高效環保管式爐的製作方法
2023-06-05 06:47:36
專利名稱：高效環保管式爐的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種管式爐，尤其涉及一種高效環保管式爐。
大家知道，加熱爐熱效率的高低取決於排煙溫度的高低，排煙溫度越低，熱效率越高，為了儘可能地提高熱效率，先後採用了不同形式的減少排煙餘熱損失的方法，增加了對流室，發展成為輻射——對流型管式爐，這種管式爐的熱效率也只有75％左右。如
圖1所示的一種管式爐，其包括輻射室100、燃燒器101、煙囪102等，為了提高熱效率在輻射室上面設有對流室103，使介質先經過設在對流室103內的對流盤管107再進入輻射室100內的輻射盤管105進行加熱，為了使煙氣的熱量再利用，增加了空氣預熱器106，用鼓風機吸入空氣進入空氣預熱器內，煙囪上設有擋板104，使煙氣在排出前，先進入空氣預熱器內，對空氣進行預熱後再排出。由於受到種種因素的限制以至無法實現較低的排煙溫度，通常在200℃左右。到目前為止，這種傳統的管式爐的熱效率最高也只有90％左右，其主要原因是煙氣中通常含有SO2和SO3，當溫度降到酸露點以下時會產生硫酸，對設備造成嚴重的酸露點腐蝕。多年來，傳統管式爐的技術發展均是在工藝裝置流程上尋找冷源，使其與管式爐的排煙進一步換熱，以降低排煙溫度，這樣做的結果是管式爐的結構變得愈來愈龐大，投資愈來愈高，而對於那些沒有冷源的爐子，則不可能有較高的熱效率。
傳統式管式爐的另一個主要問題是燃燒時產生NOx物，眾所周知，煙氣中NOx的生成量取決於燃燒時燃料周圍助燃空氣的多少和溫度的高低。對於傳統的管式爐，由於其傳統的燃燒方式決定了周圍必須有過量的助燃空氣才能完成燃燒過程，這種燃燒叫做富氧燃燒。又由於為了提高熱效率，加熱爐的煙氣要進一步與空氣換熱，使助燃空氣溫度提高。對於這種傳統的燃燒方式，助燃空氣越多，溫度越高，煙氣中NOx的生成量也就越多，而傳統的管式爐無法改變這種狀況，這是由其燃燒方式所決定的。隨著社會的發展和技術的進步，人們愈來愈重視我們賴以生存的環境。因此，越來越需要一種高效、低NOx物產生的管式爐。
為實現上述目的，本實用新型所採用的技術方案為一種高效環保管式爐，包括爐體、設在爐體內壁上的耐火爐襯、由耐火爐襯所圍成的空間構成爐膛、設在所述的爐膛內的用於加熱介質的爐管，在爐體壁上並穿過耐火爐襯設有至少一對用於向爐膛噴射燃料的燃料噴嘴，在與燃料噴嘴相鄰處的爐體壁設有至少一對排煙、送風管道，所述的排煙、送風管道內設有蓄熱體，所述的一對排煙、送風管道通過四通換向閥交叉相連。
所述的爐膛內至少設有一個耐火隔牆將爐膛分隔成至少兩個爐膛，且每個爐膛分別設有至少一對燃料噴嘴和至少一對排煙、送風管道，所述的排煙、送風管道內設有蓄熱體，所述的一對排煙、送風管道通過四通換向閥交叉相連。
所述的耐火隔牆可以為自爐體底面延伸至爐體上面的全封閉式的耐火隔牆』，或者是半封閉式的隔牆其中的一種。
在所述的爐體上設有輔助噴嘴為好。
所述的燃料噴嘴外接有燃料管道，在所述的燃料管道內設有蓄熱體，且所述的一對燃料管道的中間通過所述的四通換向閥連接。
所述的蓄熱體為陶瓷所製成的、形狀呈蜂窩網狀的柱狀結構或者形狀呈多數散置的小球狀中的一種。
所述的爐體的形狀為圓柱形、長方體、正方體或多稜柱狀其中的一種。
所述的爐管的排列分布形式為呈直線狀來回盤繞狀或呈圓盤狀層疊盤繞中的一種。
由於採用上述結構，通過設在爐體壁上的至少一對燃料噴嘴，向爐體內噴射燃料，通過一個排煙、送風管道向爐體內送進助燃空氣，空氣經過管道內設的蓄熱體從而被加熱，通過另一個設在爐體壁上的排煙、送風管道排出煙氣，煙氣經過管道內設的蓄熱體時，將熱量儲存在蓄熱體內後排出。通過轉換四通換向閥方向，交替使用成對地設在爐體上的蓄熱體、排煙、送風管道，一個用於送風，另一個用於排煙，一側蓄熱體儲存熱量，另一側釋放熱量給空氣加熱，從而使進入爐體內的空氣的溫度遠遠高於燃料的自燃點，燃料進入爐體內不需要多餘的氧氣即可以充分均勻地燃燒。對於質量差的燃料，也可以採用交叉預熱的方式對燃料進行預熱後再送入爐內燃燒。
本實用新型的高效環保管式爐屬於純輻射爐，其爐體的幾何形狀不局限於圓柱形、長方體狀、正方體狀、稜柱狀等，也可以根據需要製成其它形狀。可根據需要將其分成一個或多個爐膛，爐管則根據不同的工藝要求以不同的方式排列在爐膛內。
因此本實用新型具有以下有益效果1.均勻地給爐管提供熱量，使爐管表面熱強度大大提高本高效環保管式爐採用的是高溫蓄熱式貧氧燃燒技術，這種技術能夠最大限度地回收煙氣的顯熱，能將空氣或燃料氣預熱到前所未有的高溫，甚至幾乎接近爐膛內煙氣的溫度，燃燒的組織已經完全不同於傳統的預混或擴散燃燒。由於組織燃燒的方式完全改變並且燃燒的環境溫度已超過燃料的自燃點，因此空氣和燃料可以相互獨立地噴入爐膛，這種特殊的燃燒方式將爐膛整體作為一個反應器，燃料和空氣的氧化反應遍及整個爐膛，整個爐內溫度十分均勻，無明顯火焰。正由於上述原因，爐管受熱變得十分均勻，從而可能大大提高爐管表面熱強度，使爐管材質得到充分利用。也由於爐管受熱十分均勻，不存在爐管局部過熱現象，使得爐子壽命延長，管內油品沒有裂解，油品品質得到提高。
2.將助燃空氣預熱、至接近爐膛煙氣溫度，使燃燒更加穩定可靠本實用新型的高效環保管式爐採用的是高溫蓄熱式貧氧燃燒技術，這種燃燒技術改變了傳統的燃燒方式，燃燒的組織與傳統預混和擴散燃燒不同。由於空氣預熱溫度很高，燃燒不需要利用傳統的燃燒器與空氣作摻混以形成利於燃燒的特定濃度場分布，只需要將空氣和燃料氣通過各自的噴口噴入爐膛即可，高預熱溫度保證了燃料進入爐膛內就維持穩定的燃燒，甚至可以燒劣質燃燒料，燃燒反應遍及整個爐膛。這種燃燒方式的改變使得燃燒過程不會發生回火等各類燃燒事故，使燃燒更加穩定可靠。穩定可靠的燃燒對於加熱爐的安全運行起到了關鍵的保障作用。
3.低NOx煙氣排放本實用新型的高效環保管式爐能夠較好地解決NOx煙氣排放的問題，這是由於它採用的是高溫蓄熱式貧氧燃燒技術，這種燃燒技術徹底改變了傳統的燃燒方式，燃料周圍不需要有過量的助燃空氣，過剩空氣甚至可以為零，空氣、燃料分別噴入即可，燃燒在貧氧狀態下進行，可以大大降低NOx煙氣的排放。
4.熱效率更高本實用新型的高效環保管式爐儘管不需設置對流室及其常規的煙氣餘熱回收系統，但熱效率卻能達到95％以上，遠遠高於傳統的管式爐。本實用新型的高效環保管式爐不會受到酸露點腐蝕的影響，因為蓄熱體材料採用的是新型陶瓷材料，例如莫來石、堇青石作為蓄熱元件，它是耐酸腐蝕最好的材料之一，它比表面積大，熱慣性極低，且便於更換，是一種理想的蓄熱體材料。這種新型陶瓷材料作為蓄熱元件在管式爐上的應用，使得排煙溫度大大降低，排煙溫度可低於100℃，節能效果顯著提高。按一臺20MW的加熱爐計算，若熱效率提高8％，每年可節省燃料1290噸，相當於約130萬元人民幣。
5.投資更低高效環保管式爐由於不需設置對流室及其常規的煙氣餘熱回收系統，僅有一個輻射室，並且爐管受熱全部集中在熱交換係數最高的輻射室進行，因此可以減小爐子尺寸，降低築爐造價，省略金屬換熱器和傳統的高煙囪，降低投資。一般來說，在加熱爐熱負荷相同的情況下，採用高效環保管式爐比傳統管式爐的爐體尺寸約減小30％，一次性投資和運行總費用明顯減少。對於一臺傳統的40MW的催化重整加熱爐，投資約2000萬元人民幣，若採用本高效環保管式爐，加上熱效率提高所節省的費用，第一年可節省費用約560萬元人民幣，經濟效益相當可觀。
總之，本實用新型的高效環保管式爐通過運用蓄熱技術實現了空氣高溫預熱和更高的熱效率；通過運用貧氧燃燒技術實現了低NOx排放，更有利於環保；通過運用無焰燃燒技術實現了更高的爐管表面熱強度，從而節省投資。
具體實施方式
參見圖2，圖中展示了一種高效環保管式爐，包括爐管1、爐體2、耐火爐襯3、燃料噴嘴4、蓄熱體5、輔助噴嘴6、換向閥7、排煙、送風管道8、爐膛9，爐體2呈長方體狀；耐火爐襯3設在爐體2內壁上；由耐火爐襯3所圍成的空間構成了一個爐膛9；用於加熱介質的爐管1呈上下迴轉、彼此平行的垂直直線盤設於爐膛9內(參見圖3A)，介質沿爐管上的箭頭的方向進入爐膛內加熱；在爐體2相對的側壁上並穿過耐火爐襯3設有至少一對用於向爐膛9噴射燃料的燃料噴嘴4，在與燃料噴嘴4相鄰處的爐體2相對的側壁上設有一對排煙、送風管道8，所述的排煙、送風管道8內設有蓄熱體5，所述的一對排煙、送風管道8通過四通換向閥7交叉相連；在所述的爐體2的底部設有輔助噴嘴6，該輔助噴嘴6在剛開始點燃爐子時使用。
當使用時，先利用輔助噴嘴點燃爐子，從爐體一側的排煙、送風管8排出煙氣，煙氣經過排煙、送風管8內的蓄熱體5，將熱量儲存在蓄熱體內，轉換換向閥7的方向，由此側的燃料噴嘴4噴入燃料，並將空氣自剛剛蓄熱的蓄熱體5的排煙、送風管8送入爐體；此時另一側的排煙、送風管8用於排煙氣，並將熱量儲存在蓄熱體內；再轉換換向閥7的方向，交替使用兩側的燃料噴嘴4和排煙、送風管8。
參見圖3A、3B、3C、3D，圖3A、3B中展示了爐管的呈垂直來回盤設的排布方式，圖3C、3D的爐管呈水平方向排布方式，爐管也可以為圓環狀盤設置(圖中未示)，因為整個爐膛內無燃燒死點，所以爐管可以布滿整個爐膛內。
實施例二，參見圖4，圖中展示的管式爐，其具有多個爐膛的爐體的結構，爐體2呈長方體狀；耐火爐襯3設在爐體2內壁上；由耐火爐襯3所圍成的空間構成了爐膛9，所述的爐膛9內設有一個耐火隔牆10將爐膛分隔成兩個爐膛9』，且在每個爐膛9』的爐體2壁上分別設有一對用於向爐膛9』噴射燃料的燃料噴嘴4和一對排煙、送風管道8，所述的排煙、送風管道8內設有蓄熱體5。所述的耐火隔牆10為自爐體底面延伸至爐體上面的全封閉式的耐火隔牆10』；耐火隔牆10當然也可以根據需要製成半封閉式的隔牆10」(圖中未示)。所述的燃料噴嘴4外接有燃料管道11，在所述的燃料管道11內設有蓄熱體5，且所述的一對燃料管道11的中間通過所述的四通換向閥7連接。
在實施例一和實施例二中，所述的蓄熱體5的形狀呈蜂窩網狀的柱狀結構，或者形狀呈多數散置的小球狀。其可以採用莫來石、堇青石等陶瓷材料製成。
權利要求1.一種高效環保管式爐，包括爐體(2)、設在爐體(2)內壁上的耐火爐襯(3)、由耐火爐襯(3)所圍成的空間構成爐膛(9)、設在所述的爐膛(9)內的用於加熱介質的爐管(1)，其特徵在於在爐體(2)壁上並穿過耐火爐襯(3)設有至少一對用於向爐膛(9)噴射燃料的燃料噴嘴(4)，在與燃料噴嘴(4)相鄰處的爐體(2)壁設有至少一對排煙、送風管道(8)，所述的排煙、送風管道(8)內設有蓄熱體(5)，所述的一對排煙、送風管道(8)通過四通換向閥(7)交叉相連。
2.根據權利要求1所述的高效環保管式爐，其特徵在於所述的爐膛(9)內至少設有一個耐火隔牆(10)將爐膛分隔成至少兩個爐膛(9』)。
3.根據權利要求2所述的高效環保管式爐，其特徵在於所述的耐火隔牆(10)可以為自爐體底面延伸至爐體上面的全封閉式的耐火隔牆(10』)，或者是半封閉式的隔牆(10」)其中的一種。
4.根據權利要求1或2或3其中之一所述的高效環保管式爐，其特徵在於在所述的爐體(2)上設有輔助噴嘴(6)。
5.根據權利要求1或2或3其中之一所述的高效環保管式爐，其特徵在於所述的燃料噴嘴(4)外接有燃料管道(11)，在所述的燃料管道(11)內設有蓄熱體(5)，且所述的一對燃料管道(11)的中間通過所述的四通換向閥(7)連接。
6.根據權利要求1或2或3其中之一所述的高效環保管式爐，其特徵在於所述的蓄熱體(5)為陶瓷所製成的、形狀呈蜂窩網狀的柱狀結構或者形狀呈多數散置的小球狀中的一種。
7.根據權利要求5所述的高效環保管式爐，其特徵在於所述的蓄熱體(5)為陶瓷所製成的、形狀呈蜂窩網狀的柱狀結構或者形狀呈多數散置的小球狀中的一種。
8.根據權利要求1或2或3其中之一所述的高效環保管式爐，其特徵在於所述的爐體(2)的形狀為圓柱形、長方體、正方體或多稜柱狀其中的一種。
9.根據權利要求1或2或3其中之一所述的高效環保管式爐，其特徵在於所述的爐管(1)的排列分布形式為呈直線狀來回盤繞狀或呈圓盤狀層疊盤繞中的一種。
專利摘要本實用新型涉及一種高效環保管式爐,包括:爐體、設在爐體內壁上的耐火爐襯、由耐火爐襯所圍成的空間構成爐膛、設在所述的爐膛內的用於加熱介質的爐管,在爐體壁上並穿過耐火爐襯設有至少一對用於向爐膛噴射燃料的燃料噴嘴,在與燃料噴嘴相鄰處的爐體壁設有至少一對排煙、送風管道,所述的排煙、送風管道內設有蓄熱體,所述的一對排煙、送風管道通過四通換向閥交叉相連。該管式爐採用的是高溫蓄熱式貧氧燃燒技術,這種技術能夠最大限度地回收煙氣的顯熱,能將空氣或燃料氣預熱幾乎接近爐膛內煙氣的溫度,使爐膛內燃料充分、均勻燃燒。
文檔編號F23C7/00GK2506874SQ0127109
公開日2002年8月21日 申請日期2001年11月21日 優先權日2001年11月21日
發明者郎清江 申請人:郎清江