專利名稱：馬蹄焰爐窯換熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型工業(yè)爐窯及其換熱系統(tǒng)，尤其涉及一種能夠減少換向時(shí)排放 到大氣中的燃燒劑且降低能耗的馬蹄焰爐窯及其換熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，泡花堿生產(chǎn)廠和中小型玻璃生產(chǎn)廠大多采用雙碹縱火焰爐窯或馬蹄焰爐窯 來(lái)生產(chǎn)泡花堿或玻璃，這兩種形式的爐窯各有利弊雙碹縱火焰爐窯占地面積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、造價(jià)低，不存在燃燒劑(如煤氣)和空氣的換向，但其爐溫低、產(chǎn)能低、能耗高、內(nèi)部結(jié)構(gòu) 易燒壞。而馬蹄焰爐窯產(chǎn)能大、能耗低，但根據(jù)其蓄熱室格子磚的特性和爐窯溫度，通常每 半小時(shí)需要換向一次，而在間歇定時(shí)換向過程中，一側(cè)蓄熱室中已存有的燃燒劑會(huì)隨另一 側(cè)反向而來(lái)的煙氣一同排放到大氣中，不僅污染環(huán)境，而且伴有很大的能源浪費(fèi)。因此比較 先進(jìn)的大型泡花堿爐窯均采用馬蹄焰爐窯，但換向時(shí)的煤氣排放問題一直是困擾本行業(yè)的 技術(shù)難題。粗略估算一臺(tái)55m2馬蹄焰爐窯每次換向要浪費(fèi)掉煤氣SOm3 ；二是該部分煤氣成 分排空，會(huì)給大氣環(huán)境帶來(lái)污染。另一方面，本行業(yè)中不論是蓄熱式馬蹄焰爐窯，還是換熱式縱焰爐，都是通過煙氣 加(換)熱燃燒劑和/或助燃空氣，在這樣的(蓄)換熱系統(tǒng)中，通常是采用六角形格子磚、 圓形筒子磚、薄壁盒子磚砌成的蓄熱室、風(fēng)火道、換熱室等耐火材料和結(jié)構(gòu)。從換熱效率來(lái) 講，這些耐火材料的熱交換效率不如金屬，但在一定的性價(jià)比下，金屬的耐高溫性能達(dá)不到 爐窯的溫度要求，因此本行業(yè)除了在爐窯的低溫段，有的廠家采用廢熱鍋爐回收煙氣余熱 以外，(蓄)換熱系統(tǒng)通常沒有采用金屬材質(zhì)的，這也是造成泡花堿生產(chǎn)的熱利用率低、能 耗高的關(guān)鍵因素之一。雖然也有部分采用金屬材質(zhì)的(蓄)換熱系統(tǒng)，但其設(shè)備本身往往 造價(jià)較高、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，實(shí)用性不好。對(duì)于采用元明粉為原料生產(chǎn)泡花堿的工藝，不論采用蓄熱式馬蹄焰爐窯，還是采 用換熱式縱焰爐，都會(huì)有含硫氧化物隨著煙氣排放到大氣中，因此本申請(qǐng)人申報(bào)了申請(qǐng)?zhí)?為200810138398的發(fā)明專利，即通過后續(xù)的非穩(wěn)態(tài)制酸裝置將煙氣中的二氧化硫進(jìn)行回 收利用，形成循環(huán)經(jīng)濟(jì)。如果前端爐窯采用換熱式縱焰爐，雖然沒有換向問題的干擾，但與 蓄熱式馬蹄焰爐窯相比，產(chǎn)能提不上去，能耗也降不下來(lái)，產(chǎn)品質(zhì)量也由于爐溫低而得不到 保證。但如果采用蓄熱式馬蹄焰爐窯，就存在換向問題，在換向時(shí)夾帶到煙氣中的煤氣中所 含有的一氧化碳會(huì)將煙氣中的二氧化硫/三氧化硫還原為低價(jià)態(tài)的硫，造成煙氣中的二氧 化硫含量瞬時(shí)降低和不穩(wěn)定，對(duì)后續(xù)制酸的連續(xù)、穩(wěn)定操作造成不利影響。國(guó)內(nèi)曾有人為了將蓄熱式馬蹄焰爐窯與換熱式縱焰窯的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，而建造了 換熱式雙馬蹄焰窯，這雖然能解決換向問題，但與蓄熱式馬蹄焰爐窯相比仍然產(chǎn)能低、能耗 高、窯齡短(見楊福盛，“不同馬蹄焰窯型在硅酸鈉生產(chǎn)的應(yīng)用與探討”2001年，第十屆全國(guó) 無(wú)機(jī)硅化合物技術(shù)與信息交流大會(huì)論文集，pl-3)。王振國(guó)曾發(fā)表文章(見“窯爐換向時(shí)黃色煤氣的回收利用”，2008年，第十七屆全 國(guó)無(wú)機(jī)硅化合物技術(shù)與信息交流大會(huì)論文集，P153)，試圖通過不改變馬蹄焰爐窯的基本結(jié)構(gòu)，只是通過在一側(cè)的煙道上開孔，用引風(fēng)機(jī)將蓄熱室中的煤氣引到另一側(cè)的蓄熱室燃燒， 加以回收利用；或?qū)⒚簹饣厥盏綒夤裰?，逐步加到煤氣管道中回收利用。但這樣做的能耗水 平高，操作難度大，而且經(jīng)濟(jì)性和安全性不能同時(shí)得到保證?？傊?，現(xiàn)有技術(shù)都不能從根本 上解決馬蹄焰爐窯經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和環(huán)保問題的矛盾
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種馬蹄焰爐窯換熱系統(tǒng)，其從根本 上解決影響爐窯經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與環(huán)保問題之間的矛盾，進(jìn)而提供一種能夠大大減少換向時(shí)排放 到大氣中的燃燒劑。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案其包括相互連通的爐窯、蓄熱室，爐 窯、蓄熱室至少設(shè)置一個(gè)，系統(tǒng)還包括燃燒劑換熱器、空氣換熱器，燃燒劑換熱器的燃燒劑 入口連接燃燒劑輸入管道，燃燒劑出口通過燃燒劑切換器與爐窯連通，燃燒劑換熱器的煙 氣入口 I通過空氣/煙氣切換器與蓄熱室連通，燃燒劑換熱器的煙氣出口 I與空氣換熱器 的煙氣入口 II連通；空氣換熱器的空氣入口連接空氣輸入管道，空氣換熱器的空氣出口通 過空氣/煙氣切換器與蓄熱室連通，空氣換熱器的煙氣出口 II通過煙氣排出管道將煙氣排 出O燃燒劑換熱器采用金屬材質(zhì)，本發(fā)明用耐高溫金屬換熱器替換掉了現(xiàn)有技術(shù)馬蹄 焰爐窯中龐大的燃燒劑蓄熱室，并且利用安裝在通向爐窯的燃燒劑支管道上的燃燒劑切換 器的切換作用，使換向時(shí)隨煙氣排放掉的燃燒劑近乎為零。煙氣出口 II與煙氣排出管道之間連接廢熱鍋爐。煙氣出口 II與廢熱鍋爐的煙氣 入口 III連通，廢熱鍋爐的煙氣出口 III與煙氣排出管道連接。廢熱鍋爐還設(shè)有軟化水入 口和熱水出口，熱水出口通過熱水輸出管道與爐窯連通。本發(fā)明增加廢熱鍋爐，以提高整個(gè) 系統(tǒng)的熱利用率，降低能耗。 燃燒劑輸入管道中的燃燒劑采用煤氣或者焦化爐氣或者天然氣，本發(fā)明中的燃燒 劑與現(xiàn)有技術(shù)一樣，而爐窯助燃空氣也是由煙囪抽力產(chǎn)生負(fù)壓自吸室內(nèi)空氣或鼓風(fēng)機(jī)鼓入 常溫空氣。本發(fā)明的煙氣系統(tǒng)，是采用煙氣對(duì)空氣和燃燒劑進(jìn)行分段加(換)熱。爐窯包括小爐、配料入口、熔池、終料出口，小爐與燃燒劑切換器連通，熔池的兩側(cè) 分別設(shè)置配料入口和終料出口?？諝?煙氣切換器采用自動(dòng)化控制的三通閥、四通閥、蝶閥、閘板閥、或快速切斷 閥，其功能只要能保證當(dāng)一側(cè)蓄熱室處于空氣進(jìn)入狀態(tài)時(shí)，另一側(cè)蓄熱室處于煙氣排放狀 態(tài)；反之當(dāng)一側(cè)蓄熱室處于煙氣排放狀態(tài)時(shí)，另一側(cè)蓄熱室處于空氣進(jìn)入狀態(tài)。燃燒劑切換器采用球閥、蝶閥、或三通閥，當(dāng)一側(cè)支管道上的閥門處于打開狀態(tài) 時(shí)，另一側(cè)支管道上的閥門處于關(guān)閉狀態(tài)；反之當(dāng)一側(cè)支管道上的閥門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，另 一側(cè)支管道上的閥門處于打開狀態(tài)。本發(fā)明的馬蹄焰爐窯系統(tǒng)去掉了龐大的煤氣蓄熱室，而在換熱系統(tǒng)中改用耐高溫 金屬換熱器代替現(xiàn)有技術(shù)馬蹄焰爐窯系統(tǒng)中的格子體磚煤氣蓄熱室，這樣一方面能夠減小 占地面積、提高熱交換效率，另一方面從耐高溫金屬燃燒劑換熱器出來(lái)的煤氣采用公用管 道輸送至爐窯的小爐下，再用兩條支管道連接到小爐，每條支管道安裝一個(gè)燃燒劑切換器， 換向時(shí)保持處于燃燒側(cè)小爐的燃燒劑切換器開啟、處于回?zé)煔鈧?cè)小爐的燃燒劑切換器關(guān)閉。這樣，換向瞬間被煙氣帶走的燃燒劑幾乎為零，節(jié)約了燃燒劑、減少了污染，兼顧了爐窯 生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保問題。本發(fā)明的馬蹄焰爐窯系統(tǒng)僅在給二段空氣加熱時(shí)采用格子磚蓄熱室，而給燃燒劑 加熱、一段空氣加熱時(shí)全部改為換熱器，而且是金屬換熱器。這樣的技術(shù)方案不但能夠?qū)⑿?熱式馬蹄焰爐窯與換熱式縱焰爐的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，減少了占地面積，而且能夠合理地利用 金屬換熱材料的性能、提高了煙氣傳熱的溫差梯度，熱交換的效率大大提高，設(shè)備壽命和檢 修周期也大大延長(zhǎng)，降低了維修費(fèi)用和泡花堿生產(chǎn)成本。雖然本發(fā)明的一次性投資會(huì)增大， 但泡花堿的綜合生產(chǎn)成本會(huì)降低。發(fā)明巧妙地解決了上述技術(shù)難題，使后續(xù)的非穩(wěn)態(tài)法制硫酸收率得以提高，為本 行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步做出了貢獻(xiàn)。而且與解決換向問題的現(xiàn)有技術(shù)相比，更安全，能耗更低。本發(fā)明所帶來(lái)的有益效果是顯而易見的，與傳統(tǒng)的蓄熱式馬蹄焰爐窯比較，這種 新型爐窯系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性上可使設(shè)備使用壽命延長(zhǎng)5倍，維修費(fèi)用降低80% ；減少了換向時(shí) 燃燒劑的浪費(fèi)，折合可節(jié)約能源10%以上；整個(gè)系統(tǒng)分段逐級(jí)進(jìn)行熱交換，最大限度地提 高了熱利用率，全系統(tǒng)的有效熱利用率可達(dá)45-50%，燃煤消耗量平均可降至220公斤/噸 以下。在環(huán)保方面由于克服了換向操作時(shí)被煙氣夾帶出去的煤氣向大氣中的排放問題，會(huì) 產(chǎn)生積極的社會(huì)效益。特別對(duì)于后續(xù)帶有制酸裝置的元明粉法泡花堿工藝，能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)節(jié) 能、連續(xù)、穩(wěn)定的運(yùn)行。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的爐窯和蓄熱室局部放大圖示意圖；圖3為本發(fā)明的實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.爐窯；2.蓄熱室；3.燃燒劑換熱器；4.空氣換熱器；5.廢熱鍋爐；6.煙 氣排出管道；7.熱水輸出管道；8.空氣輸入管道；9.燃燒劑輸入管道；10.空氣/煙氣切換 器；11.燃燒劑切換器；12.煙氣入口 I;13.煙氣出口 I;14.煙氣入口 II;15.煙氣出口 II; 16.煙氣入口 III ；17.煙氣出口 III ；18.軟化水入口 ；19.熱水出口 ；20.空氣入口 ；21.空 氣出口 ；22.燃燒劑入口 ；23.燃燒劑出口 ；101.終料出口 ；102.熔池；103.配料入口 ； 104. 小爐。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述實(shí)施例1 本發(fā)明的系統(tǒng)包括相互連通的爐窯1、蓄熱室2，爐窯1、蓄熱室2分別設(shè)置兩組，系 統(tǒng)還包括燃燒劑換熱器3、空氣換熱器4，燃燒劑換熱器3的燃燒劑入口 22連接燃燒劑輸入 管道9，燃燒劑出口 23通過燃燒劑切換器11與爐窯1連通，燃燒劑換熱器3的煙氣入口 I 12通過空氣/煙氣切換器10與蓄熱室2連通，燃燒劑換熱器的煙氣出口 I 13與空氣換熱 器的煙氣入口 1114連通；空氣換熱器的空氣入口 20連接空氣輸入管道8，空氣換熱器的空 氣出口 21通過空氣/煙氣切換器10與蓄熱室2連通，空氣換熱器的煙氣出口 1115通過煙 氣排出管道6將煙氣排出。
煙氣出口 1115與煙氣排出管道6之間連接廢熱鍋爐5，煙氣出口 1115與廢熱鍋爐 的煙氣入口 III16連通，廢熱鍋爐的煙氣出口 III17與煙氣排出管道6連接。廢熱鍋爐還 設(shè)有軟化水入口 18和熱水出口 19，熱水出口 19通過熱水輸出管道7與爐窯1連通。燃燒 劑輸入管道9中的燃燒劑采用煤氣或者焦化爐氣或者天然氣。爐窯1包括小爐104、配料 入口 103、熔池102、終料出口 101，小爐104與燃燒劑切換器11連通，熔池102的兩側(cè)分別 設(shè)置配料入口 103和終料出口 101。燃燒劑換熱器3采用金屬材質(zhì)?？諝?煙氣切換器10 采用自動(dòng)化控制的三通閥，燃燒劑切換器11采用三通閥。本爐窯工作時(shí)，通入金屬材質(zhì)的空氣換熱器4管程的常溫空氣，與從耐高溫金屬 材質(zhì)的燃燒劑換熱器3來(lái)的煙氣間接換熱，空氣由20°C換熱至300°C左右，經(jīng)過空氣/煙 氣切換器10去二段蓄熱室2。而從一段空氣換熱器4出來(lái)的經(jīng)過降溫的中、低溫?zé)煔馊U 熱鍋爐5，用于加熱軟化水，為固體泡花堿化料、液體水玻璃提供所需熱水；在二段蓄熱室2 中的耐火材料一耐高溫格子體(磚)經(jīng)過換向前的1380-1100°C高溫?zé)煔庑顭?，在換向后 會(huì)將由一段空氣換熱器4來(lái)的空氣由300°C繼續(xù)加熱至750°C左右，然后去泡花堿的爐窯1 的小爐104助燃，而換向后形成的煙氣經(jīng)空氣/煙氣切換器10去耐高溫金屬的燃燒劑換 熱器3 ；在燃燒劑換熱器3中，通入管程中的煤氣與從二段蓄熱室2來(lái)的約1100°C左右煙 氣間接換熱，將由煤氣發(fā)生爐來(lái)的混合煤氣由350°C換熱至700°C左右，然后通過燃燒劑切 換器11去泡花堿爐窯A的小爐，在高溫空氣助燃劑下燃燒形成馬蹄焰，釋放熱量給泡花堿 的爐窯1的熔池102中的配料，通過連續(xù)加、出料來(lái)實(shí)現(xiàn)泡花堿的連續(xù)生產(chǎn)，同時(shí)所產(chǎn)生的 1380-1IOCTC高溫?zé)煔膺B續(xù)去二段蓄熱室2加熱耐高溫格子體(磚)，換向后耐高溫格子體 (磚)再放熱來(lái)加熱二段空氣。在爐窯1內(nèi)，經(jīng)配比自配料入口 103連續(xù)加入的原料(元明粉+石英砂+還原煤 粉)借助燃燒劑(煤氣、焦化爐氣或天然氣)和助燃空氣的燃燒，形成高溫馬蹄焰，使熔池 102溫度達(dá)到1350-1450°C，原料在熔池102中被加熱熔融和沉勻后從出料口連續(xù)排出爐 夕卜，經(jīng)冷卻成型后獲得固體泡花堿產(chǎn)品；自熔池102出來(lái)的高溫?zé)煔?1380-110(TC )自小 爐104的爐口被引出，在蓄熱室2首先傳熱給耐高溫材料型磚并進(jìn)入煙氣及加熱系統(tǒng)。本發(fā)明的煙氣流程為自熔池102出來(lái)的高溫?zé)煔?1380-110(TC )傳熱給蓄熱室 2的耐高溫材料型磚，定時(shí)換向后耐高溫型磚再加熱二段空氣用于助燃；從蓄熱室2出來(lái)的 中、高溫?zé)煔?1000-85(TC )在耐高溫燃燒劑換熱器3中間接加熱煤氣(或焦化爐氣、天然 氣)；從燃燒劑換熱器3出來(lái)的中溫?zé)煔?700-650°C )在空氣換熱器4中再間接加熱一段 空氣；從空氣換熱器4出來(lái)的低溫?zé)煔?300°C左右)通過廢熱鍋爐5繼續(xù)回收余熱，并產(chǎn)出 熱水(用于將固體泡花堿化料成液體水玻璃)，最終低溫?zé)煔饨?jīng)粉塵凈化等處理步驟以后， 用于非穩(wěn)態(tài)法制硫酸。實(shí)施例2爐窯1、蓄熱室2分別設(shè)置一組。其它同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1.一種馬蹄焰爐窯換熱系統(tǒng)，包括相互連通的爐窯(1)、蓄熱室(2)，其特征在于，爐窯(I)、蓄熱室(2)至少設(shè)置一個(gè)，系統(tǒng)還包括燃燒劑換熱器(3)、空氣換熱器(4)，燃燒劑換熱 器(3)的燃燒劑入口(22)連接燃燒劑輸入管道(9)，燃燒劑出口(23)通過燃燒劑切換器(II)與爐窯⑴連通，燃燒劑換熱器⑶的煙氣入口1(12)通過空氣/煙氣切換器(10)與 蓄熱室(2)連通，燃燒劑換熱器的煙氣出口 1(13)與空氣換熱器的煙氣入口 11(14)連通； 空氣換熱器的空氣入口(20)連接空氣輸入管道(8)，空氣換熱器的空氣出口(21)通過空 氣/煙氣切換器(10)與蓄熱室(2)連通，空氣換熱器的煙氣出口 11(15)通過煙氣排出管 道(6)將煙氣排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬蹄焰爐窯換熱系統(tǒng)，其特征在于，煙氣出口11(15)與煙氣 排出管道(6)之間連接廢熱鍋爐(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的馬蹄焰爐窯換熱系統(tǒng)，其特征在于，煙氣出口11(15)與廢熱 鍋爐的煙氣入口 111(16)連通，廢熱鍋爐的煙氣出口 111(17)與煙氣排出管道(6)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的馬蹄焰爐窯換熱系統(tǒng)，其特征在于，廢熱鍋爐(5)還設(shè)有軟化 水入口(18)和熱水出口(19)，熱水出口(19)通過熱水輸出管道(7)與爐窯⑴連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的馬蹄焰爐窯換熱系統(tǒng)，其特征在于，燃燒劑輸入管道(9)中的 燃燒劑 采用煤氣或者焦化爐氣或者天然氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的馬蹄焰爐窯換熱系統(tǒng)，其特征在于，爐窯(1)包括小爐 (104)、配料入口 (103)、熔池(102)、終料出口 (101)，小爐(104)與燃燒劑切換器(11)連 通，熔池(102)的兩側(cè)分別設(shè)置配料入口(103)和終料出口(101)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的馬蹄焰爐窯換熱系統(tǒng)，其特征在于，燃燒劑換熱器(3)采 用金屬材質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的馬蹄焰爐窯換熱系統(tǒng)，其特征在于，空氣/煙氣切換器(10) 采用自動(dòng)化控制的三通閥、四通閥、蝶閥、間板閥、或快速切斷閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的馬蹄焰爐窯換熱系統(tǒng)，其特征在于，燃燒劑切換器(11)采用 球閥、蝶閥、或三通閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型工業(yè)爐窯及其換熱系統(tǒng)。本發(fā)明的馬蹄焰爐窯換熱系統(tǒng)，包括相互連通的爐窯、蓄熱室，爐窯、蓄熱室至少設(shè)置一個(gè)，系統(tǒng)還包括燃燒劑換熱器、空氣換熱器，燃燒劑換熱器的燃燒劑入口連接燃燒劑輸入管道，燃燒劑出口通過燃燒劑切換器與爐窯連通，燃燒劑換熱器的煙氣入口I通過空氣/煙氣切換器與蓄熱室連通，燃燒劑換熱器的煙氣出口I與空氣換熱器的煙氣入口II連通；空氣換熱器的空氣入口連接空氣輸入管道，空氣換熱器的空氣出口通過空氣/煙氣切換器與蓄熱室連通，空氣換熱器的煙氣出口II通過煙氣排出管道將煙氣排出。發(fā)明為本行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步做出了貢獻(xiàn)。而且與解決換向問題的現(xiàn)有技術(shù)相比，更安全，能耗更低。
文檔編號(hào)C01B33/32GK102042758SQ20101061140
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者李永兆, 陳維芳 申請(qǐng)人:青島美髙集團(tuán)有限公司