CN103601363A - 一种岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法，将岩棉生产料熔化段后的高温烟气，采用喷流、对流强化、再燃的喷射辐射换热器进行预热，将预热空气后的烟气进入吊笼式换热器来预热原料；预热原料后的烟气进入冷凝换热器产生供暖热水；冲天炉炉排采用导热油作为冷却介质，在冷却炉排预热的导热油，通过管道送到岩棉固化炉中，利用辐射管使岩棉固化成型。本发明增加了空气预热段，实现了更高的预热温度，提高了燃烧段的温度；空气预热段采用环形布置的喷流口，降低了空气预热段前端内壁的温度；原料预热段，不仅实现了低温预热，而且降低了炉排的荷重、炉排的机械强度、陶瓷球热量传递到原料段，实现了陶瓷球蓄热的最大熔化量。

Description

一种岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法

技术领域

本发明属于热能利用领域，尤其涉及一种岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法。

背景技术

随着国民经济发展和国家节能政策的落实，建筑和工业保温隔热用高性能岩棉制品的需求量越来越大。市场岩棉制品多为低端产品，岩棉纤维短、脆，制品耐候性较差，强度低，且保温隔热性能差，因此对岩棉技术开发提出了很多要求

传统的岩棉熔炼设备是使用焦炭的冲天炉，存在启停困难、炉内升温慢，燃烧不充分，产量和质量波动等问题，特别是二氧化硫、一氧化碳等废气排放等问题，属于高污染、低效率的设备。

近几年来，岩棉生产的热源利用引起重视。中国发明专利(申请号201210469953.3)公开了“用于岩棉生产的热能再利用方法”。方法是将废气先经U型换热器进行助燃空气预热到400-600℃，后将废气引至固化炉，利用若干热循环风机维持固化炉温度190-250℃，最后将废气排至脱硫设备。存在问题是该废气含有大量一氧化碳、二氧化硫等，恶化固化炉操作环境。另外采用热风固化，速度慢，且有扬尘。

中国发明专利(申请号201210057253.3)公开了“一种利用冲天炉废气给岩棉固化提供热源的装置”，其特征是在废气通道中安装换热器预热空气；其中部分送入固化炉中。本技术方案仅利用部分能量，且采用风作为介质，热风管道尺寸大且需要大量保温，导致固化炉外围环境温度较高。

燃气无焦冲天炉是以天然气、焦炉煤气、液化气等为燃料的冲天炉，属于当今世界范围内铸铁熔化的最先进技术，上世纪60-70年代英法美苏等发达国家先后进行燃气冲天炉的研究与使用，典型技术为美国专利(专利号US5224985)。90年代，由于焦炭匮乏，开发焦炭的替代品，逐步研究了焦炭与天然气合用、纯天然气的冲天炉，使该技术在欧盟、中东、美国、印度、日本、韩国等一定范围内使用。

虽然燃气冲天炉大大降低一氧化碳、颗粒物等的排放，但其存在大量的废热，主要包含三个方面，一是烟气带走热量，二水冷炉排冷却水带走的热量，三是间歇运行烘炉排烟热量。其中水冷炉排耗能约占总热量10％，预热空气和物料的烟气带走热量约占总热量15-30％。

国外先进的燃气冲天炉运行时，需要预热和熔化的物料均堆积在陶瓷球上，因此冷却炉排需要承受陶瓷球和物料的重力，增加了冷却炉排的机械强度要求，降低了冷却炉排外管的温度，增加了冷却炉排带走的热量，也降低了燃烧室、熔化段陶瓷球的温度。

随着天然气价格快速上涨，燃料成本和环保成本成为行业关注热点。如何提高优质燃气能量，降低岩棉生产成本，成为行业关注问题。

本发明在现有国外先进燃气冲天炉的基础上，考虑冷却炉排热量和烟气热量，在考虑预热空气、预热原料、岩棉固化等温度要求，进行了梯度利用，最大限度利用燃气能量，降低运行成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法，旨在最大限度利用岩棉生产的燃气冲天炉燃气能量，降低运行成本。

本发明是这样实现的，一种岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法，将岩棉生产料熔化段后的高温烟气，烟气温度1400-1800℃，采用喷流、对流强化、再燃的喷射辐射换热器进行预热，使助燃空气温度达到500-900℃；将预热空气后的烟气进入吊笼式换热器来预热原料，使排烟温度降低到200℃左右；预热原料后的烟气，进入冷凝换热器产生50-80℃的供暖热水，供应取暖和洗浴热水；冲天炉炉排采用导热油作为冷却介质，导热油循环最高温度为300℃左右；在冷却炉排预热的导热油，通过管道送到岩棉固化炉中，利用辐射管使岩棉固化成型。

进一步，具体步骤如下：

步骤一、预热空气、天然气和氧气分别进入燃烧器，在燃烧段内形成1600-1800℃的高温烟气；

步骤二、炉排下高温烟气向上经导热油冷却炉排冷却，导热油经套管炉排加热到300℃左右，经油管送入岩棉固化炉，通过辐射加热进行岩棉的固化；

步骤三、高温烟气经炉排，进入熔化段，将熔化段陶瓷球加热到1400-1600℃，将间歇落入的原料熔化；

步骤四、经熔化段高温烟气进入熔化段上部的空气预热器段，经辐射换热后，将空气预热到500-900℃；

步骤五、经高压鼓风机过来的冷空气，先进入冷风箱，再经多排均匀布置的喷流口，喷射在空气预热段的内壁。实现喷流换热后，空气经过空气预热段内筒和外筒之间的竖向肋片加强空气侧换热后，进入热空气箱，经风管进入燃烧器；

步骤六、经喷流口、肋片强化换热后的空气，经空气口进入空气换热器内筒内，将烟气中约含1％的一氧化碳进一步燃烬，降低烟气中一氧化碳的排放；

步骤七、经空气预热段后高温烟气降低为800-1000℃，进入原料预热段。加热原料经原料进口进入原料筒中。原料筒22经顶部的滑轮组22及金属线缆27，将原料筒22送入熔化段14后，进行放料；

步骤八、原料预热器段23后烟气，先进入系统的电捕除尘器脱除烟气中细微颗粒后，进入烟气换热器，排烟温度降低为40-50℃后，经排烟风机后排往大气。产生的热水作为供暖热水和卫生热水；

进一步，一种岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法中燃气冲天炉热量梯级利用的系统主要包含改进的燃气冲天炉、固化炉、电捕除尘器、烟气换热器等构成；

进一步，一种岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法，利用高温烟气实现不同温度下的预热空气、原料预热、岩棉固化、取暖热水的梯级利用；

进一步，一种岩棉生产的燃气冲天炉废热梯级利用的方法中的燃气冲天炉为原型竖式炉，自下而上主要由燃烧段、炉排段、熔化段、空气预热段和原料预热段五段组成，燃烧段与炉排段、炉排段与熔化段、熔化段与空气预热段、空气预热段与原料预热段之间为法兰连接，方便炉排段、熔化段拆卸维修，方便燃烧段炉衬维修；

进一步，步骤一中燃烧段内燃气与空气比范围为0.9-0.95；

进一步，步骤五中空气预热器为套管式结构，底端采用喷流式换热结构，上部为内外筒之间垂直和水平方向加强肋对流换热；

进一步，步骤六中空气预热段中部设置环形空气喷口，空气口为圆形、条形、方形；

进一步，步骤七中原料预热器的间歇加料、金属线缆的升降结构；

进一步，步骤七中原料预热器能利用烘炉时排放的热量；

进一步，步骤八中烟气换热器，包含间接式和直接接触式烟气与水换热结构。

效果汇总

本发明中将熔化段与预料预热段实现空间分离，并增加了空气预热段，特别是利用熔化段后高温烟气，实现了更高的预热温度，提高了燃烧段的温度，提高岩棉的质量。

本发明的空气预热段，采用环形布置的喷流口，实现喷流换热，大大降低了空气预热段前端内壁的温度。在采用耐热不锈钢的基础上，预热温度达到600-900℃，提高炉膛温度200-300℃。

本发明的原料预热段，不仅实现了低温预热，而且降低了炉排的荷重，降低了炉排的机械强度。同时也降低了陶瓷球热量传递到原料段，实现了陶瓷球蓄热的最大熔化量。

附图说明

图1是本发明实施例提供的岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用流程图；

图2是本发明实施例提供的燃气冲天炉结构示意图；

图3是本发明实施例提供的空气预热器结构示意图；

图中：3、燃烧段；4、燃烧器；6、天然气；9、套管炉排；10、熔化段陶瓷球；11、原料；12、预热空气；13、炉排段；14、熔化段；15、冷风箱；16、内筒；17、空气预热段；18、外筒；19、空气口；21、热空气箱；22、原料筒；23、原料预热段；28、原料进口；30、肋片；31喷流口

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图2示出了本发明的岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法的流程，如图所示，本发明是这样实现的，一种岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法，将岩棉生产料熔化段14后的高温烟气，烟气温度1400-1800℃，采用喷流、对流强化、再燃的喷射辐射换热器进行预热，使助燃空气温度达到500-900℃；将预热空气后的烟气进入吊笼式换热器来预热原料，使排烟温度降低到200℃左右；预热原料后的烟气，进入冷凝换热器产生50-80℃的供暖热水，供应取暖和洗浴热水；冲天炉炉排采用导热油作为冷却介质，导热油循环最高温度为300℃左右；在冷却炉排预热的导热油，通过管道送到岩棉固化炉中，利用辐射管使岩棉固化成型。具体步骤如下：

步骤一、预热空气12、天然气6和氧气分别进入燃烧器4，在燃烧段3内形成1600-1800℃的高温烟气；

步骤二、炉排13下高温烟气向上经导热油冷却炉排段13冷却，导热油经套管炉排9加热到300℃左右，经油管送入岩棉固化炉，通过辐射加热进行岩棉的固化；

步骤三、高温烟气经炉排13，进入熔化段14，将熔化段陶瓷球10加热到1400-1600℃，将间歇落入的原料11熔化；

步骤四、经熔化段高温烟气进入熔化段14上部的空气预热器段17，经辐射换热后，将空气预热到500-900℃；

步骤五、经高压鼓风机过来的冷空气，先进入冷风箱15，再经多排均匀布置的喷流口31，喷射在空气预热段的内壁16。实现喷流换热后，空气经过空气预热段内筒16和外筒18之间的竖向肋片30加强空气侧换热后，进入热空气箱21，经风管进入燃烧器4；

步骤六、经喷流口31、肋片30强化换热后的空气，部分空气经空气口19进入空气换热器内筒16内，将烟气中约含1％的一氧化碳进一步燃烬，降低烟气中一氧化碳的排放；

步骤七、经空气预热段17后高温烟气降低为800-1200℃，进入原料预热段23。加热原料经原料进口28进入原料筒22中。原料筒22经顶部的滑轮组22及金属线缆27，将原料筒22送入熔化段14后，进行放料；

步骤八、原料预热器段23后烟气，先进入系统的电捕除尘器脱除烟气中细微颗粒后，进入烟气换热器，排烟温度降低为40-50℃后，经排烟风机后排往大气。产生的热水作为供暖热水和卫生热水；

进一步，一种岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法中燃气冲天炉废热梯级利用的系统主要包含改进的燃气冲天炉、固化炉、电捕除尘器、烟气换热器等；

进一步，一种岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法，利用熔化段后的高温烟气实现不同温度下的预热空气、原料预热、岩棉固化、取暖热水的梯级利用；

进一步，一种岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法中的燃气冲天炉为原型竖式炉，自下而上主要由燃烧段3、炉排段13、熔化段14、空气预热段17和原料预热段23五段组成，燃烧段3与炉排段13、炉排段13与熔化段14、熔化段14与空气预热段17、空气预热段17与原料预热段23之间为法兰连接，方便炉排段13、熔化段14拆卸维修，方便燃烧段3炉衬维修；

进一步，步骤一中燃烧段3内燃气与空气比范围为0.9-0.95；

进一步，步骤五中空气预热器为套管式结构，底端采用喷流式换热结构，上部为内外筒之间垂直和水平方向加强肋对流换热；

进一步，步骤六中空气预热段17中部设置环形空气喷口，空气口为圆形、条形、方形；

进一步，步骤七中原料预热器的间歇加料、金属线缆的升降结构；

进一步，步骤七中原料预热器能利用烘炉时排放的热量；

进一步，步骤八中烟气换热器，包含间接式和直接接触式烟气与水换热结构。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法，其特征在于，所述的岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法，将岩棉生产料熔化段后的高温烟气，烟气温度1400-1800℃，采用喷流、对流强化、再燃的喷射辐射换热器进行预热，使助燃空气温度达到500-900℃；将预热空气后的烟气进入吊笼式换热器来预热原料，使排烟温度降低到200℃左右；预热原料后的烟气，进入冷凝换热器产生50-80℃的供暖热水，供应取暖和洗浴热水；冲天炉炉排采用导热油作为冷却介质，导热油循环最高温度为300℃左右；在冷却炉排预热的导热油，通过管道送到岩棉固化炉中，利用辐射管使岩棉固化成型。

2.如权利要求1所述的岩棉生产的燃气冲天炉废热梯级利用的方法，具体步骤如下：

步骤一、预热空气、天然气和氧气分别进入燃烧器，在燃烧段内形成1600-1800℃的高温烟气；

步骤二、炉排下高温烟气向上经导热油冷却炉排冷却，导热油经套管炉排加热到300℃左右，经油管送入岩棉固化炉，通过辐射加热进行岩棉的固化；

步骤三、高温烟气经炉排，进入熔化段，将熔化段陶瓷球加热到1400-1600℃，将间歇落入的原料熔化；

步骤四、经熔化段高温烟气进入熔化段上部的空气预热器段，经辐射换热后，将空气预热到500-900℃；

步骤五、经高压鼓风机过来的冷空气，先进入冷风箱，再经多排均匀布置的喷流口，喷射在空气预热段的内壁。实现喷流换热后，空气经过空气预热段内筒和外筒之间的竖向肋片加强空气侧换热后，进入热空气箱，经风管进入燃烧器；

步骤六、经喷流口、肋片强化换热后的空气，经空气喷口进入空气换热器内筒内，将烟气中约含1％的一氧化碳进一步燃烬，降低烟气中一氧化碳的排放；

步骤七、经空气预热段后高温烟气降低为800-1000℃，进入原料预热段。加热原料经原料进口进入原料筒中。原料筒22经顶部的滑轮组22及金属线缆27，将原料筒22送入熔化段14后，进行放料；

步骤八、原料预热器段23后烟气，先进入系统的电捕除尘器脱除烟气中细微颗粒后，进入烟气换热器，排烟温度降低为40-50℃后，经排烟风机后排往大气，产生的热水作为供暖热水和卫生热水。

3.如权利要求1所述的岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法，其特征在于，所述的燃气冲天炉热量梯级利用的系统主要由改进的燃气冲天炉、固化炉、电捕除尘器、烟气换热器等构成。

4.如权利要求1所述的岩棉生产的燃气冲天炉废热梯级利用的方法，其特征在于，所述的岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法，利用熔料后的高温废气实现不同温度下的预热空气、原料预热、岩棉固化、取暖热水的梯级利用。

5.如权利要求2所述的岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法，其特征在于，所述的燃气冲天炉为原型竖式炉，自下而上主要由燃烧段、炉排段、熔化段、空气预热段和原料预热段五段组成，燃烧段与炉排段、炉排段与熔化段、熔化段与空气预热段、空气预热段与原料预热段之间为法兰连接，方便炉排段、熔化段拆卸维修，方便燃烧段炉衬维修。

6.如权利要求2所述的岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法，其特征在于，所述的步骤一中燃烧段内燃气与空气比范围为0.9-0.95。

7.如权利要求2所述的岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法，其特征在于，所述的步骤五中空气预热器为套管式结构，底端采用喷流式换热结构，上部为内外筒之间垂直和水平方向加强肋对流换热。

8.如权利要求2所述的岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法，其特征在于，所述的步骤六中空气预热段中部设置环形空气喷口，空气口为圆形、条形、方形。

9.如权利要求2所述的岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法，其特征在于，所述的步骤七中原料预热器的间歇加料、金属线缆的升降结构。

10.如权利要求2所述的岩棉生产的燃气冲天炉热量梯级利用的方法，其特征在于，所述的步骤七中原料预热器能利用烘炉时排放的热量；所述的步骤八中烟气换热器，包含间接式和直接接触式烟气与水换热结构。

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