CN101196369A - 蓄热-换热式联用加热炉及其加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明蓄热－换热式联用加热炉及其加热方法涉及一种工业加热及其余热回收技术领域，其特征是在系统内同时具有蓄热室和换热器；在加热炉的前部设置有均热段、加热段，在加热炉的尾部设有预热段；采用均热段、加热段、预热段多段(点)供热制度，加热炉前部采用蓄热燃烧方法，后部采用换热燃烧方法，预热段直接利用烟气余热加热物料。本发明的目的是实现加热炉大型化和炉膛压力的平稳控制，克服换热式和蓄热式这两种加热炉及其烟气余热回收技术的缺陷，并可使纯高炉煤气等低热值燃料在加热炉上得以应用，加热炉压力平稳，寿命延长。通过本发明的实施，实现加热炉大型化，烟气余热利用率提高；炉内压力状况改善，吸风和冒火减少、节能减排等目的。

Description

蓄热—换热式联用加热炉及其加热方法

一、技术领域

本发明涉及一种工业加热及其余热回收技术领域，主要在钢铁、有色金属冶金，化工，动力，玻璃、陶瓷、耐火等行业中应用，凡涉及蓄热—换热式联用加热的设备和方法。

二、背景技术

按余热回收方式划分，现有的加热炉主要包括换热式加热炉(常规加热炉)和蓄热式加热炉两种方式。换热式加热炉的显著特征就是在加热炉上采用了一种在烟道内回收烟气余热的装置——换热器(又称预热器、热交换器)。换热器是利用炉膛排出的废气(热流体)预热助燃空气、煤气(冷流体)的热工设备。图3是已有的换热式加热炉示意图，工作时，高温烟气和被预热空(煤)气同时流过间壁的两侧，烟气以对流和辐射传热方式将热量传给间壁的一侧(高温侧)，经过间壁的导热传给间壁的另一侧(低温侧)，再以对流或辐射传热方式将热量传给被预热空(煤)气。蓄热式加热炉的烟气余热回收主要是通过炉体两侧的蓄热室来实现。图4是已有的蓄热式加热炉余热回收过程示意图，助燃空气经切换阀进入右侧通道，而后流经右侧的蓄热室吸收蓄热体储存的热量，把助燃空气预热到800℃～1100℃，再经过烧嘴喷入炉内；与此同时左侧切换阀与引风机相通，这样燃烧产物对物料加热后进入左侧通道，在蓄热室内将烟气热量大部分传递给蓄热体后，以150℃左右的温度经引风机排入大气中。间隔一定时间(蓄热式燃烧技术常用的换向时间为30s～200s)后系统运行进入后半周期，控制系统发出指令，切换阀动作，此时煤气和助燃空气从左侧烧嘴喷出并混合燃烧，这时右侧烧嘴变为烟道。高温烟气经引风机的作用通过右侧，将其蓄热体加热后，以150℃左右的温度进入切换阀和引风机排入大气中，完成一个换向周期。

应用中两类加热炉均存在一定的问题和不足。换热式加热炉主要存在的问题有：加热炉不能以低热值的纯高炉煤气为燃料；不能充分回收烟气余热，加热炉的热效率低等。蓄热式加热炉主要存在的问题有：炉压高且波动大，炉口和炉体冒火严重，炉门易烧损；炉况难于控制；加热炉寿命短等。

随着企业生产工艺流程的改造，加热炉大型化成为满足现代化生产所必需，采用何种炉型何种方式实现加热炉的大型化值得期待。若通过增加炉子长度或宽度的方法来实现加热炉大型化，有可能导致加热炉性能下降，因而此方法不可取。若采用蓄热式加热炉炉型结构实现加热炉大型化，应考虑扩大蓄热室容积并增加引风机的排烟能力。在现有蓄热室的基础上继续用增加蓄热室横截面积来扩大蓄热室容积难以实现；若用增加蓄热室长度来实现蓄热室的扩容，则会增加流动阻力，加大动力消耗，进而影响蓄热式加热炉的节能效果。即便提高排烟机引力在一定程度上能够加大排烟量，但是随着排烟机引力的加大，将使烟气流经蓄热室的流速增加，影响烟气和蓄热体之间的蓄热和换热效果，导致加热炉排烟温度的上升，进而使蓄热式加热炉难以发挥排烟温度低的优点。可见，蓄热室扩容已成为蓄热式加热炉进一步大型化的瓶颈，为了满足高效、节能、低污染的要求，开发设计新型加热炉势在必行。

三、发明内容：

发明目的：本发明提供一种蓄热—换热式联用加热炉及其加热方法，其目的是实现加热炉大型化，克服上述两种加热炉的各自缺陷，使两者的烟气余热回收技术相得益彰，使纯高炉煤气等低热值燃料在加热炉上得以应用，加热炉的压力控制平稳，加热炉的寿命延长。

技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种蓄热—换热式联用加热炉，其特征在于：在该加热炉内同时具有蓄热室和换热器；在加热炉的前部设置有均热段、加热段，在加热炉的尾部设有预热段；在加热段和均热段内设置有蓄热式烧嘴和换热式烧嘴，在预热段后设有辅助烟道，在辅助烟道内设有换热器；所述的蓄热式烧嘴与蓄热室相通，蓄热室为相对设置，相对设置的蓄热室通过管路、换向装置与引风机或鼓风机相连；鼓风机与辅助烟道内的换热器相连，换热器与换热式烧嘴相连。

加热段分为第一加热段、第二加热段或更多加热段，通过在炉膛内横向设置的隔墙分开。

在相对设置的与蓄热室相连的管路上，以及与换热器相连的管路上设有联动控制阀。

在炉体内设置有多个蓄热式烧嘴和换热式烧嘴。

一种如上所述的蓄热—换热联用加热方法，其特征在于：为实现加热炉大型化和有效控制炉膛压力，在一座加热炉上同时采用蓄热室和换热器两种烟气余热回收装置，在均热段、加热段乃至预热段采用多点供热的方法；其中，在加热炉前部采用蓄热燃烧方法，在加热炉后部采用换热燃烧方法，或者相反；蓄热燃烧产生的烟气部分地从蓄热室由引风机强制排出，剩余烟气量则汇同换热燃烧产生的烟气由炉尾辅助烟道由烟囱自然或强制排出炉外。

在蓄热室上的管路与换热器上的管路上设有联动控制阀，通过对联动控制阀的调整，能够在一座加热炉上实现蓄热式加热方法和蓄热—换热式联用加热方法两种形式，以满足冷物料入炉或热物料入炉对加热工艺的要求。

为保证蓄热室的热效率和温度效率最佳，其排烟量的确定是使排出烟气的水当量与被加热介质的水当量两者相等。

优点及效果：本发明所述的蓄热—换热式联用加热炉及其技术的功效是：实现加热炉大型化，通过蓄热和换热技术的嫁接，烟气余热利用率提高；炉内压力状况改善，吸风和冒火减少；加热炉寿命延长，作业率提高，加热炉单位产品燃耗大幅度降低；与蓄热式炉相比，基本建设投资减少，运行及维护费用降低；炉体周围环境得到改善。

四、附图说明：

图1是本发明所述的蓄热—换热式联用加热炉的主要结构示意图；

图2是图1的A-A剖面图；

图3是已有的换热式加热炉结构示意图；

图4是已有的蓄热式加热炉结构示意图。

五、具体实施方式：

下面通过附图对本发明加以具体描述：

本发明采用的技术方案是：提供一种蓄热—换热式联用加热炉及其技术用以回收烟气余热，采用均热段1、加热段2、3和预热段4等多点供热制度。既可维持较高的热效率和加热能力，又能保证加热炉的平稳运行。该炉兼顾了蓄热式加热炉和换热式加热炉的特点，既有换热式烧嘴，也有蓄热式烧嘴；既有烟囱自然排烟，也有引风机强制排烟；既有辅助烟道和换热器，也有蓄热室。

在所述蓄热—换热式联用加热炉结构图上设置有换热式烧嘴7、蓄热式烧嘴5，以及与烧嘴砖相连接的向炉内鼓入燃烧介质和从炉内引出烟气并为蓄热体蓄热的蓄热室10、11。

所述换热式烧嘴7与鼓风机12和燃料供应系统连接，所述蓄热室10、11通过管道、换向装置13及相应的控制阀分别与鼓风机12和引风机14相连接。

所述换热式烧嘴7的数量取决于炉体的大小和换热供热负荷，蓄热式烧嘴5的数量取决于炉体的大小和蓄热供热负荷，蓄热室10、11的数量应根据满足炉内正常燃烧所需空气量的要求而定。

所述均热段1、加热段2、3、预热段4的长度根据具体的物料加热工艺而定。

所述蓄热—换热式联用加热炉在一座加热炉上同时采用两种烟气余热回收技术。其中，加热炉前部采用蓄热式燃烧技术，而后部采用换热燃烧技术。蓄热燃烧单元产生的烟气部分地从蓄热室10、11排出炉外，这部分排烟量根据高温烟气与被加热介质的水当量比确定。除此之外，蓄热燃烧产生的剩余烟气量则汇同换热燃烧单元产生的烟气由炉尾辅助烟道8排出炉外。

所述蓄热燃烧单元主要包括蓄热室10、11、蓄热式烧嘴5、换向装置13、控制阀以及管道系统，换热燃烧单元主要包括换热器9、换热式烧嘴7和管道系统。

所述辅助烟道8的面积选取应以排烟量及烟气流速的大小为依据。

图中标记：

1均热段、    2第一加热段、3第二加热段、 4预热段

5蓄热式烧嘴、6隔墙、      7换热式烧嘴、 8辅助烟道

9换热器、    10蓄热室A、  11蓄热室B、   12鼓风机

13换向装置、 14引风机、   15联动控制阀、16管道系统。

参见图1，本发明所述的蓄热—换热式联用加热炉采用多段(点)供热制度，包括均热段1、第一加热段2、第二加热段3，各段长度根据具体的物料加热工艺而定。采用两级加热段供热，可采用不同热值的燃料，而且炉压平稳，效果尤为明显。加热炉后部采用换热燃烧技术，前部采用蓄热式燃烧技术。换热式烧嘴7、和蓄热室10、11的数量取决于炉体的大小、各段供热负荷以及燃烧所需的空气量。

所述蓄热—换热式联用加热炉在炉尾设置辅助烟道8和换热器9。燃气经换热器9预热后送至喷嘴，喷入炉内与高温助燃空气混合燃烧。空气的预热则分为两部分：一为换热器9，二为蓄热室10、11。

物料入炉后，首先由燃烧产生的烟气对其进行直接预热(在预热段4)，然后依次经过第二加热段3、第一加热段2、均热段1。

参见图1，所述换热燃烧的过程为：燃料和助燃空气由鼓风机12送入设置在炉尾辅助烟道8内的换热器9中，与燃烧产生的烟气进行充分的热交换。预热后的燃烧介质经管道16送至换热式烧嘴7后喷入炉内混合燃烧。换热燃烧生成的烟气流经预热段4后由炉尾辅助烟道8经烟囱排入大气。

参见图2，所述蓄热燃烧的过程为：鼓风机12鼓出的助燃空气经换向装置13进入左侧通道，而后流经蓄热室10吸收蓄热体储存的热量，把助燃空气预热到800℃～1100℃，再经过蓄热式烧嘴5喷入炉内；与此同时换向装置13的对侧出口与引风机14相通，这样燃烧产物对物料加热后进入右侧通道，在蓄热室11内将烟气热量大部分传递给蓄热体后，以150℃左右的温度进入换向装置13，再经引风机14排入大气中。间隔一定时间(常用的换向时间为30s～200s)后系统运行进入后半周期，控制系统发出指令，换向装置13动作，此时助燃空气经蓄热室11喷出并混合燃烧，蓄热室10变为烟道。高温烟气经引风机的作用通过蓄热室10，将其蓄热体加热后，以150℃左右的温度进入换向装置13和引风机排入大气中，完成一个换向周期。

参见图1、2，加热炉生产率变化时，根据加热炉产量的增减和物料的加热要求，适时调节联动控制阀15动作，调整联动控制阀15的开度，调节蓄热和换热的热负荷，进而满足加热炉生产率的变化。

参见图1、2，物料入炉温度较高时，联动控制阀15动作，增大蓄热室10、11端的阀门开度，使蓄热用热负荷增大；同时减小换热器9端的阀门开度，进而换热用热负荷相应减小。当物料入炉温度较低时，联动控制阀15动作，减小蓄热室10、11端的阀门开度，使蓄热用热负荷减小；同时增大换热器9端的阀门开度，进而换热用热负荷相应增大，实现蓄热和换热的热负荷同步调节。

参见图1、2，一座加热炉上同时具备蓄热室10、11和换热器9，当燃料热值不同时，可以针对烟气和被预热介质的水当量关系，有选择的选用适合的烟气余热回收方式。低热值燃料多选用蓄热室的方式回收烟气余热，高热值燃料多选用换热器的方式回收烟气余热。

参见图1、2，当加热炉热送热装程度较高时，可完全关闭换热器9部分，此时加热炉为蓄热式加热炉；其他工况下，蓄热室10、11和换热器9开启，此时加热炉为蓄热—换热式联用加热炉。

图2工作状态下，所述蓄热燃烧生成的烟气主要由蓄热室11排出。为保证蓄热室11的热效率和温度效率最佳，排烟量的确定方式如下：使排出烟气的水当量和被加热介质的水当量相等。蓄热燃烧生成的过量烟气则汇同换热燃烧生成的烟气经由预热段4，在换热器9内充分预热燃气和助燃空气后最终由炉尾辅助烟道8排出炉外。

当物料需要更充分的加热，本设备可采用第一加热段、第二加热段、第三加热段等多级加热段供热，加热效果更理想。

本设备可以为在加热炉前部采用换热燃烧方法，在加热炉后部采用蓄热燃烧方法，其加热效果与上述方法相同。

针对加热炉生产率、加热物料入炉温度的变化，实现蓄热和换热的热负荷变化，即能满足加热工艺要求又能避免二者相互干涉以保持蓄热燃烧和换热燃烧的各自特点。本发明通过蓄热和换热两种技术的嫁接，烟气余热利用率提高；炉内压力状况改善，吸风和冒火减少；加热炉寿命加长，作业率提高，加热炉单位燃耗大幅度减低；基本建设投资减少，运行及维护费用降低；炉体周围环境得到改善。

Claims (7)

1.一种蓄热—换热式联用加热炉，其特征在于：在该加热炉内同时具有蓄热室和换热器；在加热炉的前部设置有均热段、加热段，在加热炉的尾部设有预热段；在加热段和均热段内设置有蓄热式烧嘴和换热式烧嘴，在预热段后设有辅助烟道，在辅助烟道内设有换热器；所述的蓄热式烧嘴与蓄热室相通，蓄热室为相对设置，相对设置的蓄热室通过管路、换向装置与引风机或鼓风机相连；鼓风机与辅助烟道内的换热器相连，换热器与换热式烧嘴相连。

2.根据权利要求1所述的蓄热—换热式联用加热炉，其特征在于：加热段分为第一加热段、第二加热段或更多加热段，通过在炉膛内横向设置的隔墙分开。

3.根据权利要求1所述的蓄热—换热式联用加热炉，其特征在于：在相对设置的与蓄热室相连的管路上，以及与换热器相连的管路上设有联动控制阀。

4.根据权利要求1所述的蓄热—换热式联用加热炉，其特征在于：在炉体内设置有多个蓄热式烧嘴和换热式烧嘴。

5.一种如权利要求1所述的蓄热—换热联用加热方法，其特征在于：为实现加热炉大型化和有效控制炉膛压力，在一座加热炉上同时采用蓄热室和换热器两种烟气余热回收装置，在均热段、加热段乃至预热段采用多点供热的方法；其中，在加热炉前部采用蓄热燃烧方法，在加热炉后部采用换热燃烧方法，或者相反；蓄热燃烧产生的烟气部分地从蓄热室由引风机强制排出，剩余烟气量则汇同换热燃烧产生的烟气由炉尾辅助烟道由烟囱自然或强制排出炉外。

6.根据权利要求5所述的蓄热—换热联用加热方法，其特征在于：在蓄热室上的管路与换热器上的管路上设有联动控制阀，通过对联动控制阀的调整，能够在一座加热炉上实现蓄热式加热方法和蓄热—换热式联用加热方法两种形式，以满足冷物料入炉或热物料入炉对加热工艺的要求。

7.根据权利要求5所述的蓄热—换热联用加热方法，其特征在于：为保证蓄热室的热效率和温度效率最佳，其排烟量的确定是使排出烟气的水当量与被加热介质的水当量两者相等。

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