CN105420458A - 淬火炉烟气再利用的装置以及基于该装置的再利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了淬火炉烟气再利用装置以及基于该装置的再利用方法，所述装置包括：并排设置的淬火炉和回火炉，所述淬火炉内设有烟气管道，所述回火炉的底部设有横向烟气总管，所述横向烟气总管向回火炉外延伸，所述烟气管道的一端设有三通管，所述三通管上设有淬火炉烟囱和连接管道，所述连接管道的中部设有空气掺混管，连接管道的端部设有高温抽吸风机，所述高温抽吸风机与横向烟气总管的一端连通。本发明的有益效果主要体现在：可以将原本排空浪费的淬火炉烟气余热大部分在低温回火炉内经济高效地加以二次利用，既可以对入炉低温钢板进行预热，又节省了低温炉没有外来烟气预热钢板时还需要烧煤气产生热量来对钢板进行加热的额外能量消耗。

Description

淬火炉烟气再利用的装置以及基于该装置的再利用方法

技术领域

本发明涉及淬火炉烟气再利用的装置以及基于该装置的再利用方法，属于节能领域中烟气余热高效利用范畴。

背景技术

在当下全世界都在追求经济发展和环境协调的大背景下，工业领域中普遍应用了烟气二次利用技术来回收余热，节能减排。钢铁企业内有大量的高温工业炉，目前的成熟烟气利用方案是将出炉高温烟气通过换热器部分回收用于预热助燃空气，之后再加装余热锅炉进一步吸收剩下的烟气余热用于生产蒸汽、热水或者发电。这种烟气利用方式虽然成熟，但设备投资和工程施工耗费巨大，热量来回转化导致有效能量利用率不高。

随着经济发展和社会进步，对工程机械用超高强钢的需求越来越大，而热轧超高强钢系列产品的生产工艺复杂，需要采用多道热处理技术，其中要求对钢板进行淬火和回火。为此，新建的热处理线包括淬火和回火功能，其中淬火线为一座热处理炉，回火线为另一座热处理炉，二者毗邻布置，原本各自发生的烟气均通过自身烟道和烟囱排出炉外。二者为独立的两套热处理装置，相互间没有关联。淬火炉利用辐射管进行加热，其出炉烟气温度依然有600℃左右，烟气总量约为3万m³/h，现有工程中，烟气径自外排，则还需通过掺混空气进行冷却，待烟气温度降低后再行经烟囱放空，烟气所含有的大量余热白白浪费。回火炉采用明火加热，要同时满足高温回火和中低温回火，然而在低温回火时，由于所需炉温较低，最低时仅有200℃左右，这样回火炉前部区域大量烧嘴无需打开，入炉钢板在整个炉长方向的前部区域空驶而过，炉子前部区域处于闲置状态，十分不利于炉子的经济运行。

最好的能量回收方式是余热在本工序内回用。以前人们普遍将单体炉作为一个系统考虑，现在既然淬火炉和回火炉毗邻而设，均需要利用燃烧热量对钢板进行加热，那么，在低温回火的特殊工况下，就可以将二者合为一个系统进行统筹设计。淬火炉出炉高温烟气温度为600℃，毗邻的回火炉低温回火时要求200℃左右的炉温，如能将前者的烟气经济地二次利用于后者，则可减少整体系统的燃料消耗，并且实现烟气减量排放。

如何将600℃的高温烟气异炉再运用，是个难题。通常人们的做法是将此高温烟气利用余热锅炉转化为蒸汽、热水或电力后再供其它装置使用。那是在再利用装置远离烟气发生炉的情况下的普遍现实做法。但眼下的特例是淬火炉与回火炉毗邻而居，之间相隔在10米以内，淬火炉的高温烟气最高温度也不超过600℃，通常为300～400℃左右，这样温度下的高温风机是可以从市场上经济性地获得的，而且两炉之间连通所需的管道也不需要特殊耐高温的不锈钢或耐热钢材质管道，烟气连通管道可以经济敷设，这样解决了淬火炉烟气可否经济导入到回火炉内的问题。

其次，如果仅仅通过管道将烟气漫无目的地导入回火炉，则烟气利用效率太低。本技术方案设计了烟气高温喷箱装置用于将异炉烟气通过射流方式喷射冲击到低温回火炉的入炉钢板上，可以最大限度地增强气流与钢板之间的对流换热，在同样的烟气温度和流量条件下，实现对低温回火炉钢板的较快速均匀预热。这样，通过高温引风机将离开淬火炉的高温烟气按需经由经济布设的管道鼓入到毗邻回火炉前部区域，再利用烟气喷射装置将烟气向入低温回火炉冷板进行喷射预热钢板，一方面二次利用了淬火炉大量烟气的宝贵余热，另一方面异炉烟气又实现对回火炉入炉钢板最大化的预热作用，使得回火炉后面加热过程燃耗降低。

此外，当回火炉由高温回火向低温回火切换时，炉温要从600～700℃降低到200℃左右，巨大的炉体蓄热量导致炉子切换时间超长。

发明内容

本发明目的是为了将某热处理炉产生的高温烟气余热利用于另一相邻热处理炉内钢板的预热上，以及在此相邻热处理炉由高温向低温切换时在外来烟气导入的基础上掺入冷空气快速降低炉温减少炉子切换时间，起到热处理工序系统节能、提高生产效率的效果。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

淬火炉烟气再利用装置，其包括：并排设置的淬火炉和回火炉，所述淬火炉内设有烟气管道，所述回火炉的底部设有横向烟气总管，所述横向烟气总管向回火炉外延伸，所述烟气管道的一端设有三通管，所述三通管上设有淬火炉烟囱和连接管道，所述连接管道的中部设有空气掺混管，连接管道的端部设有高温抽吸风机，所述高温抽吸风机与横向烟气总管的一端连通。

作为优选方案，所述空气掺混管上还设有流量调节阀。

作为优选方案，所述淬火炉烟囱上设有调节蝶阀。

作为优选方案，所述横向烟气总管的另一端连通有纵向烟气总管，所述纵向烟气总管上设置有若干相互平行的高温烟气喷箱，所述高温烟气喷箱上方若干相互平行的炉辊，所述炉辊上铺设有钢板。

作为优选方案，所述高温烟气喷箱顶部设有若干高温烟气喷嘴。

作为优选方案，所述回火炉的顶部还设有烟气外排管道。

一种基于本发明所述的淬火炉烟气再利用装置的烟气再利用方法，包括如下步骤：

温度为600℃的烟气从淬火炉的烟气管道排出后，一部分通过淬火炉烟囱排出，一部分经过连接管道掺入冷空气后，由高温抽吸风机送入回火炉的横向烟气总管，再由横向烟气总管送入纵向烟气总管，通过纵向烟气总管进入高温烟气喷箱内，通过高温烟气喷箱的高温烟气喷嘴喷射到钢板的下表面，将钢板预热后，温度已经降低的烟气通过回火炉顶部的烟气外排管道排到大气中。

热轧超高强钢热处理工序中，钢板淬火炉与回火炉紧邻平行布置，间距约有5～8m，通常淬火炉钢板要求加热到1000℃左右，这样通过辐射管无氧化加热之后，辐射管烧嘴燃烧产生的烟气在其本身自带换热器吸收烟气余热预热助燃空气之后，出口温度依然有600℃左右，通常这些较高温烟气通过抽吸外界空气对其进行掺混稀释冷却后外排，如此，则大量烟气的余热白白浪费。回火炉在低温回火时，炉子前段内烧嘴无需打开，处于闲置状态，钢板在该段几乎空驶，此时可以用低价的普通不锈钢管铺设从淬火炉到回火炉的导烟管线，避免了使用昂贵的耐热不锈钢或高温合金管道带来的巨大原材料费用及特殊焊接施工费用等一次性固定投资，再设计独特的烟气喷射装置将来自旁边淬火炉的烟气冲击喷流到回火炉的钢板上，使钢板得到更高效的预热。

另外当回火炉由中高温回火切换为低温回火时，譬如由450℃回火转为150℃回火时，由于回火炉炉子的热惰性，炉温需要约20小时才能降至合理低温，此时可以导入掺混了冷空气降温之后的低温烟气入炉，加速降低炉温，缩短炉子切换周期，加快生产节奏，获得更大的生产效益。

本发明方案的独特性在于：1、烟气发生炉与烟气利用炉毗邻布置，相互间距离很近，二者之间铺设管道的费用很低，烟气沿途的热量损失较少；2、本发明中烟气发生炉的出炉烟气温度不超过600℃，可以选用市场上可得的高温风机，并且普通的不锈钢管道可以长期承受此温度，使得工程实施费用比较经济；3、本发明中导入烟气利用炉的烟气温度可以通过掺冷风予以调节，可以灵活满足各种烟气二次利用需求；4、本发明中利用烟气喷流冲击预热钢板或冷烟气加速降低烟气利用炉炉温，提高了系统的热量利用效率，最大限度地实现了烟气的余热利用。

本发明的有益效果主要体现在：可以将原本排空浪费的淬火炉烟气余热大部分在低温回火炉内经济高效地加以二次利用，既可以对入炉低温钢板进行预热，又节省了低温炉没有外来烟气预热钢板时还需要打开烧嘴燃烧煤气产生热量来对钢板进行加热的额外能量消耗，相应既节约了燃气的消耗量，也自然减少了额外燃烧燃气所产生的烟气排放量，实现节能减排的双重目的。另外，还提供了回火炉内由高温炉向低温炉切换时所需的一种快速降低炉温的手段。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中回火炉内喷射加热钢板部分的左视放大图；

图3为本发明中回火炉内喷射加热钢板部分的前视放大图；

图中：A、淬火炉；B、回火炉；1、烟气管道；2、三通管；3、淬火炉烟囱；4、调节蝶阀；5、连接管道；6、空气掺混管；7、流量调节阀；8、高温抽吸风机；9、横向烟气总管；10、纵向烟气总管；11、高温烟气喷箱；12、炉辊；13、高温烟气喷嘴；14、钢板；15、烟气外排通道。

具体实施方式

本发明提供的淬火炉烟气再利用装置结构如图1、图2和图3所示，包括：并排设置的淬火炉A和回火炉B，淬火炉A内设有烟气管道1，回火炉B的底部设有向回火炉B外延伸的横向烟气总管9，烟气管道1的一端设有三通管2，三通管2上设有连接管道5和带调节蝶阀4的淬火炉烟囱3，调节蝶阀4可以调节外排烟气流量，连接管道5的中部设有带流量调节阀7的空气掺混管6，连接管道5的端部设有高温抽吸风机8，高温抽吸风机8与横向烟气总管9的一端连通，横向烟气总管9的另一端连通有纵向烟气总管10，纵向烟气总管10上设置有六个相互平行的高温烟气喷箱11，且纵向烟气总管10与每个高温烟气喷箱11均通过管路连通，高温烟气喷箱11顶部设有若干高温烟气喷嘴13，高温烟气喷箱11上方设有八个相互平行的炉辊12，炉辊12上铺设有钢板14，整个回火炉B的顶部还设有烟气外排管道15。

在淬火炉出炉烟气通道上设置三通管2，为烟气的排出分开两条通道，一条通道通往原来的淬火炉烟囱3，在淬火炉烟囱3上设置可调节开度的调节蝶阀4以调节外排烟气流量，另一条通道经由高温抽吸风机8通往毗邻的回火炉，另外在该通道上还旁通有空气掺混管5及流量调节阀7，用于对出炉高温烟气掺混冷空气实现烟气温度的精确控制，当回火炉需要从高温回火转为低温回火时，鼓入冷烟气进入回火炉对炉子进行快速降温，缩短炉子切换周期。

使用时，温度为600℃的烟气从淬火炉的烟气管道排出后，一部分通过淬火炉烟囱排出，一部分经过连接管道掺入冷空气后，由高温抽吸风机送入回火炉的横向烟气总管，再由横向烟气总管送入纵向烟气总管，通过纵向烟气总管进入高温烟气喷箱内，通过高温烟气喷箱的高温烟气喷嘴喷射到钢板的下表面，将钢板预热后，温度已经降低的烟气通过回火炉顶部的烟气外排管道排到大气中。

本发明的有益效果主要体现在：可以将原本排空浪费的淬火炉烟气余热大部分在低温回火炉内经济高效地加以二次利用，既可以对入炉低温钢板进行预热，又节省了低温炉没有外来烟气预热钢板时还需要打开烧嘴燃烧煤气产生热量来对钢板进行加热的额外能量消耗，相应既节约了燃气的消耗量，也自然减少了额外燃烧燃气所产生的烟气排放量，实现节能减排的双重目的。另外，还提供了回火炉内由高温炉向低温炉切换时所需的一种快速降低炉温的手段。

本发明可用于同类钢板热处理车间布置的设计及工程实施当中，并可推广扩展至烟气梯级利用的不同工业装置中，实现高温烟气的余热充分利用，降低工业装置的能源消耗及污染物排放总量，实现低碳愿景，构建和谐生态循环社会。

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (7)

1.淬火炉烟气再利用装置，其特征在于，包括：并排设置的淬火炉和回火炉，所述淬火炉内设有烟气管道，所述回火炉的底部设有横向烟气总管，所述横向烟气总管向回火炉外延伸，所述烟气管道的一端设有三通管，所述三通管上设有淬火炉烟囱和连接管道，所述连接管道的中部设有空气掺混管，连接管道的端部设有高温抽吸风机，所述高温抽吸风机与横向烟气总管的一端连通。

2.如权利要求1所述的淬火炉烟气再利用装置，其特征在于，所述空气掺混管上还设有流量调节阀。

3.如权利要求1所述的淬火炉烟气再利用装置，其特征在于，所述淬火炉烟囱上设有调节蝶阀。

4.如权利要求1所述的淬火炉烟气再利用装置，其特征在于，所述横向烟气总管的另一端连通有纵向烟气总管，所述纵向烟气总管上设置有若干相互平行的高温烟气喷箱，所述高温烟气喷箱上方若干相互平行的炉辊，所述炉辊上铺设有钢板。

5.如权利要求4所述的淬火炉烟气再利用装置，其特征在于，所述高温烟气喷箱顶部设有若干高温烟气喷嘴。

6.如权利要求1或4或5所述的淬火炉烟气再利用装置，其特征在于，所述回火炉的顶部还设有烟气外排管道。

7.一种基于权利要求1所述的淬火炉烟气再利用装置的烟气再利用方法，其特征在于，包括如下步骤：

温度为600℃的烟气从淬火炉的烟气管道排出后，一部分通过淬火炉烟囱排出，一部分经过连接管道掺入冷空气后，由高温抽吸风机送入回火炉的横向烟气总管，再由横向烟气总管送入纵向烟气总管，通过纵向烟气总管进入高温烟气喷箱内，通过高温烟气喷箱的高温烟气喷嘴喷射到钢板的下表面，将钢板预热后，温度已经降低的烟气通过回火炉顶部的烟气外排管道排到大气中。