CN115507642A - 一种立式窑炉及其燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及是一种立式窑炉及燃烧方法，通过将圆台状上小下大，呈烟囱的立式窑炉调整为由两个圆台状组成，其中圆台一个倒置在另一个上方，即将现有的预热带进行倒置，并且在一定程度上增加体积，从而可以增加存料并且延长在预热带停留的时间，能够将炉子女预热充分利用，一定程度上降低热量消耗。通过将现有整体式墙面替换为由三个面墙与间隙组成的结构，由于在三个面墙间设置了间隙，使得其在受热膨胀的时候，有足够的空间释放应力，降低窑炉整体出现变形的几率。同时空气的比热容高于砖的比热容，使得其能吸收更多的热量，从而在一定程度上增加了保温效果。

Description

一种立式窑炉及其燃烧方法

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及是一种立式窑炉。

背景技术

立窑又被称作立式窑炉，如图1所示，现有的立窑多为烟囱结构，呈圆台状上小下大，顶部为预热带、中间为高温带、底部为冷却带，由于整体呈圆台状结构，原料通常在预热带存放时间为20h，整体时间过短，且如果需要延长在预热带停留时间需要进一步增加立式窑炉的高度，大大增加了成本，同时如图4所示，现有的窑炉多使用的是整体式墙面，相邻的墙面间通过填充剂进行连接，由煤改换为天然气作为燃料后，为了提高保温效果，墙面整体厚度增加，墙面增厚，膨胀系数也增大，在长时间使用中易出现窑墙变形、跑火、跑气和跑风等问题，并且在进行燃烧时，通常是将天然气与空气进行混合在要去通道内点燃形成火焰，在输送时一部分热量被窑墙吸收，同时操作不当的话还易出现跑火跑气现象。

并且在燃烧的火焰是通过高压风机输入至高温带，由于产品在高温带内收缩大，通风条件不理想，使得火焰不易顺利向上流动，加之高压风机的压力，使得这个区域正压升高，火焰朝向下方冷却带移动，造成冷却速度变慢，使用中物料从冷却带排出时温度仍在600℃左右，即增加了工作环境温度，又使得大量的热能浪费。

发明内容

本发明针对以上问题，提供一种立式窑炉。

采用的技术方案是，一种立式窑炉包括炉体，包括炉体，炉体从上至下分别设置有预热带、高温带和冷却带，炉体由墙体组成，高温带和冷却带呈圆台结构，且圆台上部为小头端，圆台下部为大头端，墙体由多个并排设置的墙面组成，其中预热带呈圆台结构，且预热带上部为大头端，预热带下部为小头端，且预热带下部与高温带上部连通，炉体的炉身外设置有热利用装置，热利用装置包括风机和导风管道，且风机通过导风管道将冷却带内气体导入高温带内，炉墙面包括第一面墙、第二面墙、第三面墙，且第一面墙靠近立式窑炉内侧，第三面墙靠近立式窑炉外侧，第二面墙位于第一面墙和第三面墙间，且第二面墙分别与第一面墙和第三面墙存在间隙。

可选的，预热带、高温带和冷却带的高度相等，热带、高温带和冷却带的高度均为10m。

可选的，预热带下部还设置有燃烧面，且燃烧面为圆台结构，燃烧面下部为小头端并与高温带上部连通，燃烧面的高度为2m。

进一步的，预热带的大头端尺寸大于冷却带大头端尺寸，且比例为4:3。

可选的，预热带、高温带和冷却带的高度均为10m，在冷却带距地面8m处设置有第二连接端子，在高温带距地面19m处设置有第一接端子，导风管道分别与第一接端子和第二连接端子连通。

可选的，导风管道外周包裹有保温棉层。

进一步的，高温带上还连通有天然气供气管道，且天然气供气管道与高温带连接处位于燃烧面下方。

可选的，第二面墙与第一面墙间存在第一间隙，第二面墙与第三面墙间存在第二间隙，且左右相邻墙面中的第一间隙相互连通，左右相邻墙面中的第二间隙也相互连通，且上下相邻墙面中，第一间隙和第二间隙错位设置。

可选的，墙体包括第一类墙面和第二类墙面，第一类墙面中第一面墙、第二面墙和第三面墙尺寸相同，第二类墙面中第一面墙与第三面墙尺寸相同，第二面墙尺寸小于第一面墙与第三面墙尺寸，第一类墙面中第一间隙竖直投影位于第二类墙面中第一间隙竖直投影外侧，第一类墙面中第二间隙竖直投影位于第二类墙面中第二间隙竖直投影外侧。

本发明还提供了一种适用于立式窑炉的燃烧方法，包括以下步骤：

S.从炉体底部冷却带的输送管朝向炉内注入空气；

S.从炉体中部的天然气供气管道朝向炉内注入天然气；

S.天然气与空气的混合物在高温带进行燃烧。

本发明的有益效果至少包括以下之一；

1、通过将圆台状上小下大，呈烟囱的立式窑炉调整为由两个圆台状组成，其中圆台一个倒置在另一个上方，即将现有的预热带进行倒置，并且在一定程度上增加体积，从而可以增加存料并且延长在预热带停留的时间，能够将炉子女预热充分利用，一定程度上降低热量消耗。

2、同时，随着增加存料在预热带停留的时间，存料因获得足够时间的预热，慢升温不易开裂，存料造型不易破坏，且随着预热时间增长将存料中的自然水、结构水和结晶水更易排出，从而进入高温带时，不易产生水蒸汽，从而能够保障高温带具有较高的温度。

3、通过将现有整体式墙面替换为由三个面墙与间隙组成的结构，由于在三个面墙间设置了间隙，使得其在受热膨胀的时候，有足够的空间释放应力，降低窑炉整体出现变形的几率。同时空气的比热容高于砖的比热容，使得其能吸收更多的热量，从而在一定程度上增加了保温效果。

4、通过风机将冷却带的热空气抽出，送到高温带，由于整个炉体是从底部进行通风，因此底部整体风流量较大，将其导入高温带，产品带不走温度，在一定程度上实现了热利用。

附图说明

图1为现有立式窑炉结构示意图；

图2为一种立式窑炉结构示意图；

图3为天然气供气管道与立式窑炉结构示意图；

图4为现有墙面结构示意图；

图5为防热膨胀窑墙结构示意图；

图6为另一种防热膨胀窑墙结构示意图；

图7为防热膨胀窑墙上下层结构示意图；

图中标记为： 1为炉体、2为冷却带、3为高温带、4为预热带、5为燃烧面、6为风机、7为第一接端子、8为第二连接端子、9为输气接头、10为输气管、11为天然气供气管道、12为墙面、13为第一面墙、14为第二面墙、15为第三面墙、16为第一间隙、17为第二间隙、20为保温棉。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点能够更加清晰明白，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明保护内容。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图2和图3所示，一种立式窑炉包括炉体1，炉体1从上至下分别设置有预热带4、高温带3和冷却带2，炉体1由墙体组成，高温带3和冷却带2呈圆台结构，且圆台上部为小头端，圆台下部为大头端，墙体由多个并排设置的墙面12组成，其中预热带4呈圆台结构，且预热带4上部为大头端，预热带4下部为小头端，且预热带4下部与高温带3上部连通，炉体1的炉身外设置有热利用装置，热利用装置包括风机6和导风管道，且风机6通过导风管道将冷却带2内气体导入高温带3内，炉墙面包括第一面墙13、第二面墙14、第三面墙15，且第一面墙13靠近立式窑炉内侧，第三面墙15靠近立式窑炉外侧，第二面墙14位于第一面墙13和第三面墙15间，且第二面墙14分别与第一面墙13和第三面墙15存在间隙。

这样设计的目的在于，通过将圆台状上小下大，呈烟囱的立式窑炉调整为由两个圆台状组成，其中圆台一个倒置在另一个上方，即将现有的预热带进行倒置，并且在一定程度上增加体积，从而可以增加存料并且延长在预热带停留的时间，能够将炉子女预热充分利用，一定程度上降低热量消耗。同时，随着增加存料在预热带停留的时间，存料因获得足够时间的预热，慢升温不易开裂，存料造型不易破坏，且随着预热时间增长将存料中的自然水、结构水和结晶水更易排出，从而进入高温带时，不易产生水蒸汽，从而能够保障高温带具有较高的温度。通过将现有整体式墙面替换为由三个面墙与间隙组成的结构，由于在三个面墙间设置了间隙，使得其在受热膨胀的时候，有足够的空间释放应力，降低窑炉整体出现变形的几率。同时空气的比热容高于砖的比热容，使得其能吸收更多的热量，从而在一定程度上增加了保温效果。

以申请人目前使用的立式窑炉为例，其采用的是冷却带高度10m，高温带高度10m和预热带高度10m，且预热带的开口直径为4m，冷却带底部直径为3m，且中间燃烧面的直径为2m。

以相同高度的立窑做对比，其中顶部预热带的容积提升了3-4倍，相应的预热带能够存储的原料在一定程度上也增加了3-4倍，燃烧面处温度接近1450摄氏度，这个温度下料石不会出现结块，预热带向上温度逐步降低，至预热带顶部入口时温度在100摄氏度附近。

经过对比统计，现有的立式窑炉在预热带中存料停留时间在20h，由于本实施例在结构上进行改进，加大了直接，且采用倒圆台的结构，使得存料能够在预热带停留长达70h，随着时间的增长，预热效果得到充分的提高。

需要指出的是，本实施例中所指的燃烧面，并非实际燃烧的位置，而是位于燃烧位置上方，这个区域温度高，同时采用了圆台结构，燃烧面下部为小头端并与高温带上部连通，进一步缩小预热带进入高温带的端口尺寸，使得这个区域出现积热，温度升高且不易损失。

如图5至图7所示，第二面墙14与第一面墙13间存在第一间隙16，第二面墙14与第三面墙15间存在第二间隙17，且左右相邻墙面12中的第一间隙16相互连通，左右相邻墙面12中的第二间隙16也相互连通，上下相邻墙面12中，第一间隙16和第二间隙17错位设置。

这样采用了上下墙面中第一间隙与第二间隙错位设置彼此不进行连通，使得窑墙依旧保持一个整体连接关系。

具体错位设置的方式如图5所示，墙体包括第一类墙面和第二类墙面，其中图3为第一类墙面中第一面墙13、第二面墙14和第三面墙15尺寸相同，其中图4为第二类墙面中第一面墙13与第三面墙15尺寸相同，第二面墙14尺寸小于第一面墙13与第三面墙15尺寸，这样第一类墙面中第一间隙16竖直投影位于第二类墙面中第一间隙16竖直投影外侧，第一类墙面中第二间隙17竖直投影位于第二类墙面中第二间隙17竖直投影外侧。

当靠近立式窑炉内侧的第一面墙受热出现膨胀时，第一间隙提供了充裕的空间配合其膨胀，接着第二面墙受热膨胀，最后是第三面墙，以目前申请人所使用的立式窑炉，第一间隙和第二间隙为10-20cm，通常为15cm。

同时，需要指出的是，正常使用中墙面间需要填充剂进行填充和连接，本实施例中对此进行省略描述，并非不使用，仅仅是在完成填充和连接后形成的间隙为10-20cm。

解决了现有窑炉墙体为了提高保温效果，墙面整体厚度增加，墙面增厚，膨胀系数也增大，在长时间使用中易出现窑墙变形、跑火、跑气和跑风等问题，空气的比热容高于砖的比热容，使得其能吸收更多的热量，从而在一定程度上增加了保温效果。

同时，本实施例还提供了一种立式窑炉的燃烧方法，包括以下步骤：

S1.从炉体1底部冷却带的输送管10朝向炉内注入空气；

S2.从炉体1中部的天然气供气管道11朝向炉内注入天然气；

S3.天然气与空气的混合物在高温带3进行燃烧。

其中，整个立式窑炉的进风口设于底部，由输气接头和输气管组成，输气接头与输气总管连通，经由输气管将气体导入冷却带中。

特别是以申请目前使用的立式窑炉为例，其采用的是冷却带高度10m，高温带高度10m和预热带高度10m，那么在冷却带2距地面8m处设置有第二连接端子8，在高温带3距地面19m处设置有第一接端子7，导风管道分别与第一接端子7和第二连接端子8连通。

这样将冷却带距地面8m处的热空气导入高温带距离地面19m处，解决了这段区域缺氧问题，同时导出的气体温度在400℃-450℃，由于距离地面10m到19m处为高温带，因此通过导入的气体将欠缺的温度补上。

需要指出的是，本实施例中所指的热利用包含多重含义，其中有余热利用、热效率提升等等。

同时，导风管道外周包裹有保温棉层20。

这样设计的目的在于，通过设置保温棉层能够进一步降低导出气体散失的热量，从而进行保温。

高温带3上还连通有天然气供气管道11，且天然气供气管道11与高温带3连接处位于燃烧面5下方。

这样设计的目的在于，通过在高温带上设置多个天然气供气管道，由于仅输送天然气，不输送氧气，天然气并不会因受高温影响在管道内进行燃烧，而进入炉体内后，受热风流动上升的影响，会进行扩散，同时搭配底部进风口导入的空气，气流向上移动，空气中的氧气也向上走，配合导入的天然气进行燃烧，使得炉温升高。

本实施例中，主要是将天然气导入炉体内提高燃烧和将靠近高温带的冷却带气体导入靠近高温带与预热带连接处，使得高温带整体温度分布均匀，实现热利用。

从而将原有窑墙出烧嘴进行燃烧，变更为整个高温带变成一个大的燃烧室，进行燃烧和对燃烧室进行预热，整体燃烧时间长，燃烧容积增大。

经过以上调整后，在立式窑炉出料端由高温作业变为低温作业，同时在我国山西一带，使用铁皮立式窑炉，升温1600℃，进行原料烧制，气耗在90-100m³，而使用本实施例提供的立式窑炉，选用相同的作业参数和待加工原料，每吨原料仅需要45m³天然气进行加工，整体耗气量显著降低。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种立式窑炉，包括炉体（1），所述炉体（1）从上至下分别设置有预热带（4）、高温带（3）和冷却带（2），炉体（1）由墙体组成，所述高温带（3）和冷却带（2）呈圆台结构，且圆台上部为小头端，圆台下部为大头端，所述墙体由多个并排设置的墙面（12）组成，其特征在于：所述预热带（4）呈圆台结构，且预热带（4）上部为大头端，预热带（4）下部为小头端，且预热带（4）下部与高温带（3）上部连通，炉体（1）的炉身外设置有热利用装置，所述热利用装置包括风机（6）和导风管道，且风机（6）通过导风管道将冷却带（2）内气体导入高温带（3）内，所述炉墙面包括第一面墙（13）、第二面墙（14）、第三面墙（15），且第一面墙（13）靠近立式窑炉内侧，所述第三面墙（15）靠近立式窑炉外侧，所述第二面墙（14）位于第一面墙（13）和第三面墙（15）间，且第二面墙（14）分别与第一面墙（13）和第三面墙（15）存在间隙。

2.根据权利要求1所述的一种立式窑炉，其特征在于：所述预热带（4）、高温带（3）和冷却带（2）的高度相等，热带（4）、高温带（3）和冷却带（2）的高度均为10m。

3.根据权利要求2所述的一种立式窑炉，其特征在于：所述预热带（4）下部还设置有燃烧面（5），且燃烧面（5）为圆台结构，燃烧面（5）下部为小头端并与高温带（3）上部连通，燃烧面（5）的高度为2m。

4.根据权利要求3所述的一种立式窑炉，其特征在于：所述预热带（4）的大头端尺寸大于冷却带（2）大头端尺寸，且比例为4:3。

5.根据权利要求4所述的一种立式窑炉，其特征在于：所述预热带（4）、高温带（3）和冷却带（2）的高度均为10m，在冷却带（2）距地面8m处设置有第二连接端子（8），在高温带（3）距地面19m处设置有第一接端子（7），所述导风管道分别与第一接端子（7）和第二连接端子（8）连通。

6.根据权利要求5所述的一种立式窑炉，其特征在于：所述导风管道外周包裹有保温棉层（20）。

7.根据权利要求6所述的一种立式窑炉，其特征在于：所述高温带（3）上还连通有天然气供气管道（11），且天然气供气管道（11）与高温带（3）连接处位于燃烧面（5）下方。

8.根据权利要求7所述的一种立式窑炉，其特征在于：所述第二面墙（14）与第一面墙（13）间存在第一间隙（16），所述第二面墙（14）与第三面墙（15）间存在第二间隙（17），且左右相邻墙面（12）中的第一间隙（16）相互连通，左右相邻墙面（12）中的第二间隙（16）也相互连通，且上下相邻墙面（12）中，第一间隙（16）和第二间隙（17）错位设置。

9.根据权利要求8所述的一种立式窑炉，其特征在于：所述墙体包括第一类墙面和第二类墙面，所述第一类墙面中第一面墙（13）、第二面墙（14）和第三面墙（15）尺寸相同，所述第二类墙面中第一面墙（13）与第三面墙（15）尺寸相同，第二面墙（14）尺寸小于第一面墙（13）与第三面墙（15）尺寸，第一类墙面中第一间隙（16）竖直投影位于第二类墙面中第一间隙（16）竖直投影外侧，所述第一类墙面中第二间隙（17）竖直投影位于第二类墙面中第二间隙（17）竖直投影外侧。

10.一种立式窑炉的燃烧方法，包括以下步骤：

S1.从炉体（1）底部冷却带的输送管（10）朝向炉内注入空气；

S2.从炉体（1）中部的天然气供气管道（11）朝向炉内注入天然气；

S3.天然气与空气的混合物在高温带（3）进行燃烧。

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