CN102322685B

CN102322685B - 一种高效控氧炉

Info

Publication number: CN102322685B
Application number: CN 201110220377
Authority: CN
Inventors: 熊承庆; 黄萌
Original assignee: HUANGSHI BUILDING MATERIAL ENERGY SAVING EQUIPMENT FACTORY
Current assignee: Hubei Jinlu Energy Saving Co ltd
Priority date: 2011-08-03
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-08-03
Also published as: CN102322685A

Abstract

本发明涉及工业中烘干加热炉设备，是一种控氧炉，它具有卧置炉体，炉体前端为炉口，炉体内腔为燃烧室，炉体尾端安装有燃烧器，燃烧器上装有预热管连通燃烧室，燃烧器上还安装有燃料管，在炉体靠近炉口处安装有助燃风管接装风机，其特征是：a.燃烧室的容积和长度是按燃尽时间t_p燃烧产生的气体容积在燃烧室内停留时间t_停=0.8t_p来确定;b.在炉体的前端外部设置有混合罩，罩的内腔为混合室；在炉体外部设置有旋风蜗壳，旋风蜗壳上设有切向配气进风口，旋风蜗壳与混合罩对接连通；本发明适用于低氧或无氧而且低温供热的场合，如建材，化工、冶金等工业中的易燃、易爆物料烘干。

Description

一种高效控氧炉

㈠技术领域：本发明涉及建材、化工、冶金工业中易燃、易爆物料的烘干加热设备，尤其是一种高效控氧炉。

㈡背景技术：目前建材、化工、冶金工业中的物料烘干热风炉各式各样，最典型的炉型结构是：具有一卧置炉体，炉体前端为炉口，炉体内腔为燃烧室，炉体尾端安装有燃烧器，燃烧器上装有预热管连通燃烧室，燃烧器上还安装有燃料管，在炉体靠近炉口处安装有助燃风管接装风机。在实际生产中，热风炉提供的热烟气中的含氧量因受热体的要求不同而变化：有的需要无氧即还原性气份，如煤粉、塑料等可燃物料的烘干，有的需低氧，有的需高氧，因此通常需要进行配气，现有技术中，通常是在热风炉出口外端加装配气装置。由于普通炉型受耐火材料的约束，炉温一般要控制在1200℃以下，此时烟气中含氧量高达12%。在控氧的条件下要使烟气中的O2降到0%，则炉温一般需要大于1700℃至1800℃，而普通炉体的耐火材料在1300℃以上抗压和抗折的强度急剧降低，在1600℃以上其高温蠕变、重烧线变化等指标急剧增高，荷重能力大幅降低而损坏，无法运行；当然也可以采用很特殊的高温耐材作炉衬，但因价格昂贵会使产品失去竞争能力。

㈢发明内容：本发明的目的就是要解决现有热风炉控氧能力有限，一般只能控制烟气中的含氧量在10%以上，不能满足易燃、易爆物料的低含氧烟气供热要求的问题，提供一种高效控氧炉。

本发明的具体方案是：针对普通热风炉进行改进，并提出两种具体方案：

方案一：一种高效控氧炉，具有卧置炉体，炉体前端为炉口，炉体内腔为燃烧室，炉体尾端安装有燃烧器，燃烧器上装有预热管连通燃烧室，燃烧器上还安装有燃料管，在炉体靠近炉口处安装有助燃风管接装风机，其特征是：a.燃烧室的容积和长度是按燃尽时间t_p燃烧产生的气体容积在燃烧室内停留时间t_停=0.8t_p来确定;b.在炉体的前端外部设置有混合罩，罩的内腔为混合室；在炉体外部设置有旋风蜗壳，旋风蜗壳上设有切向配气进风口，旋风蜗壳与混合罩对接连通。

本发明方案一中所述炉体前端外部的混合罩为喇叭状，小口向外布置。

方案二：一种高效控氧炉，具有卧置炉体，炉体前端为炉口，炉体内腔为燃烧室，炉体尾端安装有燃烧器，燃烧器上装有预热管连通燃烧室，燃烧器上还安装有燃料管，在炉体靠近炉口处安装有助燃风管接装风机，其特征是：a.燃烧室的容积和长度是按燃尽时间t_p燃烧产生的气体容积在燃烧室内停留时间t_停=0.8t_p来确定;b.在炉体外部设有筒形管壳，管壳内壁与炉体外壁有间距，形成配风流道，管壳的前端安装有混合罩，该混合罩是位于炉体前端外部，管壳的尾端延伸出燃烧器的外端，并在管壳尾端开设有轴向配风进风口。

本发明方案二中在管壳与炉体之间且位于管壳与混合罩对接处安装有螺旋导流板。

本发明方案二中管壳与炉体为同轴布置。

本发明方案二中混合罩为喇叭状，小口向外布置。

本发明方案二中管壳尾端为喇叭状，小口向外布置为轴向配气进风口。

本发明的设计原理是：众所周知：1）燃料的燃尽时间公式为

tp=C·e^-C1Tbd

…… ①

式中：

C，-C1，C2——均为不同燃料（气、油、固体）的常数

e——自然对数

Tb——燃烧温度

d_p——燃料平均直径

由式①可见燃烧的温度越高，燃尽的时间越短，即越快。

2）燃烧烟气温度的公式为：

T=

…… ②

式中：T——燃烧时烟气温度

R——燃料的热量

Q——空气量

q——烟气的比热

由式②可见，在保证燃尽氧气量的前提下，空气量Q越少，则温度T越高。

综合①②两式结论是：在一定容积的热风炉中获得高温高燃尽率低含氧或无氧的高温烟气很容易，而获得高燃尽率，而又低含氧量、低供热温度的烟气就必须在高温工况下，燃尽燃料后，再分别配入各种气体，得到不同含氧量的烟气。

3）我们研究火炬燃烧的规律，温度最高的部门在火焰的前端，依照这一规律作燃烧室的设计;a）按控氧要求温度的条件下，计算出燃尽所需时间t_p；b)按燃尽时间t_p燃烧产生的气体容积在燃烧室内停留时间t_停＝0.8t_p来确定燃烧室的容积和长度，其目的是让火炬的最高温度移出燃烧室外，即最终在混合室内完成最后最高温的燃尽程序，以避免烧坏耐火衬；c)为了避免同时进入混合室的无氧配气影响喷出燃烧室进入混合室部分火炬的燃尽过程，由阿基米德螺线结构的旋风蜗壳导入的无氧气体以设计速度绕炉体外壳旋转进入混合室，在离心力和惯性力的作用下，燃烧室出口处形成一圆锥形空间，其容量和形状与燃烧室口喷出的火炬外形相似，以确保火炬在这一空间内燃尽。或者是方案二的配气与火炬同向的工况下，可在燃烧室外壳与配气管道之间加装螺旋导流板，使无氧配气形成旋转状态，以保证圆锥形空间的形成。

依照上述原理，本发明提供了上述两种方案。方案一主要是采用旋风蜗壳式配风。在空间受到约束或供烟气方向与配气方向必须同一轴线布置时可采用方案二将蜗壳改为等径管壳布置，串入供热系统中，只是燃烧器检修难度增大。

本发明运行机理：燃烧器将燃料与风机按控氧要求的空气量经燃烧室外壳预热夹层预热后，通过预热管进入燃烧器与燃料充分混合燃烧成1000～1700℃不同含氧量的高温烟气，再经旋风蜗壳或管壳配入N2气、空气或供热系统回收的自身废气，使烟气温度和含氧量达到使用要求。为了避免同时进入混合室的无氧配气影响喷出燃烧室进入混合室部分火炬的燃尽过程，由阿基米德螺线结构的旋风蜗壳导入的无氧气体以设计速度绕炉体外壳旋转进入混合室，在离心力和惯性力的作用下，燃烧室出口处形成一圆锥形空间，其容量和形状与燃烧室口喷出的火炬外形相似（见图1示），以确保火炬在这一空间内燃尽。方案二的配气与火炬同向的工况下，可在燃烧室外壳与配气管道之间加装螺旋导流板，使无氧配气形成旋转状态，以保证圆锥形空间的形成。

在混合室燃尽后的1700℃的高温气体很快与旋转的无氧配气混合成所需温度和含氧量送出炉外。

本发明由于将配风通道设置在炉体的外部，对炉体起到了降温保护作用，同时使配风得到预热，有利于升温。因而炉体在不改变结构和材料的情况下可实现炉膛燃烧室的高温燃烧，从而容易获得高燃尽率低含氧或无氧的烟气，供可燃物料的烘干。

㈣附图说明：

图1是本发明的方案一的结构主（剖）视图；

图2是本发明的方案一的结构左视图；

图3是本发明的方案二的结构主（剖）视图。

图中：1-燃烧器， 2-燃料管，3-预热管，4-旋风蜗壳，5-切向配气进风口，6-炉体，7-燃烧室，8-混合罩，9-混合室，10-助燃风管，11-风机，12-轴向配气进风口，13-管壳，14-螺旋导流板。

㈤具体实施方式：

例1，参见图1、图2，本发明方案一具有卧置炉体6，炉体6前端为炉口，炉体6内腔为燃烧室7，炉体6尾端安装有燃烧器1，燃烧器1上装有预热管3连通燃烧室7，燃烧器1上还安装有燃料管2，在炉体6靠近炉口处安装有助燃风管10接装风机11，特别是：在炉体6的前端外部设置有混合罩8，罩的内腔为混合室9；在炉体6外部设置有旋风蜗壳4，旋风蜗壳4上设有切向配气进风口5，旋风蜗壳4与混合罩8对接连通。炉体6前端外部的混合罩8为喇叭状，小口向外布置。

本实施例中的炉体6中的燃烧室7的设计如下：

以供热能力4.18×10⁶kj/h燃用天然气的控氧炉为例：

1.已知：

(1)、供热能力R=4.18×106kj/h；

(2)、燃料种类：天然气，热值

(3)、要求燃烧室出口处高温烟气的含氧量<2%。

2.计算：

(1)、依据天然气各成份含量表计算得烟气含氧为2%时，燃烧温度为T_b=1610℃。

(2)、按公式①——

式中：

T_b——燃料完全燃尽所需时间,秒

C——氧体系数为6.882

C1——指数为0.002

e——自然对数2.71828

C2——气体为o，则

T_b——燃料燃烧温度℃

则：

3、按公式②——T=

查q=1.64kj/Nm³.℃

代入式中得1610℃时，气体量为：

4、计算燃烧室容积V

按烟气在燃烧室内停留时间T_停=0.8T_b计：

燃烧室容积V=0.8T_b×Q=0.8×0.275×3.033=0.66726m³。

5、实测烧嘴火焰长度为1.2m，则燃烧室长度L=0.8×1.2m=0.96m=960mm，得燃烧室直径为D=

=0.94m=Φ940mm。

例2，参见图3，本发明方案二具有卧置炉体6，炉体6前端为炉口，炉体6内腔为燃烧室7，炉体6尾端安装有燃烧器1，燃烧器1上装有预热管3连通燃烧室7，燃烧器1上还安装有燃料管2，在炉体6靠近炉口处安装有助燃风管10接装风机11，特别是：在炉体6外部设有筒形管壳13，管壳13内壁与炉体6外壁有间距，形成配风流道，管壳13的前端安装有混合罩8，该混合罩8是位于炉体6前端外部，管壳13的尾端延伸出燃烧器1的外端，并在管壳13的尾端开设有轴向配风进风口12。本实施例中管壳13与炉体6之间且位于管壳13与混合罩8对接处安装有螺旋导流板14，管壳13与炉体6为同轴布置，并且混合罩8为喇叭状，小口向外布置，管壳13尾端也为喇叭状，小口向外布置为轴向配气进风口12。本实施例中的炉体6中燃烧室7的设计同例1。

Claims

1.一种高效控氧炉，具有卧置炉体，炉体前端为炉口，炉体内腔为燃烧室，炉体尾端安装有燃烧器，燃烧器上装有预热管，预热管连通燃烧室的外壳预热夹层，燃烧器上还安装有燃料管，在炉体靠近炉口处安装有助燃风管接装风机，风机的出口连通燃烧室的外壳预热夹层，其特征是：a.燃烧室的容积和长度是按燃尽时间t_p燃烧产生的气体容积在燃烧室内停留时间t_停=0.8t_p来确定；b.在炉体的前端外部设置有混合罩，罩的内腔为混合室；在炉体外部设置有旋风蜗壳，旋风蜗壳上设有切向配气进风口，旋风蜗壳与混合罩对接连通。

2.根据权利要求1所述的一种高效控氧炉，其特征是：所述炉体前端外部的混合罩为喇叭状，小口向外布置。

3.一种高效控氧炉，具有卧置炉体，炉体前端为炉口，炉体内腔为燃烧室，炉体尾端安装有燃烧器，燃烧器上装有预热管，预热管连通燃烧室的外壳预热夹层，燃烧器上还安装有燃料管，在炉体靠近炉口处安装有助燃风管接装风机，风机的出口连通燃烧室的外壳预热夹层，其特征是：a.燃烧室的容积和长度是按燃尽时间t_p燃烧产生的气体容积在燃烧室内停留时间t_停=0.8t_p来确定；b.在炉体外部设有筒形管壳，管壳内壁与炉体外壁有间距，形成配风流道，管壳的前端安装有混合罩，该混合罩是位于炉体前端外部，管壳的尾端延伸出燃烧器的外端，并在管壳尾端开设有轴向配风进风口。

4.根据权利要求3所述的一种高效控氧炉，其特征是：在管壳与炉体之间且位于管壳与混合罩对接处安装有螺旋导流板。

5.根据权利要求3所述的一种高效控氧炉，其特征是：管壳与炉体为同轴布置。

6.根据权利要求3所述的一种高效控氧炉，其特征是：混合罩为喇叭状，小口向外布置。

7.根据权利要求3所述的一种高效控氧炉，其特征是：管壳尾端为喇叭状，小口向外布置为轴向配气进风口。