CN107902870B - 一种环保单元玻璃棉节能窑炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保单元玻璃棉节能窑炉，包括熔化池，熔化池的下方设置有熔化池底部保温层，上方设置为窑炉碹顶，窑炉碹顶的上方设置有碹顶保温层，熔化池的一端设置有流液洞，流液洞上设置有流液洞闸板；熔化池的侧壁上设置有燃气烧枪喷咀，燃气烧枪喷咀的高度位于熔化池内的火焰燃烧空间处；鼓泡均质系统的鼓泡孔设置在熔化池的底部，熔化池的另一端通过烟道与助燃热风金属换热器连通；还通过多个自动控制系统与PLC控制中心连接实现节能窑炉的自动控制作业。本发明节能窑炉构思巧妙，结构设计合理，燃烧效率高，熔化温度降低，实现了窑炉的高产、低耗、低排放目的，大大提高企业经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及工业窑炉技术领域，尤其涉及一种环保单元玻璃棉节能窑炉。
背景技术
玻璃棉是一种用途十分广泛的绝热保温材料，对推动我国的节能减排及服务国计民生均起到重大作用。长期以来，我国的离心玻璃棉生产所采用的窑炉多为马蹄焰窑炉及单元窑炉。在使用特点上，马蹄焰窑炉具有左右对称的蓄热室用来预热玻璃熔融所提供的空气、煤气或天燃气能源，有利于节能，但蓄热室易堵塞，导致操作维护困难，窑炉寿命短，且尾气排放氮氧化物超标，既增加使用成本，又不利于保护环境，增加大气治理难度。而现有单元窑炉尽管没有蓄热室，可有效避免马蹄焰窑炉因蓄热室易堵带来的种种弊端，但产量低、能耗高，影响企业效益和社会效益。
近年来，随着国家大气环境的治理要求，马蹄焰窑炉面临排放物治理所需的大量投资及维护费用，无疑会增大产品制作成本，不利于市场竞争。为此，对单元窑炉进行提高产能、降低能耗的创新改造则具有广阔的前景和现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种高产量、低耗能、低排放的环保单元玻璃棉节能窑炉，解决现有技术马蹄焰窑炉蓄热室易堵塞，导致操作维护困难，窑炉寿命短的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种环保单元玻璃棉节能窑炉，包括熔化池、助燃热风金属换热器、鼓泡均质系统和自动控制系统；
所述熔化池的下方设置有熔化池底部保温层，熔化池的上方设置为窑炉碹顶，所述窑炉碹顶的上方设置有碹顶保温层，所述熔化池的一端设置有流液洞，所述流液洞上设置有流液洞闸板；所述熔化池的侧壁上设置有燃气烧枪喷咀，所述燃气烧枪喷咀的高度位于所述熔化池内的火焰燃烧空间处；
所述鼓泡均质系统包括若干个鼓泡孔，所述鼓泡孔设置在所述熔化池的底部并与所述熔化池的内腔相连通；
所述熔化池的另一端通过烟道与所述助燃热风金属换热器连通，所述助燃热风金属换热器的侧壁上设置有冷风进口和热风进口，所述冷风进口与压缩空气管连通用于冷风的输入，所述热风进口与助燃风管道连通用于热风的输出；
所述的自动控制系统，包括温度自动控制装置、窑压自动控制装置、玻璃液面高度控制器以及空气与燃气的燃烧比例的自动控制器，所述温度自动控制装置、窑压自动控制装置、玻璃液面高度控制器以及空气与燃气的燃烧比例的自动控制器均通过电线与PLC控制中心连接。
进一步的，所述自动测温控制系统包括所述熔化池上的若干个测温孔，所述测温孔包括第一测温孔和第二测温孔，所述第一测温孔设置在所述熔化池的顶部，所述第二测温孔设置在所述熔化池的底部所述。
再进一步的，所述助燃热风金属换热器具体设计为夹套式结构，所述夹套式结构包括竖直管和与所述竖直管相连通的C形管，所述竖直管包括上腔体和下腔体，所述上腔体和下腔体通过隔板密封分开，所述C形管的上水平口与所述上腔体的底部连通，C形管的下水平口与所述下腔体的底部连通，C形管下竖直口与压缩空气管连通用于进冷风。
再进一步的，所述窑炉碹顶的厚度设计为230～400mm，所述熔化池底部保温层2和碹顶保温层6的厚度设计为600～1400mm，保温熔化池深度为200～1000mm，熔化池面积设计为20～80㎡，所述熔化池1内的火焰空间为400～1000mm。
再进一步的，所述流液洞包括流液洞底部和流液洞闸板，所述流液洞底部的上方铺设有流液洞铺面砖，流液洞铺面砖的两侧铺设有流液洞侧壁砖，所述流液洞侧壁砖和所述流液洞铺面砖组成U字型流液通道，所述流液洞闸板安装在所述流液通道的上方，且所述流液洞闸板可以上下调节高度以控制所述流液通道的大小；所述流液洞侧壁砖的外侧设置有流液洞保温层，所述流液洞闸板的一侧沿流液流出方向的上方铺设有流液洞盖板砖。
再进一步的，所述流液洞铺面砖、流液洞盖板砖、流液洞闸板和流液洞侧壁砖的材质均采用耐玻璃液侵蚀的高致密性含铬94％的高铬耐火材料。
再进一步的，所述鼓泡孔具体设计为双排结构，鼓泡孔的数量设置为4～18个，且多个鼓泡孔等间距布置；所述鼓泡孔通过鼓泡管形成，所述鼓泡管通过鼓泡砖安装在所述熔化池内，所述鼓泡砖的顶面高于熔化池面砖的顶面，所述鼓泡管的顶部位于贯穿所述鼓泡砖后露出，鼓泡管的底部位于熔化池底部处。
再进一步的，所述燃气烧枪喷咀8并排设置有多个，且横向布置中心间距1000～2500mm，燃气烧枪喷咀8距离玻璃棉液面中心高度为100～400mm。
再进一步的，所述第一测温孔的设计数量为1～6个，第二测温孔的设计数量为1～10个。
再进一步的，所述第一测温孔的设计数量具体为5个，第二测温孔的设计数量具体为8个。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明节能窑炉，包括熔化池，熔化池通过烟道与连接有助燃热风金属换热器，熔化池的底部设计有鼓泡均质系统，且熔化池内设置有自动控制系统并通过PLC控制中心实现自动化控制，与传统的单元窑炉相比，通过合理改善传统单元窑炉的结构和配置，有效克服其低产能、高耗能的弊端，实现了高产量、低能耗、低排放的新型环保玻璃棉生产功能。该发明具有以下优点：
1)通过熔化池的深度及熔化面积的改变，应用鼓泡技术增加鼓泡均质系统，可完成2～7种原材料配方的熔化，生产过程中单耗低、熔化率高、产能大、玻璃液质量好，稳定性高，产量可提高70％以上；
2)通过降低窑炉火焰燃烧空间的高度、增加碹顶厚度以及熔化池的保温层设计，增加了碹顶对玻璃液的反射热量，缩小了窑炉内火焰燃烧空间外表面的散热量；结合助燃热风金属换热器的创新结构设计，排出的高温烟将冷风加热后排入到助燃风管道中，改造后的燃烧技术大大的提高了窑炉的节能效果，目前熔化每吨玻璃液可节能30～40m3燃气量；
3)通过窑炉结构的改变使窑炉熔化温度降低250℃左右，同时促使燃烧废气二次利用，燃烧更加充分，清洁环保，从而降低了氮氧化合物的排放浓度，可降低排放浓度50％以上(达到200mg/m3以下)；
综上所述，本发明节能窑炉构思巧妙，结构设计合理，燃烧效率高，熔化温度降低，实现了窑炉的高产、低耗、低排放目的，大大提高企业经济效益和社会效益。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明环保单元玻璃棉节能窑炉示意图；
图2为本发明流液洞纵剖结构示意图；
图3为本发明流液洞横剖结构示意图；
图4为熔化池鼓泡平面结构布置图；
图5为熔化池鼓泡立面结构布置图；
附图标记说明：1、熔化池；1-1、熔化池面砖；1-2、熔化池底部；2、熔化池底部保温层；3、流液洞；3-1、流液洞底部；3-2、流液洞铺面砖；3-3、流液洞盖板砖；3-4、流液洞闸板；3-5、流液洞侧壁砖；3-6、流液洞保温层；4、火焰燃烧空间；5、窑炉碹顶；6、碹顶保温层；7、第一测温孔；8、燃气烧枪喷咀；9、助燃热风金属换热器；10、冷风进口；11、热风出口；12、烟道；13、鼓泡孔；13-1、鼓泡砖；13-2、鼓泡管；14、第二测温孔；15、玻璃液面线。
具体实施方式
如图1-5所示，一种环保单元玻璃棉节能窑炉，包括熔化池1、助燃热风金属换热器9、鼓泡均质系统和自动控制系统；
所述熔化池1的下方设置有熔化池底部保温层2，熔化池1的上方设置为窑炉碹顶5，所述窑炉碹顶5的上方设置有碹顶保温层6，所述熔化池1的一端设置有流液洞3，所述流液洞3上设置有流液洞闸板3-4；所述熔化池1的侧壁上设置有燃气烧枪喷咀8，所述燃气烧枪喷咀8的高度位于所述熔化池1内的火焰燃烧空间4处；
所述鼓泡均质系统包括若干个鼓泡孔13，所述鼓泡孔13设置在所述熔化池1的底部并与所述熔化池1的内腔相连通；
所述熔化池1的另一端通过烟道12与所述助燃热风金属换热器9连通，所述助燃热风金属换热器9的侧壁上设置有冷风进口10和热风进口11，所述冷风进口10与压缩空气管连通用于冷风的输入，所述热风进口11与助燃风管道连通用于热风的输出；
所述的自动控制系统，包括温度自动控制装置、窑压自动控制装置、玻璃液面高度控制器以及空气与燃气的燃烧比例的自动控制器，所述温度自动控制装置、窑压自动控制装置、玻璃液面高度控制器以及空气与燃气的燃烧比例的自动控制器均通过电线与PLC控制中心连接。
所述自动测温控制系统包括所述熔化池1上的若干个测温孔，所述测温孔包括第一测温孔7和第二测温孔14，所述第一测温孔7设置在所述熔化池1的顶部，所述第二测温孔14设置在所述熔化池1的底部所述。
所述助燃热风金属换热器9具体设计为夹套式结构，所述夹套式结构包括竖直管和与所述竖直管相连通的C形管，所述竖直管包括上腔体和下腔体，所述上腔体和下腔体通过隔板密封分开，所述C形管的上水平口与所述上腔体的底部连通，C形管的下水平口与所述下腔体的底部连通，C形管下竖直口与压缩空气管连通用于进冷风。这种结构形式实现余热的二次重复利用，不但降低了烟气的排放温度又提高了助燃风的预热温度，从而达到了更加环保节能的目的；同时，避免了像马蹄焰窑炉似的蓄热室易堵、排放不环保、窑炉寿命短的诸多弊端。
所述窑炉碹顶的厚度设计为230～400mm，较现有厚度增加了70～100mm；所述熔化池底部保温层2和碹顶保温层6的厚度设计为600～1400mm，优先选用1200±200mm，其保温体厚度可根据窑体的结合及承重状况进行设计，延长并确保窑炉的使用寿命；保温熔化池深度为200～1000mm，优先选用300～600mm，熔化池面积设计为20～80㎡，优先选用40～60㎡，所述熔化池1内的火焰空间为400～1000mm，优先选用500～600mm。
如图2、图3所示，所述流液洞3包括流液洞底部3-1和流液洞闸板3-4，所述流液洞底部3-1的上方铺设有流液洞铺面砖3-2，流液洞铺面砖3-2的两侧铺设有流液洞侧壁砖3-5，所述流液洞侧壁砖3-5和所述流液洞铺面砖3-2组成U字型流液通道，所述流液洞闸板3-4安装在所述流液通道的上方，且所述流液洞闸板3-4可以上下调节高度以控制所述流液通道的大小；所述流液洞侧壁砖3-5的外侧设置有流液洞保温层3-6，所述流液洞闸板3-4的一侧沿流液流出方向的上方铺设有流液洞盖板砖3-3。
所述流液洞铺面砖3-2、流液洞盖板砖3-3、流液洞闸板3-4和流液洞侧壁砖3-5的材质均采用耐玻璃液侵蚀的高致密性含铬94％的高铬耐火材料。具体来说，所述流液洞闸板3-4通过螺栓组件可调节的安装在U字型流液通道的上方，流液洞闸板3-4的设计可以稳定玻璃液质量和流量，同时减少流液洞处玻璃液的回流量，且流液洞闸板设计，既可选择性的获取密度大质量好的玻璃液，又减少回流量实现了节能的效果。
如图4、图5所示，所述鼓泡孔13具体设计为双排结构，鼓泡孔的数量设置为4～18个，且多个鼓泡孔等间距布置；所述鼓泡孔13通过鼓泡管13-2形成，所述鼓泡管13-2通过鼓泡砖13-1安装在所述熔化池1内，所述鼓泡砖13-1的顶面高于熔化池面砖1-1的顶面，所述鼓泡管13-2的顶部位于贯穿所述鼓泡砖13-1后露出，鼓泡管13-2的底部位于熔化池底部1-2处。
所述燃气烧枪喷咀8并排设置有多个，且横向布置中心间距1000～2500mm，优选1500～1900mm，燃气烧枪喷咀8距离玻璃棉液面中心高度为100～400mm，优选200～300mm。
所述第一测温孔的设计数量为1～6个，第二测温孔的设计数量为1～10个。所述第一测温孔的设计数量具体为5个，第二测温孔的设计数量具体为8个。
本发明的工作过程如下：
首先，本发明在分析总结马蹄焰窑炉、横火焰窑炉及单元窑炉的优缺点基础上，改变熔化池1结构设计，合理确定熔化池的深度和熔化面积，结合先进的燃烧系统技术，大幅度降低熔化温度和氮氧化合物的排放浓度从而更加节能环保。其中，窑炉设计时在熔化池的底部增加了若干个鼓泡孔13，用于进一步提高玻璃液均化效果，从而提高玻璃液整体质量。为了进一步减少窑炉热损失，加大了熔化池底部保温层2和碹顶保温层6的厚度，控制玻璃液面线15的高度，以保持火焰燃烧空间4的高度更加合理，使窑炉碹顶5和炉内熔化的玻璃液温差减小，既增大了玻璃液的吸收热量又避免炉体的不合理散热损失。在预热助燃风温度上，引用了马蹄焰窑炉蓄热室的换热原理，增加了单元窑炉助燃热风金属换热器9，将烟道12排放的热烟气作为助燃空气、燃气的热源，预热从冷风口10进入的助燃冷气后从热风出口11进入助燃风管道实现余热的二次重复利用，不但降低了烟气的排放温度又提高了助燃风的预热温度，从而达到了更加环保节能的目的。此外，为了方便窑炉操作和自动化控制，在窑体顶部和底部设置若干第一测温孔7、第二测温孔14，在熔化池的侧面合理设置燃气烧枪喷咀8，操作可根据PLC控制中心的数据显示，自动控制喷咀的气量，保证熔化池内各部温度均匀，使燃气充分燃烧，减少氮氧化物排放浓度。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种环保单元玻璃棉节能窑炉，其特征在于：包括熔化池(1)、助燃热风金属换热器(9)、鼓泡均质系统和自动控制系统；
所述熔化池(1)的下方设置有熔化池底部保温层(2)，熔化池(1)的上方设置为窑炉碹顶(5)，所述窑炉碹顶(5)的上方设置有碹顶保温层(6)，所述熔化池(1)的一端设置有流液洞(3)，所述流液洞(3)上设置有流液洞闸板(3-4)；所述熔化池(1)的侧壁上设置有燃气烧枪喷咀(8)，所述燃气烧枪喷咀(8)的高度位于所述熔化池(1)内的火焰燃烧空间(4)处；
所述鼓泡均质系统包括若干个鼓泡孔(13)，所述鼓泡孔(13)设置在所述熔化池(1)的底部并与所述熔化池(1)的内腔相连通；
所述熔化池(1)的另一端通过烟道(12)与所述助燃热风金属换热器(9)连通，所述助燃热风金属换热器(9)的侧壁上设置有冷风进口(10)和热风出口(11)，所述冷风进口(10)与压缩空气管连通用于冷风的输入，所述热风出口(11)与助燃风管道连通用于热风的输出；
所述的自动控制系统，包括温度自动控制装置、窑压自动控制装置、玻璃液面高度控制器以及空气与燃气的燃烧比例的自动控制器，所述温度自动控制装置、窑压自动控制装置、玻璃液面高度控制器以及空气与燃气的燃烧比例的自动控制器均通过电线与PLC控制中心连接；
所述流液洞(3)包括流液洞底部(3-1)和流液洞闸板(3-4)，所述流液洞底部(3-1)的上方铺设有流液洞铺面砖(3-2)，流液洞铺面砖(3-2)的两侧铺设有流液洞侧壁砖(3-5)，所述流液洞侧壁砖(3-5)和所述流液洞铺面砖(3-2)组成U字型流液通道，所述流液洞闸板(3-4)安装在所述流液通道的上方，且所述流液洞闸板(3-4)可以上下调节高度以控制所述流液通道的大小；所述流液洞闸板（3-4）通过螺栓组件可调节的安装在U字型流液通道的上方；
所述助燃热风金属换热器(9)具体设计为夹套式结构，所述夹套式结构包括竖直管和与所述竖直管相连通的C形管，所述竖直管包括上腔体和下腔体，所述上腔体和下腔体通过隔板密封分开，冷风进口是与上腔体的顶部连通，热风出口是与下腔体的顶部连通，所述C形管的上水平口与所述上腔体的底部连通，C形管的下水平口与所述下腔体的底部连通，C形管下竖直口与压缩空气管连通用于进冷风；
所述窑炉碹顶的厚度为230～400mm，所述熔化池底部保温层(2)和碹顶保温层(6)的厚度为600～1400mm，熔化池深度为200～1000mm，熔化池面积为20～80㎡，所述熔化池(1)内的火焰空间为400～1000mm；
所述流液洞侧壁砖(3-5)的外侧设置有流液洞保温层(3-6)，所述流液洞闸板(3-4)的一侧沿流液流出方向的上方铺设有流液洞盖板砖(3-3)；
所述鼓泡孔(13)具体设计为双排结构，鼓泡孔的数量设置为4～18个，且多个鼓泡孔等间距布置；所述鼓泡孔(13)通过鼓泡管(13-2)形成，所述鼓泡管(13-2)通过鼓泡砖(13-1)安装在所述熔化池(1)内，所述鼓泡砖(13-1)的顶面高于熔化池面砖(1-1)的顶面，所述鼓泡管(13-2)的顶部贯穿所述鼓泡砖(13-1)后露出，鼓泡管(13-2)的底部位于熔化池底部(1-2)处。
2.根据权利要求1所述的环保单元玻璃棉节能窑炉，其特征在于：所述温度自动控制装置包括所述熔化池(1)上的若干个测温孔，所述测温孔包括第一测温孔(7)和第二测温孔(14)，所述第一测温孔(7)设置在所述熔化池(1)的顶部，所述第二测温孔(14)设置在所述熔化池(1)的底部。
3.根据权利要求1所述的环保单元玻璃棉节能窑炉，其特征在于： 所述流液洞铺面砖(3-2)、流液洞盖板砖(3-3)、流液洞闸板(3-4)和流液洞侧壁砖(3-5)的材质均采用耐玻璃液侵蚀的高致密性含铬94％的高铬耐火材料。
4.根据权利要求1所述的环保单元玻璃棉节能窑炉，其特征在于：所述燃气烧枪喷咀(8)并排设置有多个，且横向布置中心间距1000～2500mm，燃气烧枪喷咀(8)距离玻璃棉液面中心高度为100～400mm。
5.根据权利要求2所述的环保单元玻璃棉节能窑炉，其特征在于：所述第一测温孔的设计数量为1～6个，第二测温孔的设计数量为1～10个。
6.根据权利要求5所述的环保单元玻璃棉节能窑炉，其特征在于：所述第一测温孔的设计数量具体为5个，第二测温孔的设计数量具体为8个。
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