CN104101221B - 一种极限回收烟气余热及烧损减量化的加热系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种极限回收烟气余热及烧损减量化的加热系统及方法，从加热炉中引出的85％～90％的900℃以上的高温烟气经过蓄热体系统将空气预热至800℃以上，预热后的空气作为助燃气体鼓入燃烧系统参与燃烧反应；降温至200℃以下的低温烟气一部分排入烟囱；另一部分低温烟气和10％～15％的经换热器换热到900℃以上的高温烟气混合形成350℃的中温烟气，经过烟气保护气烧嘴喷入炉内对钢坯进行保护；从加热炉中引出的900℃以下的烟气经过换热器将空气预热至600℃以上，经换热降温后约350℃的中温烟气经过烟气保护气烧嘴喷入炉内。与现有技术相比，本发明的有益效果是：应用“余热梯级利用”理论，极限回收利用烟气余热，彻底改善钢坯加热质量，最大限度降低氧化烧损。

Description

一种极限回收烟气余热及烧损减量化的加热系统和方法
技术领域
本发明涉及工业炉窑烟气余热资源回收利用领域，尤其涉及钢铁、有色冶金及耐火行业中高温烟气余热资源的回收方法及装置。
背景技术
目前，大多数钢材仍然以热轧生产为主，加热炉是热轧车间的主要设备之一，也是轧钢厂能源消耗的主要环节。降低能源消耗可降低生产成本、减少环境污染，提高企业的经济效益和社会效益。
常规换热式加热炉是通过金属换热器，利用高温烟气将空气和煤气预热，回收高温烟气的显热，但常规换热式余热回收方式存在以下问题:
(1)受换热器材质耐热温度的制约，一般金属换热器只适用于小于900℃的烟气余热回收，且其本身热交换的效率高低各异，所以不能对加热炉高温烟气余热进行充分回收,炉子热效率一般在50％以下。
(2)助燃空气温度提高后，火焰区域越来越小，火焰中局部高温区温度越来越高，局部高温是造成有害气体剧烈产生的主要原因，大量的NOx排入大气，对大气环境造成严重污染。
(3)为防止烟气超温而保护换热器的掺冷风工艺既造成烟气余热流失又消耗动力资源。
(4)受助燃空气温度的限制,普通加热炉必须采用燃烧温度较高的高热值煤气才能稳定燃烧，而高热值煤气的价格是低热值煤气的几倍。
蓄热式燃烧技术是通过陶瓷蓄热体，利用1100℃以上的高温烟气余热将空气和煤气预热至900℃以上，实现烟气的余热高效回收，同时低热值的高炉煤气得以在燃烧系统中应用，获得了一定的经济和社会效益。但是由于其设计与传统加热炉不同,其供热方式和排烟方式发生了根本改变，生产过程中经常出现炉压波动，吸冷风和冒火严重，甚至烧坏炉门及炉体钢结构。
当前无论哪种燃烧工艺的加热炉氧化烧损一直比较严重，这使得炉底氧化铁皮上涨快，甚至堵塞烧嘴，加热炉清渣周期缩短。清渣不仅降低了炉子作业率，影响产量，还缩短了炉子寿命，增加了工人的劳动强度。同时,钢坯氧化还直接影响产品质量，降低成材率，极大地影响生产厂的经济效益。
如何解决加热炉烟气余热经济、合理、高效的回收利用，同时降低氧化铁皮产生，对钢铁企业节能降耗有着极为重要的意义。
发明内容
本发明克服现有技术的不足，提供了一种极限回收利用烟气余热以及烧损减量化的加热系统和方法，应用“余热梯级利用”理论，极限回收利用烟气余热，彻底改善钢坯加热质量，最大限度降低氧化烧损。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种极限回收烟气余热及烧损减量化的加热系统，包括加热炉、蓄热式烧嘴、蓄热鼓风机、换热器、烟气保护气烧嘴、空气烟气循环管道和煤气输送管道，所述蓄热鼓风机连通空气烟气循环管道，蓄热鼓风机所连接空气烟气循环管道末端的空气管道和煤气输入管道一起接入蓄热式烧嘴；所述换热器分别连通加热炉和空气烟气循环管道，换热器所连接的废烟气支管接入烟气保护气烧嘴，蓄热式烧嘴和烟气保护气烧嘴至少各为2个，分别固定在加热炉上。
所述空气烟气循环管道上设有引风机，并在各支路及设备前设开关阀门。
所述换热器另外连接换热鼓风机。
所述加热炉、蓄热式烧嘴、蓄热鼓风机、换热器和烟气保护气烧嘴分别连通2组空气烟气循环管道和煤气输送管道，形成2套功能相同的系统，交替工作。
基于一种极限回收烟气余热及烧损减量化的加热系统的加热方法，从加热炉中引出的85％～90％的900℃以上的高温烟气经过蓄热体系统将空气预热至800℃以上，预热后的空气作为助燃气体鼓入燃烧系统参与燃烧反应；降温至200℃以下的低温烟气一部分排入烟囱；另一部分低温烟气和10％～15％的900℃以上的高温烟气混合形成350℃的中温烟气，经过烟气保护气烧嘴喷入炉内，在坯料上下表面形成气幕，包覆钢坯隔氧加热或保温；从加热炉中引出的900℃以下的烟气经过换热器将空气预热至600℃以上，经换热降温后约350℃的中温烟气经过烟气保护气烧嘴喷入炉内，在坯料上下表面形成气幕，包覆钢坯隔氧加热或保温；整个过程由2套系统交替完成。
所述烟气保护气烧嘴始终处于运行使用状态，采用脉冲控制，当烟气保护气烧嘴可以满足加热制度时，燃烧系统关闭，当烟气保护气烧嘴不能满足加热制度时，燃烧系统自动开启运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明按照余热梯级利用的理论，以蓄热和换热两种形式回收利用烟气余热资源，充分利用两种形式的优点；
2)利用烟气保护气烧嘴将烟气喷入加热炉，在坯料上下表面形成气幕，包覆钢坯既降低了钢坯的氧化烧损又降低了NOx的产生；同时辅以脉冲控制理论控制烧嘴的启闭，对节能减排和控制污染具有重要的意义。
3)本发明同时适用于加热制度有温度梯度变化的热处理工艺。
4)本发明实施运行过程中的高温烟气循环加热，无氧化，有效节能。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图中1.蓄热鼓风机2.烧嘴前煤气阀门a3.烧嘴前空气阀门a4.蓄热体a5.烧嘴a6.三通阀a7.蓄热空气支管阀门a8.空气支管a9.烟气保护气烧嘴前阀门a10.烟气保护气烧嘴a11.废烟气支管a12.引风机a13.换热空气支管阀门a14.烟气支管阀门a15.煤气支管阀门a16.换热空气阀门17.低温烟气支管a18.烟囱19.低温烟气阀门a20.烟气阀门21.换热器22.低温烟气阀门b23.换热器鼓风机24.煤气总阀25.煤气支管阀门b26.低温烟气支管b27.烟气支管阀门b28.换热空气支管阀门b29.引风机b30.空气支管b31.废烟气支管b32.烟气保护气烧嘴b33.烟气保护气烧嘴前阀门b34.三通阀b35.蓄热空气支管阀门b36.空气支管b37.烧嘴前煤气阀门b38烧嘴前空气阀门b39.烧嘴b40.蓄热体b41.加热炉
具体实施方式
一种极限回收烟气余热及烧损减量化的加热系统，包括加热炉、蓄热式烧嘴、蓄热鼓风机、换热器、烟气保护气烧嘴、空气烟气循环管道和煤气输送管道，所述蓄热鼓风机连通空气烟气循环管道，蓄热鼓风机所连接空气烟气循环管道末端的空气管道和煤气输入管道一起接入蓄热式烧嘴；所述换热器分别连通加热炉和空气烟气循环管道，换热器所连接的废烟气支管接入烟气保护气烧嘴；蓄热式烧嘴和烟气保护气烧嘴至少各为2个，分别固定在加热炉上。
所述空气烟气循环管道上设有引风机，并在各支路及设备前设开关阀门。
所述换热器另外连接换热鼓风机。
所述加热炉、蓄热式烧嘴、蓄热鼓风机、换热器和烟气保护气烧嘴分别连通2组空气烟气循环管道和煤气输送管道，形成2套功能相同的系统，交替工作。
基于一种极限回收烟气余热及烧损减量化的加热系统的加热方法，从加热炉中引出的85％～90％的900℃以上的高温烟气经过蓄热体系统将空气预热至800℃以上，预热后的空气作为助燃气体鼓入燃烧系统参与燃烧反应；降温至200℃以下的低温烟气一部分排入烟囱；另一部分低温烟气和10％～15％的900℃以上的高温烟气混合形成350℃的中温烟气，经过烟气保护气烧嘴喷入炉内，在坯料上下表面形成气幕，包覆钢坯隔氧加热或保温；从加热炉中引出的900℃以下的烟气经过换热器将空气预热至600℃以上，经换热降温后约350℃的中温烟气经过烟气保护气烧嘴喷入炉内，在坯料上下表面形成气幕，包覆钢坯隔氧加热或保温；整个过程由2套系统交替完成。
所述烟气保护气烧嘴始终处于运行使用状态，采用脉冲控制，当烟气保护气烧嘴可以满足加热制度时，燃烧系统关闭，当烟气保护气烧嘴不能满足加热制度时，燃烧系统自动开启运行。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例1】见图1，是本发明所述一种极限回收烟气余热及烧损减量化的加热系统的具体实施例的结构示意图。
本实施例中，加热炉设置了3个烧嘴a5,3个烧嘴b39,2个烟气保护气烧嘴a10和2个烟气保护气烧嘴b32，现分别用其中1个举例说明。
加热炉41上部依次设置有蓄热体a4、烧嘴a5和烟气保护气烧嘴a10，下部依次设置有蓄热体b36、烧嘴b和烟气保护气烧嘴b。
烧嘴a5分别与烧嘴前煤气阀门a2和烧嘴前空气阀门a3相连，烟气保护气烧嘴a10依次与烟气保护气烧嘴前阀门a9、废烟气支管a11、烟气支管阀门a14和加热炉41相连接，同时也经过换热器21、烟气阀门20和加热炉41相连接，烧嘴前空气阀门a3依次与空气支管a8、换热空气支管阀门a13、换热空气阀门16、换热器21和换热器鼓风机23相连接，三通阀a6前部和蓄热鼓风机1相连接，后部分别与引风机a12、烟囱18以及蓄热空气支管阀门a7、空气支管a8相连接，同时引风机a12依次通过低温烟气支管a17、低温烟气阀门a19和低温烟气阀门b22连接引风机b。
烧嘴b39分别与烧嘴前煤气阀门b37和烧嘴前空气阀门b38相连，烟气保护气烧嘴b32依次与烟气保护气烧嘴前阀门b33、废烟气支管b31、烟气支管阀门b27和加热炉41相连接，同时也经过换热器21、烟气阀门20和加热炉41相连接，烧嘴前空气阀门b38依次与空气支管b36、换热空气支管阀门b28、换热空气阀门16、换热器21和换热器鼓风机23相连接，三通阀b34前部和蓄热鼓风机1相连接，后部分别与引风机b29、烟囱18以及蓄热空气支管阀门b35、空气支管b36相连接，同时引风机b29依次通过低温烟气支管b26、低温烟气阀门b22和低温烟气阀门a19连接引风机a12。
本实施例中的设备构成了A、B2套功能相同的系统，交替工作。基于其上的极限回收烟气余热及烧损减量化的加热方法，包括如下步骤：
A系统启动时：
1)蓄热鼓风机1将常温空气鼓入管道，经过三通阀a6和蓄热空气支管阀门a7进入空气支管a8中，再经过烧嘴前空气阀门3和烧嘴a5中的温度为900℃以上的蓄热体a4，将空气预热至800℃以上；
2)常温煤气经过煤气总阀24、煤气支管阀门a15和烧嘴前煤气阀门a2进入烧嘴a5，和上述的800℃以上空气发生燃烧反应。
3)当烟气温度高于900℃时，85％～90％的高温烟气经过蓄热体b40降到200℃以下，经过烧嘴前空气阀门b38、空气支管b36、蓄热空气支管阀门b35、三通阀b34和引风机b29,一部分进入烟囱18排入大气，蓄热体b40被加热至900℃；另一部分烟气经过低温烟气支管b26和低温烟气阀门b22与900℃高温烟气汇合形成350℃的中温烟气再经过烟气支管阀门a14、废烟气支管a11、烟气保护气烧嘴阀a9和烟气保护气烧嘴a10喷入炉内，在坯料上下表面形成气幕，包覆钢坯隔氧加热或保温；一方面预热钢坯，另一方面烟气降低了钢坯附近空间的氧气浓度，降低了钢坯的氧化烧损，还降低了NOx的产生。
4)当烟气温度低于900℃时，烟气在炉内直接经过烟气阀门20进入换热器21和换热器鼓风机23鼓入的空气换热，烟气温度降低至350℃；
5)常温的空气利用换热器预热至600℃后，经过换热空气阀门16、换热空气支管阀门a13和烧嘴a进入加热炉41参与燃烧。
6)350℃的烟气经过烟气保护气烧嘴a10喷入炉内，在坯料上下表面形成气幕，包覆钢坯隔氧加热或保温；一方面预热钢坯，另一方面烟气降低了钢坯附近空间的氧气浓度，降低了钢坯的氧化烧损，还降低了NOx的产生。
B系统启动时：
7)蓄热鼓风机1将常温空气鼓入管道，经过三通阀b34和蓄热空气支管阀门b35进入空气支管b36中，再经过烧嘴前空气阀门b38和烧嘴b39中的温度为900℃以上的蓄热体b40，将空气预热至800℃以上；
8)常温煤气经过煤气总阀24、煤气支管阀门b25和烧嘴前煤气阀门b37进入烧嘴b39，和上述的800℃以上空气发生燃烧反应。
9)当烟气温度高于900℃时，85％～90％的高温烟气经过蓄热体a4降到200℃以下，经过烧嘴前空气阀门a3、空气支管a8、蓄热空气支管阀门a7、三通阀a6和引风机a12，一部分进入烟囱18排入大气，蓄热体a4被加热至900℃；另一部分烟气经过低温烟气支管a17和低温烟气阀门a19与900℃高温烟气汇合形成350℃的中温烟气再经过烟气支管阀门b27、废烟气支管b31、烟气保护气烧嘴阀b33和烟气保护气烧嘴b32喷入炉内，在坯料上下表面形成气幕，包覆钢坯隔氧加热或保温；一方面预热钢坯，另一方面烟气降低了钢坯附近空间的氧气浓度，降低了钢坯的氧化烧损，还降低了NOx的产生。
10)当烟气温度低于900℃时，烟气在炉内直接经过烟气阀门20进入换热器21和换热器鼓风机23鼓入的空气换热，烟气温度降低至350℃；
11)常温的空气利用换热器21预热至600℃后，经过换热空气阀门16、换热空气支管阀门b28、进入加热炉41参与燃烧。
12)350℃的烟气经过烟气保护气烧嘴b32喷入炉内，在坯料上下表面形成气幕，包覆钢坯隔氧加热或保温；一方面预热钢坯，另一方面烟气降低了钢坯附近空间的氧气浓度，降低了钢坯的氧化烧损，还降低了NOx的产生。

Claims (3)

1.一种极限回收烟气余热及烧损减量化的加热系统，其特征在于，包括加热炉、蓄热式烧嘴、蓄热鼓风机、换热器、烟气保护气烧嘴、空气烟气循环管道和煤气输送管道，所述蓄热鼓风机连通空气烟气循环管道，蓄热鼓风机所连接空气烟气循环管道末端的空气管道和煤气输送管道一起接入蓄热式烧嘴；所述换热器分别连通加热炉和空气烟气循环管道，换热器所连接的废烟气支管接入烟气保护气烧嘴；蓄热式烧嘴和烟气保护气烧嘴至少各为2个，分别固定在加热炉上；所述空气烟气循环管道上设有引风机，并在各支路及设备前设开关阀门；所述换热器另外连接换热鼓风机；所述加热炉、蓄热式烧嘴、蓄热鼓风机、换热器和烟气保护气烧嘴分别连通2组空气烟气循环管道和煤气输送管道，形成2套功能相同的系统，交替工作。
2.基于权利要求1所述的一种极限回收烟气余热及烧损减量化的加热系统的加热方法，其特征在于，从加热炉中引出的85％～90％的900℃以上的高温烟气经过蓄热体系统将空气预热至800℃以上，预热后的空气作为助燃气体鼓入燃烧系统参与燃烧反应；降温至200℃以下的低温烟气一部分排入烟囱；另一部分低温烟气和10％～15％的900℃以上的高温烟气混合形成350℃的中温烟气，经过烟气保护气烧嘴喷入炉内，在坯料上下表面形成气幕，包覆钢坯隔氧加热或保温；从加热炉中引出的900℃以下的烟气经过换热器将空气预热至600℃以上，经换热降温后约350℃的中温烟气经过烟气保护气烧嘴喷入炉内，在坯料上下表面形成气幕，包覆钢坯隔氧加热或保温；整个过程由2套系统交替完成。
3.根据权利要求2所述的一种极限回收烟气余热及烧损减量化的加热方法，其特征在于，所述烟气保护气烧嘴始终处于运行使用状态，采用脉冲控制，当烟气保护气烧嘴可以满足加热制度时，燃烧系统关闭，当烟气保护气烧嘴不能满足加热制度时，燃烧系统自动开启运行。
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