CN104654788B - 一种碳素焙烧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳素焙烧装置，包括炉体，所述的炉体内两侧对称设有一排主火道和一排主出火道，每个主火道均连接有一燃烧室；两排主火道中相对应的主火道之间通过支火道连通；两排主出火道中相对应的主出火道之间通过支火道连通；炉体内中部设有两排侧出火道；所述的燃烧室和对应的侧出火道分别与烟气余热回收装置连接。本发明的变蓄热体内设有多个隔板，将相变蓄热体沿烟气流通方向分成多个区域，使烟气尾气与相变蓄热体间的传热温差尽可能保持不变，有效地实现强化传热，然后经过翅片管式换热器进一步降低排烟温度，充分利用高温废烟气中的热焓，提高炉体进气的温度，提高了燃烧热效率，达到了高效节能的目的。
Description
技术领域
本发明属于碳素焙烧领域，具体的说是涉及一种碳素焙烧装置。
背景技术
碳素焙烧炉是生产碳阳极的重要设备之一，碳素焙烧是碳阳极生产过程中成本最高的生产步骤。碳素焙烧过程要求火道内温度场均匀，从而实现焙烧产品沿各个方向升温相同，而现有技术中大多关注火道中出现的死区和回流区对流体温度场的影响，而忽视了火道结构对焙烧产品温度场的直接影响，焙烧产品各部分升温不均匀，易导致产品局部温度过高，而影响产品质量。
焙烧过程是一个热量经炉墙、填充料直到焙烧产品的均热过程，产品的温度来源主要依靠导热方式。连续燃烧加热方式在不能持续提高炉内流体整体温度的情况下，热效率较低，燃料消耗大。
碳素焙烧炉能耗的主要部分在于排烟热损失，所以利用高温烟气预热助燃空气成为余热回收的有效途径。相变蓄热技术具有相变过程温度变化小、蓄能密度大等优点而备受青睐。《节能》2014年第6期“梯级相变蓄热技术的研究现状及展望”一文中介绍了相变蓄热技术的工作原理和国内外的研究现状，提出了相变蓄热装置的问题，其中包括：目前的研究大都是低温的（一般温度不超过120K）、单一的、评价指标单一，研究结果缺乏系统性和普适性等缺点。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种火道内温度场均匀、燃烧热效率高且节约能源的碳素焙烧装置。
本发明采用的技术方案是：包括炉体，所述的炉体内两侧对称设有两排主火道和两排主出火道，每个主火道均连接有一燃烧室；两排主火道中相对应的主火道之间通过支火道连通；两排主出火道中相对应的主出火道之间通过支火道连通；炉体内中部设有两排侧出火道；所述的燃烧室和对应的侧出火道分别与烟气余热回收装置连接。
上述的碳素焙烧装置中，所述的烟气余热回收装置包括翅片管式换热器、相变蓄热体、助燃气箱及烟气尾气回收箱；所述的翅片管式换热器通过管道与助燃气箱连通，助燃气箱与对应的燃烧器连通；翅片管式换热器通过管道与烟气尾气回收箱连通；烟气尾气回收箱与对应的侧出火道连通；助燃气箱与烟气尾气回收箱之间设有相变蓄热体；所述的翅片管式换热器上设有烟气出口和空气入口。
上述的碳素焙烧装置中，所述的助燃气箱内顶板和底板上设有折流挡板，相邻的两折流挡板分别安装在助燃气箱的顶板和底板上。
上述的碳素焙烧装置中，所述支火道横截面为方形，横截面积与主火道横截面积比为0.01-0.1，中心高度均位于物料高度1/3左右处。
上述的碳素焙烧装置中，所述的助燃气箱与相变蓄热体之间设有多个换热管；相变蓄热体与烟气尾气回收箱之间设有多个换热管。
上述的碳素焙烧装置中，所述的相变蓄热体内设有多个隔板，将相变蓄热体沿烟气流通方向分成多个区域。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的炉体内两侧对称设有两排主火道和两排主出火道，两排主火道中相对应的主火道之间通过支火道连通；两排主出火道中相对应的主出火道之间通过支火道连通，使得本发明的火道内温度场均匀；本发明的变蓄热体内设有多个隔板，将相变蓄热体沿烟气流通方向分成多个区域，使烟气尾气与相变蓄热体间的传热温差尽可能保持不变，有效地实现强化传热，然后经过翅片管式换热器进一步降低排烟温度，充分利用高温废烟气中的热焓，提高炉体进气的温度，提高了燃烧热效率，达到了高效节能的目的。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明的烟气余热回收装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步地详细说明。
如图1-图3所示，本发明包括炉体11和烟气余热回收装置；所述的炉体11内两侧对称设有两排主火道7和两排主出火道18，每个主火道7均连接有一燃烧室6；两排主火道7中相对应的主火道之间通过支火道17连通；两排主出火道18中相对应的主出火道之间通过支火道17连通；炉体11内中部设有两排侧出火道10；所述的燃烧室6和对应的侧出火道10分别与烟气余热回收装置连接。
如图1所示，所述的烟气余热回收装置包括翅片管式换热器2、相变蓄热体3、助燃气箱4及烟气尾气回收箱15；所述的翅片管式换热器2的通过管道13与助燃气箱4连通，助燃气箱4通过管道5与对应的燃烧器6连通。翅片管式换热器2通过管道14与烟气尾气回收箱15连通；烟气尾气回收箱15通过管道16与对应的侧出火道10连通。助燃气箱4与烟气尾气回收箱15之间设有相变蓄热体3；所述的翅片管式换热器2上设有烟气出口1和空气入口12。
如图3所示，所述的空气进口12通过翅片管式换热器2的换热管23与助燃气箱4连通；所述的助燃气箱4内顶板和底板上设有折流挡板20，相邻的两折流挡板20分别安装在助燃气箱4的顶板和底板上。所述的助燃气箱4与相变蓄热体3之间设有多个换热管21；相变蓄热体3与烟气尾气回收箱15之间设有多个换热管22。所述的相变蓄热体3内设有两个隔板19，通过两个隔板19将相变蓄热体3沿烟气流通方向分成A、B、C三个区域，其最高相变温度为800℃左右，最低相变温度为300℃左右。
所述的支火道17横截面为方形，支火道17的横截面积与主火道7的横截面积比为：0.01-0.1，中心高度均位于物料9的高度1/3左右处。
如图1所示，当炉墙表面温度达到一定温度（约1000k）时，每间隔时间t1（约为3-5分钟），停止添加燃料时间t2（约为30s-60s），称之为间歇燃烧的一个周期，如此反复循环。由于炉墙处于一定较高温度，可以作为热源持续向焙烧产品导热，而由于热阻较大，在一个短时间内炉墙温度变化幅度较小，然后，通过间歇燃烧使得炉墙能持续保持高温，实现对焙烧产品的均热过程。而在间歇燃烧过程中，助燃空气能继续从相变蓄热体处吸收热量保持一定高温使得交替及间歇后燃烧反应持续稳定，减少了燃煤消耗，增加助燃空气的温度，有利于增加碳素焙烧温度和降低碳素各部分间的温差。
本发明变蓄热体内设有多个隔板，将相变蓄热体沿烟气流通方向分成多个区域，使烟气尾气与相变蓄热体间的传热温差尽可能保持不变，有效地实现强化传热。本发明的翅片管式换热器进一步降低排烟温度，充分利用高温废烟气中的热焓，提高炉体的进气温度，提高了燃烧热效率，达到了高效节能的目的。
本发明的具体换热过程如下：1）在燃煤过程中，从炉体11的侧出火道10排出的高温烟气，先流入烟气尾气流通区域，利用换热管22将烟气自身热量释放给相变蓄热体3，相变蓄热体3内蓄热材料吸热直至产生相变，再通过换热管21进行热交换，最终连续将热量传递给流经助燃空气箱4的助燃空气。与此同时，流出烟气尾气回收箱15的高温烟气温度逐渐降低至300℃左右，再经连接管道3流入翅片管式换热器2进一步与进入换热管23的空气进行换热。其中，翅片管外通烟气，管内通空气，空气经连接管道13进入助燃气箱4中吸收热量，可加热至900℃左右，然后送入燃烧室6中助燃。
2）在间歇燃烧过程中，从炉体11的出火道排出的烟气温度逐渐下降，烟气进入烟气余热回收装置后，换热速率降低。此时，中间的相变蓄热体3保持高温，将所蓄热量通过换热管21持续传递给助燃空气，使得助燃空气保持一定高温。
Claims (6)
1.一种碳素焙烧装置，其特征是：包括炉体，所述的炉体内两侧对称设有两排主火道和两排主出火道，每个主火道均连接有一燃烧室；两排主火道中相对应的主火道之间通过支火道连通；两排主出火道中相对应的主出火道之间通过支火道连通；炉体内中部设有两排侧出火道；所述的燃烧室和对应的侧出火道分别与烟气余热回收装置连接。
2.根据权利要求1所述的碳素焙烧装置，其特征是：所述的烟气余热回收装置包括翅片管式换热器、相变蓄热体、助燃气箱及烟气尾气回收箱；所述的翅片管式换热器通过管道与助燃气箱连通，助燃气箱与对应的燃烧器连通；翅片管式换热器通过管道与烟气尾气回收箱连通；烟气尾气回收箱与对应的侧出火道连通；助燃气箱与烟气尾气回收箱之间设有相变蓄热体；所述的翅片管式换热器上设有烟气出口和空气入口。
3.根据权利要求1所述的碳素焙烧装置，其特征是：所述支火道横截面为方形，横截面积与主火道横截面积比为0.01-0.1，中心高度均位于物料高度1/3左右处。
4.根据权利要求2所述的碳素焙烧装置，其特征是：所述的助燃气箱内顶板和底板上设有折流挡板，相邻的两折流挡板分别安装在助燃气箱的顶板和底板上。
5.根据权利要求2所述的碳素焙烧装置，其特征是：所述的助燃气箱与相变蓄热体之间设有多个换热管；相变蓄热体与烟气尾气回收箱之间设有多个换热管。
6.根据权利要求2所述的碳素焙烧装置，其特征是：所述的相变蓄热体内设有多个隔板，将相变蓄热体沿烟气流通方向分成多个区域。
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