CN219526688U - 一种基于富碳烟气充压的热风炉装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于富碳烟气充压的热风炉装置，包括热风炉组、冷风总管、充气总管、热风总管、烟道总管；烟气支路包括烟气加压风机、烟气罐、调节阀和切断阀；充气总管的前端连接有高压风机、高压气罐、调节阀、切断阀和引射器；烟气支路和引射器的低压气体入口连接，充气总管和引射器的高压气体入口连接。本实用新型将热风炉组不间断燃烧产生的高温烟气进行部分回收，回收后与高压充气气源使用引射器进行混合，在引射器的作用下，高压充气气源引导高温烟气在引射器的混合室内实现混合，高压气源在降压过程中吸收高温烟气的热量，使得充入热风炉的充压气体温度更高，降低了对热风炉蓄热材料的能量损耗，同时也有利于降低热风炉的CO₂排放量。

Description

一种基于富碳烟气充压的热风炉装置

技术领域

本实用新型涉及换热设备技术领域，具体涉及到一种基于富碳烟气充压的热风炉装置。

背景技术

热风炉是一种集燃烧与传热过程为一体的热工设备，热风炉作为高炉及非高炉的重要附属设备，主要功能是通过燃烧高炉或非高炉产生的低压净煤气，对热风炉内的蓄热体进行加热；当蓄热体达到一定蓄热量后，通入的高压冷风穿过蓄热体被加热成热风，送至高炉或非高炉内，为冶炼过程提供热源并支撑料柱高度产生的压力。

热风炉的功能特点，决定了热风炉每个周期需要按照“燃烧”→“送风”→“燃烧”的顺序工作；并通过不断循环，才能向高炉或非高炉持续输出热风。热风炉“燃烧”状态转“送风”状态是低压到高压的过程，需要进行充压处理，才能开启冷风阀和热风阀，达到向高炉或非高炉送风条件。

热风炉“送风”状态转“燃烧”状态是高压到低压的过程，需要进行排压处理，才能开启空气燃烧阀、煤气燃烧阀和烟道阀，达到热风炉烧炉条件。因此，热风炉工作循环过程为“燃烧”—“充压换炉”—“送风”—“排压换炉”。

为了保障冶炼过程的连续性，热风炉需要不间断地提供热风。因此，一座高炉通常需要配置若干数量的热风炉构成热风炉组，采用一烧一送、两烧一送、两烧两送或交错并联的工作制度，才能达到持续供风的目的。

目前热风炉普遍采用的充压方法是分流一部分鼓风机的冷风，从冷风总管中分出一部分冷风作为充压气源。冷风鼓风机以“定风压”或“定风量”的方式向高炉或非高炉鼓风，当一座热风炉需要充压时，一部分冷风从冷风的主管道分流，骤时会减少高炉或非高炉入炉风量，并造成入炉热风的温度、压力和流量波动。为了稳定高炉或非高炉的生产，热风炉通常需要被动延长送风不能按时转燃烧，而另一座热风炉需要超时燃烧或闷炉不能转送风。

围绕解决现有鼓风充压对高炉或非高炉产生的冷风鼓风波动，现有技术主要采用独立充压的方式进行解决。即额外配置一组充压气源，当一座热风炉需要充压换炉时，通过独立气源对热风炉进行充压。

上述技术方案尽管一定程度上解决了常规冷风鼓风充压对高炉产生的鼓风波动，缩短了充压时间，有助于热风炉摆脱高炉或非高炉生产指令的束缚，但在实际运行过程中存在明显的技术不足：

(1)充压的气源一般为高压气源，高压气源不能直接做充压气源，需要在充压过程中进行降压处理才能满足热风炉安全要求；高压气源降压过程中将会吸热，导致气体温度骤降，容易造成管道及阀门处产生霜冻，影响独立充压系统的稳定性。

(2)高压气源通常采用压缩空气，气源温度较常规冷风温度低120℃～160℃，充入炉内过程中，与热风炉蓄热体产生大梯度的温度交换，损耗了热风炉部分热量，对热风炉的耐材使用寿命构成损害；长期累计下来，还会显著增加热风炉烧炉期的煤气消耗。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于富碳烟气充压的热风炉装置。

为达上述目的，本实用新型的一个实施例中提供了一种基于富碳烟气充压的热风炉装置，包括：

热风炉组；热风炉组包括若干个热风炉，热风炉上配置有总管和支管，支管上均设置有阀门；

冷风总管；冷风总管上设置有若干个冷风支管分别与每个热风炉连接；

充气总管；充气总管上设置有若干个充气支管分别与每个热风炉连接；

热风总管；热风总管上设置有若干个热风支管分别与每个热风炉连接；

烟道总管；烟道总管上设置有若干个烟道支管分别与每个热风炉连接；

所述烟道总管经过换热器后通入烟囱中，并在换热器后连接烟气支路；

烟气支路包括烟气加压风机、烟气罐、调节阀和切断阀；充气总管的前端连接有高压风机、高压气罐、调节阀、切断阀和引射器；引射器包括低压气体入口、高压气体入口、喷嘴、吸入室、混合室和扩散室；烟气支路和引射器的低压气体入口连接，充气总管和引射器的高压气体入口连接，扩散室接入充气总管，混合室的内径小于扩散室的内径。

本实用新型优选的方案中，热风炉组包括2～4个热风炉，热风炉的冷风支管上设置有冷风阀，充气支管上设置有充气阀，热风支管上设置有热风阀、烟道支管上设置有烟道阀。

本实用新型优选的方案中，充气总管和烟道支管上设置有逆止阀。

本实用新型优选的方案中，引射器的进气口和出气口管道上均设置有切断阀和调节阀。

本实用新型优选的方案中，烟气支路中的烟气温度为160℃～450℃，经过烟气加压风机加压后形成0.3MPa～0.6MPa的烟气；高压风机形成的高压气源的压力为0.8MPa～2.0MPa，流量为20Nm³/s～100Nm³/s。

本实用新型优选的方案中，充气支管的混合气体流量为15～100Nm³/s，混合气体压力为0.3MPa～0.8MPa，混合气体温度为50℃～300℃，CO₂浓度为5％～25％。

本实用新型优选的方案中，烟气支路和充气总管之间布置有多个引射器，多个引射器并联设置，通过多个支管分别与烟气支路和充气总管连接。

综上所述，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型将热风炉组不间断燃烧产生的高温烟气进行部分回收，回收后与高压充气气源使用引射器进行混合，混合气体的温度比现有鼓风机产生的气源高100℃左右，在引射器的作用下，高压充气气源引导高温烟气在引射器的混合室内实现混合，高压气源在降压过程中吸收高温烟气的热量，使得充入热风炉的充压气体温度更高，降低了对热风炉蓄热材料的能量损耗。

2、高温烟气回收后，能够提高热风炉的能源利用效率，通过引射器实现压力调节，能够显著避免独立充压气体减压过程的霜冻现象，系统运行更加稳定。烟气中所含有的CO₂在送风时被带入高炉或非高炉中，参与冶炼过程的化学反应，有助于提高反应势能；同时也有利于降低热风炉的CO₂排放量。

3、本实用新型以热风炉组不间断燃烧排出的高温烟气作为充压气源，相比现有从冷风鼓风机分流的方式，可以显著消除冷风鼓风机充压造成的热风温度、压力和流量波动；有利于热风炉组摆脱高炉指令的限制，杜绝高炉要求热风炉延迟送风不能转燃烧，燃烧或闷炉延长不能转送风的情况发生，有助于实现热风炉组的独立稳定运行。同时还可以增加高炉或非高炉的入炉风量，有助于释放鼓风机的供风压力，降低鼓风机的运行成本。

4、本实用新型设计了一种引射器，通过独立的高压气源驱动引射器，引射热风炉组不间断燃烧排出的高温烟气，对待换炉送风的热风炉进行充压；与常规鼓风充压相比，可以显著缩短充压时间，增加热风炉烧炉时间，提高热风炉送风温度。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例中热风炉装置的示意图；

图2为本实用新型一个实施例中引射器的示意图。

其中，1、冷风总管；2、充气总管；3、热风总管；4、烟道总管；5、冷风支管；6、充气支管；7、热风支管；8、烟道支管；9、引射器；91、低压气体入口；92、高压气体入口；93、喷嘴；94、吸入室；95、混合室；96、扩散室；10、废气支管。

具体实施方式

本实用新型提供了一种基于富碳烟气充压的热风炉装置，包括热风炉组、冷风总管1、充气总管2、热风总管3和烟道总管4；冷风总管1上配置有冷风鼓风机，可以产生一定压力的冷风，为热风炉和高炉设备供风。充气总管2是独立于冷风总管1的管路，两者独立设置可以保证冷风鼓风时的正常供应，充气总管2在充压时不会影响冷风总管1。热风总管3是将热风炉产生充压后及其之后形成的热风送入高炉，烟道总管4是将热风炉所产生的烟气统一输送至烟囱中进行处理。

本实用新型可以根据高炉的设计要求配置合适数量的热风炉，热风炉组可以包括若干个热风炉，每个热风炉并联设置。热风炉上配置有总管和支管，支管上均设置有阀门，总管包括冷风总管1、充气总管2、热风总管3和烟道总管4，支管包括与上述四个总管和每个热风炉连接用的支管。

冷风总管1上设置有若干个冷风支管5分别与每个热风炉连接；充气总管2上设置有若干个充气支管6分别与每个热风炉连接；热风总管3上设置有若干个热风支管7分别与每个热风炉连接；烟道总管4上设置有若干个烟道支管8分别与每个热风炉连接；烟道总管4经过换热器后通入烟囱中，并在换热器后连接烟气支路。

本实用新型的烟气支路是现有技术中并未公开的部分，烟气支路包括烟气加压风机、烟气罐、调节阀和切断阀；充气总管2的前端连接有高压风机、高压气罐、调节阀、切断阀和引射器9。

烟气的压力一般比较低，因此需要烟气加压风机将烟气压力提高至合适压力值，烟气罐作为一个缓冲的罐体，能够暂时存储部分烟气，为整个烟气供给体系提供缓冲区域。本实用新型在多个管路上安装有调节阀，调节阀可以调节流量，便于在不同工况下进行不同的气体流量控制，切断阀能够切断气流供给，可用于切断煤气、助燃空气、冷风及烟气等。

充压过程中，需要充入高压气体，一般采用压缩空气，因此可以使用高压风机来形成压缩空气，产生的压缩空气在高压气罐中可以缓存；压缩空气的压力高于高温烟气，因此本实用新型采用引射器9来让高压充气气源引导低压的高温烟气在引射器9中混合，然后输送至热风炉中。

本实用新型的引射器9包括低压气体入口92、高压气体入口91、喷嘴93、吸入室94、混合室95和扩散室96。烟气支路和引射器9的低压气体入口连接，充气总管2和引射器9的高压气体入口连接，扩散室接入充气总管2，混合室的内径小于扩散室的内径。

本实用新型的优化实施例中，热风炉组包括2～4个热风炉，热风炉的冷风支管5上设置有冷风阀，充气支管6上设置有充气阀，热风支管7上设置有热风阀、烟道支管8上设置有烟道阀，引射器9的进气口和出气口管道上均设置有切断阀。

本实用新型的优化实施例中，充气总管和烟道支管上设置有逆止阀；是由于部分总管上是具有个较高压强的气源的，为了放置倒灌设计逆止阀来提高安全生产的保证。

本实用新型的优化实施例中，烟气支路中的烟气温度为160℃～450℃，经过烟气加压风机加压后形成0.3MPa～0.6MPa的烟气。本实用新型的优化实施例中，充气支管6的混合气体流量为15～100Nm³/s。例如，充气开始时，到达充气支管6内的混合气体流量为50～100Nm³/s，充气过程中可以调节至5Nm³/s～50Nm³/s；Nm³/s是标准立方米/秒；混合气体压力为0.3MPa～0.8MPa。

在充气开始时混合气体压力为0.3MPa～0.6MPa，当充气支管6内混合气体流量为15Nm³/s～50Nm³/s，混合气体压力为0.4～0.8MPa。混合气体温度为50℃～300℃，CO₂浓度为5％～25％。充压过程分为几个阶段，不同阶段的烟气和混合气体的压力温度等要求可能不一样，这个可以根据实际情况进行选择。

本实用新型的优化实施例中，烟气支路和充气总管2之间布置有多个引射器9，多个引射器9并联设置，通过多个支管分别与烟气支路和充气总管2连接。

本实用新型通过独立的高压气源驱动引射器9，将增压后的高温烟气吸入引射器9的混合室中，经充气支管6以大流量向换炉中的热风炉炉内进行充压。当热风炉充压达到一定压力值后，通过调节阀调节烟气流量和高压气源的压力，以稳定压差完成后续的充压，直至被充压的热风炉炉内压力与鼓风压力相近，达到充压热风炉可以换炉进行送风的条件。

实施例1

本实用新型的热风炉装置的充压过程如下：

(1)1#热风炉发出充压指令；

(2)依次开启1#热风炉的充气阀、烟气支路的切断阀和充气总管2上的切断阀；

(3)通过高压风机产生的高压气源经驱动引射器9，将经烟气加压风机加压至0.3MPa～0.6MPa的烟气从换热器后的烟道总管4吸入引射器9中；

(4)高压气源与高温烟气在引射器9的混合室中预混，经扩散室充分混合进入充气支管6，经调节阀、切断阀以及充气阀进入1#热风炉的炉内；

(5)充压初始阶段，充气总管2上的调节阀控制吸入室的压力为0～-0.01MPa，控制充气支管6内混合气体流量为50Nm³/s～100Nm³/s，此时混合气体压力为0.3MPa～0.6MPa，混合气体温度为50℃～300℃，CO₂浓度为15～25％。

(6)当1#热风炉的炉内压力达到鼓风压力的60％～80％时，通过充气总管2的调节阀调整高压气源压力，并同时通过烟气支路的调节阀调节增压烟气的流量，控制吸入室的压力为-0.05MPa～-0.10MPa，控制充气支管6内混合气体流量为15Nm³/s～50Nm³/s，混合气体压力为0.4MPa～0.8MPa，此时混合气体温度为50℃～300℃，CO₂浓度为5～20％。

(7)为了防止高压气体串入低压管路以及发生风机倒灌，相应的管道上分别设置有逆止阀。

(8)当1#热风炉的炉内压力与鼓风压力相差0～15kPa时，充压指令结束，1#热风炉充气阀关闭。

(9)随即依次开启1#热风炉的冷风阀和热风阀，充入1#热风炉内的烟气经热风支管及热风总管3送风高炉或非高炉内，参与冶炼过程的氧化还原反应。

(10)按照上述步骤相应地可以完成2#热风炉或3#热风炉的充压。

实施例2：

本实用新型的热风炉装置，包括四座热风炉组成的热风炉组和一套引射器9；四座热风炉依次为1#热风炉，2#热风炉，3#热风炉，4#热风炉。

充压步骤为：

(1)2#热风炉发出充压指令，4#热风炉发出排压指令；

(2)依次开启2#热风炉和4#热风炉的充气阀，并关闭充气支管6上的切断阀，使2#热风炉与4#热风炉形成连通器；通过4#热风炉内残留的冷风对2#热风炉进行充压；

(3)待2#热风炉炉内压力达到冷风压力的40％～50％，关闭4#热风炉的充气阀，同时开启4#热风炉的废气阀继续完成排压；

(4)通过开启充气支管6上的切断阀，烟气支路上和引射器9进气口的切断阀，将高压风机产生的高压气源经高压气体入口、喷嘴驱动引射器9，将经烟气加压风机加压至0.3MPa～0.6MPa的烟气从换热器后的烟道总管4吸入引射器9中；

(5)高压气源与烟气在引射器9的混合室中预混，经扩散室充分混合进入充气支管6，经调节阀、切断阀以及充气阀进入2#热风炉炉内，继续进行充压；

(6)通过调节阀调整高压气源压力，并同时通过调节阀调节增压烟气流量，控制吸入室的压力为-0.05MPa～-0.10MPa，控制充气支管6内混合气体流量为15Nm³/s～50Nm³/s，混合气体压力为0.4MPa～0.8MPa，混合气体温度为50℃～300℃，CO₂浓度为5％～20％。

(7)为了防止高压气体串入低压管路以及发生风机倒灌，相应的管道上分别设置有逆止阀。

(8)当2#热风炉炉内压力与鼓风压力相差0～15kPa时，充压指令结束，2#热风炉充气阀关闭。

(9)随即依次开启2#热风炉的冷风阀和热风阀，充入2#热风炉内的烟气经热风支管7及热风总管3送风高炉或非高炉内，参与冶炼过程的氧化还原反应。

(10)按照上述步骤相应地可以完成1#热风炉充压或3#热风炉的排压，排压通过废气支管10完成，废气支管10与烟道总管4接通；热风炉内所有废气全部排除，不回收利用于充压。

虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于富碳烟气充压的热风炉装置，其特征在于，包括：

热风炉组；热风炉组包括若干个热风炉，热风炉上配置有总管和支管，支管上均设置有阀门；

冷风总管；冷风总管上设置有若干个冷风支管分别与每个热风炉连接；

充气总管；充气总管上设置有若干个充气支管分别与每个热风炉连接；

热风总管；热风总管上设置有若干个热风支管分别与每个热风炉连接；

烟道总管；烟道总管上设置有若干个烟道支管分别与每个热风炉连接；

所述烟道总管经过换热器后通入烟囱中，并在换热器后连接烟气支路；

烟气支路包括烟气加压风机、烟气罐、调节阀和切断阀；充气总管的前端连接有高压风机、高压气罐、调节阀、切断阀和引射器；

所述引射器包括低压气体入口、高压气体入口、喷嘴、吸入室、混合室和扩散室；烟气支路和引射器的低压气体入口连接，充气总管和引射器的高压气体入口连接，扩散室接入充气总管，混合室的内径小于扩散室的内径。

2.如权利要求1所述的基于富碳烟气充压的热风炉装置，其特征在于：所述热风炉组包括2～4个热风炉，热风炉的冷风支管上设置有冷风阀，充气支管上设置有充气阀，热风支管上设置有热风阀、烟道支管上设置有烟道阀。

3.如权利要求1所述的基于富碳烟气充压的热风炉装置，其特征在于：所述充气总管和烟道支管上设置有逆止阀。

4.如权利要求1所述的基于富碳烟气充压的热风炉装置，其特征在于：所述引射器的进气口和出气口管道上均设置有切断阀和调节阀。

5.如权利要求1所述的基于富碳烟气充压的热风炉装置，其特征在于：所述烟气支路中的烟气温度为160℃～450℃，经过烟气加压风机加压后形成0.3MPa～0.6MPa的烟气。

6.如权利要求1所述的基于富碳烟气充压的热风炉装置，其特征在于：所述充气支管的混合气体流量为15～100Nm³/s，混合气体压力为0.3MPa～0.8MPa，混合气体温度为50℃～300℃，CO₂浓度为5％～25％；所述高压风机形成的高压气源的压力为0.8MPa～2.0MPa，流量为20Nm³/s～100Nm³/s。

7.如权利要求1所述的基于富碳烟气充压的热风炉装置，其特征在于：所述烟气支路和充气总管之间布置有多个引射器，多个引射器并联设置，通过多个支管分别与烟气支路和充气总管连接。