CN109899788A - 一种加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换装置及方法，属于加热炉燃烧设备及方法技术领域。用于实现加热炉混合煤气与天然气的切换燃烧。其技术方案是：在煤气支管一侧增加了天然气支管，烧嘴前蝶阀和手动盲板分别安装在天然气支管连接处的上游煤气支管上，快接法兰安装在天然气支管连接处的下游煤气支管上，烧嘴前短管安装在快接法兰和煤气烧嘴外侧法兰之间。当需要切换时，通过关闭烧嘴前蝶阀、手动盲板切断混合煤气，拆卸烧嘴前短管后用烧嘴喷口封堵器调整烧嘴喷口的数量，再连接烧嘴前短管后通入天然气进行燃烧。本发明实现了热值差异较大的两种燃气共用一套烧嘴并顺利切换，解决了因高炉煤气不足、混合煤气常规燃烧加热炉无法生产的难题。

Description

一种加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换装置及方法

技术领域

本发明涉及一种实现加热炉混合煤气与天然气的切换燃烧的装置和方法，属于加热炉燃烧设备及方法技术领域。

背景技术

轧钢小棒加热炉原采用高炉气与天然气的混合煤气作为燃料，煤气热值为1750Kcal/Nm3，烧嘴采用的是调焰烧嘴。烧嘴的工作原理为基于改变空气和煤气的混合条件，将空气分成两路，通过改变一次空气和二次空气的比例，可以得到不同的火焰长度。此烧嘴设计的煤气热值范围为1750+50 Kcal/Nm3，在此范围内空气和煤气充分混合，烧嘴燃烧火焰稳定，并保证在规定的负荷条件下完全燃烧。若煤气的热值太低或太高，空气与煤气配比失调，有回火、脱火及燃烧不完全、烟囱冒黑烟的隐患。

目前，由于环保需求，在供暖期间公司高炉限产，高炉气产量降低，无法满足轧钢加热炉高炉煤气的用量需求；而在供暖期间后，高炉不限产，高炉气产量高，大量的高炉煤气需轧钢加热炉消化使用。因此在高炉限产期间，高炉气供应不足，若采用天然气作为燃料，因热值太高，空燃比失调、烟囱冒黑烟，烧嘴有回火隐患，但是若不采用天然气为燃料，轧钢厂加热炉无燃料可用，只能停产。

因此，解决问题方法只能是增加一套天然气燃烧系统，在无高炉气时启用天然气燃烧系统，而在高炉气充足时采用高炉气与天然气的混合煤气燃烧系统。但是这种方法的弊端是需要在加热炉内同时设置天然气烧嘴和混合煤气烧嘴时，加热炉采用混合煤气燃烧时，天然气烧嘴停用时易被烧坏，反之亦然。查阅相关资料，国内外加热炉上均无同时设置天然气烧嘴和混合煤气烧嘴的实例，亟待加以解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换装置及方法，这种切换装置和方法可以在常规燃烧的轧钢加热炉上使用，在高炉气供应不足时，可以将混合煤气燃烧切换为天然气燃烧，以达到保持轧钢加热炉的连续生产的目的。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换装置，它包括煤气支管、煤气烧嘴、煤气烧嘴外侧法兰，煤气烧嘴外侧法兰的一侧与煤气烧嘴相连接，煤气烧嘴外侧法兰的另一侧与煤气支管相连接，其改进之处是，它增加了天然气支管，天然气支管的前端与煤气支管相连接，天然气支管中安装有球阀，在煤气支管中增加了烧嘴前蝶阀、手动盲板、快接法兰和烧嘴前短管，烧嘴前蝶阀和手动盲板分别安装在煤气支管与天然气支管连接处的上游煤气支管上，快接法兰安装在煤气支管与天然气支管连接处的下游煤气支管上，烧嘴前短管安装在快接法兰和煤气烧嘴外侧法兰之间。

上述加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换装置，它还有烧嘴喷口封堵器，烧嘴喷口封堵器放置在烧嘴芯管内，烧嘴喷口封堵器由手柄、端盖、斜圆管、固定螺母组成，手柄为长杆，手柄的前端与端盖的一侧中心垂直焊接连接，端盖的另一侧与斜圆管的后端相连接，斜圆管倾斜放置，斜圆管的外周直径与烧嘴喷口的直径相匹配，斜圆管的倾斜角度与烧嘴喷口的倾斜角度相同，斜圆管插入到烧嘴喷口中，斜圆管后端的端盖表面与烧嘴喷口端面贴紧连接。

上述加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换装置，所述端盖的中心与烧嘴喷口的中心相对，端盖圆周由两段不同直径的圆弧连接组成，小直径圆弧的直径大于烧嘴喷口的直径，小直径圆弧位于烧嘴芯管内，小直径圆弧所对的端盖部分覆盖在烧嘴喷口的端面上，大直径圆弧的直径与烧嘴芯管的直径相匹配，大直径圆弧所对的端盖部分与烧嘴芯管内壁相对贴紧。

上述加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换装置，所述烧嘴喷口封堵器为多个，多个烧嘴喷口封堵器在烧嘴芯管内分别对多个烧嘴喷口进行封堵，在烧嘴芯管的管壁上分别有多个固定环，烧嘴喷口封堵器的手柄上有固定螺母，多个烧嘴喷口封堵器的手柄通过固定螺母与烧嘴芯管管壁上的多个固定环分别连接。

一种使用上述加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换装置的加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换方法，混合煤气切换为纯天然气时，它采用以下步骤进行：

a．进行加热炉停炉操作，并封上混合煤气的主管盲板，关闭煤气支管中的烧嘴前蝶阀，氮气吹扫化验合格后封堵煤气支管中烧嘴前蝶阀后的手动盲板；

b．拆除煤气支管中快接法兰与煤气烧嘴外侧法兰之间的烧嘴前短管；

c．在煤气烧嘴外侧法兰前部的烧嘴芯管内安装烧嘴喷口封堵器，将烧嘴喷口封堵器的斜圆管插入到烧嘴喷口中，斜圆管后端的端盖表面与烧嘴喷口端面贴紧连接，端盖的小直径圆弧所对的端盖部分覆盖在烧嘴喷口的端面上，端盖的大直径圆弧所对的端盖部分与烧嘴芯管内壁相对贴紧，手柄通过固定螺母与烧嘴芯管管壁上的固定环固定连接；

d．多个烧嘴喷口封堵器采用间隔安装，使用三个烧嘴喷口封堵器将六个烧嘴喷口间隔封堵三个；

e.将煤气烧嘴外侧法兰与快接法兰之间的烧嘴前短管恢复连接；

f.按天然气点火作业票进行点火作业后恢复生产。

本发明的有益效果是：

本发明在煤气支管一侧增加了天然气支管，在煤气支管内安装了烧嘴前蝶阀、手动盲板、快接法兰和烧嘴前短管，当需要切换时，通过关闭烧嘴前蝶阀、手动盲板切断混合煤气，拆卸烧嘴前短管后用烧嘴喷口封堵器调整烧嘴喷口的数量，再连接烧嘴前短管后通入天然气进行燃烧，保证加热炉连续生产。

本发明提供了一种混合煤气和天然气的燃烧切换装置及切换方法，这种切换装置和切换方法可以在常规燃烧的轧钢加热炉上使用。在高炉气供应不足时，通过切换、调整烧嘴内部结构，将混合煤气可切换为天然气来继续维持轧钢加热炉的生产，在高炉煤气富余时，再切换为混合煤气燃烧。

本发明是加热炉双燃料烧嘴的创新，实现了热值差异较大的两种燃气共用一套烧嘴并顺利切换，解决了因供暖期高炉煤气不足、混合煤气常规燃烧加热炉无法生产的难题。

附图说明

图1是本发明的加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换装置结构示意图；

图2是烧嘴喷口封堵器结构示意图；

图3是烧嘴芯管内部示意图；

图4是烧嘴喷口封堵器的端部尺寸图；

图5是端盖的侧视图；

图6是封堵后烧嘴喷口示意图；

图7是烧嘴喷口封堵器在煤气芯管的固定示意图。

图中标记如下：烧嘴前蝶阀1、煤气支管2、手动盲板3、天然气支管连接处4、快接法兰5、烧嘴前短管6、煤气烧嘴外侧法兰7、天然气支管8、球阀9、斜圆管10、端盖11、手柄12、固定螺母13、烧嘴芯管14、固定环15、烧嘴砖16、烧嘴喷口17。

具体实施方式

本发明包括烧嘴前管路改造部分和烧嘴芯管内改造部分两部分。烧嘴前管路改造增加天然气支管和在烧嘴前直管路上安装切换装置，用于混合煤气和天然气的切换；烧嘴芯管内改造是对烧嘴砖的喷口面积进行调整。

本发明的加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换装置由天然气支管、球阀9、烧嘴前蝶阀1、手动盲板3、快接法兰5、烧嘴前短管6和烧嘴喷口封堵器组成。

图1显示，它增加了天然气支管8，天然气支管8的前端与煤气支管2相连接，天然气支管8中安装有球阀9，天然气管8的上端通过球阀9与天然气主管相连，用于打开和关闭天然气支管8。

图1显示，烧嘴前蝶阀1和手动盲板3分别安装在煤气支管2与天然气支管连接处4的上游煤气支管2上，用于在进行切换时关闭煤气支管2，切断混合煤气供应，以及恢复混合煤气供应时接通煤气支管2。

加热炉烧嘴设计时空气压力比煤气压力大一倍，燃烧过程为空气带着煤气将火焰拉长进行边混合边燃烧。由于天然气热值（约8400kcal/m3）与现场混合煤气热值（1750kcal/m3）相差太大，且混合煤气和天然气的燃烧特性不一样，若烧嘴喷口不做调整，采用纯天然气燃烧时存在回火和空燃比失调的隐患，因此在燃料切换时需要对原烧嘴进行调整，以满足不同燃料的燃烧。

通过计算得出：在保证同样烧嘴功率的条件，单个烧嘴的流量从混合煤气的2262Nm3/h下降至天然气的495 Nm3/h。综合两种煤气流量、混合煤气和天然气燃烧特性上的差异、以及对于不同燃料烧嘴煤气通道设计的要求，在使用天然气作为原料时将原烧嘴的煤气流通通道面积减小一半，这样可以保证天然气的燃烧效果。

将烧嘴流通通道面积减少一半的方法可通过减少煤气烧嘴喷口17数量来实现，减少烧嘴喷口17的方法是先拆开与烧嘴芯管14相连的煤气支管2，再通过煤气芯管14封堵一半烧嘴喷口17，最后再安装好煤气支管2。烧嘴中的煤气芯管14通过煤气烧嘴外侧法兰7与煤气支管2相连，拆除炉子外侧局部钢结构，工作量较大，会导致两套燃烧系统切换的停产时间大幅延长，为了缩短拆装时间，设计出了在烧嘴前短管路6与快接法兰5连接的方案，通过拆除烧嘴前短管6可实现快速打开烧嘴芯管14的目的，从而减少了拆除煤气支管2和钢结构的工作量。

图1显示，快接法兰5安装在煤气支管2与天然气支管连接处4的下游煤气支管2上，烧嘴前短管6安装在快接法兰5和煤气烧嘴外侧法兰7之间。在切换天然气支管8燃烧时，需要对烧嘴管芯14内的烧嘴喷口17进行封堵调整，因此要通过框架法兰5和煤气烧嘴外侧法兰7拆卸下烧嘴前短管6，然后在烧嘴管芯14内进行烧嘴喷口17的封堵作业。

图2显示，封堵烧嘴喷口17的器具是烧嘴喷口封堵器，烧嘴喷口封堵器放置在烧嘴芯管14内。烧嘴喷口封堵器由手柄12、端盖11、斜圆管10、固定螺母13组成。手柄12为长杆，手柄12的前端与端盖11的一侧中心垂直焊接连接，端盖11的另一侧与斜圆管10的后端相连接，斜圆管10倾斜放置，斜圆管10的外周直径与烧嘴喷口17的直径相匹配，斜圆管10的倾斜角度与烧嘴喷口17的倾斜角度相同，斜圆管10插入到烧嘴喷口17中，斜圆管10后端的端盖11表面与烧嘴喷口17端面贴紧连接。斜圆管10和端盖11将烧嘴喷口17封闭。

图3显示，煤气烧嘴外侧法兰7与烧嘴芯管14相连接，烧嘴芯管14的前端与烧嘴砖16连接，烧嘴砖16通过烧嘴喷口17与加热炉炉内相通。在烧嘴芯管14的管壁上分别有多个固定环15，烧嘴喷口封堵器的手柄12上有固定螺母13，多个烧嘴喷口封堵器的手柄12通过固定螺母13与烧嘴芯管14管壁上的多个固定环15分别连接。

图4、5显示，端盖11的中心与烧嘴喷口17的中心相对，端盖11圆周由两段不同直径的圆弧连接组成，小直径圆弧的直径大于烧嘴喷口17的直径，小直径圆弧位于烧嘴芯管14内，小直径圆弧所对的端盖部分覆盖在烧嘴喷口17的端面上，大直径圆弧的直径与烧嘴芯管14的直径相匹配，大直径圆弧所对的端盖部分与烧嘴芯管14内壁相对贴紧。

图6显示，烧嘴砖16封堵后效果图。

图7显示，烧嘴喷口封堵器固定在烧嘴芯管14内壁的侧视图，手柄12通过固定螺母13与固定环15连接在一起。

本发明的一个烧嘴喷口封堵器实施例如下：

手柄12为304钢材，手柄12的长度为840mm，直径为8mm；

端盖11为 Cr25Ni20材质，端盖11的厚度为10mm，端盖11是由半径40mm和半径110mm的两段圆弧组成，半径110mm的圆弧段与烧嘴芯管14内壁切合对接；

斜圆管10为Cr25Ni20材质，斜圆管10的直径为48mm，壁厚为5mm，斜圆管10的轴线与手柄12夹角为10度；

固定环15为3个，固定环15安装在烧嘴芯管14外沿30mm位置。

本发明的加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换方法，混合煤气切换为纯天然气时，它采用以下步骤进行：

a．进行加热炉停炉操作，并封上混合煤气的主管盲板，关闭煤气支管2中的烧嘴前蝶阀1，氮气吹扫化验合格后封堵煤气支管2中烧嘴前蝶阀1后的手动盲板3；

b．拆除煤气支管2中快接法兰5与煤气烧嘴外侧法兰7之间的烧嘴前短管6；

c．在煤气烧嘴外侧法兰7前部的烧嘴芯管14内安装烧嘴喷口封堵器，将烧嘴喷口封堵器的斜圆管10插入到烧嘴喷口17中，斜圆管10后端的端盖11表面与烧嘴喷口17端面贴紧连接，端盖11的小直径圆弧所对的端盖部分覆盖在烧嘴喷口17的端面上，端盖11的大直径圆弧所对的端盖部分与烧嘴芯管14内壁相对贴紧，手柄12通过固定螺母13与烧嘴芯管14管壁上的固定环15固定连接；

d．多个烧嘴喷口封堵器采用间隔安装，使用三个烧嘴喷口封堵器将六个烧嘴喷口17间隔封堵三个；

e.将煤气烧嘴外侧法兰7与快接法兰5之间的烧嘴前短管6恢复连接；

f.按天然气点火作业票进行点火作业后恢复生产。

Claims (5)

1.一种加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换装置，它包括煤气支管（2）、煤气烧嘴、煤气烧嘴外侧法兰（7），煤气烧嘴外侧法兰（7）的一侧与煤气烧嘴相连接，煤气烧嘴外侧法兰（7）的另一侧与煤气支管（2）相连接，其特征在于：它增加了天然气支管（8），天然气支管（8）的前端与煤气支管（2）相连接，天然气支管（8）中安装有球阀（9），在煤气支管（2）中增加了烧嘴前蝶阀（1）、手动盲板（3）、快接法兰（5）和烧嘴前短管（6），烧嘴前蝶阀（1）和手动盲板（3）分别安装在煤气支管（2）与天然气支管连接处（4）的上游煤气支管（2）上，快接法兰（5）安装在煤气支管（2）与天然气支管连接处（4）的下游煤气支管（2）上，烧嘴前短管（6）安装在快接法兰（5）和煤气烧嘴外侧法兰（7）之间。

2.根据权利要求1所述的加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换装置，其特征在于：它还有烧嘴喷口封堵器，烧嘴喷口封堵器放置在烧嘴芯管（14）内，烧嘴喷口封堵器由手柄（12）、端盖（11）、斜圆管（10）、固定螺母（13）组成，手柄（12）为长杆，手柄（12）的前端与端盖（11）的一侧中心垂直焊接连接，端盖（11）的另一侧与斜圆管（10）的后端相连接，斜圆管（10）倾斜放置，斜圆管（10）的外周直径与烧嘴喷口（17）的直径相匹配，斜圆管（10）的倾斜角度与烧嘴喷口（17）的倾斜角度相同，斜圆管（10）插入到烧嘴喷口（17）中，斜圆管（10）后端的端盖（11）表面与烧嘴喷口（17）端面贴紧连接。

3.根据权利要求2所述的加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换装置，其特征在于：所述端盖（11）的中心与烧嘴喷口（17）的中心相对，端盖（11）圆周由两段不同直径的圆弧连接组成，小直径圆弧的直径大于烧嘴喷口（17）的直径，小直径圆弧位于烧嘴芯管（14）内，小直径圆弧所对的端盖部分覆盖在烧嘴喷口（17）的端面上，大直径圆弧的直径与烧嘴芯管（14）的直径相匹配，大直径圆弧所对的端盖部分与烧嘴芯管（14）内壁相对贴紧。

4.根据权利要求3所述的加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换装置，，其特征在于：所述烧嘴喷口封堵器为多个，多个烧嘴喷口封堵器在烧嘴芯管（14）内分别对多个烧嘴喷口（17）进行封堵，在烧嘴芯管（14）的管壁上分别有多个固定环（15），烧嘴喷口封堵器的手柄（12）上有固定螺母（13），多个烧嘴喷口封堵器的手柄（12）通过固定螺母（13）与烧嘴芯管（14）管壁上的多个固定环（15）分别连接。

5.一种使用上述加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换装置的加热炉的混合煤气和天然气燃烧切换方法，其特征在于：混合煤气切换为纯天然气时，它采用以下步骤进行：

a．进行加热炉停炉操作，并封上混合煤气的主管盲板，关闭煤气支管（2）中的烧嘴前蝶阀（1），氮气吹扫化验合格后封堵煤气支管（2）中烧嘴前蝶阀（1）后的手动盲板（3）；

b．拆除煤气支管（2）中快接法兰（5）与煤气烧嘴外侧法兰（7）之间的烧嘴前短管（6）；

c．在煤气烧嘴外侧法兰（7）前部的烧嘴芯管（14）内安装烧嘴喷口封堵器，将烧嘴喷口封堵器的斜圆管（10）插入到烧嘴喷口（17）中，斜圆管（10）后端的端盖（11）表面与烧嘴喷口（17）端面贴紧连接，端盖（11）的小直径圆弧所对的端盖部分覆盖在烧嘴喷口（17）的端面上，端盖（11）的大直径圆弧所对的端盖部分与烧嘴芯管（14）内壁相对贴紧，手柄（12）通过固定螺母（13）与烧嘴芯管（14）管壁上的固定环（15）固定连接；

d．多个烧嘴喷口封堵器采用间隔安装，使用三个烧嘴喷口封堵器将六个烧嘴喷口（17）间隔封堵三个；

e.将煤气烧嘴外侧法兰（7）与快接法兰（5）之间的烧嘴前短管（6）恢复连接；

f.按天然气点火作业票进行点火作业后恢复生产。