CN101261089A - 一种室式、台车式加热炉高效燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种室式、台车式加热炉高效燃烧系统，属于节能环保型加热炉技术领域。其包括多对蓄热式左右侧烧嘴，多对蓄热式左右侧烧嘴安装在加热炉炉顶两侧。蓄热式左侧烧嘴通过左侧换向阀与抽烟总管和空气总管连接及通过左侧煤气快切阀与煤气总管连接；蓄热式右侧烧嘴通过右侧换向阀与抽烟总管和空气总管连接及通过右侧煤气快切阀与煤气总管连接；空气总管与助燃风机连接；抽烟总管与抽烟机连接。本发明在炉内形成高动能U形气流，增加了炉温的均匀性，全炉一半烧嘴燃烧产生的烟气全部从另一半烧嘴中排出，革除了导致传统室式、台车式加热炉能耗高、结构复杂的炉尾烟道；能耗可节约40～60％，还可提高炉子产量和坯料加热质量。

Description

一种室式、台车式加热炉高效燃烧系统

技术领域

本发明涉及一种室式、台车式加热炉高效燃烧系统，属于节能环保型加热炉技术领域。

背景技术

室式、台车式加热炉均属于间歇加热的炉型，多实行一班或二班操作制度，炉子结构较简单。按热工制度分为加热炉和热处理炉两类，按结构形式室式炉可分为单室式、双室式、单室双门式等类型；台车式炉可分为单炉门和双炉门等类型。对于燃烧系统来讲，这两种炉型都是室状炉膛，而且一般炉内不划分温度区段，并要求炉内各点温度均匀一致，多用于钢材锻造、轧制前的钢坯加热以及一些高级耐火材料烧结，是冶金、机械、建材行业常用的两种炉型。

室式、台车式加热炉的缺点是炉膛小，装入坯料后燃烧空间也小，由于要求炉内各点温度均匀一致，因此其排烟温度等于或高于炉温，这些因素会导致燃料燃烧不充分。一般室式、台车式加热炉的排烟温度高达1200～1300℃以上，有些耐火材料烧结用的炉子炉温甚至高达1600℃以上，因此实际使用中很难配置能长期工作在如此高温下的高效余热回收装置，即便使用高合金高效换热器，预热温度也只能达到500℃左右，烟气余热回收率最高也不会超过35％，大量装备水平一般的室状炉的热效率在15～25％之间，即使是采用全纤维炉衬、高合金换热器、计算机控制等装备的室式、台车式加热炉，其最好的热效率指标也只能达到40％左右，其主要原因是因为排烟温度高，烟气带走的热量太多，这是造成常规室式、台车式加热炉能耗高的主要原因。

常规室式、台车式加热炉的烧嘴1通常设置在炉子侧墙上，由于常规烧嘴属于点热源形式，布置时又无法完全避免火焰直接冲刷坯料，所以炉内各点温差较大，使坯料各点温度差异较大，导致均热时间长、氧化烧损率高。为了解决常规室式、台车式加热炉能耗高的问题，目前国内有一些采用蓄热式烧嘴的室式、台车式加热炉投产，有较明显节能效果，但如图1、图2所示，其布置在下方烧嘴容易被杂物堵塞，从而造成烧嘴供热能力很快会下降，比如按图1这种上、下布置烧嘴方式，则由于下烧嘴能力降低会使炉膛下方炉温偏低，上、下温差增大；若按图2布置方式，则烧嘴堵塞会引起整个炉子的供热能力下降。另外，这些炉子虽然采用了蓄热式燃烧系统，但仍然按常规炉方式保留了炉尾高温排烟口，两套排烟系统的控制较为复杂，如果同时车间里有多座炉子共用一个烟囱，则会导致炉压波动大且不易调节，这种蓄热式室式、台车式加热炉虽然比常规室式、台车式加热炉节能，但实际使用中发现具有以下缺陷：

(1)坯料上、下加热温差大，所需均热时间长。

(2)下方烧嘴易被氧化铁皮堵塞，检修周期短。

(3)炉体结构和管道布置复杂，炉体两侧占居空间大。

(4)两套排烟系统控制复杂，炉压波动大。

(5)老炉改造工作量大。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种室式、台车式加热炉高效燃烧系统，这种燃烧系统将烧嘴布置在炉顶的两侧，并采用脉冲控制方式，在炉内形成高动能U形气流，增加了炉温的均匀性，燃烧产生的全部烟气从烧嘴抽出，使本发明的热效率与传统炉型相比可提高40～60％，还可提高炉子产量和坯料加热质量。

本发明的主要解决方案是这样实现的：

本发明包括多对蓄热式左右侧烧嘴，多对蓄热式左右侧烧嘴安装在加热炉炉顶两侧，每对烧嘴配有自动点火和火焰监测装置，采用脉冲控制方式，使烧嘴燃烧时的火焰长度不因供热负荷变化而变化，在炉内形成高动能U形气流，增加炉温的均匀性，全炉半数烧嘴燃烧产生的烟气全部从另一半烧嘴中排出，革除导致传统室式加热炉能耗高、结构复杂的炉尾烟道。

所述的蓄热式左侧烧嘴通过左侧换向阀与抽烟总管和空气总管连接及通过左侧煤气快切阀与煤气总管连接；蓄热式右侧烧嘴通过右侧换向阀与抽烟总管和空气总管连接及通过右侧煤气快切阀与煤气总管连接；空气总管与助燃风机连接；抽烟总管与抽烟机连接。

本发明所采用的蓄热式燃烧系统若是采用干净的低热值煤气做燃料时，则采用空气、煤气双蓄热方式，此时从蓄热式烧嘴排出的废气温度约可降到150℃左右。

本发明所采用的蓄热式燃烧系统若是采用液化石油气、天然气、焦炉煤气等高热值煤气做燃料时，则采用空气单蓄热方式，此时从蓄热式烧嘴排出的废气温度约可降到300℃左右。

本发明可通过控制抽烟量将炉压精确控制在微正压状态。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

1、与常规室式、台车式加热炉相比，采用P-HTAC燃烧方式可节能40～60％。

2、与现有蓄热式室式、台车式加热炉相比，解决了烧嘴易堵塞的问题，可保证炉子长时期高效稳定的工作。

3、炉内温度均匀，升温快，自动化程度高，控温准确，可提高产量，减少氧化烧损率。

4、取消了炉尾排烟口，简化了炉体结构，省去了高温烟道、高温调节阀和高烟囱。

5、炉压控制便捷，打开炉门时可不再吸冷风或喷火，炉区操作环境改善。

6、由于炉体结构简化，加上蓄热式燃烧没有局部高温，可大幅度延长炉体使用寿命，摒弃了常规炉检修量大、维修费用高的缺点。

7、将燃烧系统设备全部置于炉顶可便于集中操作维修，占地少，炉体结构简洁，尤其是老炉改造时仅需拆除原炉顶即可安装本发明，工作量少，改造费用低。

8、可以用于室式加热炉，也可以用于台车式加热炉。

9、可适用于空气单蓄热或空气、煤气双蓄热燃烧系统。

附图说明：

图1为己有技术中在侧墙上、下布置烧嘴示意图。

图2为己有技术中在两侧墙下方布置烧嘴示意图。

图3为本发明结构示意图。

图4为本发明结构A-A剖视示意图。

图5为本发明A工作状态示意图。

图6为本发明截止工作状态示意图。

图7为本发明B工作状态示意图。

图8是本发明所采用的某一对蓄热式烧嘴的脉冲燃烧控制方式示意图。

具体实施方式

下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：

如图3～图7所示：包括若干对蓄热式左侧烧嘴1、左侧换向阀2、左侧煤气快切阀3、抽烟总管4、空气总管5、煤气总管6、右侧煤气快切阀7、右侧换向阀8、蓄热式右侧烧嘴9、助燃风机10、抽烟机11。

如图3～图7所示，本发明根据室式、台车式加热炉的装料特点，将若干对蓄热式左右侧烧嘴设置在尽可能避开火焰冲刷坯料、又能获得最大燃烧空间的炉顶的两侧。根据用户不同的装备水平要求，本发明可以采用每套烧嘴由一个换向阀和一个煤气快切阀单独控制的“全分散”换向控制方式，也可以采用多套烧嘴由一个换向阀和一个煤气快切阀集中控制的“集中”换向控制方式。以图3～图7所示的全分散换向控制方式为例，炉顶蓄热式烧嘴可以左右两侧相互换向，也可以同侧烧嘴相互换向，只要同一时刻炉内燃烧与抽烟的烧嘴数量相等即可。

本发明为保证安全燃烧和炉膛内上、下炉温的均匀性，每套烧嘴配有自动点火和火焰监测装置，并采用脉冲燃烧方式调节烧嘴供热负荷，利用脉冲燃烧可保持火焰形状不变的优点，在炉内形成高动能U形气流，增加炉气的搅动以提高炉温的均匀性。

本发明革除了导致传统室式、台车式加热炉能耗高、结构复杂的炉尾烟道。炉内处于燃烧状态的蓄热式烧嘴产生的烟气全部通过处于抽烟状态的蓄热式烧嘴排出。

如图3～图7所示，多对蓄热式左右侧烧嘴安装在加热炉炉顶两侧，每对烧嘴配有自动点火和火焰监测装置，采用脉冲控制方式。蓄热式左侧烧嘴1通过左侧换向阀2与抽烟总管4和空气总管5连接及通过左侧煤气快切阀3与煤气总管6连接；蓄热式右侧烧嘴9通过右侧换向阀8与抽烟总管4和空气总管5连接及通过右侧煤气快切阀7与煤气总管6连接；空气总管5与助燃风机10连接；抽烟总管4与抽烟机11连接。

本发明的工作过程及工作原理

如图3～图7所示，本发明在室式、台车式加热炉的炉顶两侧设置若干对蓄热式烧嘴，本发明的每一对烧嘴都如图5～图7所示有三种工作状态：

A状态：

如图5所示，当蓄热式烧嘴工作在A状态下时，控制蓄热式左侧烧嘴1的左侧煤气快切阀3打开，使煤气总管6中的煤气进入蓄热式左侧烧嘴1、同时左侧换向阀2将蓄热式左侧烧嘴1与助燃空气总管5接通，助燃风机10通过助燃空气总管5、左侧换向阀2向蓄热式左侧烧嘴1送风，助燃风在通过蓄热式左侧烧嘴1的蓄热室时被预热至接近于炉温，与煤气同时喷入炉内燃烧；此时控制蓄热式右侧烧嘴9的右侧煤气快切阀7处于截止状态、蓄热式右侧烧嘴9通过右侧换向阀8与抽烟总管4接通，使蓄热式左侧烧嘴1燃烧时产生的所有烟气全部从蓄热式右侧烧嘴9抽出，经右侧换向阀8后通过抽烟总管4由抽烟机11抽送至烟囱，排入大气。

截止状态：

如图6所示，当蓄热式烧嘴需要截止时，则将左右换向阀2、8侧和左右侧煤气快切阀3、7全部截止，此时蓄热式烧嘴既不燃烧也不抽烟，处于“休克”状态。

B状态：

如图7所示，当蓄热式烧嘴工作在B状态下时，控制蓄热式右侧烧嘴9的右侧煤气快切阀7打开，使煤气总管6中的煤气进入蓄热式右侧烧嘴9，同时右侧换向阀8将蓄热式右侧烧嘴9与助燃空气总管5接通，助燃风机10通过助燃空气总管5、右侧换向阀8向蓄热式右侧烧嘴9送风，助燃风在通过蓄热式右侧烧嘴9的蓄热室时被预热至接近于炉温，与煤气同时喷入炉内燃烧；此时控制蓄热式左侧烧嘴1的左侧煤气快切阀3处于截止状态、蓄热式左侧烧嘴1通过左侧换向阀2与抽烟总管4接通，使蓄热式右侧烧嘴9燃烧时产生的所有烟气全部从蓄热式左侧烧嘴1抽出，经左侧换向阀2后通过抽烟总管4由抽烟机11抽送至烟囱，排入大气。

本发明室式、台车式加热炉主要有两个控制过程：

1、炉压控制过程原理：

本发明的由于不设排烟口，所以炉压通过抽烟机11的抽烟量大小来控制，当炉压偏高时，增加抽烟量，当炉压偏低时则减少抽烟量，使炉压始终控制在微正压状态下。

2、炉温控制过程原理：

本发明采用蓄热式脉冲控制燃烧系统，蓄热式燃烧方式本身可视为占空比小于50％的脉冲控制燃烧的一个特例，蓄热式烧嘴火焰粗大，动能大，呈弥散状燃烧，而脉冲控制方式可以使烧嘴燃烧时的火焰长度、动能基本不变，这正好克服了烧嘴在小负荷工作时炉内供热不均、局部容易过热的弊病，将脉冲控制方式与蓄热式烧嘴结合起来的P-HTAC(Pulse High Temperature AirCombustion)系统，充分发挥了两者的特长。本发明将蓄热式烧嘴布置在炉顶两侧也是为了尽可能拉开烧嘴间的距离，增加炉气搅动作用和燃烧流长，加上脉冲控制方式可保证当炉子供热负荷大范围变化时，仍能使烧嘴火焰保持理想大动能状态，因此可以缩小炉膛内各点间温差，提高产量，减小氧化烧损率。

图8是本发明所采用的某一对蓄热式烧嘴的脉冲燃烧控制方式示意图，图中的阴影部分的面积代表了供入炉内的热量值，本发明的炉温控制就是通过改变图中阴影部分面积来实现的，在此图中可以看出如下特点：

1、当蓄热式左侧烧嘴在燃烧时蓄热式右烧嘴总是在抽烟，反之亦然。

2、不管蓄热式烧嘴在燃烧或是在抽烟，都工作在额定的流量值，也即工作在额定的工作状态下，这可以保持烧嘴燃烧时的动能不变。

3、可根据工艺要求调节烧嘴换向周期T和截止时长t，其中参数T由烧嘴设计及燃料热值而定，而参数t可用来调节炉子的热负荷，即调节炉温的高低。

4、假设图中T1、t1为某一时刻的供热负荷，并且T1＝T2＝T3，当需要增加供热量时，可采用如T2周期减少t2时长的方法，使阴影部分增加；当需要减少供热量时，可采用如T3周期增加t3时长的方法，使阴影部分减少。

Claims (2)

1、一种室式、台车式加热炉高效燃烧系统，包括多对蓄热式左右侧烧嘴，蓄热式左右侧烧嘴配有自动点火和火焰监测装置，其特征是多对蓄热式左右侧烧嘴安装在加热炉炉顶两侧。

2、根据权利要求1所述的一种室式、台车式加热炉高效燃烧系统，其特征在于所述的蓄热式左侧烧嘴(1)分别与左侧换向阀(2)及左侧煤气快切阀(3)连接；左侧换向阀(2)分别与空气总管(5)及抽烟总管(4)连接，左侧煤气快切阀(3)连接煤气总管(6)；蓄热式右侧烧嘴(9)分别与换向阀(8)及右侧煤气快切阀(7)连接；右侧换向阀(8)分别与空气总管(5)及抽烟总管(4)连接，右侧煤气快切阀(7)连接煤气总管(6)；空气总管(5)连接助燃风机(10)；抽烟总管(4)连接抽烟机(11)。

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