CN202002461U - 一种用回收烟气调制燃烧室中氧气氛的燃油反射炉 - Google Patents

Abstract

一种用回收烟气调制燃烧室中氧气氛的燃油(气)反射炉，由炉体1、喷咀、蓄热体(7、8)、烟气管道(18、19)、换向调节阀15、鼓风机13和带烟气调节阀(14、16)的烟气回收管道20所组成，所述低温烟气回收管道一部分并联在由蓄热体A(7)通过四位换向阀15再到蓄热体B(8)的烟气管道中四位换向阀15的两端，并带调节阀B(16)；低温烟气回收管道20另一部分连接在烟气管道18与鼓风机13进口管道之间，该部分管道上设置烟气调节阀A(14)。回收烟气经过燃烧含氧量很低，它将使进入炉膛燃烧室内助燃炉气中的氧含量降低，通过烟气调节阀对回用烟气流入量的控制，可以达到在一定范围内控制炉膛燃烧室中的氧气氛，实现可控氧气氛燃烧的目的。

Description

一种用回收烟气调制燃烧室中氧气氛的燃油反射炉

技术领域

本实用新型涉及一种用回收烟气调制燃烧室中氧气氛的燃油(气)反射炉，属燃油(气)反射炉设备技术领域。

背景技术

蓄热式高温空气燃烧技术HTAC(High Tempereture Air Combustion)是目前国内外开始大量采用的一种全新的燃烧技术，它通过高效蓄热材料从高温烟气中吸收热量，使排烟温度降至180℃以下；然后将高效蓄热材料从高温烟气中吸收的热量将助燃空气从室温预热至800～1000℃左右高温后与燃烧室内原有的1200℃左右的高温烟气混合，燃烧过程始终在高温气氛中进行，既能最大限度地回收烟气余热，又使燃油(气)燃烧更加充分，提高反射炉的热效率，大幅度降低能耗和生产成本，还可有效降低氮氧化物(NOx)排放量。

HTAC蓄热式高温燃烧技术的工作原理是：HTAC蓄热式高温燃烧技术一般有两个交替作用的可让气体通过的蓄热体A和B，当高温烟气通过装有蓄热体A的排烟通道时，高温烟气中所携带的大量热量将传给作为传热中间体的蓄热体A，将蓄热体A加热到180-1000℃(越接近炉膛，温度越高；越接近排烟通道，温度越低)，同时高温烟气也被冷却到露点以上、180℃以下的较低排烟温度并通过排烟通道排入大气，从而最大限度地回收烟气余热，在这一过程中蓄热体A处于逐渐加热的过程，称为蓄热体加热期。当蓄热体A热量蓄满后通过换向阀的换向，停止向蓄热体A通高温烟气，使蓄热体A由排烟通道的一部分变成进气通道的一部分，助燃的冷空气和煤气通过已被加热到180-1000℃的蓄热体A，原处于室温的助燃空气通过蓄热体A后被逐渐加热到800～1000℃左右高温，通 过喷嘴随燃油(气)一起进入炉膛的燃烧腔并与燃烧室内原有的1200℃左右的高温烟气混合，形成炉膛内的高温气氛。使燃油(气)一进入燃烧室就可在1100～1200℃的高温气氛中燃烧，由于两组高效蓄热材料交替重复从高温烟气中吸热和将处于室温状态的助燃空气及燃气加热并送进炉膛的过程，燃烧室中始终能够保持1100～1200℃的高温，燃油(气)也就始终在这种高温气氛中燃烧。当蓄热体热量释放到已无法将助燃空气加热到800℃左右高温时助燃气体与排烟换向阀就将换向，停止向装有蓄热体A的排烟通道通助燃空气，同时燃料换向阀也相应关断燃油(气)，将蓄热体A再次由室温助燃空气进入的进气通道一部分变成从燃烧腔中排出的高温烟气排烟通道的一部分，这一过程中蓄热体处于逐渐冷却的过程，称为蓄热体冷却期。然后重复以上过程，循环不已。加热期与冷却期之和称为一个工作周期。由于蓄热体是周期地加热、冷却，为了保证空气(煤气)不间断地加热，蓄热体必须成对设置，即当蓄热体A处于加热期、时，另一个蓄热体B处于冷却期；反之，当蓄热体B处于加热期时，另一个蓄热体A一定处于冷却期。由于加热和冷却交替进行，燃烧腔内燃油(气)始终在1100～1200℃左右的高温助燃空气气氛中燃烧。这种高温气氛中的燃烧既有别于普通燃油(气)反射炉燃烧室中燃油(气)在炉膛内由室温状态下的助燃空气与燃烧室中原有的1200℃左右的高温烟气混合形成的仅有800-900℃左右的气氛中燃烧，也不同于安装空气预热器的燃油(气)反射炉燃烧室中燃油(气)在炉膛内通过空气预热器预热到300℃左右的中温助燃空气与燃烧室中原有的1200℃左右的高温烟气混合形成的仅有900-1000℃左右的气氛中燃烧，由于它是通过蓄热体的吸热放热过程将室温状态下的助燃空气加热到800～1000℃左右高温后才进入炉膛的燃烧腔并与燃烧室内原有的1200℃左右的高温烟气混合，在燃烧室内形成1100～1200℃左右的高温助燃空气气氛，使燃油(气)始 终在1100～1200℃左右的高温气氛中燃烧，故称之为蓄热式高温燃烧。

采用HTAC蓄热式高温燃烧技术的燃油(气)反射炉工作原理见图2。

值得指出的是：由于现在大量应用的采用HTAC蓄热式高温燃烧技术的燃油(气)反射炉燃烧室烟气中的氧气氛是由助燃空气与燃烧室内原有的1200℃左右的高温烟气混合自然形成的，存在熔炼过程中燃烧室烟气中氧气氛不可控的缺点，尽管燃烧室烟气中含氧量略低于空气中的含氧量，属于贫氧气氛，但燃烧室烟气气氛中的含氧量仍然大大高于燃烧的需要。由于工作过程中由于金属和熔液与高温燃烧气体直接相接触，这些高于燃烧需要的氧会与金属及金属熔液发生氧化反应，燃烧室高温烟气中的氧气氛越高，氧化的速度越快，烧损越严重，当前金属烧损已经成为金属冶炼和金属热加工过程中影响产品质量和成本的最重要因素之一，例如用于再生铝熔炼的采用HTAC蓄热式高温燃烧技术的燃油(气)反射炉熔炼过程中的金属铝烧损(铝耗)高达3.5～5％，远高于感应熔铝炉的3％，因此，无论是从提高材料利用率的角度还是从降低生产成本及提高产品质量的角度，都需要需要采取措施控制燃烧室中的氧气氛，减少炉气中多余的氧，有效减少金属的氧化和烧损。

而且，采用HTAC蓄热式高温燃烧技术的燃油(气)反射炉排出的废气中还含有少量可燃成分，如某些可燃有机物和CO等，其能源利用率尚有潜力可挖。

发明内容

本实用新型的目的是针对HTAC蓄热式高温燃烧技术存在的燃油(气)反射炉熔炼过程中燃烧室烟气中的氧气氛不可控和节能潜力待提高等问题，提出一种新型蓄热式高效节能熔铝反应炉。

本实用新型的技术方案是，在HTAC蓄热式高温燃烧技术的燃油(气)反射炉的基础上，通过在蓄热体前端或后端设置带换向调节阀的烟气回收管道，实 现利用回收烟气来调制反应炉燃烧室中氧气氛，使得在满足燃烧需要的前提下，尽量降低燃烧室中的氧气氛，以便减少多余的氧，降低金属及金属溶液的氧化速度，有效降低烧损，提高材料利用率，降低生产成本。

本实用新型利用回收烟气调制燃烧室中氧气氛的燃油(气)反射炉，由炉体1；喷咀、蓄热体7、8；烟气管道18、19；换向调节阀15、鼓风机13和带烟气换向调节阀的烟气回收管道所组成，二个蓄热体7、8分别通过高温烟气管道接在炉体1的两端，两个蓄热体的另一端通过管道18、19分别连接四位换向调节阀15，鼓风机13通过管道与四位换向调节阀相连，四位换向调节阀的另一个出口通过管道由引风机17排出；

带烟气换向调节阀的烟气回收管道设置在蓄热体A与蓄热体B之间，管道设置在蓄热体以下的低温管道之间为低温烟气回收管道，管道设置在蓄热体以上的高温管道之间为高温烟气回收管道。

低温烟气回收管道20一部分并联在由蓄热体A通过四位换向阀15再到蓄热体B的烟气管道中四位换向阀的两端，并带调节阀16；低温烟气回收管道另一部分连接在烟气管道18与鼓风机13进口管道之间，该部分管道上设置烟气调节阀14。

高温烟气回收管道22设置在炉体1两端的高温烟气管道上，高温烟气回收管道中部设置一个高温回用烟气换向调节阀21。

高、低温回收管道可根据需要任选一种来调制燃烧室中的氧气氛。

烟气回收调制氧气氛调控装置的工作原理是：将经过燃烧含氧量已经很低的排出烟气通过低温烟气回收管道及设在其上的回用烟气换向调节阀送入处于吸气状态的蓄热式喷嘴蓄热筒体底部，经蓄热式喷嘴蓄热筒与送入吸气状态的喷嘴蓄热筒体底部的新鲜空气一起被加热后进入燃烧室与原在燃烧室中的高温 炉气混合，由于排出烟气经过燃烧含氧量很低已经处于贫氧状态，它的加入将使进入炉膛燃烧室内助燃炉气中的氧含量降低，通过回用烟气换向调节阀的回用烟气流入量控制功能，就可以达到在一定范围内控制炉膛燃烧室内助燃炉气中的氧气氛，实现可控氧气氛燃烧的目的。其基本工作过程是：

当可控氧气氛蓄热式高效节能熔铝反射炉工作时，回用烟气换向调节阀使烟气回收管道处于只容许烟气从处于排烟气状态的喷嘴蓄热筒体底部流向处于吸气状态的喷嘴蓄热筒体底部的状态，设在炉膛燃烧室内的氧探头将测得的炉膛燃烧室内炉气中氧含量信号传给控制箱内的可编程序控制器时，可编程序控制器就会把测得的炉膛燃烧室内炉气中氧含量信号与设定的炉气氧含量标准信号加以比对，如果炉膛燃烧室内炉气中的氧含量高于设定值，则可编程序控制器将发出指令增大回用烟气换向调节阀开度，增加氧气氛调节管道中从排烟喷嘴蓄热筒体底部流向燃烧喷嘴蓄热筒体底部的烟气流量，将向回用烟气换向调节阀发出指令增大烟气回收管道中从排烟喷嘴蓄热筒体底部流向燃烧喷嘴蓄热筒体底部的烟气流量，直至测得的炉膛燃烧室内炉气中氧含量与设定的炉气氧含量相等为止；而当测得的炉气中氧含量低于设定的炉气氧含量时，可编程序控制器将发出指令关闭回用烟气换向调节阀，同时指令鼓风机加大新鲜空气的送入量，直到测得的炉膛燃烧室内炉气中氧含量与设定的炉气氧含量相等。当两个装有蓄热体的分体蓄热式燃烧系统中送风方向改变时，烟气回用量换向调节阀根据控制箱内的氧气氛调节控制系统的指令自动改变方向使烟气回收管道再次处于只容许烟气从处于排烟气状态的喷嘴蓄热筒体底部流向处于吸气状态的喷嘴蓄热筒体底部的状态，并重复上述过程，使炉膛燃烧室内炉气气氛中的氧含量始终处于可控状态，让炉膛燃烧室内氧气氛始终保持在我们所预先设定的最佳炉气氧含量范围。

我们研发的烟气回收调制氧气氛蓄热式高效节能熔铝反射炉克服了采用HTAC蓄热式高温燃烧技术的燃油(气)反射炉熔炼过程中燃烧室烟气中的氧气氛不可控的缺点，使炉膛燃烧室内氧气氛始终保持在我们所预先设定的最佳炉气氧含量范围，从而使燃烧过程中既能提供足够的氧气供燃料完全燃烧，不降低反射炉的生产效率，又使炉膛燃烧室内的烟气中多余的氧含量尽量减少，大幅度减少高温烟气中多余的氧对铝金属和熔池中铝液的氧化作用，降低铝的烧损，减少铝耗。

此外，从排烟喷嘴蓄热筒体底部流出的烟气中还含有的少量可燃有机物和CO等可燃气体通过氧气氛调节管道重新进入燃烧室，还可继续参加燃烧，从而提高了燃料的利用率，有利于降低能耗。

本实用新型与现有技术比较的有益效果是，本实用新型将HTAC反射炉部分经过燃烧处于贫氧状态的排出高温烟气，通过氧气氛调控装置重新送入蓄热式燃烧系统的喷嘴与进入该蓄热式燃烧系统已被加热的新鲜空气一起被送入燃烧室，与原在燃烧室中的高温炉气混合，使进入炉膛燃烧室内助燃炉气中的氧含量进一步降低，通过氧气氛调控装置中回用烟气换向调节阀的回用烟气流入量控制功能，可以在一定范围内调控炉膛燃烧室中的氧气氛，使之始终保持在我们所预先设定的最佳炉气氧含量范围，从而使燃烧过程中既能提供足够的氧气供燃料完全燃烧而不影响反射炉的生产效率，又使多余的氧含量尽量减少，大幅度减少高温烟气中多余的氧对铝金属和铝液的氧化作用，降低铝的烧损，减少铝耗。此外，从排烟通道蓄热筒体底部流出的烟气中还含有的少量可燃有机物和CO等可燃气体通过烟气回收管道重新进入燃烧室，还可继续参加燃烧，从而提高了燃料的利用率，有利于进一步降低能耗。

附图说明

图1是低温烟气回收调制气氛蓄热式高效节能熔铝反射炉结构原理图；

图2是HTAC蓄热式高温燃烧技术的燃油(气)反射炉工作原理；

图3是高温烟气回收调制气氛蓄热式高效节能熔铝反射炉结构原理图；

图号表示：1炉体；2熔膛；3燃料阀门A；4燃料阀门B；5燃料管道；6耐火材料和保温材料；7蓄热体A；8蓄热体B；9烧咀A；10烧咀B；11蓄热材料；12空气调节阀；13鼓风机；14烟气调节阀A；15四位换向阀；16烟气调节阀B；17引风机；18管道烟气(150℃左右)；19管道(混合空气＜100℃)；20低温烟气回收管道；21换向调节阀；22高温烟气回收管道。

具体实施方式

实施例1

本实用新型的具体实施方式如图1所示，是低温烟气回收调制气氛蓄热式高效节能熔铝反射炉结构原理图。本实施例在HTAC蓄热式高温燃烧技术的燃油(气)反射炉结构的基础上，增加低温烟气回收管道。在蓄热体A与四位换向阀15之间的烟气管道18上增设一根低温烟气回收管道20，管道一部分与鼓风机的进气端相连，该部分管道上设置烟气调节阀A；另一部分与四位换向阀15通向蓄热体B的管道19相连，该部分管道上设置烟气调节阀B。

当可控氧气氛蓄热式高效节能熔铝反射炉工作时，烟气回用量调节阀14、16使低温烟气回收管道处于只容许烟气从处于排烟气状态的喷嘴蓄热筒体7底部流向处于吸气状态的喷嘴蓄热筒体8底部的状态，设在炉膛燃烧室内的氧探头将测得的炉膛燃烧室内炉气中氧含量信号传给控制箱内的可编程序控制器时，可编程序控制器就会把测得的炉膛燃烧室内炉气中氧含量信号与设定的炉气氧含量标准信号加以比对，如果炉膛燃烧室内炉气中的氧含量高于设定值，则可编程序控制器将发出指令增大回用烟气换向调节阀15的开度，增加低温烟 气回收管道中从排烟喷嘴蓄热筒体底部流向燃烧喷嘴蓄热筒体底部的烟气流量，将向回用烟气换向调节阀15发出指令增大低温烟气回收管道中从排烟喷嘴蓄热筒体底部流向燃烧喷嘴蓄热筒体底部的烟气流量，直至测得的炉膛燃烧室内炉气中氧含量与设定的炉气氧含量相等为止；而当测得的炉气中氧含量低于设定的炉气氧含量时，可编程序控制器将发出指令关闭回用烟气换向调节阀15，同时指令鼓风机13加大新鲜空气的送入量，直到测得的炉膛燃烧室内炉气中氧含量与设定的炉气氧含量相等。当两个装有蓄热体的分体蓄热式燃烧系统中送风方向改变时，回用烟气换向调节阀根据控制箱内的氧气氛调节控制系统的指令自动改变使烟气回收管道再次处于只容许烟气从处于排烟气状态的喷嘴蓄热筒体底部流向处于吸气状态的喷嘴蓄热筒体底部的状态，并重复上述过程，使炉膛燃烧室内炉气气氛中的氧含量始终处于可控状态，让炉膛燃烧室内氧气氛始终保持在我们所预先设定的最佳炉气氧含量范围。

本实用新型实施例烟气回收调制气氛技术创新使铝耗由原单纯采用HTAC技术时的3.5％-5％降低到现在的3％-4％左右，降幅达到20％以上；油耗由原来的60公斤轮胎油/吨铝降低到现在的57公斤轮胎油/吨铝，降低5％左右；烟气回收调制气氛技术创新还有效地降低了排除炉气中的氮氧化物含量，N_XO从原有烟气中的90PPM左右降到70PPM，降低了20％左右，大大低于国家排放标准。

本实施例适用于旧炉改造时应用。

实施例2

本实用新型的另一具体实施方式如图3所示，是高温烟气回收调制气氛蓄热式高效节能熔铝反射炉结构原理图。本实施例在HTAC蓄热式高温燃烧技术的燃油(气)反射炉结构的基础上，增加高温烟气回收管道。在炉体1两端高温烟气出口处增高设一根高温烟气回收管道22，高温烟气回收管道中部设置一个 高温回收烟气换向调节阀。根据炉中氧含量测得的结果，可通过调节回收烟气换向调节阀控制回收的高温烟气的进气量，让炉膛燃烧室内氧气氛始终保持在我们所预先设定的最佳炉气氧含量范围。

本实施例利用高温烟气回收来调节炉膛燃烧室中的氧气氛，比利用低温烟气回收来调节炉膛燃烧的氧气氛，用于调制燃烧室中氧气氛的回收烟气通过高温烟气回收管道和喷嘴直接进入燃烧室，使回收烟气不必经过两个蓄热体和进气排气管道和喷嘴再进入燃烧室，既减少了烟气的散热损失，又减少了烟气流动因为克服流经两个蓄热体和进气排气管道的流阻所造成的能量损失和散热损失，更能保持燃烧温度的稳定，热效率更高，节能效果更显著。它适用于新炉制造时应用。

Claims (3)

1.一种用回收烟气调制燃烧室中氧气氛的燃油反射炉，由炉体、喷嘴、蓄热体、烟气管道、换向调节阀、鼓风机和带烟气调节阀的烟气回收管道所组成，其特征在于，所述带烟气调节阀的烟气回收管道设置在蓄热体A与蓄热体B之间，管道设置在蓄热体以下的低温管道之间为低温烟气回收管道，管道设置在蓄热体以上的高温管道之间为温烟气回收管道。

2.根据权利要求1所述的一种用回收烟气调制燃烧室中氧气氛的燃油反射炉，其特征在于，所述低温烟气回收管道一部分并联在由蓄热体A通过四位换向阀再到蓄热体B的烟气管道中四位换向阀的两端，并带调节阀B；低温烟气回收管道另一部分连接在烟气管道与鼓风机进口管道之间，该部分管道上设置烟气调节阀A。

3.根据权利要求1所述的一种用回收烟气调制燃烧室中氧气氛的燃油反射炉，其特征在于，所述高温烟气回收管道设置在炉体两端的高温烟气管道上，高温烟气回收管道中部设置一个高温烟气换向调节阀。 

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