CN113814383B - 一种高速喷流换热的自预热中间包烘烤装置 - Google Patents

一种高速喷流换热的自预热中间包烘烤装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高速喷流换热的自预热中间包烘烤装置，设有支架，鼓风机，鼓风管道，液压升降系统，空心转轴，空、煤气旋转臂，管道，喷流换热器和燃烧器。液压升降系统带动空心转轴及与之连接的旋转臂转动，实现旋转臂及安装在其上的管道和燃烧器作旋转运动；喷流换热器在燃烧器的外侧和上部。空气管设有空气集气管和空气支管，煤气管设有煤气集气管、煤气支管和煤气喷管，煤气喷管插入到喷流换热器中；排烟管装在喷流换热器上部，助燃空气与高温烟气换热升温后采用三次送风方式进入燃烧器，与煤气混合实现低NOX燃烧，燃烧器燃烧的火焰高速喷出烘烤中间包。本装置结构紧凑，烟气余热回收效率高，实现低NOX燃烧，烘烤中间包效率高且质量好。

Description

一种高速喷流换热的自预热中间包烘烤装置
技术领域
本发明涉及一种高速喷流换热的自预热中间包烘烤装置，具体的说是一种以高温烟气对助燃空气预热进行连铸中间包烘烤的装置，属于中间包烘烤加热技术领域。
背景技术
连铸中间包是炼钢连铸生产中常用的大型周转件，在使用前需将其内衬温度烘烤到1100℃左右，以保证将浇注料中的水分充分、安全地排出，同时包内衬温度均匀、高温，烘烤过程中涂料不脱落、塞棒不开裂。中间包烘烤是整个连铸生产工艺的一个重要环节，也是几个关键质控点之一。中间包烘烤质量的好坏，关系到整炉钢水拉坯是否顺利进行，拉坯工艺事故的多少，成坯率的高低和整个车间生产的连续性及经济效益。因此中间包的烘烤工艺要求烘烤烧嘴能在尽量短的时间内，将中间包烘烤至1100℃以上。由于中间包烘烤热负荷大，而中间包的容积小，尤其是深度仅1～1.5米，这就要求烧嘴的燃烧速度要快，火焰温度要高，火焰从烧嘴口喷出的火焰短，速度要大，以实现对中间包的快速对流加热。
目前使用的中间包烘烤装置主要分为传统中间包烘烤装置和蓄热式中间包烘烤装置，传统中间包烘烤装置采用简单烧嘴，空气和煤气不预热，烟气余热不回收，存在热效率低，中间包烘烤温度低，还存在NOX排放大的问题；蓄热式中间包烘烤装置烘烤温度高，烟气余热回收热效率高，但存在设备结构复杂、维护难度大等问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有中间包烘烤装置存在的问题，而提供一种结构紧凑轻便，通过高速喷流换热的方式，能充分利用高温的烟气热量预热进入燃烧器的空气，达到自预热目的，实现低NOX燃烧且燃烧效率高的中间包烘烤装置。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种高速喷流换热的自预热中间包烘烤装置，设有支架，鼓风机，鼓风管道，液压升降系统，空心转轴，空气旋转臂，煤气旋转臂，空气管道、煤气管道、烟气管道，喷流换热器和燃烧器；所述的液压升降系统由油缸支撑座、液压油缸、轴承座、曲柄组成，所述的曲柄一端与液压油缸的推杆连接，另一端与空心转轴连接，液压油缸的推杆运动通过曲柄带动空心转轴及与空心转轴连接的煤气旋转臂、空气旋转臂联动，实现所述旋转臂及安装在其上的管道和燃烧器作旋转运动；所述空心转轴通过轴承座安装在支架上；
所述的空心转轴和旋转臂均为空心结构，所述的空心转轴其内被钢板分割成空气腔室和煤气腔室，所述的两腔室分别开有气体出口；所述的空心转轴两端与鼓风管道、煤气总管相连处均安装有旋转接头，实现静止管道与空心转轴的动密封；所述的鼓风管道、空气腔室、空气旋转臂和空气管道相连形成空气通道，煤气总管、煤气腔室、煤气旋转臂和煤气管道相连形成煤气通道；
所述的空气管道设有空气集气管和空气支管，空气支管把助燃空气从喷流换热器侧面的空气入口通入空气室A；所述煤气管道设有煤气集气管、煤气支管和煤气喷管，煤气支管和煤气喷管相连，煤气喷管插入到喷流换热器的空气室C及空气室D的中心；
所述的喷流换热器由烟气室、烟气管及5个空气室组成；喷流换热器从外向内分别由空气室A、空气室B、烟气室、空气室E及空气室D同轴安装，空气室C将空气室B与空气室D连通；所述烟气管将烟气室与排烟管连通，烟气室内的被换热后的烟气通过烟气管进入排烟管，排烟管安装在喷流换热器上方；所述空气支管与空气室A相连，将助燃空气引入喷流换热器；所述空气室A与空气室B之间的隔板上开设若干按矩阵分布的喷射孔，空气室A中的助燃空气通过喷射孔喷射到空气室B与烟气室间的钢壳体上进行喷流换热；所述空气室D与空气室E之间的隔板上开设若干按矩阵分布的喷射孔，空气室D中的助燃空气通过喷射孔喷射到空气室E与烟气室间的钢壳体上进行喷流换热；
所述的燃烧器由预燃室、三次风口和烧嘴砖组成；所述的预燃室入口同轴安装有旋流进风器，空气室E内的部分助燃空气通过旋流进风器旋流进入预燃室，实现对燃烧器的一次送风以及煤气与一次助燃空气的预混合；所述的预燃室的钢板上开设若干按矩阵分布的喷射孔，空气室E中的助燃空气通过预燃室钢板上的喷射孔喷射进入预燃室，实现对燃烧器的二次送风；所述的三次风口设计在预燃室下部，呈环状或间隔孔通道，空气室E中的部分空气通过三次风口与预燃室出来的已经燃烧的烟气在预燃室出口混合燃烧；燃烧产生的火焰通过烧嘴砖中心出口喷出加热中间包；所述的烧嘴砖安装在燃烧器出口，烧嘴砖采用耐火浇注料预制而成，烧嘴砖中心出口为燃烧烟气喷出通道，环烧嘴砖中心出口开设有多个间断布置的烟气入口，加热中间包后高温烟气通过烧嘴砖上的烟气入口回流进入喷流换热器的烟气室内。
所述烟气室的钢壳体内为一空腔，钢壳体上安装有高效辐射换热功能的肋片，肋片焊接在钢壳体一侧或与钢壳体铸造一体的铸件，烟气经过烟气室时，烟气热量通过烟气室钢壳体以及肋片与空气室B、E间的助燃空气换热。
所述的喷流换热器和燃烧器采用一体式结构，喷流换热器包裹在燃烧器的外侧和上部。
所述的烘烤装置中设有2～8支喷流换热器与燃烧器，用于烘烤中间包不同部位和烘烤不同型式的中间包。
所述的燃烧器中助燃空气在预燃室入口通过旋流进风器进入预燃室，经一次送风的助燃空气占煤气燃烧空气总量10％～30％，助燃空气和煤气喷管喷出的煤气预混合燃烧；二次送风占煤气燃烧空气总量30％～70％的空气，通过预燃室钢板上的喷射孔喷入预燃室，和预燃室内的预燃烧烟气叉流强烈混合再燃烧；三次送风占煤气燃烧空气总量20％～40％的助燃空气在预燃室出口，以环流或断续环流的方式与预燃室出来的已经燃烧的烟气在烧嘴中心出口再混合燃烧。
本发明的烘烤装置使用时，所述烟气室内烟气温度约600～1150℃；所述烟气室内的烟气通过烟气管进入排烟管；所述排烟管内烟气温度约300～600℃；所述空气室B内空气温度约100～200℃；所述空气室E内空气温度约150～450℃；所述空气室A与空气支管相连，将助燃空气引入喷流换热器；所述空气室A与空气室B间的钢板上开设若干按矩阵分布的喷射孔，空气室A中的助燃空气通过喷射孔以30～80m/s高速喷射到空气室B与烟气室间的钢板上进行高效喷流换热；所述空气室D与空气室E间的钢板上开设若干按矩阵分布的喷射孔，空气室D中的空气通过喷射孔以30～80m/s高速喷射到空气室E与烟气室间的钢板上进行高效喷流换热。
本发明的自预热中间包烘烤装置与现有技术相比具有的有益效果是：
⑴、本发明烘烤装置中喷流换热器与各空气室及烟气室同轴安装，烟气室钢壳体上安装有用于高效辐射换热的肋片，燃烧器燃烧后回流入烟气室的高温烟气，其热量通过烟气室钢壳体及肋片实现烟气与助燃空气的高效换热。此外，空气室与空气室间的钢板上开设若干按矩阵分布的喷射孔，使助燃空气经喷射孔高速喷射到空气室与烟气室钢壳体上实现助燃空气与烟气间的高效喷流换热，充分利用烟气热量提高助燃空气温度。
⑵、本发明的烘烤装置中燃烧器一次风采用旋流加入，提高了经一次送风的助燃空气和煤气的混合，尤其是与高热值煤气的混合；二次风采用与预燃室气体流向垂直的二次助燃空气喷射加入方式，强化了二次风与煤气的混合；三次风采用在预燃室出口以直流或旋流方式加入，调节火焰形状和燃烧特性。本发明中助燃空气分三级参与燃烧，可有效地抑制NOX的生成，做到了节能降耗减排，保护环境。
⑶、本发明烘烤装置中燃烧器的烧嘴砖采用高温性能好、热稳定性好的莫来石质浇注料预制烧结而成，烧嘴砖上设计有中心出口、烟气入口，烧嘴砖中心出口作为高速烟气喷口，一则解决了中间包烘烤装置前端的耐高温问题，二则在同一个烧嘴砖上解决了烟气的喷出和回流问题，三则烟气通过烧嘴砖回流进入烟气室，烧嘴砖的耐火材料阻隔了高温烟气对烟气室的辐射热，也降低的进入烟气室的烟气温度，有利于延长自预热燃烧器的使用寿命。
⑷、本发明的烘烤装置结构简单，燃烧器采用自然排烟方式，设备系统简化；本装置操作便捷，烟气余热回收效率高，实现低NOX燃烧，烘烤中间包效率高且质量好。
附图说明
图1为本发明高速喷流换热的自预热中间包烘烤装置结构主视示意图。
图2为本发明安装有4支燃烧器的烘烤装置在烘烤中间包时俯视结构示意图。
图3为本发明的喷流换热器及高速燃烧器主视图结构示意图。
图4为本发明中的烟气室钢壳体及其肋片俯视示意图。
图5为本发明中的烧嘴砖俯视示意图。
图6为本发明的中间包烘烤装置安装5支高速的燃烧器俯视结构示意图。
上述图中：1—支架；2—鼓风机；3—鼓风管道；4—油缸支撑座；5—液压油缸；6—轴承座；7—空心转轴；8—曲柄；9—空气集气管；10—煤气集气管；11—空气支管；12—煤气支管；13—空气室A；14—空气室B；15—烟气室；16—排烟管；17—喷流换热器；18—空气室C；19—烟气管；20—空气室E；21—空气室D；22—燃烧器；23—预燃室；24—烧嘴砖；25—烟气入口；26—三次风口；27—喷射孔；28—煤气旋转臂；29—空气旋转臂；30—旋流进风器；31—肋片；32—煤气总管；33—空气腔室；34—煤气腔室；35—煤气喷管；41—中间包耳轴；42—中间包上沿；43—塞棒机构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的高速喷流换热的自预热中间包烘烤装置作进一步说明，但本发明的实施不限于此。
实施例1：本发明提供一种高速喷流换热的自预热中间包烘烤装置，其结构如图1、2所示。本实施例针对某厂五机五流方坯连铸机的中间包，在每一流口之间设一支燃烧器，共四支，如图2所示，图中可见到中间包的部分结构，如中间包耳轴41、中间包上沿42和塞棒机构43，烘烤中间包时四支燃烧器22分别对应中间包4个不同的烘烤位置。
参见图1，本烘烤装置设有钢结构的支架1，鼓风机2，鼓风管道3，液压升降系统，空心转轴7，旋转臂，空气管道、煤气管道、烟气管道，喷流换热器17和燃烧器22；所述的液压升降系统由油缸支撑座4、液压油缸5、轴承座6和曲柄8组成，所述的曲柄一端与液压油缸的推杆连接，另一端与空心转轴连接，液压油缸的推杆运动通过曲柄带动空心转轴及与空心转轴连接的煤气旋转臂28、空气旋转臂29联动，实现旋转臂及安装在其上的管道和燃烧器作旋转运动；所述空心转轴通过轴承座安装在支架上。
所述的旋转臂有煤气旋转臂28和空气旋转臂29，空心转轴7和旋转臂均为空心结构。所述的空心转轴其内被钢板分割成空气腔室33和煤气腔室34，所述的两腔室分别开有气体出口；所述的空心转轴7两端分别在与鼓风管道3、煤气总管22相连处安装有旋转接头，实现静止管道与空心转轴7的动密封；所述的鼓风管道、空气腔室、空气旋转臂29和空气管道相连形成空气通道，煤气总管32、煤气腔室34、煤气旋转臂28和煤气管道相连形成煤气通道。
所述的空气管道设有空气集气管9和空气支管11，空气支管11把助燃空气从喷流换热器17侧面的空气入口通入空气室A13；所述煤气管道设有煤气集气管10、煤气支管12和煤气喷管35，煤气支管和烧嘴煤气喷管相连，煤气喷管插入喷流换热器的空气室C18及空气室D21的中心。从图1可见空气支管11安装在煤气支管12的正下方。
如图3、4所示，所述喷流换热器17由烟气室15、烟气管19及5个空气室组成，喷流换热器17从外向内分别由空气室A 13、空气室B14、烟气室15、空气室E 20及空气室D 21同轴安装，空气室C18将空气室B14与空气室D 21连通，烟气管19将烟气室15与排烟管16连通，烟气室内被换热后的烟气降温后通过烟气管进入排烟管，排烟管安装在喷流换热器上方；所述烟气室15为在其钢壳体上安装有用于高效辐射换热的肋片31的腔体，回流的高温烟气经过烟气室时，烟气热量通过烟气室与空气室B14、空气室E 20间的钢板以及烟气室钢壳体、肋片31实现烟气与助燃空气的高效换热。
所述烟气室15内烟气温度在600～1150℃；烟气室内的烟气通过烟气管19进入排烟管16；排烟管内烟气温度约300～600℃；所述空气室B14内助燃空气温度在100～200℃；空气室E 20内助燃空气温度在150～450℃。
所述空气支管11与空气室A 13相连，将助燃空气引入喷流换热器17；所述空气室A13与空气室B14之间的隔板上开设若干按矩阵分布的喷射孔27，空气室A13中的助燃空气通过喷射孔27以30～40m/s高速喷射到空气室B14与烟气室15间的钢壳体上进行高效喷流换热；所述空气室D 21与空气室E 20之间的隔板上也开设若干按矩阵分布的喷射孔27，空气室D中的助燃空气通过喷射孔也以30～40m/s速度喷射到空气室E与烟气室间的钢壳体上进行高效喷流换热。
所述的燃烧器22为高速燃烧器，燃烧器由预燃室23、三次风口26和烧嘴砖24组成；所述的预燃室入口同轴安装有旋流进风器30，空气室E 20内的助燃空气从侧面通过旋流进风器后旋流进入预燃室23，实现对燃烧器的一次送风以及煤气与一次空气的预混合，一次送风占助燃空气总量的25％；所述的预燃室23钢板上开设若干按矩阵分布的喷射孔27，空气室E 20中的助燃空气通过预燃室钢板上的喷射孔27喷射进入预燃室，实现对高速燃烧器的二次送风，二次送风占助燃空气总量的45％；所述的三次风口26设在预燃室下部，呈环状通道，空气室E 20中的部分助燃空气通过三次风口与预燃室出来的已经燃烧的烟气在烧嘴出口混合燃烧，三次送风占助燃空气总量的30％。参见图3、5，所述的烧嘴砖24同轴安装在预燃室23出口，燃烧器22产生的火焰通过烧嘴砖中心出口高速喷出加热中间包；所述的烧嘴砖24安装在燃烧器22出口，采用热稳定好的高强耐火浇注料预制而成，烧嘴砖24中心出口为燃烧烟气高速喷出通道，环烧嘴砖24中心出口开设有8个直径为20mm的烟气入口25，燃烧器燃烧产生的火焰加热中间包后产生的高温烟气通过烧嘴砖上的烟气入口回流进入喷流换热器17的烟气室15内，从烟气室上部的烟气管19进入排烟管16之后排入大气中。
实施例2：本发明提供一种高速喷流换热的自预热中间包烘烤装置，针对某厂五机五流方坯连铸机的中间包，在每一流口之间设一支燃烧器22，且在中间包水口处增设一支燃烧器，共5支，如图6所示。
本实施例的烘烤装置结构与实施例1基本相同，不同的只是本实施例中所述的三次风口26呈间隔孔通道；所述的燃烧器中一次送风占助燃空气总量的10％；二次送风占助燃空气总量的70％；三次送风占助燃空气总量的20％；所述烟气室15内烟气温度在600～1150℃；排烟管内烟气温度约300～600℃；空气室B14内空气温度在100～200℃；空气室E20内空气温度在150～450℃；空气室A 13中的助燃空气通过喷射孔27以60～80m/s高速喷射到空气室B14与烟气室15间的钢壳体上进行高效喷流换热；空气室D 21中的助燃空气通过喷射孔27以60～80m/s的高速喷射到空气室E 20与烟气室15间的钢壳体上进行高效喷流换热。本实施例的烘烤装置烘烤中间包效率高。
本发明的烘烤装置结构简单，燃烧器采用自然排烟方式，设备系统简化，本烘烤装置操作便捷，利用烟气余热预热助燃空气，实现低NOX燃烧，烘烤中间包效率高且质量好。

Claims (5)

1.一种高速喷流换热的自预热中间包烘烤装置，设有支架，鼓风机，鼓风管道，液压升降系统，空心转轴，空气旋转臂，煤气旋转臂，空气管道、煤气管道、烟气管道，喷流换热器和燃烧器；所述的液压升降系统由油缸支撑座、液压油缸、轴承座、曲柄组成，所述的曲柄一端与液压油缸的推杆连接，另一端与空心转轴连接，液压油缸的推杆运动通过曲柄带动空心转轴及与空心转轴连接的煤气旋转臂、空气旋转臂联动，实现所述旋转臂及安装在其上的管道和燃烧器作旋转运动；所述空心转轴通过轴承座安装在支架上；其特征在于：
所述的空心转轴和旋转臂均为空心结构，所述的空心转轴其内被钢板分割成空气腔室和煤气腔室，所述的两腔室分别开有气体出口；所述的空心转轴两端与鼓风管道、煤气总管相连处均安装有旋转接头，实现静止管道与空心转轴的动密封；所述的鼓风管道、空气腔室、空气旋转臂和空气管道相连形成空气通道，煤气总管、煤气腔室、煤气旋转臂和煤气管道相连形成煤气通道；
所述的空气管道设有空气集气管和空气支管，空气支管把助燃空气从喷流换热器侧面的空气入口通入空气室A；所述煤气管道设有煤气集气管、煤气支管和煤气喷管，煤气支管和煤气喷管相连，煤气喷管插入到喷流换热器的空气室C及空气室D的中心；
所述的喷流换热器由烟气室、烟气管及5个空气室组成；喷流换热器从外向内分别由空气室A、空气室B、烟气室、空气室E及空气室D同轴安装，空气室C将空气室B与空气室D连通；所述烟气管将烟气室与排烟管连通，烟气室内的被换热后的烟气通过烟气管进入排烟管，排烟管安装在喷流换热器上方；所述空气支管与空气室A相连，将助燃空气引入喷流换热器；所述空气室A与空气室B之间的隔板上开设若干按矩阵分布的喷射孔，空气室A中的助燃空气通过喷射孔喷射到空气室B与烟气室间的钢壳体上进行喷流换热；所述空气室D与空气室E之间的隔板上开设若干按矩阵分布的喷射孔，空气室D中的助燃空气通过喷射孔喷射到空气室E与烟气室间的钢壳体上进行喷流换热；
所述的燃烧器由预燃室、三次风口和烧嘴砖组成；所述的预燃室入口同轴安装有旋流进风器，空气室E内的部分助燃空气通过旋流进风器旋流进入预燃室，实现对燃烧器的一次送风以及煤气与一次助燃空气的预混合；所述的预燃室的钢板上开设若干按矩阵分布的喷射孔，空气室E中的助燃空气通过预燃室钢板上的喷射孔喷射进入预燃室，实现对燃烧器的二次送风；所述的三次风口设计在预燃室下部，呈环状或间隔孔通道，空气室E中的部分空气通过三次风口与预燃室出来的已经燃烧的烟气在预燃室出口混合燃烧；燃烧产生的火焰通过烧嘴砖中心出口喷出加热中间包；所述的烧嘴砖安装在燃烧器出口，烧嘴砖采用耐火浇注料预制而成，烧嘴砖中心出口为燃烧烟气喷出通道，环烧嘴砖中心出口开设有多个间断布置的烟气入口，加热中间包后高温烟气通过烧嘴砖上的烟气入口回流进入喷流换热器的烟气室内。
2.根据权利要求1所述的高速喷流换热的自预热中间包烘烤装置，其特征在于：所述烟气室的钢壳体内为一空腔，钢壳体上安装有高效辐射换热功能的肋片，肋片焊接在钢壳体一侧或与钢壳体铸造一体的铸件，烟气经过烟气室时，烟气热量通过烟气室钢壳体以及肋片与空气室B、E间的助燃空气换热。
3.根据权利要求1所述的高速喷流换热的自预热中间包烘烤装置，其特征在于：所述的喷流换热器和燃烧器采用一体式结构，喷流换热器包裹在燃烧器的外侧和上部。
4.根据权利要求1所述的高速喷流换热的自预热中间包烘烤装置，其特征在于：所述的烘烤装置中设有2～8支喷流换热器与燃烧器，用于烘烤中间包不同部位和烘烤不同型式的中间包。
5.根据权利要求1所述的高速喷流换热的自预热中间包烘烤装置，其特征在于：所述的燃烧器中助燃空气在预燃室入口通过旋流进风器进入预燃室，经一次送风的助燃空气占煤气燃烧空气总量10％～30％，助燃空气和煤气喷管喷出的煤气预混合燃烧；二次送风占煤气燃烧空气总量30％～70％的空气，通过预燃室钢板上的喷射孔喷入预燃室，和预燃室内的预燃烧烟气叉流强烈混合再燃烧；三次送风占煤气燃烧空气总量20％～40％的助燃空气在预燃室出口，以环流或断续环流的方式与预燃室出来的已经燃烧的烟气在烧嘴中心出口再混合燃烧。
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