CN203976884U - 一种辊底炉用空气单蓄热式烧嘴 - Google Patents

Abstract

一种辊底炉用空气单蓄热式烧嘴，属于蓄热式加热炉设备技术领域，用于对板坯进行加热。其技术方案是：空气和烟气在上箱体内完成蓄热和放热的过程，煤气喷枪安装在下箱体内，其中心线与烧嘴砖的中心线重合，烧嘴砖上有空气喷口和煤气喷口。本实用新型在使用时，煤气与空气喷出后，形成同心射流的状态，在烧嘴砖内开始预混并燃烧。本实用新型能够保证蓄热式烧嘴取得最佳的燃烧效果，达到快速加热钢坯的目的，满足轧钢对板坯的出炉温度以及温差的要求，充分显现蓄热式燃烧技术的高效、节能特点。同时本实用新型能够有效降低煤气的燃烧温度，炉膛的最高燃烧温度能够控制在1280℃以下，从而能够有效的减少NOx的生成，对环境没有污染，具有显著的社会效益。

Description

一种辊底炉用空气单蓄热式烧嘴

技术领域

本实用新型涉及一种薄板坯连铸连轧生产线上蓄热式辊底加热炉所使用的空气单蓄热烧嘴，属于蓄热式加热炉设备技术领域。

背景技术

薄板坯连铸连轧生产线是紧凑式热轧宽带钢生产线，板坯从连铸浇注完成之后，直接进入辊底炉，板坯的入炉温度高达850℃以上，一般能够达到920℃甚至更高，连铸坯在辊底炉内主要进行补热和均温过程，在板坯温度达到1150℃，温差≤10℃后即能满足轧钢的工艺要求，同时辊底炉还为连铸和轧机两种不同的生产工艺提供缓冲时间，即轧机在换辊或者出现事故时，连铸不受影响，所生产的板坯进入加热炉内储存，而保证连铸机能够持续稳定生产。

与常规的轧钢加热炉功能有所区别的是，辊底式加热炉普遍采用上加热方式，烧嘴布置在炉辊的上方，烧嘴及相关管道的布置不能影响炉辊的更换。同时辊底式加热炉主要是为钢坯补热，即钢坯在进入辊底炉后迅速升温至1150℃，随后利用在板坯辊底炉内前行的过程，进行板坯的均热，最终出炉板坯的温差控制在10℃之内。所以辊底炉烧嘴的供热能力很小，在辊底炉加热能力最大的第一加热段，其烧嘴的供热能力为0.39GJ/h，而均热段烧嘴的供热能力仅为0.13GJ/h，为常规蓄热式烧嘴供热能力的1/2或者1/6以下。对于蓄热式烧嘴来说，过高的供热负荷会增加烧嘴火焰的长度，损伤板坯的表面，造成质量事故。过低的供热负荷则意味着参与蓄热式烧嘴的烟气或者空气流量小，从而使得蓄热式烧嘴内部的蓄热体与烟气以及蓄热体与空气之间不能充分进行热交换，降低蓄热式烧嘴的换热效率，最终影响蓄热式燃烧节能效果的实现。

现有的轧钢加热炉上所使用的蓄热式烧嘴有空煤气双蓄热和空气单蓄热烧嘴两种形式。由于薄板坯连铸连轧生产线上辊底炉属于补热型加热炉，只设有上加热烧嘴，依靠高温烟气在流向下部烟道时，实现对板坯下表面的加热，而空煤气双蓄热烧嘴是将燃烧所需的空气、煤气分别在各自的蓄热箱内蓄热，依靠空气和煤气的三通阀实现空气和煤气的蓄热及燃烧过程，燃烧后所产生的烟气只在相互换向的烧嘴之间进行，在没有下加热的情况下，易造成板坯的上下温差，同时由于双蓄热烧嘴的体积庞大，也会影响辊底炉的生产操作，因此双蓄热烧嘴无法在辊底炉上使用。空气单蓄热式烧嘴只将空气蓄热，煤气不蓄热，因此其结构与常规蓄热式烧嘴的结构基本相同，也包括烧嘴砖、蓄热式烧嘴箱体、煤气喷口、空气三通阀、煤气快切阀等构件。但是这种空气单蓄热烧嘴的煤气与空气采用外混燃烧方式，即煤气与空气从各自的喷口喷出后，在炉膛内边混合边燃烧，烧嘴的火焰较长，未燃尽的煤气容易被对面的烧嘴抽走，在排烟的烧嘴内发生二次燃烧，造成蓄热式烧嘴的燃烧效率低，燃烧效果差，这种空气单蓄热烧嘴在低负荷下，空气的蓄热温度偏低，也会降低加热炉的燃烧效率，同时由于二次燃烧现象的存在，使得蓄热式烧嘴内的蜂窝体寿命短，运行成本高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种辊底炉用空气单蓄热式烧嘴，这种单蓄热式烧嘴能够应用到蓄热式辊底加热炉上，在低供热负荷状态下稳定运行，满足蓄热式辊底炉特殊的加热工艺要求，实现轧钢工艺对板坯的加热质量以及板坯加热速度的要求，同时还能够实现辊底炉产生的烟气余热的极限回收，提高蓄热式辊底炉的节能效果，并降低燃烧过程中的NO_X的生成。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种辊底炉用空气单蓄热式烧嘴，它包括上箱体、下箱体、烧嘴砖、煤气喷枪、空气三通阀、煤气快切阀，空气三通阀安装在上箱体的上端，上箱体内部安装有挡砖和蓄热体，下箱体内为水平长腔室，上箱体的下端与下箱体的腔室后端相连通，在下箱体的腔室中心轴线上安装煤气喷枪，煤气喷枪由耐火材料包裹，煤气喷枪的后端与煤气快切阀相连接，在下箱体的前端安装烧嘴砖，烧嘴砖中心有煤气喷口，煤气喷口周围环绕空气喷口，煤气喷口与煤气喷枪的喷口相连接，空气喷口的后端与下箱体的腔室相连通，烧嘴砖的前面有向内凹陷的圆形燃烧槽，煤气喷口和空气喷口的开口分别位于燃烧槽的中心和圆周上。

上述辊底炉用空气单蓄热式烧嘴，所述空气三通阀的一端与空气管道相连接，另一端与烟气管道相连接，下端与上箱体相连通。

上述辊底炉用空气单蓄热式烧嘴，所述上箱体在下箱体的上方，上箱体和下箱体垂直放置，上箱体和下箱体都设置有保温层。

上述辊底炉用空气单蓄热式烧嘴，所述下箱体与烧嘴砖一起，通过螺栓固定在辊底炉的上部侧墙上。

上述辊底炉用空气单蓄热式烧嘴，所述烧嘴砖的空气喷口环绕煤气喷口圆周均布，空气喷口的轴线与煤气喷口的轴线有夹角，夹角为5-30度。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供一种空气单蓄热式烧嘴，在烧嘴进行蓄热操作时，能将辊底炉燃烧过程中产生的温度高达1200℃的高温烟气，引入蓄热式箱体内，与蓄热体进行热交换，热交换之后的废气温度在120~150℃，并排出炉外。在蓄热式烧嘴进行燃烧时，冷空气进入蓄热箱体内，与蓄热体热交换后，变成高温空气与煤气在烧嘴砖内开始混合，并进入炉内燃烧，由于经蓄热后的空气温度高达1000℃，因此，辊底炉的炉膛温度能够达到1200~1250℃，满足辊底炉的加热工艺要求。

本实用新型的蓄热式烧嘴采用同心射流方式，即煤气置于烧嘴的中心，空气环绕在煤气周围，空气和煤气在烧嘴砖内混合完成，并迅速开始燃烧，喷射燃烧时，空气与煤气形成一定的角度，有效缩短燃烧时的火焰长度，加快了燃烧进程，保证烧嘴在低供热负荷下能够稳定地蓄热和燃烧，尤其重要的是，保证燃烧时火焰不会接触到板坯的表面，确保了带卷的表面质量。

本实用新型采用的是空气单蓄热方式，能够有效减少NO_X等污染物的生成。在燃烧过程中，辊底炉的炉膛温度能够控制在1280℃以下，因此，燃烧产物中的NO_X不超过150mg/Nm³，远低于国家标准，减少了NO_X对环境的污染，具有极大的社会效益。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是本实用新型在辊底加热炉上的应用示意图。

图中的标记为：辊底炉1、炉辊2、板坯3、蓄热式烧嘴4、空气三通阀5、上箱体6、煤气喷枪7、下箱体8、煤气快切阀9、保温层10、蓄热体11、挡砖12、烧嘴砖13、空气喷口14、煤气喷口15、燃烧槽16。

具体实施方式

本实用新型的蓄热式烧嘴4安装在辊底炉1的上部，炉辊2安装在辊道炉1的中间位置，蓄热式烧嘴4的安装方式不会影响到炉辊2的更换。从连铸过来的板坯3在炉辊2上运行，同时板坯3在运行过程中，温度会从入炉时的900℃提升到1150℃，温差≤10℃，满足轧钢工艺的要求，为了防止在燃烧过程中，蓄热式烧嘴4的火焰直接接触板坯3的表面，使之产生过热或者过烧等问题，在本实用新型的一个实施例中，蓄热式烧嘴4的煤气喷口15距离板坯3上表面的高度为380~420mm，这种加热方式是典型的上加热方式，燃烧过程中产生的热量通过辐射传递给板坯3。

本实用新型包括上箱体6、下箱体8、烧嘴砖13、煤气喷枪7、空气三通阀5、煤气快切阀9。

图中显示，蓄热式燃烧过程中的两种热交换过程，即高温烟气与低温蓄热体之间、高温蓄热体与冷空气之间，均在上箱体6内完成，上箱体6内部安装有挡砖12和蓄热体11，蓄热体11的安装高度为6层，保证烧嘴的蓄热能力。

图中显示，空气三通阀5安装在上箱体6的上端，空气三通阀5的一端与空气管道相连接，另一端与烟气管道相连接，用于进入冷空气和排出低温的烟气，下端与上箱体6相连通。

图中显示，上箱体6在下箱体8的上方，上箱体6和下箱体8垂直放置，下箱体8内为水平长腔室，上箱体6的下端与下箱体8的腔室后端相连通，上箱体6和下箱体8都设置有保温层10，保温层10采用复合保温，保温层10的厚度超过100mm，这样可以减少蓄热式烧嘴4的壳体散热损失。

图中显示，高温空气从上箱体6进入下箱体8，在下箱体8内内完成高温空气温度和流速的均衡过程。相比于常规的轧钢加热炉的蓄热式烧嘴，辊底炉蓄热式烧嘴的供热负荷较小，只有常规蓄热式烧嘴的1/2甚至是1/6以下，在低供热负荷下，空气和煤气的流量和流速会出现不稳定的状态，难以保证火焰长度，进而影响炉膛温度的稳定性，而将蓄热式烧嘴4的换热功能设置在上箱体6内，在下箱体8内完成高温空气的均匀过程，这对于均衡空气流速是极为有益的。

图中显示，在下箱体8的腔室中心轴线上安装煤气喷枪7，煤气喷枪7由耐火材料包裹，煤气喷枪7的后端与煤气快切阀9相连接，实现燃烧过程中的煤气开关动作。

图中显示，在下箱体8的前端安装烧嘴砖13，烧嘴砖13中心有煤气喷口15，煤气喷口15周围环绕空气喷口14，煤气喷口15与煤气喷枪7的喷口相连接，空气喷口14的后端与下箱体8的腔室相连通。

图中显示，烧嘴砖13的空气喷口14环绕煤气喷口15在圆周均布，形成同心射流状态，空气喷口14与煤气喷口15的角度与烧嘴的供热负荷有关，供热负荷越大，则交角α就越大，其目的是在空煤气充分混合时，能够控制火焰长度在设定的范围内，空气喷口14的轴线与煤气喷口15的轴线的夹角为5-30度。

图中显示，烧嘴砖13的前面有向内凹陷的圆形燃烧槽16，煤气喷口15和空气喷口14的开口位于燃烧槽16的中心和圆周上，燃烧槽16起到混合空气和煤气的作用，使空气和煤气在烧嘴砖13内就能够实现燃烧。高温空气的气流从烧嘴砖13内喷出，与煤气的气流呈交叉状态，空气和煤气在烧嘴砖13的燃烧槽16内混合完成，并迅速开始燃烧，这种燃烧方式，能够缩短火焰的长度并保证煤气能够完全燃烧。

图中显示，下箱体8与烧嘴砖13一起，通过螺栓固定在辊底炉的上部侧墙上，在蓄热式辊底炉上，沿炉子两侧布置有多个同样的蓄热式烧嘴4。

本实用新型的工作过程如下：

在蓄热式烧嘴4燃烧时，空气三通阀5中的空气侧阀板打开，烟气侧阀板关闭，这样空气管道中的空气会通过空气三通阀进入上箱体6，与上箱体6中的蓄热体11进行热交换，最终空气温度达到1000℃，通过下箱体8进入烧嘴砖13，从空气喷口14喷出。与此同时，煤气喷枪7上的煤气快切阀9与空气三通阀5同步打开，煤气经过煤气喷枪7，从煤气喷口15喷出，空气和煤气在烧嘴砖13内以角度α混合，并迅速燃烧，在本实用新型的一个实施例中，α为9°~12°。

空气和煤气喷出速度设定在6~8米/秒，烟气和空气在蓄热箱内的流速维持在2~3米/秒，空气和煤气喷出后，在烧嘴砖13内开始混合燃烧，保证蓄热和最终的燃烧效果。

在蓄热式烧嘴4进行蓄热时，煤气快切阀9关闭，煤气喷枪7处于关闭状态，空气三通阀5中的空气侧阀板关闭，烟气侧的阀板打开，从辊底炉1内产生的烟气的温度高达1150~1200℃，通过烧嘴砖13上的空气喷口14进入下箱体8，最终进入上箱体6，与安装在上箱体6内部的挡砖12和蓄热体11进行热交换，并将蓄热体11和挡砖12的温度加热到1000℃以上，而从蓄热体11末端排出的烟气温度为120~150℃，通过空气三通阀5排出到烟气管道，最终排放到大气中。

本实用新型是根据排烟温度来调整烧嘴的蓄热与燃烧的换向周期，在辊底炉1的燃烧过程中，蓄热式烧嘴4的换向周期为45~60秒。

由于蓄热式烧嘴4采用的是空气蓄热，煤气不预热的方式，能够有效降低煤气的燃烧温度，炉膛的最高燃烧温度能够控制在1280℃以下，从而能够有效的减少NOx的生成，对环境没有污染，具有显著的社会效益。

Claims (5)

1.一种辊底炉用空气单蓄热式烧嘴，其特征在于：它包括上箱体（6）、下箱体（8）、烧嘴砖（13）、煤气喷枪（7）、空气三通阀（5）、煤气快切阀（9），空气三通阀（5）安装在上箱体（6）的上端，上箱体（6）内部安装有挡砖（12）和蓄热体（11），下箱体（8）内为水平长腔室，上箱体（6）的下端与下箱体（8）的腔室后端相连通，在下箱体（8）的腔室中心轴线上安装煤气喷枪（7），煤气喷枪（7）由耐火材料包裹，煤气喷枪（7）的后端与煤气快切阀（9）相连接，在下箱体（8）的前端安装烧嘴砖（13），烧嘴砖（13）中心有煤气喷口（15），煤气喷口（15）周围环绕空气喷口（14），煤气喷口（15）与煤气喷枪（7）的喷口相连接，空气喷口（14）的后端与下箱体（8）的腔室相连通，烧嘴砖（13）的前面有向内凹陷的圆形燃烧槽（16），煤气喷口（15）和空气喷口（14）的开口分别位于燃烧槽（16）的中心和圆周上。

2.根据权利要求1所述的辊底炉用空气单蓄热式烧嘴，其特征在于：所述空气三通阀（5）的一端与空气管道相连接，另一端与烟气管道相连接，下端与上箱体（6）相连通。

3.根据权利要求2所述的辊底炉用空气单蓄热式烧嘴，其特征在于：所述上箱体（6）在下箱体（8）的上方，上箱体（6）和下箱体（8）垂直放置，上箱体（6）和下箱体（8）都设置有保温层（10）。

4.根据权利要求3所述的辊底炉用空气单蓄热式烧嘴，其特征在于：所述下箱体（8）与烧嘴砖（13）一起，通过螺栓固定在辊底炉（1）的上部侧墙上。

5.根据权利要求4所述的辊底炉用空气单蓄热式烧嘴，其特征在于：所述烧嘴砖（13）的空气喷口（14）环绕煤气喷口（15）圆周均布，空气喷口（14）的轴线与煤气喷口（15）的轴线有夹角，夹角为5-30度。