CN203672119U - 一种用于有色冶金转炉的可自动控制富氧燃烧系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于有色冶金转炉的可自动控制富氧燃烧系统。为了解决传统转炉冶炼过程中自动化程度不高，压力流量等参数调节不方便等问题，所述富氧燃烧系统包括装在转炉上的燃烧器；所述燃烧器包括燃气管、燃气喷嘴、氧气罩和氧气喷嘴；所述燃气管和燃气喷嘴构成燃料管路，所述氧气罩、燃气管外壁以及氧气喷嘴构成氧气管路；所述转炉上或燃烧器内装有火焰检测装置；所述转炉上装有温度检测装置和压力检测装置。本实用新型具有控制精度高、响应时间短、劳动强度低、智能化程度高等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃烧设备领域，具体为一种用于有色冶金转炉的可自动控制富氧燃烧系统。
背景技术
转炉是一种通用的冶金炉窑，比如炼银转炉、炼铜转炉及炼钢转炉等，转炉上的燃烧系统为转炉冶炼提供热能，为其重要的组成部分。普通的燃烧器，其助燃风为空气，其中包含大量的氮气（约为79%），使得其燃烧烟气中含有大量的污染物NOX，污染严重；使用空气助燃将产生大量的烟气，热量大量的被烟气带走，不能得到的充分的利用，使得其热效率低；现有的粗犷式操作方式，使得助燃风与燃料的压力及流量不能得到有效的调控，容易造成燃烧效率低及燃料的浪费等问题，且自动化及智能化程度低，燃烧系统无法实时的根据冶炼要求进行智能调控，造成生产效率低，且劳动强度大。
使用蓄热式燃烧的方式，可以有效的降低烟气带走的热量，提高热效率，但是其要求烟气中烟尘含量低，否则将会造成蓄热室中蓄热体堵塞或者污染失效，对于转炉熔炼过程适应性低，效果不明显。
随着国家节能减排力度的不断加强及能源资源供应日趋紧张和燃料价格不断攀升，使得在转炉熔炼过程中提高燃烧效率、自动化及智能化程度来降低生产成本和提高生产效率变得越来越迫切。
综上所述，采用富氧燃烧系统是实现转炉冶炼过程节能减排及自动化、智能化控制的行之有效的途径。
实用新型内容
为了克服克服现有转炉冶炼过程中存在自动化程度不高，压力流量等参数调节不方便等不足，本实用新型旨在提供一种用于有色冶金转炉的可自动控制富氧燃烧系统，该燃烧系统可以实现转炉冶炼过程的节能环保及自动化与智能化控制。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
一种用于有色冶金转炉的可自动控制富氧燃烧系统，包括装在转炉上的燃烧器；所述燃烧器包括燃气管、与该燃气管连通的燃气喷嘴、氧气罩和与该氧气罩相连的氧气喷嘴；所述燃气管穿过所述氧气罩且该燃气管外壁与氧气罩之间形成氧气通道，该氧气通道与所述氧气喷嘴连通，所述燃气喷嘴套装在氧气喷嘴内；所述氧气罩上设有氧气入口；所述燃气喷嘴和氧气喷嘴的出口处为高温火焰喷口，该高温火焰喷口与所述转炉的炉腔对接；所述燃气管和燃气喷嘴构成燃料管路，所述氧气罩、燃气管外壁以及氧气喷嘴构成氧气管路；其结构特点是，所述转炉上或燃烧器内装有火焰检测装置；所述转炉上装有检测炉腔内温度的温度检测装置和检测炉腔内压力的压力检测装置。
在本实用新型中，所述火焰检测装置优选为紫外光火焰检测器、可见光火焰检测器或红外光火焰检测器；所述炉内温度检测装置优选为热电偶、热电阻或各类集成的在线温度检测装置；所述炉内压力检测装置优选为半导体压电阻型压力传感器或静电容量型压力传感器。
以下为本实用新型的进一步改进的技术方案：
进一步地，所述转炉上装有检测炉内氛围的氛围检测装置，所述氛围检测装置优选为CO浓度监测装置和O2浓度监测装置等各类还原性、氧化性氛围监测装置。
优选地，所述燃烧器倾斜安装在所述转炉上，燃气喷嘴倾斜向下的角度为0~30°。
所述高温火焰喷口呈锥形，喷口锥角与水平方向的角度为15°~60°，所述高温火焰喷口上装有自动点火装置安置口和火焰检测装置安置口。
为了方便控制氧气管路及燃料管路的压力及流量，所述氧气管路及燃料管路上均装有压力调节装置、流量检测装置、流量调节装置、阻火器、快切阀和压力表组件。
所述燃气管和氧气罩之间设有调节燃气与氧气流量比和速度比的火焰形态调节装置。
所述高温火焰喷口的外壳与所述氧气罩之间通过法兰和夹钳相连，该高温火焰喷口的外壳上设有观察孔。
优选地，所述氧气喷嘴和燃气喷嘴均为渐缩管、渐扩管、直管或者拉法尔喷管。
所述火焰形态调节装置的结构为，包括套装在燃气管上的筒状部件，该筒状部件分别连接所述氧气罩和燃气管，所述筒状部件上装有可调节燃气喷嘴外壁和氧气喷嘴内壁之间距离的调节部件。
所述燃气管外壁具有凸环，所述调节部件为螺栓，调节该螺栓通过筒状部件驱动带凸环的燃气管轴向移动。
藉由上述结构，所述可自动控制富氧燃烧系统包括富氧燃烧器、相关调节与控制管线及燃烧系统。
（1）所述的富氧燃烧器包括：氧气罩、氧气喷嘴、燃料管和燃料喷嘴、联接装置（以下称夹钳）、火焰形态调节装置以及高温火焰喷口。所述氧气喷嘴固定在氧气罩上，所述燃料喷嘴固定在燃料管上，且可通过调节装置调节氧气与燃料之间的流量比与速度比，实现火焰形态的调节。
（2）所述的氧气喷嘴及燃料喷嘴，可为渐缩管、渐扩管、直管或者拉法尔喷管形式，氧气喷嘴及燃料喷嘴通过螺纹连接与氧气罩及燃料管上，可根据不同的燃烧要求进行更换。
（3）所述的氧气喷嘴及燃料喷嘴为套管形式，二者间的间距、角度及伸缩长度均可调节。
（4）氧气罩与高温火焰喷口通过夹钳联接，方便拆卸及维护；高温火焰喷口采用抗氧化、耐腐蚀材料设计制作，保证燃烧器使用寿命。
（5）所述的高温火焰喷口为圆锥形，喷口锥角与水平方向的角度为15°~60°，上配置有自动点火装置及火焰检测装置的安装接口。
（6）富氧燃烧器可以沿水平方向向下以一定的角度安装在转炉上，角度为0°~30°。
（7）所述的氧气管用于输送氧气，其中富氧浓度大于21%，直至100%。
（8）所述的燃料管用于输送燃料，所述燃料为气体燃料或液体燃料或固体燃料，主要包括：天然气、煤气、合成气、柴油、重油、生物柴油、混合油、粉煤、煤矸石粉、石油焦粉等。
（9）所述的调节与控制管线，包括富氧管线与燃料管线，管线上的各种检测与调节装置可根据现场实际情况自由排序组合。
（10）所述的富氧管线包括：压力调节装置、流量检测装置、流量调节装置、阻火器、快切阀、压力表组件、单向阀等，可实现富氧的压力与流量调节。
（11）所述的燃料管线包括：压力调节装置、流量检测装置、流量调节装置、阻火器、快切阀、压力表组件、单向阀等，可实现燃料的压力与流量调节。
（12）所述的燃烧系统可实现燃烧工况的自动控制，即可根据燃烧工况进行编程，使得燃烧工况可以根据程序设定及炉内工况检测（压力、温度等）进行自动化、智能化控制，包括：PLC系统、前吹扫系统、温度检测系统、压力检测系统、火焰检测系统、报警系统、转炉不同熔炼阶段温度控制系统等。
（13）所述的燃烧系统可通过终端机操作实现氧燃比的控制。
（14）所述的火焰检测系统可集成于燃烧器中或置于转炉上。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的富氧燃烧器采用富氧进行助燃（氧气含量大于21%），具有结构设计合理、燃烧稳定、热效率高、烟气量小、NOX等燃烧污染物排放低及火焰形态可调且可实现自冷等特点；所述的调节与控制管线可以实现燃料及富氧的压力及流量的调控，以满足不同的冶炼工况的需求；所述的燃烧系统可实现燃烧工况的远程及现场自动控制，具有控制精度高、响应时间短、劳动强度低、智能化程度高等优点。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步阐述。
附图说明
图1是本实用新型一个实施例的结构原理图。
图2为图1的高温火焰喷口剖面图；
图3为本实用新型所述转炉燃烧系统的控制原理图。
具体实施方式
下文所述的富氧为氧气浓度大于21%的氧气，在大部分优选方案中氧气浓度为100%，即为纯氧；所述的燃料可为气体燃料或液体燃料或固体燃料，主要包括：天然气、煤气、合成气、柴油、重油、生物柴油、混合油、粉煤、煤矸石粉、石油焦粉等。
一种用于有色冶金转炉的可自动控制富氧燃烧系统，如图1所示，包括燃料管1、火焰形态调节装置2、氧气罩3、火焰观察孔4、夹钳5、高温火焰喷口6、氧气喷嘴7、燃料喷嘴8、燃料入口9、氧气入口10及安装法兰11。其中氧气喷嘴7及燃料喷嘴8均采用耐高温、耐腐蚀不锈钢，燃料喷嘴8与燃料管1采用螺纹连接，氧气喷嘴7与氧气罩3采用螺栓连接，高温火焰喷口6与安装法兰11做成一个整体，氧气罩3通过夹钳5与安装法兰11联接；燃料纯氧燃烧器通过安装法兰11连接到目标炉窑上。
燃料纯氧燃烧器工作时，氧气通过氧气罩3上氧气入口8进入，燃料经燃料入口9通过燃料管1进入；氧气喷嘴7及燃料喷嘴8均采用拉伐尔喷管结构；根据不同的燃烧要求，氧气喷嘴7及燃料喷嘴8均可进行更换；燃烧火焰可通过火焰形态调节装置2来进行调节；燃烧火焰可通过火焰观察孔4进行观察和监测。
图2所示为高温火焰喷口剖面图，燃烧器烧嘴可通过螺纹固定在高温火焰喷口6上的燃烧器连接装置15上，高温火焰喷口6主体部分通过安装法兰11固定于转炉上；12为燃烧器自动点火装置安置口，13为氧气喷嘴连接装置，14为火焰检测安置口。在燃烧器头部安装此高温火焰喷口可以起到组织燃烧器火焰形态及保护燃烧器烧嘴的作用。
图3所示为转炉燃烧系统示意图，燃烧器16以一定的角度（水平向下0°~30°）安装在转炉15上，具体最优化角度视具体转炉而定。氧气管路17及燃料管路18包含有压力调节装置、流量检测装置、流量调节装置、阻火器、快切阀、压力表组件、单向阀等，可实现氧气及燃料流量与压力的调节，其中的流量与压力调节装置信号与计算机智能控制系统19连接，可根据具体炉况实现氧气及燃料流量与压力的自动控制与匹配。火焰检测装置20、炉内温度检测装置21、炉内氛围检测装置22、炉内压力检测装置23分别通过信号线与计算机智能控制系统19连接，各监测装置安装口视转炉具体实际情况择优选择，检测到的温度、压力、炉内氛围信号数据上传到计算机智能控制系统19上，计算机智能控制系统19根据设定的转炉加热要求（比如升温曲线、工艺加热要求等）对燃烧系统进行自动化、智能化的调节，以实时满足转炉加热要求。
所述火焰检测装置20、炉内温度检测装置21、炉内氛围检测装置22、炉内压力检测装置23均为市售产品，例如火焰检测装置20可为紫外光火焰检测器、可见光火焰检测器或红外光火焰检测器；炉内温度检测装置21可为热电偶、热电阻或各类集成的在线温度检测装置；炉内氛围检测装置22可为CO浓度监测装置和O2浓度监测装置等各类还原性、氧化性氛围监测装置；炉内压力检测装置23可为各类半导体压电阻型及静电容量型压力传感器。以上所述的各类检测装置均可将所检测数据转换成电信号传送给计算机智能控制系统19。所述的计算机智能控制系统19包括数据采集模块、数据运算模块和数据输出模块，其中数据采集模块采集上述各检测装置反馈的流量、压力、温度和氛围数据，数据运算模块对反馈的流量、压力、温度和氛围数据进行运算处理，由数据输出模块输出信号给流量、压力调节设备进行调控。计算机智能控制系统19由PLC（可编程逻辑控制器）实现对于熔炼工况的可编程智能控制。
本实用新型不以任何方式限制于在说明书和附图中呈现的示例性实施方式，在如权利要求书概括的本实用新型的范围内，很多变形是可能的。此外，不应该将权利要求书中的任何参考标记构造为限制本实用新型的范围。
Claims (10)
1. 一种用于有色冶金转炉的可自动控制富氧燃烧系统，包括装在转炉（15）上的燃烧器（16）；所述燃烧器（16）包括燃气管（1）、与该燃气管（1）连通的燃气喷嘴（8）、氧气罩（3）和与该氧气罩（3）相连的氧气喷嘴（7）；所述燃气管（1）穿过所述氧气罩（3）且该燃气管（1）外壁与氧气罩（3）之间形成氧气通道，该氧气通道与所述氧气喷嘴（7）连通，所述燃气喷嘴（8）套装在氧气喷嘴（7）内；所述氧气罩（3）上设有氧气入口（10）；所述燃气喷嘴（8）和氧气喷嘴（7）的出口处为高温火焰喷口（6），该高温火焰喷口（6）与所述转炉（15）的炉腔对接；所述燃气管（1）和燃气喷嘴（8）构成燃料管路（18），所述氧气罩（3）、燃气管（1）外壁以及氧气喷嘴（7）构成氧气管路（17）；其特征是，所述转炉（15）上或燃烧器（16）内装有火焰检测装置（20）；所述转炉（15）上装有检测炉腔内温度的温度检测装置（21）和检测炉腔内压力的压力检测装置（23）。
2. 根据权利要求1所述的用于有色冶金转炉的可自动控制富氧燃烧系统，其特征是，所述转炉（15）上装有检测炉内氛围的氛围检测装置（22）。
3. 根据权利要求1所述的用于有色冶金转炉的可自动控制富氧燃烧系统，其特征是，所述燃烧器（16）倾斜安装在所述转炉（15）上，燃气喷嘴（8）倾斜向下的角度为0~30°。
4. 根据权利要求1所述的用于有色冶金转炉的可自动控制富氧燃烧系统，其特征是，所述高温火焰喷口（6）呈锥形，喷口锥角与水平方向的角度为15°~60°，所述高温火焰喷口（6）上装有自动点火装置安置口（12）和火焰检测装置安置口（14）。
5. 根据权利要求1所述的用于有色冶金转炉的可自动控制富氧燃烧系统，其特征是，所述氧气管路（17）及燃料管路（18）上均装有压力调节装置、流量检测装置、流量调节装置、阻火器、快切阀和压力表组件。
6. 根据权利要求1所述的用于有色冶金转炉的可自动控制富氧燃烧系统，其特征是，所述燃气管（1）和氧气罩（3）之间设有调节燃气与氧气流量比和速度比的火焰形态调节装置（2）。
7. 根据权利要求1所述的用于有色冶金转炉的可自动控制富氧燃烧系统，其特征是，所述高温火焰喷口（6）的外壳与所述氧气罩（3）之间通过法兰（11）和夹钳（5）相连，该高温火焰喷口（6）的外壳上设有观察孔（4）。
8. 根据权利要求1所述的用于有色冶金转炉的可自动控制富氧燃烧系统，其特征是，所述氧气喷嘴（7）和燃气喷嘴（8）均为渐缩管、渐扩管、直管或者拉法尔喷管。
9. 根据权利要求5所述的用于有色冶金转炉的可自动控制富氧燃烧系统，其特征是，所述火焰形态调节装置（2）的结构为，包括套装在燃气管（1）上的筒状部件，该筒状部件分别连接所述氧气罩（3）和燃气管（1），所述筒状部件上装有可调节燃气喷嘴（8）外壁和氧气喷嘴（7）内壁之间距离的调节部件。
10. 根据权利要求9所述的用于有色冶金转炉的可自动控制富氧燃烧系统，其特征是，所述燃气管（1）外壁具有凸环，所述调节部件为螺栓，调节该螺栓通过筒状部件驱动带凸环的燃气管（1）轴向移动。
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| CN107606629A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-01-19 | 北京启创天工电力技术应用有限公司 | 一种scr脱硝机组空预器防堵灰硫酸氢铵汽化加热装置 |
| CN109579514A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-04-05 | 大余明发矿业有限公司 | 一种纯氧混合天然气燃烧装置改进型转炉 |
| CN109612269A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-04-12 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 用于锂电池材料烧结的窑炉内氧含量自动控制方法 |
| CN112857030A (zh) * | 2021-02-28 | 2021-05-28 | 上海穗杉实业股份有限公司 | 一种水泥回转窑富氧燃烧供氧方法及装置 |
-
2014
- 2014-01-10 CN CN201420014638.6U patent/CN203672119U/zh not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| CN107606629A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-01-19 | 北京启创天工电力技术应用有限公司 | 一种scr脱硝机组空预器防堵灰硫酸氢铵汽化加热装置 |
| CN107606629B (zh) * | 2017-10-26 | 2024-07-19 | 北京启创天工电力技术应用有限公司 | 一种scr脱硝机组空预器防堵灰硫酸氢铵汽化加热装置 |
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