CN205026653U - 一种复合的蓄热式燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合的蓄热式燃烧装置，包括炉体、炉膛和炉门，所述的炉膛通过开孔相连有两个蓄热式燃烧器、一个独立燃烧器以及用于控制所述的蓄热式燃烧器和独立燃烧器的控制器，该控制器切换所述的蓄热式燃烧器、独立燃烧器以交替用于燃烧或用于排烟，使得所述的蓄热式燃烧器和独立燃烧器在炉膛低温阶段采用脉冲交替燃烧模式、在炉膛高温阶段采用燃料不切换燃烧模式。本实用新型的蓄热式燃烧装置结合了脉冲蓄热式燃烧技术及燃料不切换蓄热式燃烧技术的优点，同时又避免了该两种蓄热式燃烧技术的缺陷，具有高效、低能耗、低金属烧损、高温低氮氧化物燃烧的特点，是一种更加安全、节能和环保的蓄热式燃烧装置。

Description

一种复合的蓄热式燃烧装置

技术领域

本实用新型涉及一种燃烧装置，尤其是一种复合的蓄热式燃烧装置。

背景技术

以燃烧可燃液体、气体加热的金属熔炼炉为代表的工业炉窑是大规模工业生产的主要耗能设备，对其节能技术的研究具有极其重要的经济及环保意义。

现有以可燃液体、气体为燃料的工业炉窑普遍使用蓄热式燃烧装置来对烟气的余热进行回收利用。蓄热式燃烧装置大体可以分为两大类：脉冲蓄热式燃烧装置及燃料不切换蓄热式燃烧装置。脉冲蓄热式燃烧装置的蓄热式燃烧器一般是以成对、双数来布置的。脉冲蓄热式燃烧装置工作时，一个蓄热式燃烧器用于燃烧，一个蓄热式燃烧器用于排烟，一对蓄热式燃烧器周期性换向，蓄热床交替蓄热与放热。脉冲蓄热式燃烧装置由于频繁切换两个蓄热式燃烧器的工况，加上将经过蓄热床加热的助燃气体及燃料喷嘴喷出的燃料直接混合燃烧，燃烧产生高温、高冲击力的火焰，具有燃料完全燃烧、燃料单耗较低、金属炉料熔化快速的优点，但同时也存在故障率高、容易造成的爆燃、炉压忽高忽低不稳定、金属炉料烧损大、高氮氧化物产生的缺陷。燃料不切换蓄热式燃烧装置只有一个独立燃烧器，一对蓄热床分布于燃料喷嘴两侧。燃烧装置工作时，一个蓄热床用于燃烧，一个蓄热床用于排烟，一对蓄热床周期性换向、交替蓄热与放热。由于燃料不切换不停从喷嘴连续喷出，助燃气体及燃料在炉膛内混合燃烧，燃烧形成弥散型的火焰，低氮氧化物产生并使得炉膛温度分布均匀且没有过热点，降低了金属炉料的氧化烧损，但也存在如果有炉料在炉膛阻挡时燃烧不完全造成燃料单耗高、金属炉料升温慢效率低的缺陷。

因此，脉冲蓄热式燃烧装置及燃料不切换蓄热式燃烧装置，都有尚待解决的技术问题。

出于这种考虑，本发明的发明人进行了深入研究，目的是解决现有两种技术所暴露出来的问题，希望提供一种更安全、节能和环保的蓄热式燃烧装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种效果好、实用性强的一种复合的蓄热式燃烧装置。

为达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种复合的蓄热式燃烧装置，包括炉体、炉膛和炉门，所述的炉膛通过开孔相连有两个蓄热式燃烧器、一个独立燃烧器以及用于控制所述的蓄热式燃烧器、和独立燃烧器的控制器，该控制器切换所述的蓄热式燃烧器、独立燃烧器以交替用于燃烧或用于排烟，使得所述的蓄热式燃烧器、和独立燃烧器在炉膛低温阶段采用脉冲交替燃烧模式、在炉膛高温阶段采用燃料不切换燃烧模式，所述的蓄热式燃烧器、上设有独立的烟气管道，所述的独立燃烧器上设有独立的预混合阻燃气体管路。

进一步说明，所述蓄热式燃烧器均设有蓄热床，所述蓄热床、的一端通过烧嘴与炉膛连通，所述蓄热床的另一端设有进出风口，该进出风口管道上设有烟气换气向阀和助燃气体换向阀，所述的助燃气体换向阀、设于助燃气体管路上，所述的烟气换气向阀、设于烟气管路上，所述的蓄热式燃烧器和独立燃烧器上均设有燃料管路，该燃料管路上设有燃料阀，所述的独立燃烧器设有进风口，该进风口预混合助燃气体管路连通。

进一步说明，所述的蓄热式燃烧器、为倾斜设置，倾斜角度为20到80度，使蓄热式燃烧器上的烧嘴对向炉膛中部。

进一步说明，所述蓄热床内设有蓄热体，所述蓄热体、的形状为蜂窝体、球体、片状物或条状物，材质为高铝、刚玉、粘土、莫来石或碳化硅。

进一步说明，所述的燃料管路、助燃气体管路、烟气管路以及预混合助燃气体管路上均设有燃料流量控制阀、助燃气体流量控制阀、烟气流量控制阀以及预混合助燃气体流量控制阀，所述的助燃气体管路末端设有鼓风机，所述的烟气管路末端设有引风机，所述的预混合助燃气体管路末端设有预混合鼓风机。

进一步说明，所述的两个蓄热式燃烧器和一个独立燃烧器均通过控制器交替切换燃烧状态或排烟状态，使所述的蓄热式燃烧器和独立燃烧器在炉膛低温阶段采用脉冲交替燃烧模式或炉膛高温阶段采用燃料不切换燃烧模式。

本实用新型的有益效果是：与现有技术相比，本发明的蓄热式燃烧装置解决了现有技术的不足处，具体如下：

(1)燃烧产生的烟气能够全部及时被排出，确保蓄热式燃烧装置工作的安全性。

(2)总的烟气余热回收率可以提高到75％以上，比现有技术中的脉冲蓄热式燃烧装置及燃料不切换蓄热式燃烧装置可以节能10％～20％。具有巨大的节能潜力。

(3)污染物排放少。高温容易产生NOx的脉冲交替燃烧模式仅在炉温低时使用，炉温高时采用不易产生NOx的燃料不切换燃烧模式，极大降低了烟气中NOx等污染物的生成量。此外，排放废气迅速冷却，有效阻止了二恶英的再合成，故二恶英的排放大大减少；火焰在整个炉膛内逐渐扩散燃烧，燃烧噪音低。高效的换热，降低了烟气的排放温度，减少了对环境的污染，本发明的装置属于环境协调型燃烧技术。

(4)温差小。炉温高时采用燃料不切换燃烧模式，火焰在整个炉膛内逐渐扩散燃烧，使炉子内温度更均匀，减少了炉料的氧化烧损率。

(5)减少了蓄热式燃烧器的占地面积，使设备布置更合理及畅顺。现有技术中成对设置燃烧器的脉冲蓄热式燃烧装置附带有排高温烟气的烟闸及有耐火材料内衬的粗大、重的旁通烟管。在本发明的装置中，全部排烟管采用不带内衬的、细小、轻的金属管。

(6)提高了加热效率，降低了设备的故障率。现有技术中成对设置燃烧器的脉冲蓄热式燃烧装置，两个蓄热式燃烧器频繁由燃烧工况直接切换为排烟工况，或由排烟工况直接切换为燃烧工况，每次切换约有5秒钟处于无燃烧状态，过于频繁的直接切换还导致脉冲蓄热式燃烧装置产生高的故障率。在本发明的装置中，由于整个加热周期中高炉温处的时间较长，而高炉温采用燃料不切换燃烧模式，火焰不停燃烧，解决了上述问题。

附图说明

图1是本实用新型的第一种工作状态示意图。

图2是本实用新型的第二种工作状态示意图。

图3是本实用新型的第三种工作状态示意图。

图4是本实用新型的第四种工作状态示意图。

图中，1炉体，11炉膛，12炉门，31、33蓄热式燃烧器，32独立燃烧器，81、83蓄热床，311、331蓄热体，21、22、23烧嘴，41燃料管路，42助燃气体管路，43烟气管路，44预混合助燃气体管路，511第一燃料阀，512第二燃料阀，513第三燃料阀，521第一助燃气体换向阀，523第二助燃气体换向阀，531第一烟气换向阀，533第二烟气换向阀，71烟气流量控制阀，72助燃气体流量控制阀，73燃料流量控制阀，74预混合助燃气体流量控制阀，61引风机，62鼓风机，63预混合鼓风机，9开孔。

具体实施方式

为了对本实用新型的结构、特征及其功效，能有更进一步地了解和认识，现举一较佳实施例，并结合附图详细说明如下：

如图1-4所示，本实施例所描述的一种复合的蓄热式燃烧装置，它主要一种复合的蓄热式燃烧装置，包括炉体1、炉膛11和炉门12，该炉门12可开关设于炉体1上，但没有设置与炉膛11相连通的用于将炉膛内的烟气直接排出的辅助烟闸及管道，具有严格的密封性，炉膛11通过开孔9相连有两个蓄热式燃烧器31、33、一个独立燃烧器32以及用于控制蓄热式燃烧器31、33和独立燃烧器32的控制器，该控制器切换蓄热式燃烧器31、33、独立燃烧器32以交替用于燃烧或用于排烟，使得蓄热式燃烧器31、33和独立燃烧器32在炉膛11低温阶段采用脉冲交替燃烧模式、在炉膛11高温阶段采用燃料不切换燃烧模式，蓄热式燃烧器31、33上设有独立的烟气管道43，独立燃烧器32上设有独立的预混合阻燃气体管路44；

所述蓄热式燃烧器31、33均设有蓄热床81、83，所述蓄热床81、83的一端通过烧嘴21、23与炉膛11连通，该烧嘴21、23上设置有点火装置，所述蓄热床81、83的另一端设有进出风口10，该进出风口10管道上设有烟气换气向阀531、533和助燃气体换向阀521、523，助燃气体换向阀521、523设于助燃气体管路42上，烟气换气向阀531、533设于烟气管路43上，蓄热式燃烧器31、33和独立燃烧器32上均设有燃料管路41，该燃料管路41上设有燃料阀511、512、513，独立燃烧器32设有进风口101，该进风口101预混合助燃气体管路44连通，蓄热式燃烧器31、33为倾斜设置，倾斜角度为20到80度，使蓄热式燃烧器31、33上的烧嘴21、23对向炉膛11中部所述蓄热床81、83内设有可拆装、移动的蓄热体311、331，所述蓄热体311、331的形状为蜂窝体、球体、片状物或条状物，优选为25mm球体，材质为高铝、刚玉、粘土、莫来石或碳化硅，优选为高铝；

燃料管路41、助燃气体管路42、烟气管路43以及预混合助燃气体管路44上均设有燃料流量控制阀73、助燃气体流量控制阀72、烟气流量控制阀71以及预混合助燃气体流量控制阀74，助燃气体管路42末端设有鼓风机62，烟气管路43末端设有引风机61，预混合助燃气体管路44末端设有预混合鼓风机63，炉膛11内的燃烧烟气在任意时刻通过蓄热式燃烧器31、33和烟气管路43配合引风机61将烟气排出，可采用变频器控制鼓风机62、引风机61、预混合鼓风机63转速的方式，即变频控制助燃气体流量、烟气流量、预混合助燃气体流量代替助燃气体流量控制阀72、烟气流量控制阀71及预混合助燃气体流量阀的相同功能。可采用压缩空气源代替预混合鼓风机63；

两个蓄热式燃烧器31、33和一个独立燃烧器32均通过控制器交替切换燃烧状态或排烟状态，使蓄热式燃烧器31、33和独立燃烧器32在炉膛11低温阶段采用脉冲交替燃烧模式或炉膛11高温阶段采用燃料不切换燃烧模式，脉冲交替燃烧模式时，蓄热式燃烧器31、33在排烟状态下，排烟温度为80～300℃，优选150～200℃，蓄热式燃烧器31、33每次燃烧工作的时间为11～350秒，优选100～150秒，在燃料不切换燃烧模式时，蓄热式燃烧器31、33轮流排烟，排烟温度为80～300℃，优选150～200℃，蓄热式燃烧器31、33不燃烧，由独立燃烧器32不切换、连续燃烧。

工作原理如下：

如图1，复合的蓄热式燃烧装置在低温阶段采用脉冲交替燃烧模式时的第一种工作状态，控制器控制第一蓄热式燃烧器31首先用于燃烧，第二蓄热式燃烧器33用于排烟。此时第一燃料阀511和第一助燃气体换向阀521打开，第一烟气换向阀531关闭；同时第二燃料阀513、第二助燃气体换向阀523关闭、第二烟气换向阀533打开。从鼓风机62鼓出来的常温助燃气体通过助燃气体流量控制阀72、助燃气体管路42由第一助燃气体换向阀521进入第一蓄热式燃烧器31后，在流经蓄热式燃烧器31中的高温蓄热体311时被加热，在短时间内常温助燃气体被加热到接近炉膛11的温度喷进炉膛11后，卷吸周围炉膛内的烟气混合形成一股含氧量低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时通过燃料管路41由第一燃料阀511往稀薄高温助燃气体中心喷入燃料，燃料在贫氧状态下燃烧形成火焰。与此同时，炉膛11内燃烧后产生的高温烟气通过烟气管路43经第二蓄热式燃烧器33及时全部排出。高温烟气在通过第二蓄热式燃烧器33的蓄热室83时，大部分热量被蓄热体331吸收，然后在引风机61的作用下以低于250℃的低温经过第二烟气换向阀533、烟气流量控制阀71、引风机61排出。独立燃烧器32的燃料阀512在这过程中关闭，预混助燃气体流量控制阀74接近关闭状态。

第一蓄热式燃烧器31燃烧工作一段时间后，例如120s，或第二蓄热式燃烧器33的排烟温度达到250℃，控制器切换第一蓄热式燃烧器31用于排烟，切换第二蓄热式燃烧器33用于燃烧。

如图2，复合的蓄热式燃烧装置在低温阶段采用脉冲交替燃烧模式时的第二种工作状态，此时第一燃料阀511和第一助燃气体换向阀521关闭，第一烟气换向阀531打开；同时第二燃料阀513、第二助燃气体换向阀523打开、第二烟气换向阀533关闭。从鼓风机62鼓出来的常温助燃气体通过助燃气体流量控制阀72、助燃气体管路42由第二助燃气体换向阀523进入第二蓄热式燃烧器33后，在流经蓄热式燃烧器33中的高温蓄热体331时被加热，在短时间内常温助燃气体被加热到接近炉膛11的温度喷进炉膛11后，卷吸周围炉膛内的烟气混合形成一股含氧量低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时通过燃料管路41由第二燃料阀513往稀薄高温助燃气体中心喷入燃料，燃料在贫氧状态下燃烧形成火焰。与此同时，炉膛11内燃烧后产生的高温烟气通过烟气管路43经第一蓄热式燃烧器31及时全部排出。高温烟气在通过第一蓄热式燃烧器31的蓄热室81时，大部分热量被蓄热体311吸收，然后在引风机61的作用下以低于250℃的低温经过第一烟气换向阀531、烟气流量控制阀71、引风机61排出。独立燃烧器32的燃料阀512在这过程中关闭，预混助燃气体流量控制阀74接近关闭状态。

第一蓄热式燃烧器31与第二蓄热式燃烧器33不断切换燃烧及排烟工况，控制器继续进行顺次切换，即采用脉冲交替燃烧模式。当炉膛达到一定高温后例如900℃，或脉冲交替燃烧模式进行了一段时间例如1小时，控制器自动控制第一蓄热式燃烧器31、第二蓄热式燃烧器33与独立燃烧器32进入燃料不切换燃烧模式。也可以由操作人员根据实际情况例如炉料已熔化平了，手动控制进入燃料不切换燃烧模式。

如图3，复合的蓄热式燃烧装置在高温阶段采用燃料不切换燃烧模式时的第一种工作状态，此时第一燃料阀511和第一烟气换向阀531关闭，第一助燃气体换向阀521打开；同时第二燃料阀513、第二助燃气体换向阀523关闭、第二烟气换向阀533打开；同时独立燃烧器32的燃料阀512打开。从鼓风机62鼓出来的常温助燃气体通过助燃气体流量控制阀72、助燃气体管路42由第一助燃气体换向阀521进入第一蓄热式燃烧器31后，在流经蓄热式燃烧器31中的高温蓄热体311时被加热，在短时间内常温助燃气体被加热到接近炉膛11的温度喷进炉膛11后，卷吸周围炉膛内的烟气混合形成一股含氧量低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时通过燃料管路41由独立燃烧器32的燃料阀512往炉膛喷入燃料，燃料在贫氧状态下弥散燃烧。与此同时，炉膛11内燃烧后产生的高温烟气通过烟气管路43经第二蓄热式燃烧器33及时全部排出。高温烟气在通过第二蓄热式燃烧器33的蓄热室83时，大部分热量被蓄热体331吸收，然后在引风机61的作用下以低于250℃的低温经过第二烟气换向阀533、烟气流量控制阀71、引风机61排出。独立燃烧器32用的预混助燃气体流量控制阀74打开至工作状态。

工作一段时间后，例如120s，或第二蓄热式燃烧器33的排烟温度达到250℃，控制器切换第一蓄热式燃烧器31的蓄热室81用于排烟，切换第二蓄热式燃烧器33的蓄热室83用于燃烧，独立燃烧器32的燃料阀512一直保持打开，预混助燃气体流量控制阀74打开一直保持工作状态。

如图4，复合的蓄热式燃烧装置在高温阶段采用燃料不切换燃烧模式时的第二种工作状态，此时第一燃料阀511和第一助燃气体换向阀521关闭，第一烟气换向阀531打开；同时第二燃料阀513、第二烟气换向阀533关闭、第二助燃气体换向阀523打开；从鼓风机62鼓出来的常温助燃气体通过助燃气体流量控制阀72、助燃气体管路42由第二助燃气体换向阀523进入第二蓄热式燃烧器33后，在流经蓄热式燃烧器33中的高温蓄热体331时被加热，在短时间内常温助燃气体被加热到接近炉膛11的温度喷进炉膛11后，卷吸周围炉膛内的烟气混合形成一股含氧量低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时通过燃料管路41由独立燃烧器32的燃料阀512往炉膛喷入燃料，燃料在贫氧状态下弥散燃烧。与此同时，炉膛11内燃烧后产生的高温烟气通过烟气管路43经第一蓄热式燃烧器31及时全部排出。高温烟气在通过第一蓄热式燃烧器31的蓄热室81时，大部分热量被蓄热体311吸收，然后在引风机61的作用下以低于250℃的低温经过第一烟气换向阀53起、烟气流量控制阀71、引风机61排出。

第一蓄热式燃烧器31的蓄热室81与第二蓄热式燃烧器33的蓄热室81不断切换燃烧及排烟工况，独立燃烧器32的燃料阀512一直保持打开，控制器继续进行顺次切换，即采用燃料不切换燃烧模式。

蓄热体311、331安装位置包括但不限于位于烧嘴21、23的下方，也可以是上方或同水平位置。

表1是本装置一个优选实施例，在铝合金熔炼炉使用天然气熔炼铝合金生产过程中记录的实验参数。

表1中：

25吨铝合金熔化炉，炉料总投料量25.2吨含铝锭、硅锭、镁锭、压余等块状料共5.3吨，型材、边角料散料共19.9吨,先投块状料，熔化平后加散料。从点火开始50分钟内使用脉冲交替燃烧模式，之后切换至燃料不切换燃烧模式。熔化时间7小时20分钟，放出铝液24.57吨，统计流量表初始数36517.6Νm³，熔化结束流量表数38168.25Νm³，总用气量1650.65Νm³，单位能耗65.5Νm³/t·AL。以下是测试工作状态数据：

表1

从表1可见，本发明的蓄热式燃烧装置的排烟温度低于148℃，余热助燃空气温度比进烟温度低151℃左右，炉压波动范围仅在±15pa以内。熔化铝合金熔化时间7小时20分钟，单位能耗65.5Νm³/t·AL，金属烧损率2.5％；而同等条件采用脉冲蓄热式燃烧装置，熔化时间约6小时，单位能耗约73Νm³/t·AL，金属烧损率约3.4％；同等条件采用燃料不切换燃烧装置，熔化时间约9小时，单位能耗约70Νm³/t·AL，金属烧损率约2.5％。

本实用新型的蓄热式燃烧装置具有高效、低能耗、低金属烧损、高温低氮氧化物燃烧的特点，是一种更加安全、节能和环保的蓄热式燃烧装置。

以上所述仅为本实用新型之较佳实施例而已，并非以此限制本实用新型的实施范围，凡熟悉此项技术者，运用本实用新型的原则及技术特征，所作的各种变更及装饰，皆应涵盖于本权利要求书所界定的保护范畴之内，以上实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。

Claims (6)

1.一种复合的蓄热式燃烧装置，包括炉体(1)、炉膛(11)和炉门(12)，所述的炉膛(11)通过开孔(9)相连有两个蓄热式燃烧器(31、33)、一个独立燃烧器(32)以及用于控制所述的蓄热式燃烧器(31、33)和独立燃烧器(32)的控制器，该控制器切换所述的蓄热式燃烧器(31、33)、独立燃烧器(32)以交替用于燃烧或用于排烟，使得所述的蓄热式燃烧器(31、33)和独立燃烧器(32)在炉膛(11)低温阶段采用脉冲交替燃烧模式、在炉膛(11)高温阶段采用燃料不切换燃烧模式，所述的蓄热式燃烧器(31、33)上设有独立的烟气管道(43)，所述的独立燃烧器(32)上设有独立的预混合阻燃气体管路(44)。

2.根据权利要求1所述的一种复合的蓄热式燃烧装置，其特征在于，所述蓄热式燃烧器(31、33)均设有蓄热床(81、83)，所述蓄热床(81、83)的一端通过烧嘴(21、23)与炉膛(11)连通，所述蓄热床(81、83)的另一端设有进出风口(10)，该进出风口(10)管道上设有烟气换气向阀(531、533)和助燃气体换向阀(521、523)，所述的助燃气体换向阀(521、523)设于助燃气体管路(42)上，所述的烟气换气向阀(531、533)设于烟气管路(43)上，所述的蓄热式燃烧器(31、33)和独立燃烧器(32)上均设有燃料管路(41)，该燃料管路(41)上设有燃料阀(511、512、513)，所述的独立燃烧器(32)设有进风口(101)，该进风口(101)预混合助燃气体管路(44)连通。

3.根据权利要求1所述的一种复合的蓄热式燃烧装置，其特征在于，所述的蓄热式燃烧器(31、33)为倾斜设置，倾斜角度为20到80度，使蓄热式燃烧器(31、33)上的烧嘴(21、23)对向炉膛(11)中部。

4.根据权利要求2所述的一种复合的蓄热式燃烧装置，其特征在于，所述蓄热床(81、83)内设有蓄热体(311、331)，所述蓄热体(311、331)的形状为蜂窝体、球体、片状物或条状物，材质为高铝、刚玉、粘土、莫来石或碳化硅。

5.根据权利要求2所述的一种复合的蓄热式燃烧装置，其特征在于，所述的燃料管路(41)、助燃气体管路(42)、烟气管路(43)以及预混合助燃气体管路(44)上均设有燃料流量控制阀(73)、助燃气体流量控制阀(72)、烟气流量控制阀(71)以及预混合助燃气体流量控制阀(74)，所述的助燃气体管路(42)末端设有鼓风机(62)，所述的烟气管路(43)末端设有引风机(61)，所述的预混合助燃气体管路(44)末端设有预混合鼓风机(63)。

6.根据权利要求1或2所述的一种复合的蓄热式燃烧装置，其特征在于，所述的两个蓄热式燃烧器(31、33)和一个独立燃烧器(32)均通过控制器交替切换燃烧状态或排烟状态，使所述的蓄热式燃烧器(31、33)和独立燃烧器(32)在炉膛(11)低温阶段采用脉冲交替燃烧模式或炉膛(11)高温阶段采用燃料不切换燃烧模式。