CN112097515A - 一种岩棉生产窑炉、设备及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种岩棉生产窑炉、设备及工艺。岩棉生产窑炉包括炉体、水冷套、螺旋加料机、振动给料机和燃烧器，所述炉体外壁包设有水冷套，所述燃烧器安装在炉体的底部或炉体下部侧壁。采用浸没式燃烧方式，燃料和助燃气体与原材料充分混合燃烧，燃料直接喷射到原料内部，改善了传热方式并对熔体产生剧烈的对流搅拌作用，能量利用率极高，超传统窑炉过3倍；NOx氮氧化物排放量低，比传统窑炉低2倍；体积小，炉窑面积设计成2‑6m²，启停方便，可以熔化大块物料或粉料，出料量可达30‑100t/d；采用水冷炉体，窑炉寿命长，大大减少了耐火材料的使用，粉尘排放降低10倍；无需CO处理系统，节省大量设备投资和运行成本。

Description

一种岩棉生产窑炉、设备及工艺

技术领域

本发明涉及岩棉生产技术领域，具体涉及一种岩棉生产窑炉、设备及工艺。

背景技术

目前岩棉生产主要还是靠冲天炉，使用焦炭和矿石原料。不仅不环保，而且由于对碳的依赖，和低碳环保绿色发展的理念相悖。中国政府在哥本哈根世界气候大会上，向世界庄严做出“到2020年，单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40％-45％”的承诺。就迫切需要一个新的高效环保的岩棉生产技术。尽管目前有一些采用无碳的岩棉生产工艺，采用富氧、纯氧和天然气的燃烧方式，但由于岩棉对辐射热的穿透具有阻隔效果，通过高温纯氧火焰的辐射对大量玻璃的熔化生产的效果不好。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种岩棉生产窑炉、设备及工艺。

为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种岩棉生产窑炉，包括：

炉体，所述炉体外壁包设有水冷套；

螺旋加料机，其安装在所述炉体的第一加料口处，所述第一加料口位于生产时炉体内熔体的液面以下；

振动给料机，其安装在所述炉体的第二加料口处；

燃烧器，所述燃烧器安装在炉体的底部或炉体下部侧壁，所述燃烧器的喷嘴浸没在炉体内熔体液面下；

烟道，其用于排出生产时炉体内废气，其设置在炉体的上部；

料道，其用于炉体内熔体的出料。

本发明相较于现有技术，采用浸没式燃烧方式，燃料和助燃气体与原材料充分混合燃烧，燃料直接喷射到原料内部，在原料内部产生火焰和燃烧使原料熔化，燃烧器放置在窑炉的底部，改善了传热方式并对熔体产生剧烈的对流搅拌作用，能量利用率极高，超传统窑炉过3倍；NOx氮氧化物排放量低，比传统窑炉低2倍；体积小，炉窑面积设计成2-6m²，启停方便，可以熔化大块物料或粉料，出料量可达30-100t/d；采用水冷炉体，窑炉寿命长，大大减少了耐火材料的使用，粉尘排放降低10倍；无需CO处理系统，节省大量设备投资和运行成本。

进一步地，所述燃烧器包括：

燃烧器本体，其包括喷嘴面板、燃气腔室和助燃气体腔室，所述喷嘴面板上均匀设有多个喷嘴，所述燃气腔室和助燃气体腔室分别分布在喷嘴面板下方的两侧，所述喷嘴面板上设有从所述燃气腔室和助燃气体腔室连通到所述喷嘴的导气孔；

冷却水通道，其包围在燃烧器本体的四周，所述冷却水通道内设有一圈半隔片，所述冷却水通道的进水口和出水口分别位于半隔片的两侧，且所述进水口和出水口分别分布在燃烧器本体相对的两端。

采用上述优选的方案，加热的水流通过侧壁产生热量对燃气和助燃空气进行预热，提高了火焰温度和稳定性，减少热量损失。

进一步地，所述喷嘴为内凹的半球面槽，连通到所述燃气腔室的导气孔和连通到所述助燃气体腔室的导气孔都成直线形，且两导气孔与喷嘴相切设置，两导气孔在喷嘴内壁的开口成对角设置。

采用上述优选的方案，在每个喷嘴处，燃气和助燃气体通过相对的对角切线注入，产生强烈的漩涡混合，从而使火焰向上旋转，提高火焰向上穿透力。

进一步地，在炉体底面面积在小于4m²时，所述燃烧器的数量为2个；炉体底面面积在2m²面积基础上，每增加2m²面积，所述燃烧器的数量增加1个。

采用上述优选的方案，采用合理数量的燃烧器，确保燃烧效率，也防止过度燃烧产生过量烟气，有效减排。

进一步地，所述第一加料口距离炉体底面的高度为生产时炉体内熔体的液面高度的15％-50％。

采用上述优选的方案，确保在正常生产时，能平稳有序熔化生产，减少往小空间窑炉内加料对燃烧熔化过程产生的波动。

进一步地，所述烟道在炉体顶部具有倾斜部，在烟道的上部设有测温传感器。

采用上述优选的方案，倾斜部能防止换热器堵塞，测温传感器设置在烟道上部，能更为可靠地检测出窑炉内温度。

进一步地，所述燃烧器上设有设有点火棒，所述点火棒上设有火焰探测器。

采用上述优选的方案，采用燃烧器自带点火棒和火焰检测，点火步骤能分别实时检测自身火焰。

进一步地，所述炉体侧壁上部设有可开闭的炉门，对应于炉门位置设有点火枪机构，所述点火枪机构包括点火枪、伸缩机构和摆动机构，所述伸缩机构驱动所述点火枪伸缩移动，所述摆动机构带动所述伸缩机构和点火枪一起作摆动。

采用上述优选的方案，可以简化燃烧器结构，通过外部单只点火枪点火，节约了窑炉配置成本。

一种岩棉生产设备，包括岩棉生产窑炉、成纤器、集棉器和固化炉，所述岩棉生产窑炉的料道连通到所述成纤器，所述成纤器吹制的纤维通过所述集棉器压制成岩棉纤维片，再经所述固化炉烘干固化为岩棉。

进一步地，还包括换热器，所述岩棉生产窑炉的烟道连通到所述换热器和烟气处理系统，所述换热器的热循环管路还连通到所述固化炉；所述换热器的热循环管路还连通到待熔原料仓；所述换热器的热循环管路还连通到燃烧器的燃气供给管路和助燃气体供给管路。

采用上述优选的方案，集合浸没式燃烧方式窑炉，岩棉生产效率高，品质稳定，换热器将烟气热量充分综合再利用，节约了能源消耗，降低生产成本，减少了污染排放。

一种岩棉生产工艺，其包括以下步骤，

配料步骤：根据料方对原料进行称重，混合好后，加到螺旋加料机和振动给料机的料仓；

点火步骤：通过点火系统点燃燃烧器，使窑炉内达到设定温度；

加料步骤：先通过螺旋加料机和振动给料机同时加料，当炉内熔体液位达到设定值后，关闭振动给料机，通过螺旋加料机调节加料量，使加料和出料保持平衡，使炉内熔体保持在设定液位范围内；

高温熔化控温步骤：通过调节燃烧器的燃气和助燃气体的流量比例，控制炉温保持在1100-1600℃范围内；

成纤步骤：通过成纤器，吹制成纤维；

集棉步骤：通过集棉器将纤维压制成一定厚度的岩棉纤维；

固化步骤：通过固化炉将一定厚度的岩棉纤维烘干固化；

切片步骤：按照需求规格将固化的岩棉切片包装，制成岩棉成品。

采用上述优选的方案，借助浸没式燃烧方式，燃烧器的燃气和助燃气体的流量比例采用双交叉限幅控制，保证空燃比在流量调整时保持稳定，流量调节不波动，岩棉质量更为稳定，生产效率高。

进一步地，所述点火步骤包括以下步骤，

步骤A1：点火枪预先安装在窑炉外部安装支架上，安装支架上配置有伸缩机构和摆动机构；依次将点火枪靠近各燃烧器上部，点燃燃烧器；

步骤A2：在最后一个燃烧器点燃后，停留在该燃烧器上部，关闭点火枪的天然气，保留点火枪的助燃气体的流出，通过点火枪上火焰探测器持续检测火焰，如火焰熄灭则再次点火；

步骤A3：在窑炉温度达到850℃以上，关闭点火枪的助燃气体，退出窑炉，关闭炉门。

采用上述优选的方案，通过外置点火枪点燃燃烧器，窑炉需要紧急保温时，可以随时启动点火枪，用于窑炉保温。

进一步地，所述点火步骤包括以下步骤，

步骤B1：燃烧器自带点火棒，点火棒具有火焰探测功能；各燃烧器通过各自点火棒点燃，并持续检测火焰，如火焰熄灭则再次点火；

步骤B2：在窑炉温度达到850℃以上，待机火焰检测功能，通过测温传感器检测炉窑的温度。

采用上述优选的方案，各燃烧器分别自配点火棒，提高点火稳定可靠性，能实时检测各燃烧器火焰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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是本发明一种实施方式的结构示意图；

图2是本发明燃烧器一种实施方式的结构示意图；

图3是图2中A-A向剖视结构图；

图4是本发明岩棉生产工艺流程图。

图中数字和字母所表示的相应部件的名称：

1-炉体；11-水冷套；12-第一加料口；13-第二加料口；14-烟道；15-料道；2-燃烧器；21-燃烧器本体；211-喷嘴面板；212-喷嘴；213-导气孔；214-燃气腔室；215-助燃气体腔室；22-冷却水通道；221-进水口；222-出水口；223-半隔片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作出创造性劳动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。

如图1所示，本发明的一种实施方式为：一种岩棉生产窑炉，包括：

炉体1，炉体1外壁包设有水冷套11；

螺旋加料机，其安装在炉体1的第一加料口12处，第一加料口12位于生产时炉体内熔体的液面以下；

振动给料机，其安装在炉体1的第二加料口处13；

燃烧器2，燃烧器2安装在炉体的底部或炉体下部侧壁，燃烧器2的喷嘴浸没在炉体内熔体液面下；

烟道14，其用于排出生产时炉体内废气，其设置在炉体1的上部；

料道15，其用于炉体内熔体的出料，料道采用电熔砖，使用闸板砖调节出料速度。

采用上述技术方案的有益效果是：采用浸没式燃烧方式，燃料和助燃气体与原材料充分混合燃烧，燃料直接喷射到原料内部，在原料内部产生火焰和燃烧使原料熔化，燃烧器放置在窑炉的底部，改善了传热方式并对熔体产生剧烈的对流搅拌作用，能量利用率极高，超传统窑炉过3倍；NOx氮氧化物排放量低，比传统窑炉低2倍；体积小，炉窑面积设计成2-6m²，启停方便，可以熔化大块物料或粉料，出料量可达30-100t/d；采用水冷炉体，窑炉寿命长，大大减少了耐火材料的使用，粉尘排放降低10倍；无需CO处理系统，节省大量设备投资和运行成本。

如图2、3所示，在本发明的另一些实施方式中，燃烧器2包括：燃烧器本体21，其包括喷嘴面板211、燃气腔室214和助燃气体腔室215，喷嘴面板211上均匀设有多个喷嘴212，燃气腔室214和助燃气体腔室215分别分布在喷嘴面板211下方的两侧，喷嘴面板211上设有从燃气腔室214和助燃气体腔室215分别连通到喷嘴212的导气孔213；冷却水通道22，其包围在燃烧器本体21的四周，冷却水通道22内设有一圈半隔片223，冷却水通道22的进水口221和出水口222分别位于半隔片223的两侧，且进水口221和出水口222分别分布在燃烧器本体21相对的两端。燃烧器的助燃气体可以采用空气、预热空气、富氧或者氧气。采用上述技术方案的有益效果是：加热的水流通过侧壁产生热量对燃气和助燃空气进行预热，提高了火焰温度和稳定性，减少热量损失。

如图2、3所示，在本发明的另一些实施方式中，喷嘴212为内凹的半球面槽，连通到燃气腔室214的导气孔213和连通到助燃气体腔室215的导气孔213都成直线形，且两导气孔213与喷嘴212相切设置，两导气孔213在喷嘴内壁的开口成对角设置。采用上述技术方案的有益效果是：在每个喷嘴处，燃气和助燃气体通过相对的对角切线注入，产生强烈的漩涡混合，从而使火焰向上旋转，提高火焰向上穿透力。

在本发明的另一些实施方式中，燃烧器的外形尺寸为150mm(W)×600mm(L)，在炉体底面面积在小于4m²时，所述燃烧器的数量为2个；炉体底面面积在2m²面积基础上，每增加2m²面积，所述燃烧器的数量增加1个。采用上述技术方案的有益效果是：采用合理数量的燃烧器，确保燃烧效率，也防止过度燃烧产生过量烟气，有效减排。

在本发明的另一些实施方式中，为了更好地提交加热效率，在炉体的底部和炉体下部侧壁同时安装燃烧器，以面积4m²的窑炉为例，窑炉大概尺寸为长2400mm×宽1650mm×高2000mm，正常生产时炉内熔体液位大概为1000mm，在炉体底面安装2个燃烧器，另外在炉体与料道相对的侧壁的下部安装1个燃烧器，这样形成了垂直向和水平向的双重热对流搅动传导，侧壁上燃烧器的热冲击力，也促使熔体向料道端流动，减少熔体在炉内循环残留，提高生产效率。

在本发明的另一些实施方式中，第一加料口12距离炉体底面的高度为生产时炉体内熔体的液面高度的15％-50％。采用上述技术方案的有益效果是：确保在正常生产时，能平稳有序熔化生产，减少往小空间窑炉内加料对燃烧熔化过程产生的波动。

在本发明的另一些实施方式中，所述烟道在炉体顶部具有倾斜部，在烟道的上部设有测温传感器。采用上述技术方案的有益效果是：倾斜部能防止换热器堵塞，测温传感器设置在烟道上部，能更为可靠地检测出窑炉内温度。

在本发明的另一些实施方式中，所述燃烧器上设有设有点火棒，所述点火棒上设有火焰探测器。采用上述技术方案的有益效果是：采用燃烧器自带点火棒和火焰检测，点火步骤能分别实时检测自身火焰。

在本发明的另一些实施方式中，所述炉体侧壁上部设有可开闭的炉门，对应于炉门位置设有点火枪机构，所述点火枪机构包括点火枪、伸缩机构和摆动机构，所述伸缩机构驱动所述点火枪伸缩移动，所述摆动机构带动所述伸缩机构和点火枪一起作摆动。采用上述技术方案的有益效果是：可以简化燃烧器结构，通过外部单只点火枪点火，节约了窑炉配置成本。

一种岩棉生产设备，包括岩棉生产窑炉、成纤器、集棉器和固化炉，所述岩棉生产窑炉的料道连通到所述成纤器，所述成纤器吹制的纤维通过所述集棉器压制成岩棉纤维片，再经所述固化炉烘干固化为岩棉。

在本发明的另一些实施方式中，还包括换热器，所述岩棉生产窑炉的烟道连通到所述换热器和烟气处理系统，所述换热器的热循环管路还连通到所述固化炉；所述换热器的热循环管路还连通到待熔原料仓；所述换热器的热循环管路还连通到燃烧器的燃气供给管路和助燃气体供给管路。采用上述技术方案的有益效果是：集合浸没式燃烧方式窑炉，岩棉生产效率高，品质稳定，换热器将烟气热量充分综合再利用，节约了能源消耗，降低生产成本，减少了污染排放。

如图4所示，一种岩棉生产工艺，其包括以下步骤，

配料步骤：根据料方对原料进行称重，混合好后，加到螺旋加料机和振动给料机的料仓；

点火步骤：通过点火系统点燃燃烧器，使窑炉内达到设定温度；

加料步骤：先通过螺旋加料机和振动给料机同时加料，当炉内熔体液位达到设定值后，关闭振动给料机，通过螺旋加料机调节加料量，使加料和出料保持平衡，使炉内熔体保持在设定液位范围内；

高温熔化控温步骤：通过调节燃烧器的燃气和助燃气体的流量比例，控制炉温保持在1100-1600℃范围内；

成纤步骤：通过成纤器，吹制成纤维；

集棉步骤：通过集棉器将纤维压制成一定厚度的岩棉纤维；

固化步骤：通过固化炉将一定厚度的岩棉纤维烘干固化；

切片步骤：按照需求规格将固化的岩棉切片包装，制成岩棉成品。

采用上述技术方案的有益效果是：借助浸没式燃烧方式，燃烧器的燃气和助燃气体的流量比例采用双交叉限幅控制，保证空燃比在流量调整时保持稳定，流量调节不波动，岩棉质量更为稳定，生产效率高。

在本发明的另一些实施方式中，所述点火步骤包括以下步骤，

步骤A1：点火枪预先安装在窑炉外部安装支架上，安装支架上配置有伸缩机构和摆动机构；依次将点火枪靠近各燃烧器上部，点燃燃烧器；

步骤A2：在最后一个燃烧器点燃后，停留在该燃烧器上部，关闭点火枪的天然气，保留点火枪的助燃气体的流出，通过点火枪上火焰探测器持续检测火焰，如火焰熄灭则再次点火；

步骤A3：在窑炉温度达到850℃以上，关闭点火枪的助燃气体，退出窑炉，关闭炉门。

采用上述技术方案的有益效果是：通过外置点火枪点燃燃烧器，窑炉需要紧急保温时，可以随时启动点火枪，用于窑炉保温。

在本发明的另一些实施方式中，所述点火步骤包括以下步骤，

步骤B1：燃烧器自带点火棒，点火棒具有火焰探测功能；各燃烧器通过各自点火棒点燃，并持续检测火焰，如火焰熄灭则再次点火；

步骤B2：在窑炉温度达到850℃以上，待机火焰检测功能，通过测温传感器检测炉窑的温度。

采用上述技术方案的有益效果是：各燃烧器分别自配点火棒，提高点火稳定可靠性，能实时检测各燃烧器火焰。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种岩棉生产窑炉，其特征在于，包括：

炉体，所述炉体外壁包设有水冷套；

螺旋加料机，其安装在所述炉体的第一加料口处，所述第一加料口位于生产时炉体内熔体的液面以下；

振动给料机，其安装在所述炉体的第二加料口处；

燃烧器，所述燃烧器安装在炉体的底部或炉体下部侧壁，所述燃烧器的喷嘴浸没在炉体内熔体液面下；

烟道，其用于排出生产时炉体内废气，其设置在炉体的上部；

料道，其用于炉体内熔体的出料。

2.根据权利要求1所述的岩棉生产窑炉，其特征在于，所述燃烧器包括：

燃烧器本体，其包括喷嘴面板、燃气腔室和助燃气体腔室，所述喷嘴面板上均匀设有多个喷嘴，所述燃气腔室和助燃气体腔室分别分布在喷嘴面板下方的两侧，所述喷嘴面板上设有从所述燃气腔室和助燃气体腔室连通到所述喷嘴的导气孔；

冷却水通道，其包围在燃烧器本体的四周，所述冷却水通道内设有一圈半隔片，所述冷却水通道的进水口和出水口分别位于半隔片的两侧，且所述进水口和出水口分别分布在燃烧器本体相对的两端。

3.根据权利要求2所述的岩棉生产窑炉，其特征在于，所述喷嘴为内凹的半球面槽，连通到所述燃气腔室的导气孔和连通到所述助燃气体腔室的导气孔都成直线形，且两导气孔与喷嘴相切设置，两导气孔在喷嘴内壁的开口成对角设置。

4.根据权利要求1所述的岩棉生产窑炉，其特征在于，在炉体底面面积在小于4m²时，所述燃烧器的数量为2个；炉体底面面积在2m²面积基础上，每增加2m²面积，所述燃烧器的数量增加1个。

5.根据权利要求1所述的岩棉生产窑炉，其特征在于，所述第一加料口距离炉体底面的高度为生产时炉体内熔体的液面高度的15％-50％。

6.根据权利要求1所述的岩棉生产窑炉，其特征在于，所述烟道在炉体顶部具有倾斜部，在烟道的上部设有测温传感器。

7.根据权利要求1所述的岩棉生产窑炉，其特征在于，所述燃烧器上设有设有点火棒，所述点火棒上设有火焰探测器。

8.根据权利要求1所述的岩棉生产窑炉，其特征在于，所述炉体侧壁上部设有可开闭的炉门，对应于炉门位置设有点火枪机构，所述点火枪机构包括点火枪、伸缩机构和摆动机构，所述伸缩机构驱动所述点火枪伸缩移动，所述摆动机构带动所述伸缩机构和点火枪一起作摆动。

9.一种岩棉生产设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一所述的岩棉生产窑炉、成纤器、集棉器和固化炉，所述岩棉生产窑炉的料道连通到所述成纤器，所述成纤器吹制的纤维通过所述集棉器压制成岩棉纤维片，再经所述固化炉烘干固化为岩棉。

10.根据权利要求9所述的岩棉生产设备，其特征在于，还包括换热器，所述岩棉生产窑炉的烟道连通到所述换热器和烟气处理系统，所述换热器的热循环管路还连通到所述固化炉；所述换热器的热循环管路还连通到待熔原料仓；所述换热器的热循环管路还连通到燃烧器的燃气供给管路和助燃气体供给管路。

11.一种岩棉生产工艺，其特征在于，其基于权利要求9或10所述的岩棉生产设备，其包括以下步骤，

配料步骤：根据料方对原料进行称重，混合好后，加到螺旋加料机和振动给料机的料仓；

点火步骤：通过点火系统点燃燃烧器，使窑炉内达到设定温度；

加料步骤：先通过螺旋加料机和振动给料机同时加料，当炉内熔体液位达到设定值后，关闭振动给料机，通过螺旋加料机调节加料量，使加料和出料保持平衡，使炉内熔体保持在设定液位范围内；

高温熔化控温步骤：通过调节燃烧器的燃气和助燃气体的流量比例，控制炉温保持在1100-1600℃范围内；

成纤步骤：通过成纤器，吹制成纤维；

集棉步骤：通过集棉器将纤维压制成一定厚度的岩棉纤维；

固化步骤：通过固化炉将一定厚度的岩棉纤维烘干固化；

切片步骤：按照需求规格将固化的岩棉切片包装，制成岩棉成品。

12.根据权利要求11所述的岩棉生产工艺，其特征在于，所述点火步骤包括以下步骤，

步骤A1：点火枪预先安装在窑炉外部安装支架上，安装支架上配置有伸缩机构和摆动机构；依次将点火枪靠近各燃烧器上部，点燃燃烧器；

步骤A2：在最后一个燃烧器点燃后，停留在该燃烧器上部，关闭点火枪的天然气，保留点火枪的助燃气体的流出，通过点火枪上火焰探测器持续检测火焰，如火焰熄灭则再次点火；

步骤A3：在窑炉温度达到850℃以上，关闭点火枪的助燃气体，退出窑炉，关闭炉门。

13.根据权利要求11所述的岩棉生产工艺，其特征在于，所述点火步骤包括以下步骤，

步骤B1：燃烧器自带点火棒，点火棒具有火焰探测功能；各燃烧器通过各自点火棒点燃，并持续检测火焰，如火焰熄灭则再次点火；

步骤B2：在窑炉温度达到850℃以上，待机火焰检测功能，通过测温传感器检测炉窑的温度。

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