全氫罩式退火爐用燒嘴及採用其的廢氫引入燃燒方法

2023-10-18 01:40:19

專利名稱：全氫罩式退火爐用燒嘴及採用其的廢氫引入燃燒方法
技術領域：
本發明涉及燒嘴技術領域，具體涉及一種應用於全氫罩式退火爐上將廢氫引入加熱罩燃燒的高速燒嘴及採用其的廢氫燃燒方法。
背景技術：
全氫罩式退火爐是將鋼卷在100%氫氣狀態下進行光亮無氧化退火的一種爐型， 爐內純氫作為保護氣體進行強對流循環，該爐型具有生產效率高、產品機械性能均勻，表面光潔度高等諸多優點，在國內外很多鋼鐵企業得到了廣泛的推廣和應用，成為與連續退火爐並駕齊驅的一種爐型。熱吹是全氫罩式爐退火工藝中一個不可缺少的環節，所謂熱吹就是將冷軋過後的鋼卷在100%的氫氣下加熱的同時，為了防止殘存在帶鋼表面的軋制液揮發而造成爐氣的露點上升形成氧化氣氛，而採取的防止氧化的工藝措施。該方法是將含有軋制液的高露點純氫排除，再補充經過淨化的純氫。對於這種含有軋制液的廢氫，通常有兩種處理方式一種是將其向大氣或車間進行直接排放，這種方法不僅不符合國家環保規定的要求，而且對燃料資源是一種極大的浪費；另一種方法是對罩式爐加熱罩添加氫氣燒嘴，通過長明點火燒嘴引燃廢氫，使熱吹產生的廢氫重新進入加熱罩進行燃燒，這種方法雖然能夠實現對廢氫的回收利用，但需要設置完整的氫氣燃燒管路，同時添加氫氣燒嘴和點火燒嘴，燃燒系統配置較為複雜。同時由於廢氫產生具有間斷性特點，在燃燒系統配置上氫氣燒嘴的加入，影響全氫罩式退火爐加熱罩各層之間能力分配的均勻性，從而對加熱罩內爐溫均勻性產生影響。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種全氫罩式退火爐用燒嘴及採用其的廢氫引入燃燒方法，能夠實現對熱吹廢氫的高速燃燒，對廢氫進行回收利用的同時，實現對燃燒系統能力分配的優化，簡化燃燒系統配置，提高爐膛溫度均勻性。本發明為解決上述技術問題所採用的技術方案為全氫罩式退火爐用燒嘴，主要包括燃燒室、空氣配風盤、煤氣噴頭、空氣導管、空氣殼體、煤氣殼體、煤氣流通管、雙電極、電極支架、燒嘴支架；燃燒室位於燒嘴出口端，為水平放置圓筒狀柱體，出口直徑相對於進口端直徑呈收縮狀；煤氣噴頭穿過空氣配風盤並與配風盤固定連接後裝配於燃燒室進口端；燃燒室的進口端固定於空氣導管的出口端，空氣導管的進口端連接空氣殼體，空氣殼體進口端與煤氣殼體相連，殼體垂直方向上設有空氣進口 ；煤氣殼體水平方向出口端與空氣殼體連接，煤氣殼體的垂直方向設置煤氣進口，煤氣殼體進口端為水平端面；煤氣流通管從空氣導管中心穿過，出口端與煤氣噴頭固定，進口端連接固定於煤氣殼體上；雙電極沿煤氣殼體的電極安裝孔穿出，通過電極支架導向，並定位於空氣配風盤端部；電極支架位於空氣導管端部靠近配風盤處；燒嘴支架位於煤氣流通管靠近燃燒室側，採用三角支架焊接結構，通過螺栓固定於煤氣流通管上；其特徵在於還設置有廢氫管路，廢氫管路從煤氣殼體和煤氣流通管中心穿出後伸入燃燒室內。
按上述方案，空氣配風盤採用耐熱鋼數控加工成型，配風盤上沿周向均布一圈傾斜通孔，所述通孔由燃燒室進口方向向出口方向往燃燒室中心偏斜；配風邊部周向還均布一圈斜槽型缺口，各斜槽型缺口的徑向槽口均同時順指針或同時逆時針形成斜坡。按上述方案，煤氣噴頭採用耐熱鋼數控加工成型，煤氣噴頭側部開有一圈煤氣環孔，煤氣通過環孔噴出被燃燒室邊壁打散後與三級助燃空氣在燃燒室內混合；煤氣噴頭端部中心開有廢氫管孔，廢氫管路從廢氫管孔穿過伸入燃燒室中將廢氫與空氣、煤氣混合在燃燒室內燃燒；所述煤氣噴頭與煤氣流通管連續焊接固定，煤氣流通管進口端設有可調節長度的連接管。按上述技術方案，廢氫管路進口端採用三通連接，與水平廢氫管路垂直向上的通口為廢氫進口，水平通口的一端設有帶取壓嘴孔的堵頭，另一端由進到出分為兩段，一段與煤氣殼體連接，另一段從煤氣殼體的廢氫管路安裝孔和煤氣流通管中心穿出後伸入燃燒室內。按上述方案，燃燒室整體採用SIC成型，耐溫1400°C;燃燒室進出口直徑及長度由燒嘴功率及設定燃燒廢氫量大小確定。按上述方案，空氣導管為焊接結構件，端部設有壓環及安裝底座，尾部設有安裝法蘭盤，中間採用導管與安裝底座和法蘭盤連續焊接固定。按上述方案，空氣殼體為方形柱體，整體採用碳鋼精密鑄造成型，殼體水平方向兩端分別設有空氣導管安裝法蘭及煤氣殼體安裝法蘭，殼體垂直方向上設有空氣進口法蘭。按上述方案，煤氣殼體採用精密鑄造後加工成型，煤氣殼體水平方向出口端設有與空氣殼體連接的方形配對法蘭，配對法蘭面上設有煤氣管安裝孔；煤氣殼體的垂直方向設置煤氣進口，煤氣進口為內螺紋接口，內部採用垂直通道與煤氣管安裝孔連通。按上述方案，所述雙電極可實現自動點火及火焰監測功能，從煤氣殼體上電極孔穿入，沿煤氣流通管兩側依次通過空氣殼體、空氣導管及電極支架，從配風盤上電極安裝孔穿出；電極端部的打火位置位於配風盤端部，靠近配風盤上打火柱位置。採用上述燒嘴的廢氫引入燃燒方法，其特徵在於包含如下步驟(1)將燒嘴安裝於罩式全氫退火爐加熱罩上，然後分別接通燒嘴的煤氣、氫氣和空氣管道及各管道閥門；(2)無廢氫通入時，僅對該燒嘴供入煤氣和空氣進行煤氣和空氣混合的高速燃燒；(3)廢氫通入後，將燒嘴的煤氣供入量調小，煤氣做長明火使用引燃通入廢氫後， 煤氣、廢氫及空氣在燃燒室內部混合燃燒後，煙氣從燃燒室內部高速噴出，在加熱罩內部做高速對流循環；上述步驟(2)和(3)中，助燃空氣在空氣配風盤處被分為三級，一次空氣通過空氣配風盤上周向均布的傾斜通孔形成交叉高速射流，將煤氣和廢氫打散，加速空燃氣混合；二次空氣通過空氣配風盤邊部周向均布的斜槽型缺口形成高速旋流，加速空氣與煤氣和廢氫的混合強度；三次空氣通過空氣配風盤與燃燒室間的環形間隙噴出，冷卻燃燒室的同時對火焰形狀進行調整；煤氣通過煤氣噴頭的環孔噴出被燃燒室邊壁打散後與三級助燃空氣在燃燒室內混合；廢氫通過管路輸送至煤氣噴頭端部，與空氣、煤氣混合在燃燒室內燃燒。
採用上述技術方案，具有以下有益效果1、既能夠對熱吹廢氫進行回收，利用高速燒嘴對廢氫進行高速燃燒，在回收利用資源的同時，又可以通過煙氣高速對流循環，確保爐膛溫度均勻性。2、將煤氣、廢氫燃燒整合於同一燒嘴中，由於廢氫的產生具有間斷性特點，無廢氫通入時，「煤氣+廢氫」高速燒嘴作為普通燒嘴參與燃燒系統控制；廢氫通入時，煤氣做長明火使用，引燃廢氫，確保廢氫燃燒的安全性及穩定性3、獨特的空氣配風盤和煤氣噴頭設計，空氣在配風盤處被分為三級進行混合燃燒，煤氣採用端面均布射流噴出，加速了煤氣、廢氫及空氣的混合速度，保證燒嘴燃燒的穩定性及點火及火焰監測的可靠性。


圖1為本發明優選實施例的燒嘴結構示意圖(剖視圖)圖2為圖1的B向側視放大圖；圖3為圖1中的空氣配風盤及煤氣噴頭裝配放大結構圖(透視圖)；圖4為圖1中的的燃氣管路組件結構放大圖；圖5為本發明優選實施例的燒嘴與罩式全氫退火爐加熱罩安裝結構示意圖(立體圖)。
具體實施例方式以下結合實施實例及附圖對本發明作進一步說明，但不限定本發明。圖1-4所示為根據本發明實施的全氫罩式退火爐用燒嘴內部結構，它包括燃燒室 1，燃燒室1為水平放置筒狀柱體，整體採用SIC陶瓷澆注成型，耐溫等級可達1400°C，煤氣、 廢氫及空氣在燃燒室1內完成混合、點火及燃燒過程。燃燒室1出口端直徑略有收縮，進口端設有安裝壓板。燃燒室1進出口直徑及長度根據燒嘴功率及設計燃燒廢氫量大小確定。 空氣配風盤2採用耐熱鋼數控加工成型，安裝於燃燒室1的進口端，空氣配風盤2的安裝位置根據火焰長度及形狀略有調整。助燃空氣在空氣配風盤2處被分為三級，一次空氣通過空氣配風盤2上周向均布的一圈傾斜通孔(如圖3所示)形成交叉高速射流，將煤氣和廢氫打散，加速空燃氣混合，所述通孔由燃燒室進口方向向出口方向往燃燒室中心偏斜；二次空氣通過空氣配風盤2邊部周向均布的一圈斜槽型缺口(如圖3所示)形成高速旋流，加速空氣與煤氣和廢氫的混合強度，各斜槽型缺口的徑向槽口均同時順指針或同時逆時針形成斜坡；三次空氣通過空氣配風盤2與燃燒室1間的環形間隙噴出，冷卻燃燒室1的同時對火焰形狀進行調整；煤氣噴頭3與空氣配風盤2焊接固定，煤氣噴頭3採用耐熱鋼數控加工成型，側部(如圖4所示)開有一圈煤氣環孔，煤氣通過環孔噴出通過燃燒室1邊壁打散後與三級助燃空氣在燃燒室1內混合燃燒，煤氣噴頭3端部中心開有廢氫管孔，廢氫通過設置在煤氣流通管4內的廢氫管路11輸送至煤氣噴頭3端部，與空氣、煤氣在燃燒室內1混合燃燒。煤氣噴頭3與煤氣流通管4連續焊接固定，煤氣流通管4進口端設有可調節長度的連接管5，可調整流通管整體長度，從而調節空氣配風盤2及煤氣噴頭3在燃燒室中1中的位置，使燃氣、廢氫及空氣混合距離更為合理。連接管5兩端為內外螺紋接口，分別與煤
6氣殼體8及煤氣流通管4密封連接。煤氣流通管4從空氣導管6中心穿過，空氣導管6為筒狀焊接結構件，進口端通過空氣導管安裝法蘭與空氣殼體7連接，出口端通過卡環和壓蓋將燃燒室1固定。空氣殼體7為方形柱體，整體採用碳鋼精密鑄造成型，殼體水平方向一端設置空氣安裝法蘭，另一端設置與煤氣殼體8相連的煤氣殼體安裝法蘭，殼體垂直方向上設有空氣進口法蘭9。空氣殼體7通過煤氣殼體安裝法蘭與煤氣殼體8螺栓連接固定。 煤氣殼體8採用精密鑄造後加工成型，水平方向一端設有與空氣殼體7的煤氣殼體安裝法蘭連接的方形配對法蘭，配對法蘭面上設有煤氣管安裝孔，煤氣殼體8的垂直方向設置煤氣進口 10，煤氣進口 10為內螺紋接口，內部採用垂直通道與煤氣管安裝孔連通。煤氣殼體 8另一端為水平端面，設有雙電極孔、廢氫管路安裝孔、窺視孔安裝孔、接地螺栓安裝孔及取壓嘴安裝孔。廢氫管路11、雙電極13分別穿過煤氣殼體8並固定於其上。廢氫管路11從煤氣殼體8內部煤氣通道穿出，沿煤氣流通管4正中心插入到燃燒室1內。廢氫管路11進口端採用三通連接，與廢氫管路11垂直向上的通口為廢氫進口 12，水平通口的一端設有帶取壓嘴孔的堵頭，另一端由進到出分為兩段，一段通過螺紋接口與煤氣殼體8連接，另一段從煤氣殼體8和煤氣流通管4中心穿出後伸入燃燒室1內。圖4已經表示出雙電極13從煤氣殼體8上電極孔穿入，沿煤氣流通管4兩側依次通過空氣殼體7、空氣導管6及電極支架14，從空氣配風盤2上電極安裝孔穿出。電極支架 14位於煤氣流通管4中部，電極支架14上設有電極導管，對雙電極13有導向及定位作用。 燒嘴支架15位於煤氣流通管4靠近燃燒室1部位，採用三角支架焊接結構，通過螺栓固定於煤氣流通管4上。圖5給出了全氫罩式退火爐用燒嘴在罩式全氫退火爐上的安裝及使用的實施方式，在該實施例中，「煤氣+廢氫」全氫罩式退火爐用高速燒嘴16通過空氣殼體7的空氣安裝法蘭固定於罩式爐加熱罩爐殼17上，空氣安裝法蘭與爐殼17間添加密封墊，並連接空氣、 煤氣接口 ；將全氫罩式退火爐內罩產生的廢氫通過廢氫導管引出與燒嘴的廢氫接口連接。燒嘴16的廢氫管道18、煤氣管道19上均設有電磁閥20和手閥21，作為廢氫管道 18及煤氣管道19自動開閉使用；燒嘴16的空氣管道22設手閥21 —個，燒嘴16採用自動點火及火焰監測。當無廢氫通入時，廢氫管道18上電磁閥20關閉，煤氣管道19上電磁閥打開，空氣、煤氣通入燒嘴，燒嘴16作為普通高速燒嘴使用參與罩式爐燃燒系統控制，通過合理的配置加熱罩各層之間燒嘴數量和能力，保證供熱能力均衡，確保爐膛溫度均勻性。廢氫產生後，廢氫管道18上電磁閥20打開，廢氫通入，此時調小燒嘴16煤氣量，煤氣改做長明火使用，用於在燃燒室1內引燃廢氫，確保廢氫燃燒的安全性及穩定性。廢氫通入燒嘴後，被煤氣長明火引燃，在燃燒室內完成與煤氣、空氣混合燃燒過程，從燃燒室1出口高速噴出，在加熱罩內部做高速對流循環，與其餘高速燒嘴配合參與燃燒系統控制。以上所揭露的僅為本發明的較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，因此依本發明申請專利範圍所作的等效變化，仍屬本發明的保護範圍。
權利要求
1.全氫罩式退火爐用燒嘴，主要包括燃燒室、空氣配風盤、煤氣噴頭、空氣導管、空氣殼體、煤氣殼體、煤氣流通管、雙電極、電極支架、燒嘴支架；燃燒室位於燒嘴出口端，為水平放置圓筒狀柱體，出口直徑相對於進口端直徑呈收縮狀；煤氣噴頭穿過空氣配風盤並與配風盤固定連接後裝配於燃燒室進口端；燃燒室的進口端固定於空氣導管的出口端，空氣導管的進口端連接空氣殼體，空氣殼體進口端與煤氣殼體相連，殼體垂直方向上設有空氣進口 ； 煤氣殼體水平方向出口端與空氣殼體連接，煤氣殼體的垂直方向設置煤氣進口，煤氣殼體進口端為水平端面；煤氣流通管從空氣導管中心穿過，出口端與煤氣噴頭固定，進口端連接固定於煤氣殼體上；雙電極沿煤氣殼體的電極安裝孔穿出，通過電極支架導向，並定位於空氣配風盤端部；電極支架位於空氣導管端部靠近配風盤處；燒嘴支架位於煤氣流通管靠近燃燒室側，採用三角支架焊接結構，通過螺栓固定於煤氣流通管上；其特徵在於還設置有廢氫管路，廢氫管路從煤氣殼體和煤氣流通管中心穿出後伸入燃燒室內。
2.根據權利要求1所述的燒嘴，其特徵在於空氣配風盤採用耐熱鋼數控加工成型，配風盤上沿周向均布一圈傾斜通孔，所述通孔由燃燒室進口方向向出口方向往燃燒室中心偏斜；配風邊部周向還均布一圈斜槽型缺口，各斜槽型缺口的徑向槽口均同時順指針或同時逆時針形成斜坡。
3.根據權利要求1或2所述的燒嘴，其特徵在於煤氣噴頭採用耐熱鋼數控加工成型， 煤氣噴頭側部開有一圈煤氣環孔，煤氣通過環孔噴出被燃燒室邊壁打散後與三級助燃空氣在燃燒室內混合；煤氣噴頭端部中心開有廢氫管孔，廢氫管路從廢氫管孔穿過伸入燃燒室中將廢氫與空氣、煤氣混合在燃燒室內燃燒；所述煤氣噴頭與煤氣流通管連續焊接固定，煤氣流通管進口端設有可調節長度的連接管。
4.根據權利要求3所述的燒嘴，其特徵在於廢氫管路進口端採用三通連接，與水平廢氫管路垂直向上的通口為廢氫進口，水平通口的一端設有帶取壓嘴孔的堵頭，另一端由進到出分為兩段，一段與煤氣殼體連接，另一段從煤氣殼體的廢氫管路安裝孔和煤氣流通管中心穿出後伸入燃燒室內。
5.根據權利要求4所述的燒嘴，其特徵在於燃燒室整體採用SIC成型，耐溫1400°C； 燃燒室進出口直徑及長度由燒嘴功率及設定燃燒廢氫量大小確定。
6.根據權利要求5所述的燒嘴，其特徵在於空氣導管為焊接結構件，端部設有壓環及安裝底座，尾部設有安裝法蘭盤，中間採用導管與安裝底座和法蘭盤連續焊接固定。
7.根據權利要求6所述的燒嘴，其特徵在於空氣殼體為方形柱體，整體採用碳鋼精密鑄造成型，殼體水平方向兩端分別設有空氣導管安裝法蘭及煤氣殼體安裝法蘭，殼體垂直方向上設有空氣進口法蘭。
8.根據權利要求1或2或4-7之一所述的燒嘴，其特徵在於煤氣殼體採用精密鑄造後加工成型，煤氣殼體水平方向出口端設有與空氣殼體連接的方形配對法蘭，配對法蘭面上設有煤氣管安裝孔；煤氣殼體的垂直方向設置煤氣進口，煤氣進口為內螺紋接口，內部採用垂直通道與煤氣管安裝孔連通。
9.根據權利要求8所述的燒嘴，其特徵在於所述雙電極可實現自動點火及火焰監測功能，從煤氣殼體上電極孔穿入，沿煤氣流通管兩側依次通過空氣殼體、空氣導管及電極支架，從配風盤上電極安裝孔穿出；電極端部的打火位置位於配風盤端部，靠近配風盤上打火柱位置。
10. 一種採用上述權利要求之一所述燒嘴的廢氫引入燃燒方法，其特徵在於包含如下步驟(1)將燒嘴安裝於罩式全氫退火爐加熱罩上，然後分別接通燒嘴的煤氣、氫氣和空氣管道及各管道閥門；(2)無廢氫通入時，僅對該燒嘴供入煤氣和空氣進行煤氣和空氣混合的高速燃燒；(3)廢氫通入後，將燒嘴的煤氣供入量調小，煤氣做長明火使用引燃通入廢氫後，煤氣、 廢氫及空氣在燃燒室內部混合燃燒後，煙氣從燃燒室內部高速噴出，在加熱罩內部做高速對流循環；上述步驟(2)和(3)中，助燃空氣在空氣配風盤處被分為三級，一次空氣通過空氣配風盤上周向均布的傾斜通孔形成交叉高速射流，將煤氣和廢氫打散，加速空燃氣混合；二次空氣通過空氣配風盤邊部周向均布的斜槽型缺口形成高速旋流，加速空氣與煤氣和廢氫的混合強度；三次空氣通過空氣配風盤與燃燒室間的環形間隙噴出，冷卻燃燒室的同時對火焰形狀進行調整；煤氣通過煤氣噴頭的環孔噴出被燃燒室邊壁打散後與三級助燃空氣在燃燒室內混合; 廢氫通過管路輸送至煤氣噴頭端部，與空氣、煤氣混合在燃燒室內燃燒。
全文摘要
本發明涉及一種全氫罩式退火爐用燒嘴及採用其的廢氫引入燃燒方法，主要包括燃燒室、空氣配風盤、煤氣噴頭、空氣導管、煤氣流通管、雙電極；將煤氣、廢氫燃燒整合於同一燒嘴中，廢氫通入時，煤氣做長明火使用，引燃廢氫，確保廢氫燃燒的安全性及穩定性；空氣在配風盤處被分為三級進行混合燃燒，煤氣採用端面均布射流噴出，加速了煤氣、廢氫及空氣的混合速度，保證燒嘴燃燒的穩定性及點火及火焰監測的可靠性，利用高速燒嘴對廢氫進行高速燃燒，在回收利用資源的同時，通過煙氣高速對流循環，確保爐膛溫度均勻性。
文檔編號C21D9/677GK102424910SQ201110385130
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月28日 優先權日2011年11月28日
發明者冀勇, 徐少春, 沈小軍, 高陽 申請人:中冶南方(武漢)威仕工業爐有限公司