CN102607267A - 蓄热式高温空气燃烧节能环保型梭式窑炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄热式高温空气燃烧节能环保型梭式窑炉，由炉体、蓄热室或蓄热式燃烧器、空气及烟气换向阀组成的高效节能、燃烧加热系统。该梭式窑炉采用全新的蓄热式高温空气燃烧(HTAC)技术，通过换向阀的切换，使两个蓄热室在蓄热与放热状态下交替工作，高效地回收烟气的余热，再将助燃空气预热到1,000℃以上，燃料在高温贫氧的环境中充分燃烧，很好地解决了燃料的适应性问题，独特的火焰充满整个炉膛空间、无局部高温区，炉内传热更强烈、加热更均匀，有效地提高了产品的产量和加热质量，抑制了NOx及二恶英的生成和排放总量；还大幅度地降低了燃烧噪音。本发明梭式窑炉具有高效节能、保护环境，经济效益和社会效益显著等特点。

Description

蓄热式高温空气燃烧节能环保型梭式窑炉

技术领域

本发明涉及一种蓄热式高温空气燃烧节能环保型梭式窑炉，该设备属于工业窑炉领域的节能环保技术设备。

背景技术

梭式窑炉(也称：往复窑炉、抽屉窑炉或台车窑炉)是从传统的倒焰窑炉演变而来，梭式窑炉属于间歇式或半连续式窑炉。梭式窑炉与火柴盒的结构很类似，工作过程是：装有待加热或待烧成物品的台车(也称窑车)推进窑炉内，利用燃料燃烧来完成加热或烧成工艺，而后再向相反的方向拉出台车，就得到加热或烧好的制品。由于台车的运动如同梭子，故而称为梭式窑炉。

梭式窑炉具有占地面积小、一次性固定投资相对较少、建设周期短、投产快、生产技术成熟等优势，同时又具有产品适应性强、升降温度速度较快、受热较均匀、操作灵活便捷、易于维修等特点而得到了飞速发展，广泛应用于冶金、金属材料热处理、石油化工、化工、轻工、建材、陶瓷、耐火材料等领域。

但由于梭式窑炉采用间歇模式运行，炉墙的蓄热损失和散热损失大，排放的烟气温度很高，梭式窑炉的最高温度在1,350-1,650℃，烟气出口温度在1，100-1,400℃左右，造成大量宝贵热能的浪费，梭式窑炉的热利用率很低(只有20-40％)，严重地阻碍了其发展。

节能型梭式窑炉采用轻型薄壁式炉墙结构、内衬使用高温轻质材料，能够有效地减少窑炉的蓄热损失和散热损失。若对烟气的余热进行回收利用就要使用换热器，可是当烟气温度超过800℃以上时，即使是金属换热器也极容易被烧坏，高温余热的回收难以实现。

在我国工业窑炉是能耗大户，其能耗约占工业能耗的40％，而工业窑炉平均热利用率普遍较低，只有20％左右，产品平均单耗比发达国家高出40％。可见，提高工业窑炉烟气余热的回收率及燃料的利用率，实现节能减排的目标任务艰巨，但节能降耗的潜力却是十分巨大的。

发明的内容

本发明蓄热式高温空气燃烧节能环保型梭式窑炉采用高温空气燃烧(HTAC)技术很好地解决上述难题。

HTAC技术是20世纪90年代初在燃烧领域诞生的一项全新的燃烧技术，该技术利用蓄热体将高温烟气的余热进行极限的回收，再用来预热助燃空气，预热温度高达1,000℃，远高于采用换热器的预热温度，预热后的高温空气进入炉膛后卷吸大量烟气的形成贫氧环境，燃料在这种高温贫氧条件下燃烧，形成与传统的扩散火焰、预混火焰完全不同的新型火焰，火焰没有明显的界面如薄雾弥漫在炉膛空间，燃烧强度大大加强，强化了炉内换热、缩短了加热时间；燃烧区无明显的火焰中心，温度场分布均匀，平均燃烧温度较局部高温火焰燃烧的温度要低，有效地提高产品的产量和质量的同时还抑制了NOx及二恶英的生成量；排放的烟气迅速冷却，能够效阻止二恶英的再次合成，烟气中NOx及二恶英的排放量大大减少。此外，燃烧器中没有高速燃烧的火焰，燃料是在炉膛空间中燃烧大大降低了燃烧噪音。

HTAC技术具有节能效果显著，加热质量高，保护环境的突出优点。还解决了低热值燃料燃烧的点火和脱火的难题。

HTAC技术将烟气余热回收技术、高温空气燃烧技术和控制技术有机地组成一个完善的高效节能燃烧加热系统，将HTAC技术与梭式窑炉相结合能起到扬长补短的作用，具有创新的意义。

本发明蓄热式高温空气燃烧节能环保型梭式窑炉很好地解决了HTAC技术与梭式窑炉技术相结合的问题，该窑炉由炉体、成对的蓄热室或蓄热式燃烧器、烟气与空气的换向阀等组成的高效燃烧、节能加热系统。系统中的一个蓄热室加热空气，另一个蓄热室被烟气加热(蓄热)；当常温空气由换向阀进入加热空气的蓄热室后，助燃空气在短时间内被加热到接近炉膛温度(一般比炉膛温度低50-100℃)，高温空气进入炉膛组织HTAC、进行加热或烧成。与此同时，炉膛内燃烧后的高温烟气经另一个蓄热室排出，高温烟气在短时间内将显热传递给其中的蓄热体回收余热，降低温度后的冷烟气经过换向阀排放。随着加热空气的蓄热室温度的降低，被烟气加热的蓄热室温度在逐渐升高，当排放的冷烟气温度升高到150-200℃范围内设定的温度时，换向阀换向、两个蓄热室的工作状态交换(反向工作)：即原来加热空气的蓄热室现在被烟气加热，原来被烟气加热的蓄热室现在加热空气，重复上述的流程……直至换向阀再次换向回到前一个工作状态。

这样换向阀以一定的频率进行切换，使两个蓄热室在蓄热与放热状态下交替工作，实现了高温烟气余热的极限回收和高效的HTAC。

蓄热式高温空气燃烧节能环保型梭式窑炉系统技术适应我国的国情，该系统技术用于新建设备和效率低下旧设备的技术改造，都能收到节能降耗、保护环境的显著效果。能够为我们带来显著的经济效益和社会效益的同时，还有利于提高我国工业窑炉的技术水平和能源利用水平。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的一种实施方式的工艺流程图

图2、图3为图1实施方式的两种运行状态的工艺流程图

图4为本发明的一种实施方式的结构示意图

具体实施方式

参见图1，蓄热式高温空气燃烧节能环保型梭式窑炉包括：炉体1、台车2、蓄热室或蓄热式燃烧器3、4、燃料喷枪5、6、助燃风及烟气换向设备7、燃料供应设备8、助燃风供应设备9、烟气排放设备10、自动控制及安全保护设备11组成。

炉体1由钢制框架、耐火及保温材料的侧墙、顶棚及炉门组成。台车2由钢制车体、车轮、轨道及耐火材料砌筑的车台面组成。

蓄热室或蓄热式燃烧器3、4，均由壳体、耐火保温材料及蓄热体组成；蓄热体可选用蜂窝陶瓷或耐火小球，也可以两者同时使用，当两者同时使用时蓄热体可分低温蓄热段和高温蓄热段两部分，低温蓄热段采用蜂窝陶瓷、高温蓄热段采用耐火小球。

燃料喷枪5、6，依据所使用的燃料而定：当使用液体燃料时选用液体雾化喷枪，当使用气体燃料时选用气体喷枪；高温空气燃烧技术采用多枪布置的方式分区供给燃料，以便更好地发挥高温贫氧燃烧的优势，强化燃烧换热的同时还能大幅度降低烟气中NOx生成量，高效节能、利于环保。

助燃风及烟气换向设备7，由助燃风及烟气换向阀及驱动机构组成；助燃风及烟气换向阀选用回转式或直通式管道换向阀，驱动机构采用电动、气动或液压作为驱动力。

燃料供应设备8，为窑炉提供燃烧加热的燃料；燃料根据实际情况可选用液体燃料或气体燃料，供应设备也有所不同：液体燃料供应设备，由燃料储罐、过滤器、燃料泵、溢流阀、电动调节阀、电磁阀、截止阀及管路组成；气体燃料供应设备，由燃气储罐或入气主管道、过滤器、调压器、电动调节阀、紧急关断阀、电磁阀、截止阀及管路组成。

助燃风供应设备9，为加热的燃料燃烧提供氧气、为炉膛温度均匀提供搅动空气；由鼓风机、蝶阀、电动调节蝶阀、管道组成。

在助燃风供应设备中通过调节助燃风供应量来控制炉膛的工作温度和炉膛的气氛，满足加热或烧成的要求，助燃风供应量的调节采用在鼓风机上加装变频器或在供风管道上加装电动调节蝶阀来实现。

烟气排放设备10，将燃烧加热后的烟气从炉膛抽出、排放大气之中；由引风机、蝶阀、管道及烟囱组成。在烟气排放设备中通过调节烟气的排放量来控制炉膛的负压，以满足加热或烧成的要求，烟气排放量的调节采用在引风机上加装变频器或在烟道上加装电动调节蝶阀来实现。

自动控制及安全保护设备11，由工控机IPC、可编程控制器PLC、炉膛温度调节仪、烟气温度调节仪、烟气氧含量控制仪、炉膛压力调节仪、变频器、燃烧器控制器、热电偶及低压电器等组成。自动控制功能对窑炉的换向燃烧进行自动控制，对炉膛温度、炉膛负压、烟气含氧量进行自动调节，以满足窑炉加热或烧成的工艺要求；安全保护系统的熄火保护、过载保护及运行参数监控等功能，确保系统设备的运行安全可靠。

工艺流程：参见图2，当常温空气经换向阀进入蓄热室或蓄热式燃烧器3内，在经过蓄热体时被加热，在短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉膛温度低50-100℃)，高温热空气进入炉膛后，抽引周围炉内的烟气形成一股贫氧气流，燃料喷枪5向气流中喷入燃料，燃料在高温贫氧条件下强烈燃烧；同时，炉膛内燃烧后的高温烟气经过对应的蓄热室或蓄热式燃烧器4排出，高温烟气通过蓄热体时将显热传递给蓄热体，换热后的低温烟气经过换向阀由引风机抽出排放。当蓄热室或蓄热式燃烧器4排出的烟气温度上升到150-200℃范围内设定的温度值时，蓄热式高温空气燃烧工况自动切换换向：参见图3，常温空气经换向阀进入蓄热室或蓄热式燃烧器4内，在经过蓄热体时被加热，在极短时间内常温空气同样被加热到接近炉膛温度，高温热空气进入炉膛后，亦抽引周围炉内的气体形成一股贫氧高温气流，燃料喷枪6向气流中喷入燃料，燃料在高温贫氧条件下强烈燃烧；炉膛内燃烧后的高温烟气经过对应的蓄热室或蓄热式燃烧器3排出，高温烟气通过蓄热体时将显热传递给蓄热体，换热后的低温烟气经过换向阀由引风机抽出排放。当蓄热室或蓄热式燃烧器3排出的烟气温度上升到设定的温度值时，蓄热式高温空气燃烧工况再次切换换向……

如此助燃风及烟气换向设备7在一段时间内、以一定的频率进行切换换向，使两个蓄热室或蓄热式燃烧器3、4的蓄热体处于蓄热与放热交替工作状态，能够最大程度上回收高温烟气的显热，实现烟气热能的循环利用，大大降低燃料的消耗——节能减排。此外，在高温贫氧状态下的燃烧有效地减少了NOx及二恶英的生成及排放量，对于环境保护具有积极的意义。

图4为本发明的一种实施方式的结构示意图

上述的实施方式都是为便于对本发明进行详细的说明，并非限制本发明的实施范围。

Claims (6)

1.一种蓄热式高温空气燃烧节能环保型梭式窑炉，包括炉体(1)、台车(2)、蓄热室或蓄热式燃烧器(3)、(4)、燃料喷枪(5)、(6)、助燃风及烟气换向设备(7)、燃料供应设备(8)、助燃风供应设备(9)、烟气排放设备(10)、炉温自动控制及安全保护设备(11)组成；其特征在于：所述的炉体(1)由钢制的框架、耐火及保温材料的侧墙、顶棚及炉门组成；所述的台车(2)由钢制车体、车轮、轨道及耐火材料砌筑的车台面组成；所述的蓄热室或蓄热式燃烧器(3)或(4)由壳体、耐火材料、保温材料及蓄热体组成；所述的燃料喷枪(5)、(6)依据所使用的燃料而定：当使用液体燃料时选用液体雾化喷枪，当使用气体燃料时选用气体喷枪；所述的助燃风及烟气换向设备(7)由换向阀、换向驱动装置组成；所述的燃料供应设备(8)按燃料种类不同分为：液体燃料供应设备和气体燃料供应设备；液体燃料供应设备由燃料储罐、过滤器、燃料泵、溢流阀、电动调节阀、电磁阀、截止阀及管路组成；气体燃料供应设备由燃气储罐或入气主管道、过滤器、调压器、电动调节阀、紧急关断阀、电磁阀、截止阀及管路组成；所述的助燃风供应设备(9)由鼓风机、蝶阀、电动调节蝶阀、管道组成；所述的烟气排放设备(10)由引风机、蝶阀、管道及烟囱组成；所述的自动控制及安全保护设备(11)由工控机、可编程控制器、炉温调节仪、烟气氧含量控制仪、炉膛压力调节仪、变频器、燃烧器控制器、热电偶及低压电器组成。

2.根据权利要求1所述的蓄热式高温空气燃烧节能环保型梭式窑炉，其特征在于：所述的蓄热室或蓄热式燃烧器(3)、(4)中的蓄热体选用蜂窝陶瓷、或耐火小球、或蜂窝陶瓷与耐火小球两者同时使用；当两种材料同时使用时蓄热体分低温蓄热段和高温蓄热段两部分，低温蓄热段采用蜂窝陶瓷、高温蓄热段采用耐火小球。

3.根据权利要求1所述的蓄热式高温空气燃烧节能环保型梭式窑炉，其特征在于：所述的燃料喷枪(5)、(6)采用多枪布置的方式分区供给燃料，以便更好地发挥高温空气燃烧(HTAC)的优势，降低烟气中NOx及二恶英的生成及排放量，利于环境保护。

4.根据权利要求1所述的蓄热式高温空气燃烧节能环保型梭式窑炉，其特征在于：所述的助燃风及烟气换向设备(7)中的换向阀选用回转式换向阀、或直通式管道换向阀，换向机构采用电动、气动或液压驱动。

5.根据权利要求1所述的蓄热式高温空气燃烧节能环保型梭式窑炉，其特征在于：所述的助燃风供应设备(9)中通过调节助燃风供应量来控制炉膛的工作温度和炉内气氛，满足加热或烧成的要求，助燃风供应量的调节采用在鼓风机上加装变频器或在供风管道上加装电动调节蝶阀来实现。

6.根据权利要求1所述的蓄热式高温空气燃烧节能环保型梭式窑炉，其特征在于：所述的烟气排放设备(10)中通过调节烟气的排放量来控制炉膛的负压，以满足加热或烧成的要求，烟气排放量的调节采用在引风机上加装变频器或在烟道上加装电动调节蝶阀来实现。

Images