CN106766901B - 一种利用烟气回流低氧高温燃烧的熔铝炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用烟气回流低氧高温燃烧的熔铝炉，有效解决熔铝炉在熔炼过程中控温、降低氮氧化物含量与节能的问题，炉底周边的环形炉墙顶部有上部弧形顶盖，顶盖中部的通孔处有中部加料通道墙体，内部为加料及烟气流出通道，环形炉墙内为燃烧熔炼炉膛，加料及烟气流出通道顶部的排烟罩中部有炉顶盖，排烟罩外周有排烟罩引出管，环形炉墙周向有燃烧器；加料通道墙体内壁上的烟气引出口和加料及烟气流出通道连，外端和烟气汇集环道内环连，环道外环上连通的烟气汇集总管经烟气回流连通管和烟气回流进气口连，环形炉墙上有操作炉门和熔液排出口，本发明实现了燃烧温度的控制，降低了燃烧温度，实现了氮氧化物含量的控制，减少了煤气使用量。

Description

一种利用烟气回流低氧高温燃烧的熔铝炉

技术领域

本发明涉及工业炉窑中熔炼炉的热利用设备，是特别适合于燃烧高热值气体燃料的一种利用烟气回流低氧高温燃烧的熔铝（炼）炉。

背景技术

当前，工业炉窑为满足节能与环保要求，在热利用设备的燃烧装置燃烧不同燃气的条件下获得高效可控的完全燃烧，并有效降低燃烧过程中的氮氧化物（NO_X）和硫化物（SO_X）的生成量，成为最终达到高效、节能、环保与安全使用目标的主要技术方向。为此，在工业炉窑及其燃烧装置的结构设计上，除了必须实现快速均匀混合与稳定燃烧外，还应能适应不同的燃气品种使其具有燃烧过程的调节可控的特征。这就不仅要求燃烧装置本身结构的特殊设计的合理性，更重要的是燃烧装置与对应炉体的燃烧室结构的合理配置，从而产生出不同的、优化的技术效果来。纵观目前使用的熔铝（炼）炉结构以及使用的各种燃烧装置与系统，不少存在因设计理念问题而引起的结构与性能上的各种问题，这就势必造成燃气与空气之间混合不均匀和燃烧不完全，以及无法有效控制其燃烧状态。尤其是熔铝（炼）炉上的炉内燃烧与传热过程没有很好的解决，主要体现在对于燃烧温度与使用温度之间的差异而导致的能量损失视而不见（能级损失暂不考虑），通常采取增大过量空气系数的办法去适应工艺温度的要求，这实际上是一种高温端能量的无形损失，这也是人们在能源梯级应用中所长期忽视的一个重要问题。如何利用燃烧过程中高温端的能量，最切实可行的办法就是低温烟气回流燃烧，在实现燃烧温度的合理控制的同时，将高温端的热量充分加以利用，达到有效实现节省燃料的目的。由于燃烧温度的降低也抑制了氮氧化物的生成，若进一步采用分级燃烧的方式，烟气中氮氧化物的含量还会进一步下降。在此提出一种新的熔铝（炼）炉结构并与特定的燃烧装置有效配合，用以完成气体燃料燃烧过程中的烟气自动回流完成低氧高温燃烧的燃烧过程，在有效节约燃料的同时减少氮氧化物的含量，真正达到燃烧设备的高效、节能与环保的技术目标。

发明内容

出于对熔铝（炼）炉在熔炼过程中实现控温、降低氮氧化物（NO_X）含量与节能的技术追求，这里有针对性地提出一种利用烟气回流低氧高温燃烧的熔铝（炼）炉，即具有预混气流引射低温烟气回流的控温、低氮与节能燃烧熔铝（炼）炉的熔炼与燃烧的整体结构， 也就是一种具有煤气（燃气）与空气的高速预混喷射，用以卷吸燃烧后在相继加热铝坯（料坯）和预热铝坯（料坯）后的低温烟气，并实现稳定可控的低氧高温燃烧，在控制燃烧温度的同时有效降低燃烧产物氮氧化物含量与节省煤气耗量的节能环保的熔铝（炼）炉及其燃烧系统的整体结构。

本发明解决技术方案是，圆形炉底的周边向上围有环形炉墙，环形炉墙的顶部覆盖有上部弧形顶盖，上部弧形顶盖的中部有通孔，上部弧形顶盖的通孔处向上装有中部加料通道墙体，中部加料通道墙体包围的空间为加料及烟气流出通道，环形炉墙包围的空间为燃烧熔炼炉膛，加料及烟气流出通道向下依次和通孔、燃烧熔炼炉膛相互连通，加料及烟气流出通道的顶部设置有炉顶排烟罩，炉顶排烟罩中部嵌装有置于加料及烟气流出通道上方的炉顶盖，炉顶排烟罩外周设置有排烟罩引出管，环形炉墙沿周向均布有多个燃烧器，燃烧器的结构是，煤气进气管和助燃空气进气管呈阶梯状相互同心套接连通于预混喷口，预混喷口和烟气回流进气口分别与混合燃烧室的进口连通，混合燃烧室的出口连通混合燃气喷口的外端，混合燃气喷口的内端连通燃烧熔炼炉膛；中部加料通道墙体的内壁上部沿周向至少均布有一排烟气引出口，烟气引出口的内端和加料及烟气流出通道连通，烟气引出口的外端和置于中部加料通道墙体中的烟气汇集环道的内环连通，烟气汇集环道的外环上连通有烟气汇集总管，烟气汇集总管的另一端和烟气回流连通管上端连通，烟气回流连通管的下端和烟气回流进气口连通，环形炉墙上有操作炉门和熔液排出口。

本发明熔铝（炼）炉中的燃烧装置可以有效完成气流的直流或旋流的高速预混与燃烧，并通过高速喷射卷吸低温烟气实现燃烧温度的有效控制，在实现整体燃烧温度降低的条件下，在实现氮氧化物含量有效控制的同时也有效减少了煤气的使用量而达到节能的效果；本发明是在传统的圆形熔铝炉结构的基础上在炉膛顶部垂直设置直径较大的加料及烟气流出通道，在实现连续加料的同时使得排除烟气经加热与预热料坯后降低温度，降温后的烟气经过烟气汇集环道、烟气汇集总管被燃烧器抽吸而重新返回炉膛。这样，较低温度烟气的回流在降低燃烧温度的同时也增大了燃烧与熔炼空间中的烟气流量，从而强化了热利用空间的气流与物体间的传热过程。实现了热利用空间的烟气流场与温度场的合理分布、烟气回流量的合理控制、炉内压力的合理分布，从而在改善与优化燃烧与传热过程的同时，还能有效减小燃烧室乃至热利用装置的结构空间，从而节省设备的初次投资费用。

附图说明

图1为本发明的剖面主视图。

图2为本发明图1的俯视半剖面图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

如图1及图2所示，本发明的结构是，圆形炉底1a的周边向上围有环形炉墙1b，环形炉墙的顶部覆盖有上部弧形顶盖1c，上部弧形顶盖的中部有通孔，上部弧形顶盖的通孔处向上装有中部加料通道墙体1d，中部加料通道墙体包围的空间为加料及烟气流出通道3，环形炉墙包围的空间为燃烧熔炼炉膛2，加料及烟气流出通道3向下依次和通孔、燃烧熔炼炉膛相互连通，加料及烟气流出通道的顶部设置有炉顶排烟罩1f，炉顶排烟罩中部嵌装有置于加料及烟气流出通道上方的炉顶盖1e，炉顶排烟罩外周设置有排烟罩引出管1g，环形炉墙沿周向均布有多个燃烧器，燃烧器的结构是，煤气进气管5a和助燃空气进气管5b呈阶梯状相互同心套接连通于预混喷口5c，预混喷口和烟气回流进气口5d分别与混合燃烧室5e的进口连通，混合燃烧室的出口连通混合燃气喷口5f的外端，混合燃气喷口的内端连通燃烧熔炼炉膛；中部加料通道墙体的内壁上部沿周向至少均布有一排烟气引出口4a，烟气引出口的内端和加料及烟气流出通道连通，烟气引出口的外端和置于中部加料通道墙体中的烟气汇集环道4b的内环连通，烟气汇集环道4b的外环上连通有烟气汇集总管4c，烟气汇集总管的另一端和烟气回流连通管4d上端连通，烟气回流连通管4d的下端和烟气回流进气口5d连通，环形炉墙上有操作炉门和熔液排出口。

所述的燃烧熔炼炉膛2内盛放铝熔液和铝坯6。

所述的加料及烟气流出通道3内盛放铝坯。

所述的圆形炉底1a、环形炉墙1b、上部弧形顶盖1c和中部加料通道墙体1d均是在钢制外壳内壁上自钢制外壳内壁向钢制外壳的轴心依次砌筑第一纤维棉毡层、轻质耐火砖层、重质耐火砖层构成的复合层结构，即第一纤维棉毡层贴合在钢制外壳内壁上，轻质耐火砖层贴合在第一纤维棉毡层上，重质耐火砖层贴合在轻质耐火砖层上。

所述的烟气回流进气口5d、预混喷口5c、混合燃烧室5e和混合燃气喷口5f是在钢制壳体内壁上自钢制壳体内壁向钢制壳体的轴心依次设置第二纤维棉毡层、第一低水泥浇注料层构成的复合层结构，即第二纤维棉毡层贴合在钢制壳体内壁上，煤气进气管5a、助燃空气进气管5b均是钢管，预混喷口5c和混合燃烧室5e的出口均呈收缩状，混合燃气喷口5f呈外端开口小、内端开口大的扩散状。

所述的煤气进气管5a的出气端置于助燃空气进气管5b内，助燃空气进气管的侧壁上有进气口，助燃空气进气管的出气口和预混喷口5c的进口连通，预混喷口的出口和混合燃烧室的进口中心连通。

所述的混合燃烧室5e的进口外侧有环绕在预混喷口5c外周的烟气回流进气口5d，烟气回流进气口的出口和混合燃烧室连通，烟气回流进气口经混合燃烧室和混合燃气喷口5f相互连通，烟气回流进气口内喷出的气流呈垂直偏心状经过混合燃烧室的出口处。

所述的烟气引出口4a有两排。

所述的中部加料通道墙体1d的重质耐火砖层中沿周向均布有烟气引出口4a，烟气引出口的外端和置于中部加料通道墙体的重质耐火砖层中的烟气汇集环道4b的内环连通。

所述的烟气汇集总管4c的另一端伸出中部加料通道墙体1d的外部和烟气回流连通管4d上端连通。

所述的烟气汇集总管4c和烟气回流连通管4d均是由钢管内壁上自钢管内壁向钢管轴心依次敷设第三纤维棉毡层和第二低水泥浇注料层构成的复合结构。

所述的炉顶排烟罩1f为底部呈开口状的罩状体。

本发明的工作情况是，煤气通过煤气进气管5a与助燃空气通过助燃空气进气管的侧壁上的进气口在预混喷口5c内混合再由预混喷口喷出，与从烟气回流进气口5d进入的回流烟气在混合燃烧室5e相遇，其后再从混合燃气喷口5f喷射进入燃烧熔炼炉膛2，在燃烧熔炼炉膛中着火燃烧之后再与燃烧熔炼炉膛中的铝熔液和铝坯充分接触完成燃烧过程；继而燃烧后的烟气向上进入加料及烟气流出通道3，在此与其中的铝坯进行热交换而实现对铝坯的预热和自身的冷却；其后一部分烟气通过加料及烟气流出通道与炉顶盖1e间的缝隙流出，进入炉顶排烟罩1f和排烟罩引出管1g而排放到炉外，而另一部分烟气则通过烟气引出口4a引出，并进入与其连通的烟气汇集环道4b，再进入烟气汇集总管4c，通过烟气回流连通管4d进入烟气回流进气口5d，在燃烧器中高速喷射的煤气与助燃空气的引射作用下进入燃烧器 的混合燃烧室5e，从而完成燃烧烟气的回流和实现整个烟气回流低氧高温燃烧过程，该熔铝（炼）炉的熔炼与燃烧系统是由炉体与特制的燃烧器及烟气回流装置经管道连接而成，更好的实现了熔铝（炼）炉工艺流程和保持炉体结构的稳定性。

如上所述，本发明熔铝（炼）炉能实现煤气与助燃空气在充分混合（或燃烧）的同时还能得到经炉膛和加料及烟气流出通道冷却后的烟气的混入，而使得炉膛中的燃烧温度得到有效可控与自动调节，有效保证了燃烧过程中氮氧化物的生成量的有效减少；同时，因在采用低温烟气的回流有效调节燃烧温度的同时也达到高温段热能的合理利用。由于回流烟气能有效调节燃烧温度，排烟温度可另行配合空气预热装置而进一步降低，节能效果将更为突出。

显见，工业炉窑要达到确定的环保要求和既定的节能目标，采用本发明这种烟气引射回流实现控温与低氮燃烧的熔铝（炼）炉结构是一种合适的选择，因为该熔铝（炼）炉的燃烧装置具有极强的燃烧适应性和广泛的适用范围，可根据不同工业炉窑的工艺特征，配合该熔铝（炼）炉的燃烧装置，就能实现工业炉窑的低氮燃烧与节能燃烧，实现较为可观的经济效益和社会效益。

Claims (10)

1.一种利用烟气回流低氧高温燃烧的熔铝炉，包括圆形炉底、环形炉墙和弧形顶盖，圆形炉底（1a）的周边向上围有环形炉墙（1h），环形炉墙的顶部覆盖有上部弧形顶盖（1c）、上部弧形顶盖的中部有通孔，上部弧形顶盖的通孔处向上装有中部加料通道墙体（1d），中部加料通道墙体包围的空间 为加料及烟气流出通道（3），环形炉墙包围的空间为燃烧熔炼炉膛（2），加料及烟气流出通道（3）向下依次和通孔、燃烧熔炼炉膛相互连通，其特征在于，加料及烟气流出通道的顶部设置有炉顶排烟罩（1f），炉顶排烟罩中部嵌装有置于加料及烟气流出通道上方的炉顶盖（1e），炉顶排烟罩外周设置有排烟罩引出管（1g），环形炉墙沿周向均布有多个燃烧器，燃烧器的结构是，煤气进气管（5a）和助燃空气进气管（5h）呈阶梯状相互同心套接连通于预混喷口（5c），预混喷口和烟气回流进气口（5d）分别与混合燃烧室（5e）的进口连通，混合燃烧室的出口连通混合燃气喷口（5f）的外端，混合燃气喷口的内端连通燃烧熔炼炉膛；中部加料通道墙体的内壁上部沿周向至少均布有一排烟气引出口（4a），烟气引出口的内端和加料及烟气流出通道连通，烟气引出口的外端和置于中部加料通道墙体中的烟气汇集环道（4b）的内环连通，烟气汇集环道（4b）的外环上连通有烟气汇集总管（4c），烟气汇集总管的另一端和烟气回流连通管（4d）上端连通，烟气回流连通管（4d）的下端和烟气回流进气口（5d）连通，环形炉墙上有操作炉门和熔液排出口。

2.根据权利要求l所述的利用烟气回流低氧高温燃烧的熔铝炉，其特征在于，所述的燃烧熔炼炉膛（2）内盛放铝熔液和铝坯（6）；所述的加料及烟气流出通道（3）内盛放铝坯。

3.根据权利要求l所述的利用烟气回流低氧高温燃烧的熔铝炉，其特征在于，所述的圆形炉底（1a）、环形炉墙（1h）、上部弧形顶盖（1c）和中部加料通道墙体（1d）均是在钢制外壳内壁上自钢制外壳内壁向钢制外壳的轴心依次砌筑第一纤维棉毡层、轻质耐火砖层、重质耐火砖层构成的复合层结构，即第一纤维棉毡层贴合在钢制外壳内壁上，轻质耐火砖层贴合在第一纤维棉毡层上，重质耐火砖层贴合在轻质耐火砖层上。

4.根据权利要求l所述的利用烟气回流低氧高温燃烧的熔铝炉，其特征在于，所述的烟气回流进气口（5d）、预混喷口（5c）、混合燃烧室（5e）和混合燃气喷口（5f）是在钢制壳体内壁上自钢制壳体内壁向钢制壳体的轴心依次设置第二纤维棉毡层、第一低水泥浇注料层构成的复合层结构，即第二纤维棉毡层贴合在钢制壳体内壁上，煤气进气管（5a）、助燃空气进气管（5b）均是钢管，预混喷口（5c）和混合燃烧室（5e）的出口均呈收缩状，混合燃气喷口（5f）呈外端开口小、内端开口大的扩散状。

5.根据权利要求l所述的利用烟气回流低氧高温燃烧的熔铝炉，其特征在于，所述的煤气进气管（5a）的出气端置于助燃空气进气管（5b）内，助燃空气进气管的侧壁上有进气口，助燃空气进气管的出气口和预混喷口（5c）的进口连通，预混喷口的出口和混合燃烧室的进口中心连通。

6.根据权利要求l所述的利用烟气回流低氧高温燃烧的熔铝炉，其特征在于，所述的混合燃烧室（5e）的进口外侧有环绕在预混喷口（5c）外周的烟气回流进气口（5d），烟气回流进气口的出口和混合燃烧室连通，烟气回流进气口经混合燃烧室和混合燃气喷口（5f）相互连通，烟气回流进气口内喷出的气流呈垂直偏心状经过混合燃烧室的出口处。

7.根据权利要求l所述的利用烟气回流低氧高温燃烧的熔铝炉，其特征在于，所述的中部加料通道墙体（1d）的重质耐火砖层中沿周向均布有烟气引出口（4a），烟气引出口的外端和置于中部加料通道墙体的重质耐火砖层中的烟气汇集环道（4b）的内环连通。

8.根据权利要求l所述的利用烟气回流低氧高温燃烧的熔铝炉，其特征在于，所述的烟气汇集总管（4c）的另一端伸出中部加料通道墙体（1d）的外部和烟气回流连通管（4d）上端连通。

9.根据权利要求l所述的利用烟气回流低氧高温燃烧的熔铝炉，其特征在于，所述的烟气汇集总管（4c）和烟气回流连通管（4d）均是由钢管内壁上自钢管内壁向钢管轴心依次敷设第三纤维棉毡层和第二低水泥浇注料层构成的复合结构。

10.根据权利要求l所述的利用烟气回流低氧高温燃烧的熔铝炉，其特征在于，所述的炉顶排烟罩（1f）为底部呈开口状的罩状体；所述的烟气引出口（4a）有两排。