蓄熱式高溫空氣燃燒節能環保型梭式窯爐的製作方法

2023-05-09 08:35:41 2

專利名稱：蓄熱式高溫空氣燃燒節能環保型梭式窯爐的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種蓄熱式高溫空氣燃燒節能環保型梭式窯爐，該設備屬於工業窯爐領域的節能環保技術設備。
背景技術：
梭式窯爐(也稱往復窯爐、抽屜窯爐或臺車窯爐)是從傳統的倒焰窯爐演變而來，梭式窯爐屬於間歇式或半連續式窯爐。梭式窯爐與火柴盒的結構很類似，工作過程是 裝有待加熱或待燒成物品的臺車(也稱窯車)推進窯爐內，利用燃料燃燒來完成加熱或燒成工藝，而後再向相反的方向拉出臺車，就得到加熱或燒好的製品。由於臺車的運動如同梭子，故而稱為梭式窯爐。梭式窯爐具有佔地面積小、一次性固定投資相對較少、建設周期短、投產快、生產技術成熟等優勢，同時又具有產品適應性強、升降溫度速度較快、受熱較均勻、操作靈活便捷、易於維修等特點而得到了飛速發展，廣泛應用於冶金、金屬材料熱處理、石油化工、化工、輕工、建材、陶瓷、耐火材料等領域。但由於梭式窯爐採用間歇模式運行，爐牆的蓄熱損失和散熱損失大，排放的煙氣溫度很高，梭式窯爐的最高溫度在1，350-1，650°C，煙氣出口溫度在1，100-1，400°C左右， 造成大量寶貴熱能的浪費，梭式窯爐的熱利用率很低(只有20-40% )，嚴重地阻礙了其發展。節能型梭式窯爐採用輕型薄壁式爐牆結構、內襯使用高溫輕質材料，能夠有效地減少窯爐的蓄熱損失和散熱損失。若對煙氣的餘熱進行回收利用就要使用換熱器，可是當煙氣溫度超過800°C以上時，即使是金屬換熱器也極容易被燒壞，高溫餘熱的回收難以實現。在我國工業窯爐是能耗大戶，其能耗約佔工業能耗的40%，而工業窯爐平均熱利用率普遍較低，只有20%左右，產品平均單耗比發達國家高出40%。可見，提高工業窯爐煙氣餘熱的回收率及燃料的利用率，實現節能減排的目標任務艱巨，但節能降耗的潛力卻是十分巨大的。發明的內容本發明蓄熱式高溫空氣燃燒節能環保型梭式窯爐採用高溫空氣燃燒(HTAC)技術很好地解決上述難題。HTAC技術是20世紀90年代初在燃燒領域誕生的一項全新的燃燒技術，該技術利用蓄熱體將高溫煙氣的餘熱進行極限的回收，再用來預熱助燃空氣，預熱溫度高達 1，000°C，遠高於採用換熱器的預熱溫度，預熱後的高溫空氣進入爐膛後卷吸大量煙氣的形成貧氧環境，燃料在這種高溫貧氧條件下燃燒，形成與傳統的擴散火焰、預混火焰完全不同的新型火焰，火焰沒有明顯的界面如薄霧瀰漫在爐膛空間，燃燒強度大大加強，強化了爐內換熱、縮短了加熱時間；燃燒區無明顯的火焰中心，溫度場分布均勻，平均燃燒溫度較局部高溫火焰燃燒的溫度要低，有效地提高產品的產量和質量的同時還抑制了 NOx及二惡英的生成量；排放的煙氣迅速冷卻，能夠效阻止二惡英的再次合成，煙氣中NOx及二惡英的排放量大大減少。此外，燃燒器中沒有高速燃燒的火焰，燃料是在爐膛空間中燃燒大大降低了燃燒噪音。HTAC技術具有節能效果顯著，加熱質量高，保護環境的突出優點。還解決了低熱值燃料燃燒的點火和脫火的難題。HTAC技術將煙氣餘熱回收技術、高溫空氣燃燒技術和控制技術有機地組成一個完善的高效節能燃燒加熱系統，將HTAC技術與梭式窯爐相結合能起到揚長補短的作用，具有創新的意義。本發明蓄熱式高溫空氣燃燒節能環保型梭式窯爐很好地解決了 HTAC技術與梭式窯爐技術相結合的問題，該窯爐由爐體、成對的蓄熱室或蓄熱式燃燒器、煙氣與空氣的換向閥等組成的高效燃燒、節能加熱系統。系統中的一個蓄熱室加熱空氣，另一個蓄熱室被煙氣加熱(蓄熱)；當常溫空氣由換向閥進入加熱空氣的蓄熱室後，助燃空氣在短時間內被加熱到接近爐膛溫度(一般比爐膛溫度低50-100°C )，高溫空氣進入爐膛組織HTAC、進行加熱或燒成。與此同時，爐膛內燃燒後的高溫煙氣經另一個蓄熱室排出，高溫煙氣在短時間內將顯熱傳遞給其中的蓄熱體回收餘熱，降低溫度後的冷煙氣經過換向閥排放。隨著加熱空氣的蓄熱室溫度的降低，被煙氣加熱的蓄熱室溫度在逐漸升高，當排放的冷煙氣溫度升高到 150-200°C範圍內設定的溫度時，換向閥換向、兩個蓄熱室的工作狀態交換(反向工作)即原來加熱空氣的蓄熱室現在被煙氣加熱，原來被煙氣加熱的蓄熱室現在加熱空氣，重複上述的流程……直至換向閥再次換向回到前一個工作狀態。這樣換向閥以一定的頻率進行切換，使兩個蓄熱室在蓄熱與放熱狀態下交替工作，實現了高溫煙氣餘熱的極限回收和高效的HTAC。蓄熱式高溫空氣燃燒節能環保型梭式窯爐系統技術適應我國的國情，該系統技術用於新建設備和效率低下舊設備的技術改造，都能收到節能降耗、保護環境的顯著效果。能夠為我們帶來顯著的經濟效益和社會效益的同時，還有利於提高我國工業窯爐的技術水平和能源利用水平。


下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步詳細說明。圖I為本發明的一種實施方式的工藝流程2、圖3為圖I實施方式的兩種運行狀態的工藝流程4為本發明的一種實施方式的結構示意圖
具體實施例方式參見圖1，蓄熱式高溫空氣燃燒節能環保型梭式窯爐包括爐體I、臺車2、蓄熱室或蓄熱式燃燒器3、4、燃料噴槍5、6、助燃風及煙氣換向設備7、燃料供應設備8、助燃風供應設備9、煙氣排放設備10、自動控制及安全保護設備11組成。爐體I由鋼製框架、耐火及保溫材料的側牆、頂棚及爐門組成。臺車2由鋼製車體、 車輪、軌道及耐火材料砌築的車臺面組成。蓄熱室或蓄熱式燃燒器3、4，均由殼體、耐火保溫材料及蓄熱體組成；蓄熱體可選用蜂窩陶瓷或耐火小球，也可以兩者同時使用，當兩者同時使用時蓄熱體可分低溫蓄熱段和高溫蓄熱段兩部分，低溫蓄熱段採用蜂窩陶瓷、高溫蓄熱段採用耐火小球。燃料噴槍5、6，依據所使用的燃料而定當使用液體燃料時選用液體霧化噴槍，當使用氣體燃料時選用氣體噴槍；高溫空氣燃燒技術採用多槍布置的方式分區供給燃料，以便更好地發揮高溫貧氧燃燒的優勢，強化燃燒換熱的同時還能大幅度降低煙氣中NOx生成量，高效節能、利於環保。助燃風及煙氣換向設備7，由助燃風及煙氣換向閥及驅動機構組成；助燃風及煙氣換向閥選用迴轉式或直通式管道換向閥，驅動機構採用電動、氣動或液壓作為驅動力。燃料供應設備8，為窯爐提供燃燒加熱的燃料；燃料根據實際情況可選用液體燃料或氣體燃料，供應設備也有所不同液體燃料供應設備，由燃料儲罐、過濾器、燃料泵、溢流閥、電動調節閥、電磁閥、截止閥及管路組成；氣體燃料供應設備，由燃氣儲罐或入氣主管道、過濾器、調壓器、電動調節閥、緊急關斷閥、電磁閥、截止閥及管路組成。助燃風供應設備9，為加熱的燃料燃燒提供氧氣、為爐膛溫度均勻提供攪動空氣； 由鼓風機、蝶閥、電動調節蝶閥、管道組成。在助燃風供應設備中通過調節助燃風供應量來控制爐膛的工作溫度和爐膛的氣氛，滿足加熱或燒成的要求，助燃風供應量的調節採用在鼓風機上加裝變頻器或在供風管道上加裝電動調節蝶閥來實現。煙氣排放設備10，將燃燒加熱後的煙氣從爐膛抽出、排放大氣之中；由引風機、蝶閥、管道及煙 組成。在煙氣排放設備中通過調節煙氣的排放量來控制爐膛的負壓，以滿足加熱或燒成的要求，煙氣排放量的調節採用在引風機上加裝變頻器或在煙道上加裝電動調節蝶閥來實現。自動控制及安全保護設備11，由工控機IPC、可編程控制器PLC、爐膛溫度調節儀、 煙氣溫度調節儀、煙氣氧含量控制儀、爐膛壓力調節儀、變頻器、燃燒器控制器、熱電偶及低壓電器等組成。自動控制功能對窯爐的換向燃燒進行自動控制，對爐膛溫度、爐膛負壓、煙氣含氧量進行自動調節，以滿足窯爐加熱或燒成的工藝要求；安全保護系統的熄火保護、過載保護及運行參數監控等功能，確保系統設備的運行安全可靠。工藝流程參見圖2，當常溫空氣經換向閥進入蓄熱室或蓄熱式燃燒器3內，在經過蓄熱體時被加熱，在短時間內常溫空氣被加熱到接近爐膛溫度(一般比爐膛溫度低 50-100°C )，高溫熱空氣進入爐膛後，抽引周圍爐內的煙氣形成一股貧氧氣流，燃料噴槍5 向氣流中噴入燃料，燃料在高溫貧氧條件下強烈燃燒；同時，爐膛內燃燒後的高溫煙氣經過對應的蓄熱室或蓄熱式燃燒器4排出，高溫煙氣通過蓄熱體時將顯熱傳遞給蓄熱體，換熱後的低溫煙氣經過換向閥由引風機抽出排放。當蓄熱室或蓄熱式燃燒器4排出的煙氣溫度上升到150-200°C範圍內設定的溫度值時，蓄熱式高溫空氣燃燒工況自動切換換向參見圖3，常溫空氣經換向閥進入蓄熱室或蓄熱式燃燒器4內，在經過蓄熱體時被加熱，在極短時間內常溫空氣同樣被加熱到接近爐膛溫度，高溫熱空氣進入爐膛後，亦抽引周圍爐內的氣體形成一股貧氧高溫氣流，燃料噴槍6向氣流中噴入燃料，燃料在高溫貧氧條件下強烈燃燒；爐膛內燃燒後的高溫煙氣經過對應的蓄熱室或蓄熱式燃燒器3排出，高溫煙氣通過蓄熱體時將顯熱傳遞給蓄熱體，換熱後的低溫煙氣經過換向閥由引風機抽出排放。當蓄熱室或蓄熱式燃燒器3排出的煙氣溫度上升到設定的溫度值時，蓄熱式高溫空氣燃燒工況再次切換換向……如此助燃風及煙氣換向設備7在一段時間內、以一定的頻率進行切換換向，使兩個蓄熱室或蓄熱式燃燒器3、4的蓄熱體處於蓄熱與放熱交替工作狀態，能夠最大程度上回收高溫煙氣的顯熱，實現煙氣熱能的循環利用，大大降低燃料的消耗——節能減排。此外， 在高溫貧氧狀態下的燃燒有效地減少了 NOx及二惡英的生成及排放量，對於環境保護具有積極的意義。圖4為本發明的一種實施方式的結構示意圖上述的實施方式都是為便於對本發明進行詳細的說明，並非限制本發明的實施範圍。
權利要求
1.一種蓄熱式高溫空氣燃燒節能環保型梭式窯爐，包括爐體(I)、臺車(2)、蓄熱室或蓄熱式燃燒器(3)、(4)、燃料噴槍(5)、(6)、助燃風及煙氣換向設備(7)、燃料供應設備(8)、 助燃風供應設備(9)、煙氣排放設備(10)、爐溫自動控制及安全保護設備(11)組成；其特徵在於所述的爐體⑴由鋼製的框架、耐火及保溫材料的側牆、頂棚及爐門組成；所述的臺車(2)由鋼製車體、車輪、軌道及耐火材料砌築的車臺面組成；所述的蓄熱室或蓄熱式燃燒器(3)或(4)由殼體、耐火材料、保溫材料及蓄熱體組成；所述的燃料噴槍(5)、(6)依據所使用的燃料而定當使用液體燃料時選用液體霧化噴槍，當使用氣體燃料時選用氣體噴槍; 所述的助燃風及煙氣換向設備(7)由換向閥、換向驅動裝置組成；所述的燃料供應設備(8) 按燃料種類不同分為液體燃料供應設備和氣體燃料供應設備；液體燃料供應設備由燃料儲罐、過濾器、燃料泵、溢流閥、電動調節閥、電磁閥、截止閥及管路組成；氣體燃料供應設備由燃氣儲罐或入氣主管道、過濾器、調壓器、電動調節閥、緊急關斷閥、電磁閥、截止閥及管路組成；所述的助燃風供應設備(9)由鼓風機、蝶閥、電動調節蝶閥、管道組成；所述的煙氣排放設備(10)由引風機、蝶閥、管道及煙囪組成；所述的自動控制及安全保護設備(11)由工控機、可編程控制器、爐溫調節儀、煙氣氧含量控制儀、爐膛壓力調節儀、變頻器、燃燒器控制器、熱電偶及低壓電器組成。
2.根據權利要求I所述的蓄熱式高溫空氣燃燒節能環保型梭式窯爐，其特徵在於所述的蓄熱室或蓄熱式燃燒器(3)、(4)中的蓄熱體選用蜂窩陶瓷、或耐火小球、或蜂窩陶瓷與耐火小球兩者同時使用；當兩種材料同時使用時蓄熱體分低溫蓄熱段和高溫蓄熱段兩部分，低溫蓄熱段採用蜂窩陶瓷、高溫蓄熱段採用耐火小球。
3.根據權利要求I所述的蓄熱式高溫空氣燃燒節能環保型梭式窯爐，其特徵在於所述的燃料噴槍(5)、(6)採用多槍布置的方式分區供給燃料，以便更好地發揮高溫空氣燃燒 (HTAC)的優勢，降低煙氣中NOx及二惡英的生成及排放量，利於環境保護。
4.根據權利要求I所述的蓄熱式高溫空氣燃燒節能環保型梭式窯爐，其特徵在於所述的助燃風及煙氣換向設備(7)中的換向閥選用迴轉式換向閥、或直通式管道換向閥，換向機構採用電動、氣動或液壓驅動。
5.根據權利要求I所述的蓄熱式高溫空氣燃燒節能環保型梭式窯爐，其特徵在於所述的助燃風供應設備(9)中通過調節助燃風供應量來控制爐膛的工作溫度和爐內氣氛，滿足加熱或燒成的要求，助燃風供應量的調節採用在鼓風機上加裝變頻器或在供風管道上加裝電動調節蝶閥來實現。
6.根據權利要求I所述的蓄熱式高溫空氣燃燒節能環保型梭式窯爐，其特徵在於所述的煙氣排放設備(10)中通過調節煙氣的排放量來控制爐膛的負壓，以滿足加熱或燒成的要求，煙氣排放量的調節採用在引風機上加裝變頻器或在煙道上加裝電動調節蝶閥來實現。
全文摘要
本發明公開了一種蓄熱式高溫空氣燃燒節能環保型梭式窯爐，由爐體、蓄熱室或蓄熱式燃燒器、空氣及煙氣換向閥組成的高效節能、燃燒加熱系統。該梭式窯爐採用全新的蓄熱式高溫空氣燃燒(HTAC)技術，通過換向閥的切換，使兩個蓄熱室在蓄熱與放熱狀態下交替工作，高效地回收煙氣的餘熱，再將助燃空氣預熱到1,000℃以上，燃料在高溫貧氧的環境中充分燃燒，很好地解決了燃料的適應性問題，獨特的火焰充滿整個爐膛空間、無局部高溫區，爐內傳熱更強烈、加熱更均勻，有效地提高了產品的產量和加熱質量，抑制了NOx及二惡英的生成和排放總量；還大幅度地降低了燃燒噪音。本發明梭式窯爐具有高效節能、保護環境，經濟效益和社會效益顯著等特點。
文檔編號F27D17/00GK102607267SQ201210073968
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月20日 優先權日2012年3月20日
發明者朱海生 申請人:朱海生