專利名稱：一種脈沖燃燒蓄熱式金屬鎂還原爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有色金屬加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種脈沖燃燒蓄熱式金屬鎂還原 爐，應(yīng)用脈沖燃燒控制技術(shù)的蓄熱式高溫還原法提煉鎂的豎罐還原爐。
背景技術(shù)：
國內(nèi)的鎂還原爐一般都采用連續(xù)燃燒控制的形式，這種模式下燒嘴的調(diào)節(jié)比一般 為1 4左右，當(dāng)還原爐處在升溫工況時，燒嘴滿負(fù)荷工作，燃?xì)饬魉?、火焰形狀、熱效率?可達(dá)到最佳設(shè)計狀態(tài)；但當(dāng)還原爐處在保溫工況時，燒嘴流量接近其最小流量，熱負(fù)荷最 小，燃?xì)饬魉俅蟠蠼档?，火焰長度達(dá)不到要求，造成還原爐中部爐溫明顯低于兩端爐溫，達(dá) 不到工藝的爐溫均勻性要求，所以目前大多數(shù)鎂還原爐控制效果不佳?，F(xiàn)行的豎罐金屬鎂還原爐燒嘴沿兩側(cè)端墻相對布置，火焰燃燒在距燒嘴噴口一定 距離處達(dá)到溫度和熱流量的高點，火焰最高溫度點溫度過高，導(dǎo)致爐溫不均，并使得布置在 爐中間和兩端的還原罐在爐長方向上溫差過大，由于溫度波動大，致使還原罐易損耗；隨著 還原爐安裝還原罐數(shù)量的增加，爐體更長，連續(xù)燃燒控制無法實現(xiàn)爐內(nèi)溫度場的均勻性。而傳統(tǒng)橫罐金屬鎂還原爐中火焰和煙氣翻過擋火墻進(jìn)入爐膛，自上而下經(jīng)過還原 罐，很快由吸火孔排出爐膛，排煙溫度高達(dá)1000°c左右；還原罐平臥固定在爐膛中，這種還 原罐的結(jié)構(gòu)以及布罐方式十分不便于進(jìn)出料的操作，不利于采用機械化手段，嚴(yán)重影響了 生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種脈沖燃燒蓄熱式金屬鎂還原爐，解決了現(xiàn)有豎罐金屬 鎂還原爐的缺陷，應(yīng)用脈沖燃燒控制技術(shù)，提高燒嘴的負(fù)荷調(diào)節(jié)比，穩(wěn)定燃?xì)鈬姵鏊俣?，?高傳熱效率，實現(xiàn)燃燒氣氛的精確控制；燃燒器沿爐膛長度方向布置，燃燒氣體沿爐寬方向 形成U型火焰，增加爐膛內(nèi)的對流換熱，強化溫度場的均勻性，減少燃料的消耗，并提高還 原罐的使用壽命；應(yīng)用蓄熱式燃燒技術(shù)以及利用虹吸原理產(chǎn)生的煙氣卷吸效應(yīng)，充分利用 煙氣余熱，最大限度的節(jié)約能源，并且減少污染物的排放。本發(fā)明包括爐頂1、爐體2、還原罐3、蓄熱式燒嘴4、煙氣管路5、空氣管路6、煤氣 管路7、脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)8，以“脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)”替代傳統(tǒng)的連續(xù)燃燒控 制系統(tǒng)，脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)8連接煙氣管路5、空氣管路6和煤氣管路7，通過控制管 路氣體流量與流速來控制蓄熱式燒嘴4的火焰燃燒狀態(tài)，保證爐內(nèi)溫度場均勻穩(wěn)定在沿 爐長方向上的單側(cè)爐墻上均勻布置蓄熱式燒嘴4，根據(jù)爐墻高度要求布置2-4層，相鄰兩列 燒嘴為一組，相繼作為燃燒口與排煙口，進(jìn)行燃燒與蓄熱，氣體在爐膛內(nèi)沿爐寬方向形成U 型火焰，加大氣體流動換熱；同組燒嘴的空氣管路6和煤氣管路7分別接脈沖燃燒蓄熱式控 制系統(tǒng)8所控I、II換向閥的左上接口，煙氣管路5接脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)8所控I、 11兩個換向閥的右上接口，脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)8所控I換向閥的左下接口接A組蓄 熱式燒嘴4的煤氣入口，右下接口接B組蓄熱式燒嘴4的煤氣入口，脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)8所控II換向閥的左下接口接A組蓄熱式燒嘴4的空氣入口，右下接口接B組蓄熱式燒 嘴4的空氣入口 ；脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)8根據(jù)爐體2上所布置的爐溫和爐壓檢測裝置 反饋的信號，通過PLC預(yù)設(shè)程序進(jìn)行自動周期換向控制與脈沖時間控制；爐頂1由耐高溫預(yù) 制蓋板拼接而成，預(yù)制蓋板以耐高溫的陶瓷錨固磚替代傳統(tǒng)的金屬錨固鉤作為填充物，預(yù) 制蓋板上根據(jù)還原罐直徑以及間距進(jìn)行開孔，還原罐的中心距為650-850mm。所述的脈沖燃燒蓄熱式系統(tǒng)8包括爐溫和爐壓檢測裝置、PLC中樞控制系統(tǒng)、執(zhí)行 裝置。爐溫和爐壓檢測裝置布置于爐體2上，通過補償導(dǎo)線連接PLC中樞控制系統(tǒng)；執(zhí)行裝 置布置于燃?xì)夤苈方涌谔?，通過電纜連接于PLC中樞控制系統(tǒng)上；PLC中樞控制系統(tǒng)根據(jù)爐 體爐溫和爐壓檢測裝置反饋的信號，通過預(yù)設(shè)的PLC程序?qū)θ細(xì)夤苈穼嵤┎倏?，進(jìn)行自動 周期換向控制與脈沖時間控制。脈沖燃燒蓄熱式系統(tǒng)8采用間斷燃燒的方式，使用脈寬調(diào) 制技術(shù)，通過調(diào)節(jié)燃燒時間的占空比(即通斷比指在一串理想的脈沖序列中，正脈沖的持 續(xù)時間與脈沖總周期的比值)實現(xiàn)還原爐的溫度控制。所述還原罐3在爐膛內(nèi)采取垂直方式布置，兩排為一組，每組還原罐之間根據(jù)燃 氣的流速與流量留有800-1250mm的燃燒通道，作為燒嘴噴射所形成的U型火焰的區(qū)域，出 渣方式為上部進(jìn)料上部出渣，或上部進(jìn)料下部出渣。所述蓄熱式燒嘴4為空煤氣雙蓄熱燒嘴或空氣單蓄熱燒嘴。本發(fā)明的工作原理在于1、將結(jié)合了脈沖燃燒控制技術(shù)與高效蓄熱式技術(shù)的“脈沖燃燒蓄熱式系統(tǒng)”應(yīng)用 于金屬鎂還原爐，使蓄熱式燒嘴在升溫工況和保溫工況下都處于滿負(fù)荷工作，保證燃?xì)饬?速、火焰形狀、熱效率達(dá)到最佳設(shè)計狀態(tài)，實現(xiàn)火焰長度在兩種工況下的一致，避免還原爐 中部溫度偏低，同時，由于能保證燃?xì)飧吡魉?，使得蓄熱式燒嘴在虹吸原理作用下，能夠?qū)?爐膛內(nèi)的高溫?zé)煔饩砦M(jìn)燒嘴的空氣入口并和空氣混合，從而提高空氣入爐前的溫度，降 低爐膛氧含量，最終實現(xiàn)高溫低氧燃燒，增大燃料燃燒效率。2、采用蓄熱式燃燒技術(shù)，在沿爐長方向上的單側(cè)爐墻上均勻布置空煤氣雙蓄熱或 空氣單蓄熱燒嘴，相鄰兩列燒嘴為一組，相繼作為燒嘴與排煙口，交錯進(jìn)行燃燒與蓄熱，氣 體在爐膛內(nèi)形成U型火焰，加大氣體流動換熱，于現(xiàn)行的豎罐還原爐相比較，火焰不再沿支 撐墻過道直接噴射，加大沿爐長方向的氣體流動和換熱，促進(jìn)爐內(nèi)溫度場的穩(wěn)定性，改善還 原罐罐內(nèi)溫度場，減小還原罐的熱應(yīng)力進(jìn)而減小了還原罐變形；同時，由于燒嘴在爐寬方向 交錯燃燒與蓄熱，火焰呈U型環(huán)繞還原罐，燃燒區(qū)域溫度均勻，延長了還原罐使用壽命。從 而避免了以往沿爐長統(tǒng)一換向時，直射火焰在爐膛中部火焰剛度差，爐膛中部溫度低，而在 燒嘴噴口附近時，氣體釋熱強度高，導(dǎo)致燃燒溫度過高，造成在高溫位置的還原罐過早氧化 燒損。本發(fā)明的積極效果(1)提高燒嘴的負(fù)荷調(diào)節(jié)比，加強爐內(nèi)溫度場的均勻性本發(fā)明一改以往連續(xù)燃 燒的保溫工況下降低氣流速度傳統(tǒng)形式，創(chuàng)造性地采用間斷燃燒，減少保溫工況下供氣時 間的方式，使燒嘴噴射時均處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，從而使噴射的火焰長度保持一致，保證燒 嘴工作在最佳燃燒狀態(tài)燃?xì)鈬姵鏊俣瓤?，使周圍形成?fù)壓，在虹吸原理作用下將爐膛內(nèi) 的高溫?zé)煔饩砦M(jìn)燒嘴的空氣入口并和空氣充分?jǐn)嚢杌旌?，使燃?xì)鉁囟扰c爐內(nèi)煙氣溫度接 近；同時，由燒嘴獨特布置所實現(xiàn)的U型火焰增加了爐膛內(nèi)的對流換熱，提高了爐內(nèi)溫度場的均勻性，從而提高了成品鎂的品質(zhì)；減少高溫燃?xì)鈱Ρ患訜狍w的直接熱沖擊，延長了還原 罐體的使用壽命1-2倍。(2)可實現(xiàn)燃燒氣氛的精確控制目前傳統(tǒng)的連續(xù)燃燒控制將助燃空氣的富余量 留得很大，達(dá)不到最佳的節(jié)能和控制過剩氧含量(或過剩空氣系數(shù))的要求。采用脈沖燃 燒控制方式，可以將煤氣和空氣壓力一次性調(diào)整到合適值，在系統(tǒng)投入運行后，只需保持這 兩個壓力穩(wěn)定即可。對壓力進(jìn)行測量和控制要比流量簡單得多，可以根據(jù)系統(tǒng)的實際情況 采取全自動控制，也可以采取人工手動控制。(3)脈沖燃燒控制系統(tǒng)簡單可靠、造價低廉與連續(xù)燃燒控制相比，脈沖燃燒控制 系統(tǒng)中參與控制的儀表大大減少，僅有溫度傳感器、全功能隔斷型兩位三通換向閥和自控 系統(tǒng)，省略了大量價格昂貴的流量調(diào)節(jié)(電動調(diào)節(jié)閥)機構(gòu)。并且，由于脈沖燃燒控制只 需要兩位式開關(guān)控制，執(zhí)行機構(gòu)也由原來的電動調(diào)節(jié)閥變?yōu)槿δ芨魯嘈蛢晌蝗〒Q向閥 (兩位四通換向閥)，增加了系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)整體造價。(4)熱效率高，節(jié)能降耗本發(fā)明采用彌散直燃技術(shù)和專用蓄熱燃燒器，經(jīng)蓄熱體 預(yù)熱的空氣和煤氣，燃燒前已由常溫變高溫，燃燒更完全，并能保證爐膛溫度均勻；采用蓄 熱式燃燒技術(shù)可以將煙氣余熱利用到幾乎接近極限的程度，最大限度地回收煙氣潛熱，排 煙溫度由原來的1000°c降低到150°C以下，余熱回收率可達(dá)80%，是常規(guī)熱回收裝置的1. 3 倍，節(jié)能降耗非常明顯。(5)環(huán)保效果好本發(fā)明使用的蓄熱式燃燒技術(shù)和在虹吸原理作用下實現(xiàn)的爐膛 內(nèi)高溫?zé)煔饩砦Ч粌H節(jié)約了能源，降低了煙氣排放量，而且大大降低了煙氣中S02、NOx 等有害氣體的含量，保證排入大氣中的煙氣可達(dá)國家排放標(biāo)準(zhǔn)，防止污染環(huán)境。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，爐頂1、爐體2、還原罐3、蓄熱式燒嘴4圖2為本發(fā)明的工作原理圖。其中，煙氣管路5、空氣管路6、煤氣管路7、脈沖燃燒 控制系統(tǒng)8
具體實施例方式參見圖1-圖2，本發(fā)明包括爐頂1、爐體2、還原罐3、蓄熱式燒嘴4、煙氣管路5、空 氣管路6、煤氣管路7、脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)8。在沿爐長方向上的單側(cè)爐墻上均勻布置 蓄熱式燒嘴4，相鄰兩列燒嘴為一組，放置于火焰過道對應(yīng)位置的爐墻上，根據(jù)爐墻高度要 求布置2-4層，每層均設(shè)偶數(shù)個，以保證每兩個燒嘴控制火焰呈U型，相繼作為燒嘴與排煙 口 ；同組燒嘴的空氣管路6和煤氣管路7分別接脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)8所控I、II兩 個換向閥的左上接口，煙氣管路5分別接脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)8所控I、II兩個換向閥 的右上接口，脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)8所控I換向閥的左下接口接A組蓄熱式燒嘴4的 煤氣入口，右下接口接B組蓄熱式燒嘴4的煤氣入口，脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)8所控II 換向閥的左下接口接A組蓄熱式燒嘴4的空氣入口，右下接口接B組蓄熱式燒嘴4的空氣 入口，脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)8根據(jù)爐體2上所布置的爐溫和爐壓檢測裝置反饋的信號， 通過PLC預(yù)設(shè)程序進(jìn)行自動周期換向控制與脈沖時間控制；爐體2內(nèi)的還原罐3垂直吊掛 于爐體鋼結(jié)構(gòu)(未圖示)上，兩排為一組，每排數(shù)量試爐體寬度適當(dāng)調(diào)整，每組還原罐之間
5根據(jù)燃?xì)獾牧魉倥c流量留有800-1250mm的燃燒通道，作為燒嘴噴射所形成的U型火焰的區(qū) 域。 本發(fā)明工作原理如圖2所示空煤氣供應(yīng)系統(tǒng)包括煙氣管路5、空氣管路6、煤氣管 路7和脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)8，空、煤氣各置一個獨立通道，設(shè)置相應(yīng)的鼓風(fēng)機，通過脈 沖燃燒控制系統(tǒng)8后連接蓄熱式燒嘴4對應(yīng)的空煤氣接口，還原爐采用周期性間斷燃燒的 方式，當(dāng)還原爐處在升溫工況時，燒嘴燃燒時間加長，間斷時間減小，當(dāng)還原爐處在保溫工 況時，燒嘴燃燒時間減小，間斷時間加長，保證保溫階段對煤氣和空氣的供應(yīng)量為升溫階段 的1/4，燒嘴噴射時均處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，從而使噴射的火焰長度保持一致，爐內(nèi)溫度場 保持均勻穩(wěn)定。當(dāng)一組燒嘴中一列在作為燒嘴燃燒的時候，相鄰的另一列則作為排煙口用 來排煙。經(jīng)過一個換向周期后，通過脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)8的切換，原來作為燒嘴燃燒 的一列燒嘴變?yōu)榕艧熆谟脕砼艧煟瓉碛脕砼艧煹牧硪涣袩靹t作為燒嘴燃燒。交替燃 燒和排煙的過程中，燒嘴后部的蓄熱室將高溫?zé)煔馑鶖y帶的熱量回收并釋放給燃料和助燃 空氣，燃料燃燒的過程中，將這部分熱量又重新帶回到爐內(nèi)；同時，蓄熱式燒嘴4應(yīng)用虹吸 技術(shù)，能夠?qū)t膛內(nèi)的高溫?zé)煔饩砦M(jìn)燒嘴的空氣入口并和空氣混合，從而再次提高了空 氣入爐前的溫度，降低了爐膛的氧含量，最終實現(xiàn)高溫低氧燃燒，增大燃料燃燒效率。
權(quán)利要求
一種脈沖燃燒蓄熱式金屬鎂還原爐，包括爐頂、爐體、還原罐、蓄熱式燒嘴、煙氣管路、空氣管路、煤氣管路；其特征在于，脈沖燃燒蓄熱式系統(tǒng)(8)替代連續(xù)燃燒控制系統(tǒng)，脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)(8)連接煙氣管路(5)、空氣管路(6)和煤氣管路(7)，通過控制管路氣體流量與流速來控制蓄熱式燒嘴(4)的火焰燃燒狀態(tài)，保證爐內(nèi)溫度場均勻穩(wěn)定在沿爐體長方向上的單側(cè)爐墻上均勻布置蓄熱式燒嘴(4)，根據(jù)爐墻高度要求布置2 4層，相鄰兩列燒嘴為一組，相繼作為燃燒口與排煙口，進(jìn)行燃燒與蓄熱，氣體在爐膛內(nèi)沿爐寬方向形成U型火焰，加大氣體流動換熱；同組燒嘴的空氣管路(6)和煤氣管路(7)分別接脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)(8)所控I、II換向閥的左上接口，煙氣管路(5)接脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)(8)所控I、II兩個換向閥的右上接口，脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)(8)所控I換向閥的左下接口接A組蓄熱式燒嘴(4)的煤氣入口，右下接口接B組蓄熱式燒嘴(4)的煤氣入口，脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)(8)所控II換向閥的左下接口接A組蓄熱式燒嘴(4)的空氣入口，右下接口接B組蓄熱式燒嘴(4)的空氣入口；脈沖燃燒蓄熱式控制系統(tǒng)(8)根據(jù)爐體(2)上所布置的爐溫和爐壓檢測裝置反饋的信號，通過PLC預(yù)設(shè)程序進(jìn)行自動周期換向控制與脈沖時間控制。
2.如權(quán)利要求1所述的大型立式金屬鎂還原爐，其特征在于，還原罐(3)在爐膛內(nèi)采取 垂直方式布置，兩排為一組，每組還原罐之間根據(jù)燃?xì)獾牧魉倥c流量留有800-1250mm的燃 燒通道，作為燒嘴噴射所形成的U型火焰的區(qū)域，出渣方式為上部進(jìn)料上部出渣，或上部進(jìn) 料下部出渣。
3.如權(quán)利要求1所述的還原爐，其特征在于，蓄熱式燒嘴(4)為空煤氣雙蓄熱燒嘴或空 氣單蓄熱燒嘴。
4.如權(quán)利要求1所述的還原爐，其特征在于，所述的脈沖燃燒蓄熱式系統(tǒng)(8)包括爐 溫和爐壓檢測裝置、PLC中樞控制系統(tǒng)、執(zhí)行裝置；爐溫和爐壓檢測裝置布置于爐體(2)上， 通過補償導(dǎo)線連接PLC中樞控制系統(tǒng)，執(zhí)行裝置布置于燃?xì)夤苈方涌谔?，通過電纜連接于 PLC中樞控制系統(tǒng)上；PLC中樞控制系統(tǒng)根據(jù)爐體爐溫和爐壓檢測裝置反饋的信號，通過預(yù) 設(shè)的PLC程序?qū)θ細(xì)夤苈穼嵤┎倏?，進(jìn)行自動周期換向控制與脈沖時間控制；脈沖燃燒采 用間斷燃燒的方式，通過調(diào)節(jié)燃燒時間的占空比實現(xiàn)還原爐的溫度控制。
5.如權(quán)利要求1所述的還原爐，其特征在于，爐頂(1)由耐高溫預(yù)制蓋板拼接而成。
6.如權(quán)利要求5所述的還原爐，其特征在于，預(yù)制蓋板以耐高溫的陶瓷錨固磚替代傳 統(tǒng)的金屬錨固鉤作為填充物，預(yù)制蓋板上根據(jù)還原罐直徑以及間距進(jìn)行開孔。
全文摘要
一種脈沖燃燒蓄熱式金屬鎂還原爐，屬于有色金屬加工技術(shù)領(lǐng)域。包括爐頂、爐體、還原罐、蓄熱式燒嘴、煙氣管路、空氣管路、煤氣管路；脈沖燃燒蓄熱式系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的連續(xù)燃燒控制系統(tǒng)，在沿爐長方向上的單側(cè)爐墻上均勻布置蓄熱式燒嘴3-4層。優(yōu)點在于，應(yīng)用脈沖燃燒控制技術(shù)，提高燒嘴的負(fù)荷調(diào)節(jié)比，穩(wěn)定燃?xì)鈬姵鏊俣?，提高傳熱效率，實現(xiàn)燃燒氣氛的精確控制；燃燒器沿爐膛長度方向布置，燃燒氣體沿爐寬方向形成U型火焰，增加爐膛內(nèi)的對流換熱，強化溫度場的均勻性，減少燃料的消耗，并提高還原罐的使用壽命；應(yīng)用蓄熱式燃燒技術(shù)以及利用虹吸原理產(chǎn)生的煙氣卷吸效應(yīng)，充分利用煙氣余熱，最大限度的節(jié)約能源，并且減少污染物的排放。
文檔編號C22B26/22GK101942574SQ20101029523
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者馮娜, 王建宏, 鄭克明 申請人:北京沃克能源科技有限公司