CN111521005A - 一种蓄热和换热联用式加热炉及其运行方法 - Google Patents

Abstract

一种蓄热和换热联用式加热炉及其运行方法。本申请公开了一种蓄热和换热联用式加热炉,包括：炉膛、出钢炉门、进钢炉门、烟道以及安装于炉膛内的步进梁，沿进钢炉门至出钢炉门一侧所述炉膛分为第一加热段、第二加热段和第三加热段，所述第一加热段炉膛顶部安装有第一平焰烧嘴，所述第一加热段炉膛两侧安装有调焰烧嘴，所述第三加热段炉膛两侧安装有蓄热式烧嘴，所述第一加热段炉膛顶部的水平高度低于所述第三加热段炉膛顶部的水平高度，沿所述第一加热段炉膛顶部至所述第三加热段炉膛顶部，所述第二加热段炉膛顶部向下凹陷成凹状。本发明有效改善了蓄热式炉压波动大和煤气烧嘴内二次燃烧的问题。

Description

一种蓄热和换热联用式加热炉及其运行方法

技术领域

本申请属于加热炉设备、蓄热式燃烧技术和换热器设备领域，特别是涉及一种蓄热和换热联用式加热炉及其运行方法。

背景技术

现有技术中，蓄热式加热炉采用高效的蓄热式换热装置最大限度地回收高温烟气中的显热用于预热煤气和助燃空气，获得高达1000℃以上的高温。采用蓄热式燃烧技术的加热炉，可将炉内排出的高温烟气温度降至150℃以下，热回收率达到85％以上；并使高炉煤气等低热值燃料得到有效利用。然而，由于蓄热式燃烧的固有特性，在运行过程中，存在着一些问题：

一方面，蓄热式加热炉的燃料通常为低热值煤气，为达到预定的温度，会向炉膛内喷入大量的燃料和助燃空气，容易出现炉压波动大的问题。

另一方面，蓄热式加热炉炉墙两侧的烧嘴交替供热和排烟，利用换向阀的交替关闭与开启，实现同一烧嘴进气和排烟功能的切换。该种燃烧技术在换向时，煤气换向阀由送气转为抽气的瞬间，烧嘴、换向阀以及两者之间的管道因煤气余压的存在，其空间内仍充满了煤气，这些煤气与换向后进入烧嘴内的高温烟气中残余的氧气混合的瞬间发生二次燃烧，烧嘴内蓄热体在火焰的高温下会出现烧熔、黏蚀、开裂、变形、气孔堵塞等现象，从而导致蓄热能力下降。未发生二次燃烧的煤气，随烟气一同被排出，造成能量的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蓄热和换热联用式加热炉及其运行方法以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的一，本发明提供如下技术方案：一种蓄热和换热联用式加热炉,包括：炉膛、出钢炉门、进钢炉门、烟道以及安装于炉膛内的步进梁，沿进钢炉门至出钢炉门一侧所述炉膛分为第一加热段、第二加热段和第三加热段，所述第一加热段炉膛顶部安装有第一平焰烧嘴，所述第一加热段炉膛两侧安装有调焰烧嘴，所述第三加热段炉膛两侧安装有蓄热式烧嘴，所述第一加热段炉膛顶部的水平高度低于所述第三加热段炉膛顶部的水平高度，沿所述第一加热段炉膛顶部至所述第三加热段炉膛顶部，所述第二加热段炉膛顶部向下凹陷成凹状。

优选的，所述调焰烧嘴的安装高度低于步进梁顶面的水平高度。

优选的，所述蓄热式烧嘴包括有蓄热式空气烧嘴和蓄热式煤气烧嘴，所述蓄热式空气烧嘴和蓄热式煤气烧嘴成对地安装在炉膛两侧。

优选的，所述第二加热段炉膛顶部安装有第二平焰烧嘴，所述第二平焰烧嘴喷口向第一加热段方向倾斜。

优选的，所述烟道出口处安装有换热式空气预热器和换热式煤气预热器，所述换热式空气预热器的空气入口与空气源相连接，其空气出口与所述第一加热段的平焰烧嘴和调焰烧嘴相连接；所述换热式空气预热器的烟气入口与烟道出口相连，其烟气出口与第一烟气引风机相连接；所述换热式煤气预热器的煤气入口与煤气源相连接，其煤气出口与前部加热段的平焰烧嘴和调焰烧嘴相连接；所述换热式煤气预热器的烟气入口与烟道出口相连接，其烟气出口与第二烟气引风机相连接。

进一步地，所述第一烟气引风机分别与烟道、第二烟气引风机以及烟囱相连；所述第二烟气引风机分别与第一烟气引风机和蓄热式煤气烧嘴相连。

为实现上述目的二，本发明提供如下技术方案：一种蓄热和换热联用式加热炉的运行方法，包括：

(1)所述第一和第二加热段采用常规燃烧方式，将经过换热式空气预热器预热的空气以及经过换热式煤气预热器预热的煤气输送至炉膛顶部的平焰烧嘴和炉膛两侧的调焰烧嘴，平焰烧嘴和调焰烧嘴连续地燃烧，向炉内提供热量；

(2)所述第三加热段采用蓄热式燃烧方式，安装于炉膛两侧的蓄热式烧嘴交替进行供热与排烟。

优选的，所述第一和第二加热段燃烧产生的烟气从靠近出钢炉门的烟道排出，分别进入换热式空气预热器和换热式煤气预热器对空气和煤气进行预热。

优选的，所述换热式煤气预热器排出的烟气，一部分通过烟囱等过滤后排放至大气中；另一部分反吹回蓄热式煤气烧嘴；

进一步地，第三加热段蓄热式燃烧一个换向周期结束后，排烟侧继续排烟，空气源继续向供热侧蓄热式空气烧嘴供应空气，煤气源停止向供热侧煤气烧嘴供应煤气，反吹烟气被送入供热侧蓄热式煤气烧嘴，将滞留的煤气冲入炉内燃烧；反吹结束后，供热侧蓄热式空气和蓄热式煤气烧嘴转为排烟，排烟侧蓄热式空气和煤气烧嘴转为供热，重复上述流程。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)采用蓄热式烧嘴和常规烧嘴联用的供热方式，相较于现有的常规蓄热式加热炉，增加炉顶烧嘴后，抑制了蓄热式燃烧加热段和常规燃烧加热段之间气流的互相干扰，可改善炉内过大的压力波动；

(2)在常规蓄热式加热炉基础上，增加了烟气反吹扫系统，利用反吹烟气将管道内滞留的煤气置换到炉内燃烧，一方面提高了燃料的利用率，另一方面避免了蓄热室内二次燃烧的发生，提高了蓄热体的使用寿命；

(3)利用预热煤气后的烟气对滞留煤气进行反向吹扫，与现有的烟气反吹扫技术相比，提高了反吹入炉气体的温度，从而提高了炉内燃烧的稳定性。

(4)现有烟气反吹扫系统，需要的烟气来自烟气总管，与烧嘴距离较远，反吹烟气的沿程阻力损失大，需要较大功率的风机对烟气进行加压；本发明煤气预热器安装在烟道内或烟道附近，利用煤气预热器出来的烟气进行反吹扫，距离烧嘴近，减小了烟气的阻力损失，因而可有效降低电耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明申请实施例的一种蓄热和换热联用式加热炉的结构示意图；

图2所示为本发明申请实施例的一种蓄热和换热联用式加热炉的烟气反吹系统的结构示意图；

其中：1-加热炉炉膛，2-步进梁，3-立柱，4-进钢炉门，5-出钢炉门，6、6a-平焰烧嘴，7-调焰烧嘴，8、8'-蓄热式煤气烧嘴，9、9'-蓄热式空气烧嘴，10-烟道，11-空气预热器，12-煤气预热器，13、14-烟气引风机，15-烟囱，16、17、18、19、20、21-换热烟气管道，22-反吹烟气总管，23、24-反吹烟气管道，25-蓄热烟气管道，26-预热空气管道，27-预热煤气管道，28-烟气管，29、30-反吹烟气调节阀。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1和图2，加热炉沿炉长方向分为第一加热段、第二加热段和第三加热段，沿宽度方向分为Ⅰ侧和Ⅱ侧。第一加热段炉顶低于第三加热段炉顶。第二加热段炉顶区域下凹，低于第一和第三加热段。平焰烧嘴6安装在第一加热段的顶部，烧嘴喷口垂直向下；平焰烧嘴6a安装在第二加热段的炉顶区域，且位于向第一加热段倾斜的一侧，烧嘴喷口垂直于该倾斜炉顶。

调焰烧嘴7安装在第一加热段的两侧炉墙上，其安装高度低于步进梁2顶部的水平高度，两侧炉墙上烧嘴的布置方式完全相同。

蓄热式煤气烧嘴8和蓄热式空气烧嘴9成对地安装在第三加热段的Ⅰ侧炉墙上，分上下两排布置；蓄热式煤气烧嘴8'和蓄热式空气烧嘴9'成对地安装在第三加热段的Ⅱ侧炉墙上，分上下两排布置；两侧炉墙上的烧嘴布置完全对称。

烟道10的开孔布置在加热炉两侧炉墙上，靠近进钢炉门。

参见图2，一种蓄热和换热联用式加热炉的烟气反吹系统，加热炉炉膛1两侧对称，分为Ⅰ侧和Ⅱ侧。

空气预热器11和煤气预热器12安装在烟道出口附近；空气预热器11的烟气入口通过换热烟气管道16与烟道10的烟气出口相连接，空气预热器11的烟气出口通过换热烟气管道17与引风机13相连接，空气预热器11的空气入口与空气源相连接，空气预热器11的空气出口经预热空气管道26连接至平焰烧嘴6、6a和调焰烧嘴7。

煤气预热器12的烟气入口通过换热烟气管道16与烟道10的烟气出口相连接，煤气预热器12的烟气出口通过换热烟气管道18与引风机14相连接，煤气预热器12的煤气入口连接至煤气源，煤气预热器12的煤气出口经预热煤气管道27连接至平焰烧嘴6、6a和调焰烧嘴7。

烟气引风机14的出口与换热烟气管道20相连接，换热烟气管道20分别与换热烟气管道21和反吹烟气总管22相连接。

反吹烟气管道23的一端与反吹烟气总管22相连接；反吹烟气阀29安装在反吹烟气管道23上，反吹烟气管道23的另一端与加热炉Ⅰ侧的蓄热式煤气烧嘴8相连接。

反吹烟气管道24的一端与反吹烟气总管22相连接；反吹烟气阀30安装在反吹烟气管道24上，反吹烟气管道24的另一端与加热炉Ⅱ侧的蓄热式煤气烧嘴9相连接。

烟气引风机13的出口与换热烟气管道19的一端相连接，换热烟气管道19的另一端与换热烟气管道21、蓄热烟气管道25以及烟气总管28相连接，烟气总管28与烟囱15相连接。

参见图2，本发明所述加热炉系统，采用蓄热式燃烧和常规燃烧两种方式联合对炉内进行供热，其中蓄热式燃烧为炉膛两侧烧嘴交替进行供热和排烟，常规燃烧侧所有烧嘴连续地进行燃烧供热，常规燃烧产生的烟气从烟道排出；蓄热式燃烧一个换向周期结束后，排烟侧继续排烟，继续向供热侧空气烧嘴供应空气，停止向供热侧煤气烧嘴供应煤气，来自煤气预热器的反吹烟气被送入供热侧煤气烧嘴，将滞留的煤气冲入炉内燃烧；反吹结束后，供热侧蓄热式空气和煤气烧嘴转为排烟，排烟侧蓄热式空气和煤气烧嘴转为供热，重复上述流程。

以下以加热炉Ⅰ侧蓄热式烧嘴供热、Ⅱ侧蓄热式烧嘴排烟为例，对本发明所述加热炉系统的运行过程进行具体阐述。

本发明所述加热炉燃烧过程如下：

来自煤气源的煤气，在煤气预热器12内被预热后，经预热煤气管道27送入平焰烧嘴6、6a和调焰烧嘴7；来自空气源的空气，在空气预热器11内被预热后，经预热空气管道26送入平焰烧嘴6、6a和调焰烧嘴7；预热煤气和预热空气在平焰烧嘴6、6a和调焰烧嘴7内混合好以后，喷入炉内燃烧，炉顶的平焰烧嘴和两侧炉墙上的调焰烧嘴连续地向炉内提供热量。

来自煤气源的煤气经加热炉Ⅰ侧的蓄热式煤气烧嘴8预热后，喷入炉膛内；来自空气源的空气经加热炉Ⅰ侧的蓄热式空气烧嘴9预热后，喷入炉膛内；预热后的煤气和空气在炉膛内边混合边燃烧，炉膛烧嘴交替地进行供热。

本发明的排烟和换热过程如下：

第三加热段燃烧产生的烟气，在Ⅱ侧蓄热式煤气烧嘴8'和蓄热式空气烧嘴9'中放出热量后，进入蓄热烟气管道25；

第一和第二加热段产生的烟气，经烟道10排出炉外，经换热烟气管道16后分为两路，一路经空气预热器11放出热量后，经换热烟气管道17、引风机13后进入换热烟气管道19；另一路经煤气预热器12放出热量后，经换热烟气管道18、引风机14后，进入换热烟气管道20。

烟气经换热烟气管道20后，分为两路，一路进入换热烟气管道21，另一路进入反吹烟气总管22。

蓄热烟气管道25、换热烟气管道19和换热烟气管道21中的三路烟气汇集至烟气总管15后，排至烟囱。

本发明的烟气反吹过程如下：

当煤气源停止向Ⅰ侧蓄热式煤气烧嘴8供应煤气后，空气源继续向Ⅰ侧蓄热式空气烧嘴9供应空气，Ⅱ侧蓄热式煤气烧嘴8'和蓄热式空气烧嘴9'继续排烟，所有的平焰烧嘴6、6a以及调焰烧嘴7持续燃烧；反吹烟气阀29打开，反吹烟气阀30保持关闭，反吹烟气总管22中的烟气经反吹烟气管道23送入炉膛Ⅰ侧的蓄热式煤气烧嘴8中，将滞留在换向阀、烧嘴以及两者之间管路中的煤气置换到炉膛内进行燃烧，一定时间后，反吹烟气阀29关闭，反吹烟气阀30保持关闭，炉膛两侧功能互换，进入下一换向周期，Ⅰ侧蓄热式煤气烧嘴8和蓄热式空气烧嘴9开始转为排烟，煤气源向Ⅱ侧蓄热式煤气烧嘴8'供应煤气，空气源想蓄热式空气烧嘴9'供应空气，炉膛Ⅱ侧转为供热，换向后的燃烧和流动过程与上一个周期完全一致。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种蓄热和换热联用式加热炉,包括：炉膛、出钢炉门、进钢炉门、烟道以及安装于炉膛内的步进梁，其特征在于：沿进钢炉门至出钢炉门一侧所述炉膛分为第一加热段、第二加热段和第三加热段，所述第一加热段炉膛顶部安装有第一平焰烧嘴，所述第一加热段炉膛两侧安装有调焰烧嘴，所述第三加热段炉膛两侧安装有蓄热式烧嘴，所述第一加热段炉膛顶部的水平高度低于所述第三加热段炉膛顶部的水平高度，沿所述第一加热段炉膛顶部至所述第三加热段炉膛顶部，所述第二加热段炉膛顶部向下凹陷成凹状。

2.根据权利要求1所述的一种蓄热和换热联用式加热炉，其特征在于：所述调焰烧嘴的安装高度低于步进梁顶面的水平高度。

3.根据权利要求1所述的一种蓄热和换热联用式加热炉，其特征在于：所述蓄热式烧嘴包括有蓄热式空气烧嘴和蓄热式煤气烧嘴，所述蓄热式空气烧嘴和蓄热式煤气烧嘴成对地安装在炉膛两侧。

4.根据权利要求1所述的一种蓄热和换热联用式加热炉，其特征在于：所述第二加热段炉膛顶部安装有第二平焰烧嘴，所述第二平焰烧嘴喷口向第一加热段方向倾斜。

5.根据权利要求1所述的一种蓄热和换热联用式加热炉，其特征在于：所述烟道出口处安装有换热式空气预热器和换热式煤气预热器，所述换热式空气预热器的空气入口与空气源相连接，其空气出口与所述第一和第二加热段的平焰烧嘴和调焰烧嘴相连接；所述换热式空气预热器的烟气入口与烟道出口相连，其烟气出口与第一烟气引风机相连接；所述换热式煤气预热器的煤气入口与煤气源相连接，其煤气出口与第一和第二加热段的平焰烧嘴和调焰烧嘴相连接所述换热式煤气预热器的烟气入口与烟道出口相连接，其烟气出口与第二烟气引风机相连接。

6.根据权利要求5所述一种蓄热和换热联用式加热炉，其特征在于：所述第一烟气引风机分别与烟道、第二烟气引风机以及烟囱相连；所述第二烟气引风机分别与第一烟气引风机和蓄热式煤气烧嘴相连。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种蓄热和换热联用式加热炉的运行方法，其特征在于：包括：

(1)所述第一和第二加热段采用常规燃烧方式，将经过换热式空气预热器预热的空气以及经过换热式煤气预热器预热的煤气输送至炉膛顶部的平焰烧嘴和炉膛两侧的调焰烧嘴，平焰烧嘴和调焰烧嘴连续地燃烧，向炉内提供热量；

(2)所述第三加热段采用蓄热式燃烧方式，安装于炉膛两侧的蓄热式烧嘴交替进行供热与排烟。

8.根据权利要求7所述的一种蓄热和换热联用式加热炉的运行方法，其特征在于：所述第一和第二加热段燃烧产生的烟气从靠近出钢炉门的烟道排出，分别进入换热式空气预热器和换热式煤气预热器对空气和煤气进行预热。

9.根据权利要求7所述的一种蓄热和换热联用式加热炉的运行方法，其特征在于：所述换热式煤气预热器排出的烟气，一部分通过烟囱等过滤后排放至大气中；另一部分反吹回蓄热式煤气烧嘴。

10.根据权利要求9所述的一种蓄热和换热联用式加热炉的运行方法，其特征在于：第三加热段蓄热式燃烧一个换向周期结束后，排烟侧继续排烟，

空气源继续向供热侧蓄热式空气烧嘴供应空气，煤气源停止向供热侧煤气烧嘴供应煤气，反吹烟气被送入供热侧蓄热式煤气烧嘴，将滞留的煤气冲入炉内燃烧；反吹结束后，供热侧蓄热式空气和蓄热式煤气烧嘴转为排烟，排烟侧蓄热式空气和煤气烧嘴转为供热，重复上述流程。

Images