CN104359122A

CN104359122A - 一种新型管道工业燃气在金属切割和窑炉加热中的应用

Info

Publication number: CN104359122A
Application number: CN201410642031.7A
Authority: CN
Inventors: 高赞松
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2015-02-18

Abstract

一种新型管道工业燃气在金属切割和窑炉加热中的应用，属于流体燃料的燃烧方法技术领域，其特征在于新型工业燃气以管道天然气为母料，通过TANRANOIOI反应控制装置，加入一定比例的稀土聚合剂而制成；管道天然气的压力为0.012～0.03Mpa，用于金属切割，管道天然气的流量＜100m³/h，配加稀土聚合剂的体积比为0.05～0.2％；氧气的工作压力为0.1-0.3Mpa；火焰在10m/s垂直风速下10秒内不得熄灭或回火。用于窑炉加热，管道天然气流量为50-5000m³/h，配加稀土聚合剂的体积比为0.1～0.3％；热处理时，空气的工作压力为0.055～0.12Mpa；烘烤时，空气的工作压力为0.1～0.2Mpa。工作时，先点燃新型工业燃气，再添加氧气或空气，火焰调整为中性焰，呈蓝白色，发出响声，切割金属时内焰长度为6-9mm；窑炉加热时内焰稳定为佳。

Description

一种新型管道工业燃气在金属切割和窑炉加热中的应用

一、所属技术领域：

属于流体燃料的燃烧方法技术领域，涉及一种天然气配加稀土聚合剂生成的新型管道工业燃气的应用技术。

二、背景技术：

乙炔气、丙烷气、天然气是工业燃气的突出代表，在切割、焊接、烤校、加温、喷涂方面起着不可替代作用。生产一吨电石需要消耗数吨煤炭和化工辅料，消耗数千度电能，再将电石生产出乙炔气又要消耗大量的水，损耗大量不可再生资源，同时产生大量乙炔废渣，严重污染环境。另外，乙炔气在使用过程中危险极大，乙炔气与铜、铝、油等物质长期接触易发生爆炸，而且运输距离不能超过80公里，现在世界发达国家在工业燃气领域的乙炔气使用量只占5％左右。丙烷气体虽然成本比乙炔气低，但是存在预热时间长、耗氧量大、气体容易沉聚及易燃易爆的缺点。在企业生产中，大型结构件所用的钢材都需要气割下料，切割用燃气一般为丙烷和乙炔气，消耗量较大，若切割钢板一万吨，需消耗50kg/瓶的瓶装丙烷气2000余瓶，费用约140万元。此外，气瓶的装卸、运输和储存要占用大量的人力、物力、场地，并存在较大的安全隐患，同时，由于被切割的钢材因规格、材质、硬度等复杂多样，对切割燃气的效能提出了更高的要求。

天然气虽然不存在乙炔气和丙烷气的上述缺点，但是由于天然气的火焰温度低，燃气切割的效能差。如何增加火焰温度，提高天然气的燃烧效率，是我们要应对的一个难题。天然气主要成分为甲烷，其含量在94％以上(低于90％的天然气我们称为湿气)，天然气的燃烧效率取决于甲烷的着火温度、浓度范围。天然气着火温度700℃、着火浓度5-15％，所以，要想使天然气燃烧效率高，必须要达到较高的着火温度和符合要求的浓度。天然气由于火焰传热特性的改变，即火焰亮度降低致使火焰传递的热量减少，在物料得到同样的热量时，消耗的燃料总热量会增多，有毒气体一氧化碳排放量高，污染环境。

天然气的碳/氢质量比为3.0---3.2，火焰温度低。由于天然气热值和燃烧温度低，火焰刚性不足，为了保证工件热处理质量，就必须以消耗大量天然气来保证窑炉的正常工作和运行，造成天然气资源浪费，另外、当用气高峰来临时天然气流量减少也不能保证窑炉所需的温度、窑炉的运行将受到影响，天然气燃烧温度和穿透力不足，使工件加热时间延长、工作效率大幅下降，后续工件制作不能完成。为了改变这种状况和克服存在的问题，研制一种安全、高效、节能、低成本的工业燃气是当务之急。随着科学技术不断进步和工业燃气技术不断完善，成熟，安全、环保、节能型工业燃气取代落后燃气技术已经势在必行。

经检索，关于金属焊割气及其制备方法有大量的文献和专利报道，而有关在管道天然气中配加稀土纳米聚合剂的新型管道工业燃气应用技术目前尚未见有任何文献记载、媒体报道和专利公开。

发明内容：

本发明的目的是公开一种用管道天然气配加稀土纳米聚合剂作为切割金属和窑炉加热的新型管道工业燃气的应用技术。

本发明的技术方案是这样的，新型工业燃气以管道天然气为母料，通过TANRANOIOI反应控制装置，加入一定比例的稀土聚合剂而制成。利用稀土元素的特殊作用，采用纳米技术原理使油性碳氢化合物分子结构活性发生根本性改变，提高燃气的能量和稳定性。节约天然气使用量，提高天然气热值与温度，减少CO、NO_X，H₂S等有害物质的排放量。

用于金属切割时，当管道天然气的压力在0.012～0.03Mpa，其流量为30m³/h以内，则配加稀土聚合剂的体积比为0.05～0.1％；天然气流量为100m³/h以内，则配加稀土聚合剂的体积比为0.1～0.2％；常温下在TD-1型TANRANQI反应控制装置内的新型工业燃气压力为0.012～0.03Mpa，氧气的工作压力为0.1-0.3Mpa；新型工业燃气的工作压力为0.012～0.03Mpa；被切割的钢材、钢锭材质为Q345、Q460、Q550、Q690、12CrMo等，钢材、钢锭厚度为5-1500mm。切割速度可达380mm/min。火焰在10m/s垂直风速下10秒内不得熄灭或回火。

用于窑炉加热时，当管道天然气流量为50-500m³/h时，天然气配加稀土聚合剂的体积比为0.1～0.2％；当流量为500-5000m³/h时，天然气配加稀土聚合剂的体积比为0.15～0.3％；常温下在TD-2型TANRANQI反应控制装置内的新型工业燃气的压力为0.012～0.03MPa。根据被加热材料的不同，加热时空气的工作压力0.032～0.055Mpa，新型工业燃气的工作压力为0.012Mp～0.03MPa；热处理时，新型工业燃气的工作压力为0.012～0.03Mpa，空气的工作压力为0.055～0.12Mpa；烘烤时，新型燃气的工作压力为0.012～0.03Mpa，空气的工作压力为0.1～0.2Mpa。

由于新型工业燃气的火焰燃烧均匀，频率和波长稳定，光亮度大，增大火焰对工件的辐射热，升温明显，还可大幅提高火焰的刚度，使火焰燃烧的速度快，工件受热均匀，提高窑炉的生产效率，减少天然气耗量15％-20％。

窑炉加热时，先点燃新型工业燃气，再添加混合空气，将火焰调整为中性焰，火焰呈蓝白色，发出响声，内焰稳定为佳。

采用TANRANQI反应控制装置实现了管道天然气配加稀土纳米聚合剂的自动添加工艺和设备，由于稀土纳米聚合剂无毒无腐蚀性，安全稳定性好，在反应控制装置中与天然气发生分子间反应，解决了机械动力泵向管道内加注稀土聚合剂时产生的不均、不稳、不准的难题，排除了人为影响因素，节约了稀土聚合剂的使用量，降低了生产成本。

新型工业燃气与乙炔气在同等工作量下进行对比，使用新型工业燃气比丙烷气、乙炔气节约费用60％，切割速度提高21.5％。

稀土纳米聚合剂使天然气充分燃烧，温度达到甚至超过一般工业燃气标准。

金属切割时，先点燃新型工业燃气，再添加氧气，调整为最佳中性焰，火焰呈蓝白色，发出响声，内焰长度6-9mm为佳(按照钢板的厚度调整内焰长度)。割炬、割嘴、管线与乙炔气、丙烷气、天然气可以通用。

试切钢板工艺参数及试验情况：

试切钢材、钢锭材质为Q345、Q460、Q550、Q690等，厚度为5-1500mm。

新型天然气的切割工作压力0.012Mpa。切割火焰在10m/s垂直风速下10秒内不得熄灭或回火。

试验证明，新型工业燃气在钢材切割中，切割速度提高21.5％、割面光洁度高、割缝窄、加工件质量好、操作安全、不烧枪、不回火、不爆鸣、减少金切量，可以连续不间断使用、不用更换气体钢瓶，易于管理，不存在钢瓶搬运、泄露、输出压力不稳等问题，安全性高，减少劳动强度，提高工作效率。通过比较试验，在原料来源、成本、切割大而厚钢板、钢锭方面优于丙烷等燃气产品。

新型工业燃气在钢材、钢锭切割中的技术应用，达到节能减排目的，与使用瓶装丙烷气体切割费用相比，降低费用64％左右，以切割一万吨钢材计算，创经济效益达90.25万元以上。

新型工业燃气在窑炉加热应用中，加热效率明显提高，窑炉预热时间由原来5小时缩短到3小时，火焰燃烧更加均匀，天然气的消耗量减少15％-20％。燃气光亮度和燃烧的频率、波长更加稳定，增大了火焰对工件的辐射热。使窑炉火焰温度更加均匀。同时，火焰的刚度大幅提高，使火焰燃烧的速度更快，工件受热更均匀。提高了窑炉的生产效率，缩短了窑炉的工作时间。辅助能源(水、电、人工)的消耗量降低了16％。

其有益的具体效果还表现在下述诸方面：

1、减少CO2、NOX，H2S等有害物质排放量。

2、天然气活性提高3倍，提高加热效率30％，大大提高了天然气的燃烧温度和穿透力。

3、使窑炉火焰温度更加稳定、均匀。

4、大幅提高了窑炉内火焰的刚度，使火焰燃烧的速度更快，工件受热更均匀。

5、提高窑炉的生产效率，显著降低生产成本。

本发明可以广泛应用于机械制造、船舶制造、建筑业、桥梁业、军工业以及维修行业的金属切割、金属焊接、金属烤校、金属喷涂，窑炉加温等。

四、具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：

某单位在HJZCGD-1500悬臂式大断面火焰切割机上使用管道天然气，通过TANRANQIQI装置配加稀土聚合剂制成新型工业燃气来切材质为P91，直径规格为800mm、900mm、1150mm、1400mm钢锭。

用天然气切割直径800mm钢锭，天然气耗量为9m³，费用为2.02元/m³×9m³＝18.18元；使用新型工业燃气切割P91、直径800mm钢锭，天然气耗量为3m³，稀土聚合剂添加量为5g/m³。费用为(2.02元/m³+0.2元/g×5)×3m³＝9.06。节约费用9.12元。

用天然气切割P91、直径900mm钢锭，天然气耗量为12m³，费用为：2.02元/m³×12m³＝24.24元；使用新型工业燃气切割P91、直径900mm钢锭，天然气耗量为6m³，稀土聚合剂添加量为5g/m³。费用为(2.02元/m³+0.2元/g×5)×6m³＝18.12。节约费用6.12元。

通过上述实例使用新型工业燃气和天然气分别进行切割钢锭的比较，证明新型工业燃气效益显著，具体效果如下所述：

1、缩短预热时间，节约天然气使用量，降低氧气消耗量，提高了天然气添加稀土聚合剂后的燃烧温度和切割速度，改变了以往切割预热时间长的缺陷。使用天然气切割耗时2分19秒-3分；使用新型工业燃气切割所用时间只有1分09秒-1分40秒；预热及切割时间缩短1分10秒，切割单件钢锭天然气消耗量由原来12m³减少到6m³，节约了50％的天然气使用量和氧气；钢锭切割速度由原来0.046-0.051米/分增加到0.092-0.167米/分，提高工作效率1～2倍。

2、减少钢材损耗：天然气切割钢锭割缝宽度为60mm；使用新型工业燃气切割钢锭割缝宽度仅为38mm；割缝宽度减少22mm，节约钢材。

3、钢锭切割面光洁度好，减少金属加工量；钢锭切割面纹高由17mm降低为11mm，减小金属热影响区，同时减少天然气燃烧产生的CO、NOX、H₂S等有害物质的排放量，有利于保护环境。

4、在使用新型工业燃气对金属切割后，金属内部不渗碳，挂渣量少，割面光洁度高，钢件后期制作和加工快速。

5、火焰无波动、稳定性好，火焰刚性好、温度高，无回火，安全性高；

6、TD型TANRANQIQI反应控制装置优于国内外同类产品：

(1)、解决机械动力泵向管道内加注稀土聚合剂落后技术，排除人为操控添加泵而影响添加稀土聚合剂的精确计量，节约稀土聚合剂使用量和成本。

(2)TANRANQIQI型燃气反应控制装置无需动力泵、动力电，是目前最先进免维护的燃气反应控制装置，解决了用电、用泵维护费用高、安全性差的问题。

(3)解决了向天然气管道内加注添加剂造成管线设备污染大，腐蚀管线设备，安全系数低，生产工艺落后的天然气增效技术。

实施例2、

某单位在仿形火焰切割机和半自动火焰切割机上使用新型工业燃气用以切割厚度为10mm/40mm/50mm、材质为Q550的钢板，取得明显的社会和经济效益。该单位原来使用的切割燃气是丙烷气，采用50kg气瓶供气，年消耗2000余瓶，燃气费用约140万元。后采用新型工业燃气切割钢材的新技术，常温下天然气反应控制装置和天然气管道的压力为0.012MPa。与使用瓶装丙烷切割气费用相比，降低费用65％左右，年经济效益90万元左右。两种燃气切割钢材的相关技术指标对比情况如表1中所示：

表1 两种燃气切割钢材的技术指标对比情况

1m³新型管道工业燃气的切割工作量等于1公斤丙烷燃气的切割工作量。1m³天然气的价格为2.15元，配加的稀土聚合剂的价值为0.2元，15m³新型工业燃气的成本为56.25元；1kg丙烷液化气价格为13元，15kg丙烷液化气成本为195元。

新型工业燃气使用的割炬、焊炬、气带、烧嘴等工具与乙炔气、丙烷气、天然气通用。

根据钢板的厚度和材料的不同，切割时氧气工作压力0.1-0.3Mpa，新型工业燃气切割气工作压力0.012Mpa。工作时，先点燃燃气，再添加氧气，火焰调整为中性焰，呈蓝白色，发出响声，按照钢板的厚度调整内焰长度，一般6-9MM为佳。

45#钢厚60mm的切割速度(mm/mm)≥380；焊缝抗拉强度极限N/mm²≥478(断母材)。

实施例3：

某单位的车底干燥炉使用新型工业燃气在窑炉加热中的具体实施情况如下所述：

该车底干燥炉用于加工件的均温烘干，其结构由炉体、小车、加热装置、控制系统等部分组成。燃烧系统：选用25mm烧咀，共安装5组，天然气耗量1300M³/h。为了改变天然气消耗量大，有效利用率差，火焰温度低，一氧化碳排放量高，工件合格率低，当用气高峰来临时天然气流量减少，不能保证窑炉所需的温度、影响窑炉运行的这种状况，决定采用新型管道工业燃气加温节能新技术，车底干燥炉天然气调压装置和流量控制装置与TANRANQI反应控制装置连接，设备运行前加注稀土纳米聚合剂。天然气配加稀土纳米聚合剂的体积比为1/1000(即1立方天然气配加1毫升添加剂)，使天然气热效率明显提高，窑炉预热时间由原来5小时缩短到3小时，火焰燃烧更加均匀，天然气的消耗量减少15％-20％。天然气光亮度和燃烧的频率、波长更加稳定，增大了火焰对工件的辐射热。使窑炉火焰温度更加均匀。同时，火焰的刚度大幅提高，使火焰燃烧的速度更快，工件受热更均匀。提高了窑炉的生产效率，缩短了窑炉的工作时间。辅助能源(水、电、人工)的消耗量降低了16％。

通过添加TD稀土聚合剂来激活天然气中的C，提高天然气活性，提高天然气热值与温度和使用效能，减少天然气燃烧产生的CO、NO_X，H₂S等有害物质的排放量，达到了减少天然气使用量的目的。

1立方天然气配加1毫升稀土纳米聚合剂，聚合剂价格200元/KG；天然气价格：2元/M³。按新型工业燃气设计耗量1300M³/h测算，8小时耗用的天然气成本为20800元，8小时耗用的添加剂成本为2080元。车底干燥炉一年来的运行证明，可节约天然气用量15％左右。每天节约费用约为1040元。

加热时，先点燃燃气，再添加混合空气，根据窑炉加热的目的和被加热的材料不同，采用不同的工艺参数，一般加温时空气工作压力为0.032-0.055Mpa，新型管道工业燃气工作压力0.012Mpa；热处理时，新型工业燃气工作压力为0.012Mpa，空气工作压力为0.055-0.12Mpa；烘烤时，新型工业燃气工作压力为0.012Mpa，空气的工作压力为0.1Mpa。

Claims

1.一种新型管道工业燃气在金属切割和窑炉加热中的应用，其特征是以管道天然气为母料，通过TD型TANRANOIOI反应控制装置，加入一定比例的稀土聚合剂而制成；管道天然气的压力为0.012～0.03Mpa，用于金属切割，管道天然气的流量为30m³/h以内时，配加稀土聚合剂的体积比为0.05～0.1％；管道天然气流量为100m³/h以内时，则配加稀土聚合剂的体积比为0.1～0.2％；氧气的工作压力为0.1-0.3Mpa；新型工业燃气的工作压力为0.012～0.03Mpa；用于窑炉加热，管道天然气流量为50-500m³/h，配加稀土聚合剂的体积比为0.1～0.2％；当管道天然气流量为500-5000m³/h时，配加稀土聚合剂的体积比为0.15～0.3％；加热时空气的工作压力0.032～0.055Mpa，新型工业燃气的工作压力为0.012Mp～0.03MPa；热处理时，新型工业燃气的工作压力为0.012～0.03Mpa，空气的工作压力为0.055～0.12Mpa；烘烤时，新型燃气的工作压力为0.012～0.03Mpa，空气的工作压力为0.1～0.2Mpa。

2.根据权利要求1所述的一种新型管道工业燃气在金属切割和窑炉加热中的应用，其特征在于金属切割时，先点燃新型工业燃气，再添加氧气，火焰调整为中性焰，火焰呈蓝白色，发出响声，按照钢板的厚度调整内焰长度，内焰长度6-9mm为佳。

3.根据权利要求1所述的一种新型管道工业燃气在金属切割和窑炉加热中的应用，其特征在于窑炉加热时，先点燃新型工业燃气，再添加混合空气，将火焰调整为中性焰，火焰呈蓝白色，发出响声，内焰稳定为佳。