CN103667685A - 一种烧结点火炉煤气的串联预热方法及其系统 - Google Patents

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本发明属于燃烧设备领域，提出一种烧结点火炉用助燃空气和煤气的串联预热方法；其助燃空气换热器和煤气换热器串联布置；预热炉炉膛燃烧燃料煤气产生烟气；首先用高温烟气预热点火炉用助燃空气，然后用低温烟气预热点火炉用煤气，使点火炉用助燃空气被预热至200～350℃，点火炉用煤气被预热至150～300℃，然后进入烧结点火炉；所述点火炉用助燃空气与高温烟气通过对流换热；所述点火炉用煤气与低温烟气通过对流换热。本发明提出的方法能够适用于低热值煤气作为燃料的烧结点火炉，改善点火效果、保证烧结矿质量。使用低热值煤气为燃料，降低能耗。使用双行程管式换热器进行换热，合理设置换热器、换热面积，换热效果好，换热系数可达20kcal/m2.h.℃，延长换热器寿命。

Description

一种烧结点火炉煤气的串联预热方法及其系统
技术领域
本发明属于燃烧设备领域，具体涉及一种预热烧结点火炉用助燃空气和煤气的方法及系统。 
背景技术
烧结是将铁矿石、燃料、溶剂等按一定的比例混匀后制成混匀矿，偏析布在烧结机台车上，经过点火炉点火、高温烧结，生产出烧结矿。烧结矿是高炉炼铁的主要原料。烧结点火炉是烧结机设备系统的重要组成部分。烧结点火炉设置在烧结机头部，通过燃料燃烧提供热量，对混匀矿表层进行点火，以保证抽风烧结工艺的正常进行。烧结点火炉可以采用煤气、燃油、煤粉等作为燃料，现有的烧结点火炉通常采用高热值煤气作为燃料，例如焦炉煤气、天然气、混合煤气等，也有采用高炉煤气或其它低热值煤气作为燃料。但使用低热值煤气，点火温度较低，能耗高、点火效果不佳，现有小部分烧结点火炉采用机上式双预热或者单预热方式预热助燃空气与低热值煤气，或者只预热助燃空气或煤气，但是受到烧结机操作平台空间的限制，不能适用于大型烧结机（通常是指180m2以上的烧结机）。 
现在钢铁厂高热值煤气供应紧张，高炉煤气等低热值煤气供应充足，为了变废为宝、节约资源，因此，一种能够使用低热值高炉煤气的烧结点火炉具有很强的使用性。 
发明内容
针对本领域的不足之处，本发明的目的是提出一种烧结点火炉用助燃空气和煤气的串联预热方法 
本发明的另一目的是提出一种烧结点火炉用助燃空气和煤气串联预热的系统。 
实现本发明目的技术方案为： 
一种烧结点火炉用助燃空气和煤气的串联预热方法，其串联布置点火炉用助燃空气换热器和煤气换热器，预热炉炉膛通过烧嘴燃烧燃料煤气产生烟气。烟气从预热炉炉膛流出，经过换热器换热，热量传递给被预热介质，温度逐渐降低，从高温烟气变为低温烟气。 
首先用高温烟气预热点火炉用助燃空气，然后用低温烟气预热点火炉用煤气，使点火炉用助燃空气被预热至150～350℃，点火炉用煤气被预热至150～300℃，然后进入烧结点火炉，对烧结矿进行点火；烧结点火炉可以采用双斜带式点火炉，也可以采用其他类型的点火炉。 
所述点火炉用助燃空气与高温烟气通过对流换热；所述点火炉用煤气与低温烟气通过对流换热。 
其中，所述点火炉用煤气为低热值煤气，其热值为700～900kcal/m3，所述低热值煤气为高炉煤气。 
其中，所述点火炉用助燃空气与高温烟气的换热方式为错流式换热，助燃空气换热器的进气口温度高于出气口温度；所述点火炉用煤气与低温烟气的换热方式为错流式换热，点火炉用煤气换热器的进气口温度低于出气口温度。 
其中，所述烟气的流速为2.5～3.0m/s。待预热的点火炉用助燃空气流速为10～12m/s，待预热的点火炉用煤气流速为8～10m/s。 
其中，所述助燃空气换热器和煤气换热器的换热面积比例为1:1.0～1:1.2。换热面积大小根据使用的烧结机大小来选型。例如：180m2烧结机的助燃空气和煤气换热器的换热面积分别选：110m2和130m2。300m2烧结机的分别选：180m2和210m2。400m2烧结机分别选：220m2和260m2。合理配置换热面积比例可以延长换热器寿命，提高换热效率。 
其中，所述预热炉炉膛燃烧的燃料煤气为低热值煤气，预热炉炉 膛产生烟气的温度为800～950℃。 
一种烧结点火炉用助燃空气和煤气串联预热的系统，其包括预热炉炉膛、点火炉用助燃空气换热器和点火炉用煤气换热器。 
所述预热炉炉膛、点火炉用助燃空气换热器和煤气换热器按照烟气流动方向串联布置。助燃空气换热器在高温区，煤气换热器在低温区。 
所述助燃空气换热器和煤气换热器均为管式换热器，采用双行程，换热器的换热管和烟气流动方向垂直。其中点火炉用助燃空气换热器位于高温烟气区域，换热器进气口位置的烟气温度高于出气口位置的烟气温度；点火炉用煤气换热器位于低温烟气区域，换热器出气口位置的烟气温度高于的进气口位置的烟气温度；所述预热炉炉膛为方形炉膛，炉膛的端墙或侧墙上布置3～6台烧嘴。 
其中，所述预热炉炉膛上还设置有兑冷风装置。控制预热炉产生烟气的温度在800～950℃，保护换热设备不被高温损坏。 
其中，所述烧嘴的供热能力为3～6×109J/h·台。该预热炉的燃烧系统可对预热炉的炉膛温度进行调节，以产生最佳温度的烟气与换热器进行热交换，预热出合适温度的煤气和助燃空气，进入烧结点火炉进行燃烧，保证烧结系统的节能。 
本发明的有益效果在于： 
本发明提出的方法能够适用于低热值煤气作为燃料的烧结点火炉，改善点火炉的点火效果、保证烧结矿质量。使用低热值煤气为燃料，节约生产成本。使用双行程多管换热器进行换热，合理设置换热器、换热面积，换热效果好，换热系数可达20kcal/m2.h.℃，延长换热器寿命。改变了传统的机上式预热炉需占用烧结机操作平台空间，烟气排放困难的问题。可布置在烧结机下，厂房外，适用于大型烧结工艺。 
附图说明
图1为烧结点火炉用助燃空气换热器和煤气换热器串联预热的系统与烧结机的相对位置关系图。 
图2为烧结点火炉用助燃空气换热器和煤气换热器串联预热的系统结构示意图； 
图中，1－烧结厂房；2－烧结点火炉；3－预热炉；4－预热炉烧嘴；5－点火炉用助燃空气换热器；6－点火炉用煤气换热器;7－点火炉助燃风机；8－预热炉助燃风机；9－点火炉用煤气换热器进出口旁通阀；10－点火炉用助燃空气换热器进出口旁通阀；11－点火炉用煤气放散阀；12－点火炉用煤气快速切断阀；13－兑冷风装置；14－预热炉烟气烟囱；15－预热炉用煤气快速切断阀；16-挡火墙；17-端墙；18－流量调节阀；19-低热值煤气入口。 
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。 
实施例1 
本实施例使用烧结点火炉用助燃空气换热器和煤气换热器的串联预热系统，该系统布置在烧结机下（图1），在烧结机厂房1外，烧结机为180m2烧结机。 
该烧结点火炉用助燃空气换热器和煤气换热器串联预热的系统结构（图2）包括预热炉3、点火炉用助燃空气换热器5和点火炉用煤气换热器6；预热炉3、点火炉用助燃空气换热器5和点火炉用煤气换热器6按照预热炉烟气流动方向串联布置，点火炉用助燃空气换热器5和点火炉用煤气换热器6面积分别为110m2和130m2。点火炉用助燃空气换热器5和点火炉用煤气换热器6均为双行程管式换热器。换热器的换热管组和预热炉烟气流动方向垂直。其中点火炉用助燃空气换热器5的进气口位于烟气相对高温一侧，出气口位于烟气相 对低温一侧；点火炉用煤气换热器6的进气口位于烟气相对低温一侧，出气口位于烟气相对高温一侧（参见图2中箭头）。预热炉3为方形炉膛，炉膛的端墙17上设置3台预热炉的烧嘴4，每台烧嘴的供热能力为3×109J/h·台。烟气通过挡火墙16后进入换热区与换热器进行热交换，挡火墙16可以避免火焰直接喷射到换热器，并可以起到稳定烧嘴火焰的作用。预热炉炉膛高度0.8m。在预热炉炉膛的侧墙或者炉顶上设置有兑冷风装置13，对冷风装置由冷风管路和阀门组成，兑冷风装置13可以控制预热炉产生烟气的温度在800～950℃，保护换热器不被高温损坏。 
参见图1和图2。该烧结点火炉用助燃空气换热器和煤气换热器串联预热的系统在各个管路中设置了必要的自动检测、控制仪表，包括流量、压力、温度检测仪表；预热炉用燃料煤气由低热值煤气入口19提供；系统通过快速切断阀15、流量调节阀18、各种手动阀门等，对预热炉用助燃空气和煤气的流量、压力及温度进行监控和调节。当预热炉炉膛温度波动时，流量调节阀18可根据炉膛温度调节煤气流量。如果炉膛温度过高，可以通过开启兑冷风装置13的阀门，调节预热炉炉膛温度；如果炉膛温度出现异常高温情况时，则首先开启兑冷风装置13的阀门，调节预热炉炉膛温度，随后启动预热炉用煤气快速切断阀15，关闭一台或多台烧嘴4，然后再关闭兑冷风装置13的阀门，以保护换热器。 
在点火炉用助燃空气换热器和煤气换热器各自的进出口管路上设置阀门；在点火炉用助燃空气换热器的进出口管路之间设置旁通管路和点火炉用助燃空气换热器进出口旁通阀10，在煤气换热器的进出口管路之间设置旁通管路和点火炉用煤气换热器进出口旁通阀9；进出口阀门和旁通阀，可确保在换热器或预热炉检修时，直接将点火炉用助燃空气和煤气送至点火炉，维持烧结机的生产运行。点火炉用煤气放散阀11在点火炉用煤气快速切断阀12实施事故切断时开启， 以确保点火炉用煤气换热器不被烧损。 
该预热炉使用高炉煤气（热值780kcal/m3）为燃料。点火炉用助燃空气由点火炉助燃风机7提供，当通过点火炉用助燃空气预热器5时，经过与高温烟气的错流式对流换热，温度达到330℃；点火炉用煤气通过点火炉用煤气预热器6时，经过与高温烟气的错流式对流换热，温度升至230℃；换热后的预热炉烟气从预热炉烟囱14排出。 
控制预热炉烟气的流速为2.8m/s，点火炉用助燃空气流速为10m/s，点火炉用煤气流速为9m/s时，整个系统换热系数可达20kcal/m2.h.℃。经过预热的点火炉用助燃空气和煤气进入烧结点火炉2燃烧，使点火炉炉膛温度提高至1100-1200℃，每吨烧结矿的煤气耗量控制为50Nm3/t，具有较好的经济效益。 
实施例2 
烧结机为300m2烧结机。该烧结点火炉用助燃空气换热器和煤气换热器串联预热的系统，助燃空气换热器5和煤气换热器6的换热面积分别为180m2和210m2。预热炉3的炉膛端墙上布置三台烧嘴，烧嘴的供热能力为5×109J/h·台。 
系统其它设置同实施例1。 
该预热炉使用高炉煤气（热值780kCal/m3）为燃料，点火炉用助燃空气由点火炉助燃风机7提供，当通过点火炉用助燃空气预热器5时，经过与高温烟气的错流式对流换热，温度达到330℃；点火炉用煤气通过点火炉用煤气预热器6时，经过与高温烟气的错流式对流换热，温度升至240℃；换热后的预热炉烟气从烟囱14排出。 
控制预热炉烟气的流速为2.7m/s，点火炉用助燃空气流速为10m/s，点火炉用煤气流速为8m/s时，整个系统换热系数达20kcal/m2.h.℃。经过预热的点火炉用助燃空气和煤气进入烧结点火炉2燃烧，使点火炉炉膛温度提高至1100-1200℃，每吨烧结矿的煤气耗量控制为52Nm3/t，具有较好的经济效益。 
实施例3 
烧结机为400m2烧结机。该烧结点火炉助燃空气换热器和煤气换热器的串联预热的系统，助燃空气换热器和煤气换热器的换热面积分别为220m2和260m2。预热炉3的炉膛端墙上布置三台烧嘴，烧嘴的供热能力为6.7×109J/h·台。 
系统其它设置同实施例1。 
该预热炉使用高炉煤气（热值780kcal/m3）为燃料，点火炉用助燃空气由点火炉助燃风机7提供，当通过点火炉用助燃空气预热器5时，经过与高温烟气的错流式对流换热，温度达到320℃；点火炉用煤气通过点火炉用煤气预热器6时，经过与高温烟气的错流式对流换热，温度升至240℃；换热后的预热炉烟气从烟囱14排出。 
控制预热炉烟气的流速为2.8m/s，点火炉用助燃空气流速为12m/s，点火炉用煤气流速为10m/s时，整个系统换热系数可达20kcal/m2.h.℃。经过预热的点火炉用助燃空气和煤气进入烧结点火炉2燃烧，使点火炉炉膛温度提高至1100-1200℃，每吨烧结矿的煤气耗量控制为50Nm3/t，具有较好的经济效益。 
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种烧结点火炉用助燃空气和煤气的串联预热方法，其特征在于，串联布置助燃空气换热器和煤气换热器，预热炉炉膛通过烧嘴燃烧燃料煤气产生烟气；首先用高温烟气预热点火炉用助燃空气，然后用低温烟气预热点火炉用煤气，使点火炉用助燃空气被预热至200～350℃，点火炉用煤气被预热至150～300℃，然后进入烧结点火炉；
所述点火炉用助燃空气与高温烟气通过对流换热；所述点火炉用煤气与低温烟气通过对流换热。
2.根据权利要求1所述的串联预热方法，其特征在于，所述煤气为低热值煤气，其热值为700～900kcal/m3。
3.根据权利要求1所述的串联预热方法，其特征在于，所述点火炉用助燃空气与高温烟气的换热方式为错流式换热，助燃空气换热器的进气口温度高于出气口温度；所述点火炉用煤气与低温烟气的换热方式为错流式换热，点火炉用煤气换热器的进气口温度低于出气口温度。
4.根据权利要求1所述的串联预热方法，其特征在于，所述烟气的流速为2.5～3m/s。
5.根据权利要求1～4任一所述的串联预热方法，其特征在于，待预热的点火炉用助燃空气流速为10～12m/s，待预热的点火炉用煤气流速为8～10m/s。
6.根据权利要求1～4任一所述的串联预热方法，其特征在于，所述点火炉用助燃空气换热器和点火炉用煤气换热器的换热面积比例为1:1.0～1:1.2。
7.根据权利要求1～4任一所述的串联预热方法，其特征在于，所述预热炉炉膛燃烧的燃料煤气为低热值煤气，预热炉炉膛产生烟气的温度为800～950℃。
8.一种烧结点火炉煤气串联预热的系统，其特征在于，包括预热炉炉膛、点火炉用助燃空气换热器和点火炉用煤气换热器；
所述预热炉炉膛、点火炉用助燃空气换热器和点火炉用煤气换热器按照烟气流动方向串联布置；助燃空气换热器在高温区，煤气换热器在低温区；
所述点火炉用助燃空气换热器和点火炉用煤气换热器均为管式换热器，采用双行程；换热器的换热管和烟气流动方向垂直；其中点火炉用助燃空气换热器位于高温烟气区域，换热器进气口位置的烟气温度高于出气口位置的烟气温度；点火炉用煤气换热器位于低温烟气区域，换热器出气口位置的烟气温度高于的进气口位置的烟气温度；
所述预热炉炉膛为方形炉膛，炉膛的端墙或侧墙上布置3～6台烧嘴。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预热炉炉膛上还设置有兑冷风阀及混风装置。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述烧嘴的供热能力为3～6×109J/h·台。
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