CN102012163A - 一种低烧损工业炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可降低工业炉内被加热工件氧化烧损的方法，尤其涉及一种通过在工业炉炉墙上设置烟气自回吸通道，实现炉内低氧燃烧和整炉内温度场、浓度场均匀，从而降低被加热工件氧化烧损的方法。本发明一种低烧损工业炉，包括炉墙，在所述炉墙的侧面炉墙开设有空气通道和燃气管道，空气通道与燃气通道直接与外部常规烧嘴相连，所述空气通道为先收缩后扩张的类文丘里管结构，在所述侧面炉墙的内部还开设有自回吸通道，所述自回吸通道将炉膛与空气通道的喉部相连。本发明一种具有烟气自回吸通道的低烧损工业炉，通过自回吸通道，可在炉膛内形成多个大回流，从而在炉内形成三维的、均匀的温度场和浓度场。

Description

一种低烧损工业炉
技术领域
本发明涉及一种可降低工业炉内被加热工件氧化烧损的方法，尤其涉及一种通过在工业炉炉墙上设置烟气自回吸通道，实现炉内低氧燃烧和整炉内温度场、浓度场均匀，从而降低被加热工件氧化烧损的方法。
背景技术
目前工业中防止工业炉内被加热工件氧化烧损最为有效的手段是采用低氧燃烧。工业中为实现低氧燃烧，常用的措施有：(1)低空气过剩系数，这种燃烧只是使得炉膛中为微氧化性气氛，燃烧区域的氧浓度依旧很高，而且潜力有限；(2)二次供风，实行分段燃烧，避免了高温区集中，NOx的排放浓度显著降低，但整个炉膛中的氧浓度和常规燃烧差不多，并且这种燃烧器体积庞大，成本较高；(3)高速射流，目前不少蓄热燃烧采用高速烧嘴，依靠助燃空气及燃料气高速射流的卷吸效应，使炉内大量燃烧产物回流，稀释燃烧区的体积含氧浓度，由于蓄热燃烧时喷嘴同时又是烟道，保证高的喷出速度时极难兼顾烟气的顺利排出，而且卷吸的烟气往往只是和射流边界上的部分空气进行混合，实际大部分燃烧区域氧浓度依然很高，并不能很好地实现低氧燃烧；(4)烟气再循环，即利用炉外排烟来稀释空气中氧浓度，如将引风机输出管与送风机吸入管用管道连接，通过阀门调节吸入烟气量，实现排烟再循环，但由于风机不能承受高温，只能用冷却后的烟气来稀释空气中氧浓度，这导致蓄热体用量增多和管路复杂，只适合在小型炉窑上利用。
然而，被加热工件在炉内被氧化的原因，除了炉内氧浓度较高之外，炉内温度不均匀也是一个重要因素，炉内的局部高温大大加快了工件的被氧化速率。因此，为了能更好的降低工件的氧化烧损，最好能开发出可以自身组织炉膛中烟气循环来冲淡空气中氧浓度、并且可使炉内温度场、浓度长均匀的工业炉炉型。
发明内容
本发明从工业炉炉墙着手，借助炉墙结构的设计，实现工业炉内烟气的回流，并与助燃空气进行混合，实现低氧燃烧，并通过烟气的回流使炉内温度场和浓度场变得更为均匀。
一种低烧损工业炉，包括炉墙，在所述炉墙的侧面炉墙开设有空气通道和燃气管道，空气通道与燃气通道直接与外部常规烧嘴相连，其特征在于：
所述空气通道为先收缩后扩张的类文丘里管结构，在所述侧面炉墙的内部还开设有自回吸通道，所述自回吸通道将炉膛与空气通道的喉部相连。
进一步的，上述技术方案中，所述空气通道的形状为圆环状或扁平状。
进一步的，上述技术方案中，每个空气通道具有一个自回吸通道。
进一步的，上述技术方案中，每个空气通道具有两个自回吸通道，所述自回吸通道位于空气通道的左右两侧，或上下两侧。
本发明一种具有烟气自回吸通道的低烧损工业炉，通过自回吸通道，可在炉膛内形成多个大回流，从而在炉内形成三维的、均匀的温度场和浓度场。
附图说明
图1圆环状空气通道结构示意图
图2扁平状空气通道结构示意图
图3具有烟气自回吸通道的低烧损台车炉俯视图
图4具有烟气自回吸通道的低烧损推钢炉主视图
具体实施方式
在砌筑炉墙时，埋入设计好尺寸的管件或板件，形成带有空气通道和自回吸通道的炉墙。
如果直接利用仅仅利用射流使炉内大量燃烧产物回流，回流量少且不易控制，本发明从流体力学的角度出发，将助燃空气通道做成先收缩后扩张的类文丘里管的结构，由伯努利方程可知，流体流动过程中的能量包括动能、压力能和位势能，在位势能不变的情况下，动能和压力能互相转化，所以空气经过文丘里管的喉部时压力能向动能转化，在此形成负压区，所谓的喉部，即空气通道收缩最窄的部分。如果通过一个侧通道将喉部与炉膛连通，助燃空气通过缩放通道喉部时能卷吸大量的烟气，这样可使喷嘴喷出的压缩气体与其诱导的气流充分混合，在总氧量不变的前提下冲淡普通助燃空气中的氧浓度，使氧浓度从21％降至10％以下，保证助燃空气在燃烧之前就被稀释到较低的氧浓度，实现工业炉的自组织、大回流、无动力的低氧燃烧。同时，高温烟气的回流，又使得炉内的温度场和浓度场变得更加均匀，可进一步降低被加热工件的氧化烧损。
本发明开发了两种结构类型的空气通道，以适应不同的加热需求。如附图1所示为圆环状空气通道，其可直接与常规烧嘴相接，能用于所有工业炉。如附图2所示为扁平状空气通道，其需与定制烧嘴相接，喷出火焰为扁平状，可用于加热板状被加热工件或成垛被加热工件。
利用该原理设计的具有烟气自回吸通道的低烧损工业炉应用范围非常广泛，包括室式炉、台车炉、推钢炉、步进式炉等多种炉型。针对周期加热和连续加热，本发明分别以台车炉、推钢炉为代表，进行了具有烟气自回吸通道的低烧损工业炉结构的设计。
实施例1：具有烟气自回吸通道的低烧损台车炉
具有烟气自回吸通道的低烧损台车炉的俯视图如图3所示，其中，1-炉墙，2-空气通道，3-煤气通道，4-自回吸通道，5-被加热工件。在侧面炉墙上开设了圆环状空气通道和中心的燃气管道，此部分直接与外部常规烧嘴相连。空气通道两侧的炉墙上还开设了自回吸通道，该区域将炉膛与空气通道的喉部相连，由于气流流过空气通道时，喉部的压力最低，因此炉膛内部与空气通道的喉部就产生了压差，在此压差的驱动下，大量的炉内烟气通过自回吸通道进入空气通道，与喷嘴喷出的空气混合，稀释空气中的氧含量，从而实现炉内的低氧燃烧。为了更好的引起整炉范围内的烟气回流，每个空气通道连接两个自回吸通道，自回吸通道位于空气通道的两侧，图1所示自回吸通道位于空气通道的左右两侧，当然自回吸通道也可布置于空气通道的上下两侧，需根据炉子情况而定。通过两侧自回吸通道的布置，可大范围地组织炉内高温烟气的回流，从而改变炉内温度场和浓度场，使其变得更为均匀。如果炉子只需上加热，则沿炉高仅需布置一层低氧燃烧通道，如果炉子需要上、下两面加热，需要在炉高方向上布置两层低氧燃烧通道。
实施例2：具有烟气自回吸通道的低烧损推钢炉
具有烟气自回吸通道的低烧损推钢炉的原理与上述具有烟气自回吸通道的低烧损台车炉的原理相同，结构如图4所示。其中，1-炉墙，2-空气通道，3-煤气通道，4-自回吸通道，5-钢坯，6-支撑钢管。由于推钢炉中钢坯排布紧密，为了达到更好的加热效果，具有烟气自回吸通道的低烧损推钢炉的空气通道可采用扁平状空气通道，该形状的空气通道喷出火焰呈扁平状，包围于钢坯的上下表面，利于加热。另外每个空气通道的自回吸通道只有一个，上侧空气通道的自回吸通道在其上部，下侧空气通道的自回吸通道在其下部。

Claims (4)

1.一种低烧损工业炉，包括炉墙，在所述炉墙的侧面炉墙开设有空气通道和燃气管道，空气通道与燃气通道直接与外部常规烧嘴相连，其特征在于：
所述空气通道为先收缩后扩张的类文丘里管结构，在所述侧面炉墙的内部还开设有自回吸通道，所述自回吸通道将炉膛与空气通道的喉部相连。
2.根据权利要求1所述的低烧损工业炉，其特征在于：所述空气通道的形状为圆环状或扁平状。
3.根据权利要求1所述的低烧损工业炉，其特征在于：每个空气通道具有一个自回吸通道。
4.根据权利要求1所述的低烧损工业炉，其特征在于：每个空气通道具有两个自回吸通道，所述自回吸通道位于空气通道的左右两侧，或上下两侧。
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