CN113862450A - 一种棒材燃气加热装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种棒材燃气加热装置及方法，包括燃烧器、传火棒、混合器、空气管、燃气管、棒、燃气阀及控制装置，其特征在于：所述燃烧器包括面板、整流板、均布板及外壳，所述面板位于所述燃烧器最顶端，所述面板下方为所述整流板，所述整流板与所述外壳相联，所述均布板位于所述外壳内，所述传火棒上设置有副孔，所述混合器包括空支管、主支管、副支管、主喷嘴及副喷嘴，所述空支管与所述空气管相连。本发明涉及线材热处理领域，具体地讲，涉及一种棒材燃气加热装置及方法。本发明要解决的技术问题是提供一种棒材燃气加热装置及方法，实现燃气加热棒材高效、低污染和安全运行。

Description

一种棒材燃气加热装置及方法
技术领域
本发明涉及线材热处理领域，具体地讲，涉及一种棒材燃气加热装置及方法。
背景技术
线材热处理，包含铝棒、钢棒、铜棒等工艺加热。以铝棒加热为例，铝棒加热炉基本是室式炉，也就是燃气燃烧烟气喷入炉内，靠循环风机进行强制内循环来加热铝棒。存在以下问题：一，排烟温度高，需要增加空预器，提高空气温度提高了火焰温度而氮氧化物高；二，强制烟气内循环，循环动力较高，且需要耐热风机；三，强制内循环，导致局部存在死角，安全隐患较高；四，常规工业燃烧器是非低氮燃烧，氮氧化物排放>100mg/m3；五，加热速度慢，尤其是启动速度慢，约2-3小时；六是市场设备基本为整体加热，存在无效加热，尤其是非出料棒的加热。总体存在低效、高污染排放、速度慢等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种棒材燃气加热装置及方法，实现燃气加热棒材高效、低污染和安全运行。
本发明采用如下技术方案实现发明目的：
一种棒材燃气加热装置，包括燃烧器(1)、传火棒(2)、混合器(3)、空气管(4)、燃气管(5)、棒(6)及控制装置(8)，其特征在于：所述燃烧器(1)的一侧连接传火棒(2)，两个所述燃烧器(1)之间通过混合器(3)连接，所述混合器(3)连通所述空气管(4)和燃气管(5)。
作为对本技术方案的进一步限定，所述燃烧器(1)包括面板(11)、整流板(12)、均布板(13)及外壳(14)，所述面板(11)位于所述燃烧器(1)最顶端，所述面板(11)的下侧固定连接所述整流板(12)，所述整流板(12)与所述外壳(14)固定连接，所述均布板(13)固定在所述外壳(14)内。
作为对本技术方案的进一步限定，所述燃气管(5)包括主气管(51)及副气管(52)，所述混合器(3)包括空支管(31)、主支管(32)、副支管(33)、主喷嘴(34)及副喷嘴(35)，所述空支管(31)与所述空气管(4)相连，空气经风机进入所述空气管(4)，再进入所述空支管(31)，所述主支管(32)与主气管(51)相连，所述副支管(33)与副气管(52)相连，所述主喷嘴(34)与所述主支管(32)相连，所述副喷嘴(35)与所述副支管(33)相连，所述主喷嘴(34)及所述副喷嘴(35)位于所述空支管(31)内。
作为对本技术方案的进一步限定，所述面板(11)上设置有主孔(111)、副孔(112)、传火孔(113)和气口(114)；
所述副孔(112)位于所述主孔(111)四周及相邻的所述主孔(111)之间；
所述面板(11)一端设置有所述传火孔(113)，所述传火孔(113)与所述传火棒(2)相联；
所述面板(11)另一端设置有所述气口(114)；
所述整流板(12)包括凸台(121)、气孔(122)及进气口(123)；
所述整流板(12)上具有一排所述凸台(121)，所述凸台(121)上设置有所述气孔(122)，所述气孔(122)与所述主孔(111)一一对应相联；
所述均布板(13)包括均布孔(131)及调节板(132)；
所述均布孔(131)位于所述均布板(13)上，为不同间距和直径的孔；
所述调节板(132)位于所述均布板(13)的一端与所述外壳(14)相连；
所述外壳(14)一侧固定连接隔板(143)，所述隔板(143)上设置有主气口(141)和副气口(142)。
所述副气口(142)与所述进气口(123)相连，所述进气口(123)再与所述气口(114)相连；
所述隔板(143)位于所述主气口(141)及所述副气口(142)之间，并将所述主气口(141)及所述副气口(142)隔开；
所述调节板(132)位于所述主气口(141)上方。
作为对本技术方案的进一步限定，所述传火棒(2)与所述面板(11)通过所述传火孔(113)连通。
作为对本技术方案的进一步限定，所述棒(6)分为加热棒(61)及吸热棒(62)。
作为对本技术方案的进一步限定，所述加热棒(61)位于所述燃烧器(1)的上侧、下侧或一侧；
所述吸热棒(62)位于所述加热棒(61)一侧；
通过机械装置将靠近所述加热棒(61)的所述吸热棒(62)进行支撑定位，所述加热棒(61)和所述吸热棒(62)之间不接触，留有间隙；
所述吸热棒(62)为一根或多根，多个所述吸热棒(62)相互接触的；
一个所述加热棒(62)可沿棒长度方向布置多个所述燃烧器(1)，相邻的所述燃烧器(1)之间通过所述传火棒(2)进行火焰传递。
作为对本技术方案的进一步限定，所述控制装置(8)包括逻辑板(81)、点火针(82)、火焰针(83)、棒温头(84)及烟温头(85)。
一种棒材燃气加热方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：逻辑板(81)根据棒温头(84)检测所述加热棒(61)的温度，判定是否启动加热；
步骤二：启动加热前，启动风机进行预吹扫，空气经所述空气管(4)进入混合器(3)，并经所述外壳(14)、所述面板(11)与所述整流板(12)之间空腔，并经所述主孔(11)和所述副孔(112)流出，一定时间后，吹扫完毕，进入点火操作；
步骤三：点火时，开启开关阀、比例阀及副气阀，燃气经副气管(52)、副支管(33)及副喷嘴(35)与空气混合形成副气经所述副孔(112)流出，开启开关阀同时点火针(82)进行点火，将经所述副孔(112)流出的副气点燃，而后进入加热阶段，副气的燃气与空气比例为1:5-1:9；
步骤四：加热时，主气阀开启，燃气经主气阀、所述主气管(51)、所述主支管(32)、所述主喷嘴(34)喷入所述主气口(141)形成主气，再经所述主孔(111)流出，被所述副孔(112)的火焰点燃，形成火焰快速加热加热棒(61)，根据棒温头(84)，逻辑板(81)控制比例阀的开度，加热加热棒(61)的燃烧产物，继续加热所述吸热棒(62)，当所述烟温头(85)检测烟气温度超过设定温度值，继续加入所述吸热棒(62)来降低所述烟温头处的烟气温度，主气的燃气与空气比例为1:10-1:14，主气的流量与副气的流量比为10-20:1；
步骤五：根据加热棒(61)的直径，调整所述主孔(111)与加热棒(61)的距离，所述主孔(111)的火焰锥顶与所述加热棒(61)之间距离为-10-100mm之间，可保证加热速率为10℃/min；
步骤六：当棒温头(84)检测棒温达到设定温度时，逻辑板(81)向主气阀发出关闭指令，维持副气阀，并调整比例阀维持一定低负荷运行；
步骤七：当逻辑板(81)发出停止加热指令时，关闭副气阀及所述开关阀，一定时间后关闭风机。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
1、火焰直接加热棒材实现快速，基本可实现1小时内加热完熟料；
2、设计的主孔和副孔形成火焰，稳定和低氮燃烧，可实现氮氧化物排放<50mg/m3，CO<200mg/m3；
3、充分利用低温吸热棒降低排烟温度，达到高效目的；
4、不需要内循环，不存在死角，可安全运行。
5、强化燃烧与棒材之间传热，快速加热包含整体快速加热和局部快速加热，加热速率达到10℃/min。
附图说明
图1为本发明的加热装置组合图。
图2为本发明的燃烧器和混合器结构图。
图3为本发明的燃烧器图
图4为本发明的面板和整流板结构图。
图5为本发明的均布板和外壳结构图。
图6为本发明的混合器结构图。
图7为本发明的燃烧器与棒材位置关系图。
图8为本发明的燃气阀与燃气管连接图
图中：1、燃烧器，2、传火棒，3、混合器，4、空气管，5、燃气管，6、棒，7、燃气阀，8、控制装置，11、面板，12、整流板，13、均布板，14、外壳，111、主孔，112、副孔，113、传火孔，114、气口，121、凸台，122、气孔，123、进气口，131、均布孔，132、调节板，141、主气口，142、副气口，143、隔板，31、空支管，32、主支管，33、副支管，34、主喷嘴，35、副喷嘴，51、主气管，52、副气管，61、加热棒，62、吸热棒，71、开关阀，72、比例阀，73、主气阀，74、及副气阀，81、逻辑板，82、点火针，83、火焰针，84、棒温头，85、烟温头。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1-图8所示，本发明包括燃烧器1、传火棒2、混合器3、空气管4、燃气管5、棒6、燃气阀及控制装置8，所述燃烧器1包括面板11、整流板12、均布板13及外壳14，所述面板11位于所述燃烧器1最顶端，所述面板11下方为所述整流板12，所述整流板12与所述外壳14相联，所述均布板13位于所述外壳14内，所述混合器3包括空支管31、主支管32、副支管33、主喷嘴34及副喷嘴35，所述空支管31与所述空气管4相连，空气经风机进入所述空气管4，再进入所述空支管31，所述主支管32与主气管51相连，所述副支管33与副气管52相连，所述主喷嘴34与所述主支管32相连，所述副喷嘴35与所述副支管33相连，所述主喷嘴34及所述副喷嘴35位于所述空支管31内，所述燃气管5包括所述主气管51及所述副气管52，所述棒6分为加热棒61及吸热棒62，所述燃气阀7是由开关阀71、比例阀72、主气阀73及副气阀74组成的组合体，所述控制装置8包括逻辑板81、点火针82、火焰针83、棒温头84及烟温头85，逻辑板81、点火针82、火焰针83、棒温头84及烟温头85都是采用现有产品，且不是本专利申请的创新点，不再赘述。
所述面板11包括主孔111、副孔112、传火孔113和气口114，所述面板11上设置有单排所述主孔111，所述主孔111四周有所述副孔112，所述副孔112位于所述主孔111四周及相邻的所述主孔111之间，所述面板11一端设置有所述传火孔113，所述传火孔113与所述传火棒2相联，所述面板11另一端设置有所述气口114，所述整流板12包括凸台121、气孔122及进气口123，所述整流板12上具有一排所述凸台121，所述凸台121上设置有所述气孔122，所述气孔122与所述主孔111一一对应相联，所述均布板13包括均布孔131及调节板132，所述均布孔131位于所述均布板13上，所述调节板132位于所述均布板13的一端与所述外壳14相连，所述外壳14一侧连接隔板143，所述隔板143上设置有主气口141和副气口142，所述副气口142与所述进气口123相连，所述进气口123再与所述气口114相连，所述调节板132位于所述主气口141上方，并可改变所述主气口141的开口大小。
所述面板11材质为不锈钢、耐热铸铁或耐热铝合金。
所述传火棒2与所述面板11通过所述传火孔113相连通。
空气经风机再经所述空气管31进入所述空支管31，进入所述主气口141的空气与所述主喷嘴34喷出的燃气混合形成主气，主气经所述主气口141进入所述外壳14与所述均布板13之间的空腔，再经所述均布板13上的所述均布孔131，再经所述整流板12上的所述气孔122，进入所述面板11上的所述主孔111，进入所述空支管31的空气进入所述副气口142与所述副喷嘴35喷出的燃气混合形成副气，副气经所述进气口123、所述气口114进入所述面板11与所述整流板12之间的气腔再经所述副孔112流出。
所述加热棒61位于所述燃烧器1的上侧、下侧或一侧，所述吸热棒62位于所述加热棒61一侧，通过机械装置将靠近所述加热棒61的所述吸热棒62进行支撑定位，因而所述加热棒61和所述吸热棒62之间不接触，留有一定间隙，所述吸热棒62为一根或多根，多个所述吸热棒62相互接触的，所述吸热棒62是靠接近所述加热棒61的所述吸热棒62来相对定位，一个所述加热棒62可沿棒长度方向布置多个所述燃烧器1，相邻的所述燃烧器1之间通过所述传火棒62进行火焰传递，多个所述燃烧器1可单独着火运行，也可全部着火。
所述开关阀71开关燃气，所述比例阀72控制燃气流量大小，所述主气阀73与所述主气管51相连，所述副气阀74与所述副气管52相连。
所述逻辑板81根据所述棒温头84向所述点火针82发出点火指令，并根据所述火焰针83判定火焰是否正常，并调节所述比例阀72的开度，所述火焰针83不仅能判定火焰是否着火，还能根据施加在所述火焰针83与接地体之间电压作用下的电流，提供所述逻辑板81调整所述比例阀72的开度，所述点火针82和所述火焰针83均位于所述副孔112上。
所述棒温头84为红外线温度探头。
所述烟温头85为热电偶。
一种棒材燃气加热方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：所述逻辑板81根据所述棒温头84检测所述加热棒61的温度，判定是否启动加热；
步骤二：启动加热前，启动风机进行预吹扫，空气经所述空气管4进入所述混合器3，并经所述外壳14、所述面板11与所述整流板12之间空腔，并经所述主孔11和所述副孔112流出，一定时间后，吹扫完毕，进入点火操作；
步骤三：点火时，开启开关阀71、比例阀72及副气阀74，燃气经所述副气管52、所述副支管33及所述副喷嘴35与空气混合形成副气经所述副孔112流出，开启所述开关阀71同时所述点火针82进行点火，将经所述副孔112流出的副气点燃，而后进入加热阶段，副气的燃气与空气比例为1:5-1:9；
步骤四：加热时，所述主气阀73开启，燃气经所述主气阀、所述主气管51、所述主支管32、所述主喷嘴34喷入所述主气口141形成主气，再经所述主孔111流出，被所述副孔112的火焰点燃，形成火焰快速加热所述加热棒61，根据所述棒温头84，所述逻辑板81控制所述比例阀的开度，加热所述加热棒61的燃烧产物，继续加热所述吸热棒62，当所述烟温头85检测烟气温度超过设定温度值，继续加入所述吸热棒62来降低所述烟温头处的烟气温度，主气的燃气与空气比例为1:10-1:14，主气的流量与副气的流量比为10-20:1；
步骤五：根据所述加热棒61的直径，调整所述主孔111火焰与所述加热棒61的距离，所述主孔111的火焰锥顶与所述加热棒61之间距离为-10-100mm之间，可保证加热速率为10℃/min；
步骤六：当所述棒温头84检测棒温达到设定温度时，所述逻辑板81向所述主气阀73发出关闭指令，维持所述副气阀73，并调整所述比例阀72维持一定低负荷运行；
步骤七：当所述逻辑板81发出停止加热指令时，关闭所述副气阀73及所述开关阀71，一定时间后关闭风机。
本发明的工作流程为：
逻辑板81根据棒温头84检测加热棒61的温度，判定是否启动加热。
启动加热前，启动风机进行预吹扫，空气经空气管4进入混合器3，并经外壳14、面板11与整流板12之间空腔，并经主孔11和副孔112流出，一定时间后，吹扫完毕，进入点火操作。
点火时，开启开关阀、比例阀及副气阀，燃气经副气管52、副支管33及副喷嘴35与空气混合形成副气经副孔112流出，开启开关阀同时点火针82进行点火，将经副孔112流出的副气点燃，而后进入加热阶段，副气的燃气与空气比例为1:5-1:9。
加热时，主气阀73开启，燃气经主气阀73、主支管31、主气管51、主支管32、主喷嘴34喷入主气口141形成主气，再经主孔111流出，被副孔112的火焰点燃，形成火焰快速加热加热棒61，根据棒温头84，逻辑板81控制比例阀的开度，加热加热棒61的燃烧产物，继续加热吸热棒62，当烟温头85检测超过设定温度值，继续加入所述吸热棒62来降低所述烟温头处的烟气温度，主气的燃气与空气比例为1:10-1:14，主气的流量与副气的流量比为10-20:1。
根据加热棒61的直径，调整主孔111火焰与加热棒61的距离，主孔111的火焰锥顶与加热棒61之间距离为-10-100mm之间，可保证加热速率为10℃/min；
当棒温头84检测棒温达到设定温度时，逻辑板81向主气阀发出关闭指令，维持副气阀，并调整比例阀维持一定低负荷运行；
当逻辑板81发出停止加热指令时，关闭副气阀及开关阀，一定时间后关闭风机。
以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种棒材燃气加热装置，包括燃烧器(1)、传火棒(2)、混合器(3)、空气管(4)、燃气管(5)、棒(6)及控制装置(8)，其特征在于：所述燃烧器(1)的一侧连接传火棒(2)，两个所述燃烧器(1)之间通过混合器(3)连接，所述混合器(3)连通所述空气管(4)和燃气管(5)。
2.根据权利要求1所述的棒材燃气加热装置，其特征在于：
所述燃烧器(1)包括面板(11)、整流板(12)、均布板(13)及外壳(14)，所述面板(11)位于所述燃烧器(1)最顶端，所述面板(11)的下侧设置所述整流板(12)，所述整流板(12)和所述与所述均布板(13)均固定连接外壳(14)，所述均布板(13)位于所述整流板(12)的下侧。
3.根据权利要求2所述的棒材燃气加热装置，其特征在于：所述燃气管(5)包括主气管(51)及副气管(52)，所述混合器(3)包括空支管(31)、主支管(32)、副支管(33)、主喷嘴(34)及副喷嘴(35)，所述空支管(31)与所述空气管(4)相连，空气经风机进入所述空气管(4)，再进入所述空支管(31)，所述主支管(32)与主气管(51)相连，所述副支管(33)与副气管(52)相连，所述主喷嘴(34)与所述主支管(32)相连，所述副喷嘴(35)与所述副支管(33)相连，所述主喷嘴(34)及所述副喷嘴(35)位于所述空支管(31)内。
4.根据权利要求3所述的棒材燃气加热装置，其特征在于：
所述面板(11)上设置有主孔(111)、副孔(112)、传火孔(113)和气口(114)；
所述副孔(112)位于所述主孔(111)四周及相邻的所述主孔(111)之间；
所述面板(11)一端设置有所述传火孔(113)，所述传火孔(113)与所述传火棒(2)相联；
所述面板(11)另一端设置有所述气口(114)；
所述整流板(12)包括凸台(121)、气孔(122)及进气口(123)；
所述整流板(12)上具有一排所述凸台(121)，所述凸台(121)上设置有所述气孔(122)，所述气孔(122)与所述主孔(111)一一对应相联；
所述均布板(13)包括均布孔(131)及调节板(132)；
所述均布孔(131)位于所述均布板(13)上，为相同间距和直径的圆孔；
所述调节板(132)位于所述均布板(13)的一端与所述外壳(14)相连；
所述外壳(14)一侧固定连接隔板(143)，所述隔板(143)上设置有主气口(141)和副气口(142)；
所述副气口(142)与所述进气口(123)相连，所述进气口(123)再与所述气口(114)相连；
所述调节板(132)位于所述主气口(141)上方。
5.根据权利要求4所述的棒材燃气加热装置，其特征在于：所述传火棒(2)与所述面板(11)通过所述传火孔(113)连通。
6.根据权利要求4所述的棒材燃气加热装置，其特征在于：所述棒(6)分为加热棒(61)及吸热棒(62)。
7.根据权利要求6所述的棒材燃气加热装置，其特征在于：
所述加热棒(61)位于所述燃烧器(1)的上侧、下侧或一侧；
所述吸热棒(62)位于所述加热棒(61)一侧；
将靠近所述加热棒(61)的所述吸热棒(62)进行支撑定位，所述加热棒(61)和所述吸热棒(62)之间不接触，留有间隙；
所述吸热棒(62)为一根或多根，多个所述吸热棒(62)相互接触的；
一个所述加热棒(61)可沿棒长度方向布置多个所述燃烧器(1)，相邻的所述燃烧器(1)之间通过所述传火棒(2)进行火焰传递。
8.根据权利要求7所述的棒材燃气加热装置，其特征在于：
所述控制装置(8)包括逻辑板(81)、点火针(82)、火焰针(83)、棒温头(84)及烟温头(85)。
9.根据权利要求1所述的棒材燃气加热方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：逻辑板(81)根据棒温头(84)检测所述加热棒(61)的温度，判定是否启动加热；
步骤二：启动加热前，启动风机进行预吹扫，空气经所述空气管(4)进入混合器(3)，并经所述外壳(14)、所述面板(11)与所述整流板(12)之间空腔，并经所述主孔(11)和所述副孔(112)流出，一定时间后，吹扫完毕，进入点火操作；
步骤三：点火时，开启开关阀(71)、比例阀(72)及副气阀(74)，燃气经副气管(52)、副支管(33)及副喷嘴(35)与空气混合形成副气经所述副孔(112)流出，副喷嘴(35)正对副气口(142)，开启开关阀(71)同时点火针(82)进行点火，将经所述副孔(112)流出的副气点燃，而后进入加热阶段，副气的燃气与空气比例为1:5-1:9；
步骤四：加热时，主气阀(73)开启，燃气经主气阀、所述主气管(51)、所述主支管(32)、所述主喷嘴(34)喷入所述主气口(141)形成主气，再经所述主孔(111)流出，被所述副孔(112)的火焰点燃，形成火焰快速加热加热棒(61)，根据棒温头(84)，逻辑板(81)控制比例阀的开度，加热加热棒(61)的燃烧产物，继续加热所述吸热棒(62)，当所述烟温头(85)检测烟气温度超过设定温度值，继续加入所述吸热棒(62)来降低所述烟温头处的烟气温度，主气的燃气与空气比例为1:10-1:14，主气的流量与副气的流量比为10-20:1；
步骤五：根据加热棒(61)的直径，调整所述主孔(111)与加热棒(61)的距离，所述主孔(111)的火焰锥顶与所述加热棒(61)之间距离为-10-100mm之间，可保证加热速率为10℃/min；
步骤六：当棒温头(84)检测棒温达到设定温度时，逻辑板(81)向主气阀发出关闭指令，维持副气阀，并调整比例阀维持一定低负荷运行；
步骤七：当逻辑板(81)发出停止加热指令时，关闭副气阀及所述开关阀，一定时间后关闭风机。
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