s（环形挡板上开设有加速喷气孔。加速喷气孔设置成来流端孔洞大于出口端孔洞，使空气在通过端部环形挡板后流速进行二次加速），在射流周围形成强烈的烟气卷吸，从而在整个炉膛内形成均匀的无焰燃烧。由于燃烧在整个炉膛内发生，不存在明显的肉眼可见的火焰形状，因此炉膛温度非常均匀。炉膛峰值温度非常低，一般不超过1350℃。因此，nox排放量非常小。

82、在现有技术中，现有的平焰烧嘴由于燃料与空气采用非预混方式，燃料和空气在进入火道之前严格分离；进入火道后才开始混合，燃料与空气在火道内边混合边燃烧，受限于燃料与空气的混合速率，这种结构的体积燃烧强度不能太高，否则会导致较多的燃料不完全燃烧，这就使得现有结构平面燃烧器的热负荷过小；并且，由于燃料与空气间的混合均匀性较差，导致燃烧过程nox排放量偏高。本发明具有燃气和助燃气预混功能的平焰烧嘴能够将燃料和空气在进入火道前进行预混合，显著提高了进入火道燃烧时燃料和空气的混匀度，此外，还通过特殊结构的烟气回流通道实现了部分烟气的回流，进而对燃气和空气起到稀释作用，能够有效降低局部高温，进而进一步降低过程nox的产生。

83、在本发明中，具有燃气和助燃气预混功能的平焰烧嘴包括烧嘴砖、助燃气通道、燃料通道、外扩式火道以及烟气回流通道。所述助燃气通道的出气端伸入至烧嘴砖内。燃料通道套设在助燃气通道内，并且在助燃气通道内燃料通道的出气端沿轴向仅延伸至接近助燃气通道出口的位置。外扩式火道设置在烧嘴砖内，并且外扩式火道的窄端与助燃气通道的出口相连通。烟气回流通道开设在外扩式火道周向外侧的烧嘴砖内，烟气回流通道的一端与助燃气通道相连通，其另一端与外扩式火道的宽端内部和/或与外扩式火道的宽端外部相连通。燃料通道以同轴的方式套设在助燃气通道内，并且在燃料通道的出口处设置有燃气喷头。在燃气喷头上沿其周向设置有若干个大小不同和朝向不同的喷孔。

84、进一步地，助燃气通道的出气端为通过扩张板形成的渐扩式结构，该渐扩式结构的宽端伸入至烧嘴砖内并与外扩式火道的窄端相连通。在扩张板所形成的渐扩式结构内部还设置有向气流来源方向一侧凸起的导流档板，并且导流档板的外壁与扩张板的内壁之间共同形成沿气流流动方向口径逐渐缩小的混流通道。烟气回流通道与混流通道相连通。在混流通道内设置有旋流片，根据气流的走向，旋流片设置在混流通道的上游段内，烟气回流通道与混流通道相连通的位置位于旋流片的下游。

85、在本发明中，将助燃气通道与燃料通道进行同心同轴的套接，即燃料通道的出料段整体设置在助燃气通道内部，并且燃料通道的出气口距离助燃气通道的出气口具有一定的轴向间距。通过这种设置，使得燃料通道喷出的燃气先直接进入助燃气管道的出气段，与助燃气进行预混合后再从助燃气通道的出气口一起进入到渐扩式火道内进行燃烧。由于燃料和空气在燃烧前进行了预混合，混匀度更高，进而获得了更高的体积燃烧强度和更少的过程nox的产生。进一步的，为提高燃气与空气的预混合效果，在燃料通道的出口处设置有燃气喷头，并且在燃气喷头上沿其周向设置有若干个大小不同和朝向不同的喷孔，即通过特殊结构燃气喷头，使得从燃气通道内喷出的燃气气流能够实现出气即分流的效果，并且从多个不同的方向与空气进行碰撞式混合，有利于提高混合效率。

86、在本发明中，将位于燃料通道出气口之后的助燃气通道的出气端通过扩张板设计为渐扩式的出气结构，同时在该渐扩式出气口内相应的设置有导流挡板，进而在导流档板的外壁与扩张板的内壁之间共同形成沿气流流动方向口径逐渐缩小的混流通道。也就是说，从燃气喷头喷出的燃气与空气进行混合后的混合气流在进入火道前还会通过变径式混流通道进行压缩混合，即通过燃气喷头的分流扩散和混流通道的再次延伸，在一散一压的双重作用下可实现燃气与空气的充分预混合。进一步的，在混流通道的上游段内还设置有旋流片，燃气和空气组成的混合气流在旋流片的作用下会产生强烈的旋转运动，可提高并保障燃气与空气的混合效果。

87、进一步地，在导流档板靠近外扩式火道的一侧还设置有感温式膨胀收缩支撑板，感温式膨胀收缩支撑板的端部与导流档板的端部相连接。通过感温式膨胀收缩支撑板的膨胀与收缩控制导流档板的端部外壁与扩张板内壁之间垂直间距的大小，进而调节混流通道出口的开度大小。所述感温式膨胀收缩支撑板为中心部凸起的弧形结构（优选，该感温式膨胀收缩支撑板的中心部凸起伸入至外扩式火道的窄端内）。

88、在本发明中，在导流档板靠近外扩式火道的一级火道的一侧还设置有感温式膨胀收缩支撑板，感温式膨胀收缩支撑板的端部与导流档板的端部相连接（即将感温式膨胀收缩支撑板设置在导流档板尾部，将导流档板尾部撑开）。正常工况下，燃料和空气起始燃烧位置在两级火道的二级火道内为宜，以防止回火。当起始燃烧位置向一级火道靠近时，感温式膨胀收缩支撑板温度升高后向其缘部四周膨胀，使导流挡板的尾部直径变大，进而使得导流档板的端部外壁与扩张板内壁之间垂直间距的缩小，即使得混合气的流通面积变小（即混流通道的出气口变小），流速增加，将火焰向下游托举，使起始燃烧位置向二级火道移动，从而防止回火。反之，起始燃烧位置向外移动时，感温式膨胀收缩支撑板温度下降后向内收缩，使导流挡板的尾部直径变小，进而使得导流档板的端部外壁与扩张板内壁之间垂直间距的增大，即使得混合气的流通面积变大，流速减小，火焰向上游移动。也就是说，在感温式膨胀收缩支撑板与导流挡板的协同作用下，能够使得燃料和空气起始燃烧位置始终维持在两级火道的二级火道内。

89、在本发明中，感温式膨胀收缩支撑板的材质是耐热钢，其工作温度范围是500~900℃，膨胀系数是(15~20)×10-6mm/(mm·℃)（例如，0.1mm/(mm·℃)指的是：1mm长的物体当其温度升高1℃后，其长度变化为0.1mm）。如图9所示，当燃气燃烧位置位于二级火道内时，感温式膨胀收缩支撑板在竖直方向的伸出距离为l1，当燃气燃烧位置位于一级火道内时，感温式膨胀收缩支撑板受热膨胀使得其在竖直方向的伸出距离由原来的l1延伸至l2，即感温式膨胀收缩支撑板的两端将导流档板的外端撑开使得导流档板的端部外壁与扩张板内壁之间垂直间距的缩小。

90、进一步地，所述外扩式火道为多级火道。在气流的流动方向上，多级火道的开口逐渐增大，并且后一级火道开口的渐扩幅度大于前一级火道开口的渐扩幅度。优选的是，所述外扩式火道为两级火道，包括沿气流方向依次串通的一级火道和二级火道。烟气回流通道与二级火道的宽端内部和/或与二级火道的宽端外部相连通。感温式膨胀收缩支撑板的中心部凸起伸入至一级火道内。在沿着气流流动的水平方方向上，二级火道的水平宽度大于一级火道的水平宽度。

91、在本发明中，外扩式火道优选为两级火道，包括沿气流方向依次串通的一级火道和二级火道。在实际工作过程中，燃气经由燃气通道，从燃气喷头上分多股喷射进助燃气通道内与与从空气通道送入的空气相遇并初步混合后进入由扩张板和导流档板围成的混流通道内，由燃气和空气组成的混合气体流经旋流片后，产生强烈的旋转运动，使得空气与燃气进一步混合。由于混流通道沿气流的流动方向为前宽后窄的设计，使得混合气向前流动时流速不断增加，而压力不断减小，最终完成充分混合的混合气从混流通道出口处以较快的速度旋流喷出进入两级火道。进入两级火道后，由于流通面积的增加，混合气流速迅速下降，最终在进入第二级火道后，混合气流速降低至火焰传播速度以下，混合气在第二级火道内开始稳定燃烧。燃烧产生的烟气和未完全反应的燃料和空气的混合气从第二级火道出口旋流排出，混合气体在离心力和回流烟气的作用下，向四周扩散形成圆盘形的平面火焰。

92、在本发明中，烟气回流通道开设在外扩式火道周向外侧的烧嘴砖内，烟气回流通道的一端与助燃气通道相连通（优选为与混流通道的下游段相连通，具体为与设置在扩张板外侧的烧嘴砖内的回流烟室相连通，回流烟室再通过设置在扩张板上的引射孔与混流通道相连通），其另一端与外扩式火道的宽端内部（即第二级火道内部）和/或与外扩式火道的宽端外部（即烧嘴砖一侧的燃烧炉膛腔室）相连通。由燃气和空气组成的混合气在混流通道的高速流动，进而在引射孔附近产生一定强度的负压，部分燃烧烟气在负压作用下，通过烟气回流通道被抽吸进混流通道与燃气和空气混合，稀释燃气和空气，进而实现部分烟气的内循环。有助于降低过程nox的产生。

93、与现有技术相比较，本发明的有益技术效果如下：

94、1：本发明的多燃烧器稳定供热的方法，大幅提高工业炉窑加热系统的功率调节范围，保证在整个调节范围内烧嘴始终处于最优工况，并且在同一燃烧区域内可实现烧嘴相互点火，保证了在低温工况下的燃烧稳定性以及可尽可能少的减少烧嘴开闭动作。

95、2：本发明提供的燃烧器通过依次套接的双空气管道的设计，可以实现如点火、预热和低功率以及高功率等多种工况的灵活调节，满足不同的燃烧需求，并且在全工况下都能实现稳定且低nox的清洁燃烧，燃烧器调节比大，工况适应性强。

96、3：本发明提供的平焰烧嘴能够将燃气和空气在进入火道燃烧之前已经实现充分混合，燃烧效率高、体积热强度高。同时，由于燃气与空气在燃烧前混合充分，消除了混合不均导致的局部高温，因而nox排放低。另一方面，部分燃烧烟气被抽吸进未反应的空气和燃气内，稀释了反应气体浓度，降低了燃烧反应的剧烈程度，由此进一步降低了燃烧过程nox排放。

技术特征：

1.一种多燃烧器稳定供热的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述最小脉冲周期为任意一个燃烧区内温度满足工况要求后，从停止供热至该燃烧区内温度开始显著下降所需时间；

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：在任意一个燃烧区内设置有n个燃烧器，单个燃烧器的额定功率记为psn，w；设定所述燃烧区的功率目标值记为pct，w；则有：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：在任意一个燃烧区内，应出勤的燃烧器中单个燃烧器的出勤时长记为t，s；则有：

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：在任意一个燃烧区的最小脉冲周期内，应出勤的燃烧器中前后开启的燃烧器之间的开启间隙记为ts，s；则有：

7.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于：在单个最小脉冲周期内，设定所述燃烧区的实际功率记为pcs，w；则有：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在任意一个燃烧区的最小脉冲周期内，在满足所述燃烧区的功率目标值与其实际功率相等的前提下，应出勤的燃烧器数量n为：

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于：在同一燃烧区内，为使得前后开启的燃烧器中后开启的燃烧器能够被在前开启的燃烧器稳定点燃，则在后开启的燃烧器的轴线与其在前开启的燃烧器的轴线在该燃烧区内具有交点，并且要求ts≥t，则有：

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于：所述燃烧器为气体燃烧器，包括燃气管道（1）、第一空气管道（2）、第二空气管道（3）、烧嘴砖（4）以及火道（5）；燃气管道（1）的进气端设置有燃气进口，其出气端与设置在烧嘴砖（4）内的火道（5）相连通；第一空气管道（2）套设在燃气管道（1）的外部，第二空气管道（3）套设在第一空气管道（2）的外部，第一空气管道（2）和第二空气管道（3）的出气端均与火道（5）相连通；

技术总结
本发明公开了一种多燃烧器稳定供热的方法，可以有效的改善传统的工业炉窑加热功率可调节范围过小、调节精度差且燃烧效率低、工况不稳定的问题，可大幅提高工业炉窑加热系统的功率调节范围，保证在整个调节范围内烧嘴始终处于最优工况，并且在同一燃烧区域内可实现烧嘴相互点火，保证了在低温工况下的燃烧稳定性以及可尽可能少的减少烧嘴开闭动作。

技术研发人员：刘前,周浩宇,魏进超,向锡炎,卢兴福,何璐瑶,宋新义,李谦,王业峰
受保护的技术使用者：中冶长天国际工程有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23