專利名稱：直接回熱燃燒的火焰式加熱爐及工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有高溫煙氣余熱回收裝置的火焰式加熱爐及該加熱爐的工作方法，
屬加熱爐技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，公知的帶有高溫煙氣余熱回收系統(tǒng)的火焰式加熱爐采用的是蓄熱式燃燒技術(shù)。 蓄熱式燃燒技術(shù)集蓄熱系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和爐體結(jié)構(gòu)于一身，蓄熱系統(tǒng)、排煙系 統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)對稱布置在爐體兩側(cè)，當一側(cè)處于排煙狀態(tài)(熱周期)時，另一側(cè)處于燃料 供應(yīng)狀態(tài)(冷周期)，過一段時間兩側(cè)狀態(tài)進行切換。蓄熱體處于排煙狀態(tài)時，高溫煙氣 流過蓄熱體并向其放熱，蓄熱體獲得熱量被加熱至高溫，煙氣放出熱量溫度下降至15(TC 左右排入大氣；蓄熱體處于燃料供應(yīng)狀態(tài)時，空氣和燃料分別流過各自蓄熱體并從蓄熱體
吸熱，蓄熱體放出熱量溫度下降，空氣和燃料從蓄熱體吸熱溫度上升至100(TC左右，然 后進入爐膛進行彌漫式燃燒。兩側(cè)狀態(tài)通過換向系統(tǒng)進行切換， 一般情況下每小時有 2(T30個換向周期。蓄熱式燃燒方式與傳統(tǒng)的燃燒方式相比有許多優(yōu)點。 一是蓄熱式燃燒 方式具有先進的彌漫式燃燒方式，它可將火焰邊界擴展到整個爐膛，使爐膛溫度十分均勻， 不易形成局部高溫，不但提高了加熱質(zhì)量，而且可以降低了氧化率；二是蓄熱式燃燒方式 具有很高的余熱回收率及溫度效率，可將空、煤氣均預(yù)熱至800-IOO(TC，不但擴大了燃 料的使用范圍，使傳統(tǒng)加熱爐不能利用的劣質(zhì)燃料(如高爐煤氣)變成優(yōu)質(zhì)燃料，還大大 降低了爐子的單位燃料消耗量，減少了有害氣體的排放量；三是由于余熱回收裝置可以承 受較高溫度，爐子取消了預(yù)熱段，這使得爐膛總體溫度水平可以提高到加熱過程允許的最 高水平，使加熱爐的單位生產(chǎn)率大大提高。由于以上優(yōu)點，蓄熱式燃燒方式被迅速推廣應(yīng) 用于各種火焰加熱過程中。
盡管蓄熱式燃燒方式有很大優(yōu)點，但是，自從該技術(shù)投入工業(yè)運行以來，大量生產(chǎn)實 踐證明，由于該技術(shù)自身的局限，蓄熱式燃燒方式從一開始就存在了一些該燃燒方法自身 難以解決的、對加熱過程及加熱設(shè)備有嚴重不利影響的缺陷。眾所周知蓄熱式燃燒方式屬 于切換回熱燃燒方式，煙氣與空氣、煤氣間的熱量交換是通過中間熱載體(蓄熱體)來傳
遞的，蓄熱體工作中的冷、熱周期，即蓄熱、放熱過程的切換必須通過換向系統(tǒng)頻繁換向 才能實現(xiàn)，這種頻繁換向給火焰加熱爐的工作過程帶來以下幾方面的不利影響
(1) 由于每個換向過程都要經(jīng)歷"切斷煤氣-一換向-一重新輸入煤氣"的過程，因此每 次換向都會使爐內(nèi)火焰消失一次，滅火時間一般在三分鐘左右，火焰的頻繁滅火與著火引 起了爐溫的頻繁波動，這不但使傳熱溫壓頻繁下降，造成傳熱速率的降低，還使整個爐襯 工作溫度頻繁變化，引起爐襯溫度應(yīng)力加大，容易造成爐襯開裂，到處跑煙冒火，增加了 爐子事故率，降低了爐子作業(yè)率，縮短了爐體壽命，嚴重影響爐子正常運行及生產(chǎn)過程。
(2) 換向過程引起爐膛壓力的大幅度波動。大量的生產(chǎn)實踐證明，當換向切斷煤氣后爐 壓一般降至-30Pa左右，換向后爐壓又會猛升至+75Pa以上，然后在數(shù)秒后緩緩回落，在 每次換向周期中有兩次爐壓的大幅度波動。爐壓的大幅頻繁波動使加熱爐自控系統(tǒng)對壓力 的控制難度加大，不能使加熱爐爐壓長期在某個穩(wěn)定值之下工作，這就造成加熱爐工作過 程不夠穩(wěn)定，容易出現(xiàn)燃燒工況無法準確調(diào)節(jié)等各種各樣的問題。
(3) 蓄熱體本身工作在很高溫度下，頻繁換向又使蓄熱體溫度也在頻繁劇烈變化，在高 溫及巨大熱沖擊作用下，蓄熱體經(jīng)常出現(xiàn)熔化、軟化、變形、破裂、堵塞等問題。在生產(chǎn) 中，蜂窩式蓄熱體使用壽命一般在3-6個月，甚至有一個星期就大量碎裂的情況。蜂窩體 出現(xiàn)問題后使排煙和燃料、空氣供應(yīng)受阻，嚴重影響生產(chǎn)。
(4) 加熱爐換向時，換向閥與噴嘴之間管道中的煤氣會被抽出爐外，造成燃料損失，換 向周期越短，該項損失越大。
(5) 由于在蓄熱燃燒方式中，燃燒基本都處于不穩(wěn)態(tài)工況下進行，這就使得爐膛內(nèi)燃燒 過程、傳熱過程、氣體流動過程的復(fù)雜性大大增加，再加上生產(chǎn)條件的復(fù)雜多樣性，因此 很難建立起與生產(chǎn)實際相符合的、比較精確的加熱模型，正因如此，時下絕大部分加熱爐 的自動控制及自動調(diào)節(jié)水平都很低，盡管自控系統(tǒng)的投入率很高，但使用率很低，有時甚 至完全放棄自動控制改手動控制，使加熱爐事故率大幅上升，爐子作業(yè)率大幅下降。
由以上分析可以看出，頻繁換向是造成蓄熱燃燒過程不穩(wěn)定、加熱爐事故率高，爐
子作業(yè)率低的直接原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于解決上述已有技術(shù)之缺陷而提供一種預(yù)熱溫度效率高、不需要換向、加 熱過程穩(wěn)定的直接回熱燃燒的火焰式加熱爐及工作方法。 本發(fā)明所稱問題是由以下技術(shù)方案解決的
一種直接回熱燃燒的火焰式加熱爐，構(gòu)成中包括爐體、換熱裝置、送風裝置和排煙 裝置，其特別之處是所述爐體兩側(cè)分別設(shè)有空氣燃料入口-和高溫煙氣出口-，其中每側(cè) 的空氣燃料入口與另 一側(cè)高溫煙氣出口位置相對應(yīng)設(shè)置。
上述直接回熱燃燒的火焰式加熱爐，所述換熱裝置為位于爐體兩側(cè)的高效換熱器4， 每個高效換熱器設(shè)有四個接口即低溫煙氣出口、高溫煙氣進口、高溫空氣燃料出口、低 溫空氣燃料進口，所述各高效換熱器的高溫煙氣進口與爐體的高溫煙氣出口接通；高效換 熱器的高溫空氣燃料出口與爐體的空氣燃料入口接通；高效換熱器的低溫煙氣出口和低溫 空氣燃料進口分別連通排煙裝置的煙道和送風裝置的冷風道及煤氣管道。
上述直接回熱燃燒的火焰式加熱爐，所述高效換熱器的高溫煙氣進口與低溫煙器出 口位置對應(yīng)；高溫空氣燃料出口與低溫空氣燃料進口位置對應(yīng)，所述高效換熱器內(nèi)設(shè)有蜂 窩換熱體，其內(nèi)壁設(shè)有保溫層。
上述直接回熱燃燒的火焰式加熱爐，所述排煙裝置由相互連通的煙道、引風機、煙 囪組成，所述送風裝置由相互連通的送風機、冷風道組成。
上述直接回熱燃燒的火焰式加熱爐工作方法，冷空氣及煤氣由冷風道及冷煤氣管道、 高效換熱器的低溫空氣燃料進口連續(xù)不斷的進入高效換熱器中，在其內(nèi)吸熱，被預(yù)熱至 80(TC以上，經(jīng)高溫空氣出口及位于同側(cè)爐體上的空氣燃料入口噴入爐膛進行擴散燃燒， 爐內(nèi)采用彌散燃燒方式，燃燒產(chǎn)物與爐內(nèi)鋼坯進行換熱后離開爐膛由爐體另一側(cè)的高溫煙 氣出口及該側(cè)高效換熱器的高溫煙氣進口進入該側(cè)高效換熱器中并在其中放出余熱，加熱 空氣及煤氣，燃燒產(chǎn)物溫度降至15(TC左右后經(jīng)低溫煙氣出口由煙道進入引風機、煙囪排 入大氣。
本發(fā)明在保留蓄熱式燃燒技術(shù)優(yōu)點的情況下，克服其存在的缺陷，它仍然采用高溫排 煙方式，但換熱過程采用直接回熱方式，無需換向，爐溫、爐壓不再頻繁波動，爐膛中的 燃燒過程非常穩(wěn)定，從而，解決了因換向造成的爐體易開裂、預(yù)熱器熔化、軟化、變形、 破裂、堵塞等問題，大大降低了爐子事故率，提高了爐子作業(yè)率，為加熱爐穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn) 提供了有強有力的技術(shù)支持。另外，采用本發(fā)明技術(shù)，燃燒過程、傳熱過程、氣體流動過 程都接近穩(wěn)態(tài)過程，過程參數(shù)間的關(guān)系比非穩(wěn)態(tài)過程簡單，可以建立比較精確的加熱模型， 有利于加熱爐實現(xiàn)比較精確的自動控制及調(diào)節(jié)，使加熱質(zhì)量、加熱過程都處于較優(yōu)參數(shù)下， 大大增加了加熱爐的可控性、可調(diào)性、安全性、適應(yīng)性。


圖l是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖2是高效換熱器結(jié)構(gòu)示意圖3是圖1的A-A剖視圖。
附圖中標號表示如下l.煙囪；2.引風機；3.煙道；4.高效換熱器；4一1.低溫 煙氣出口； 4一2.高溫煙氣進口； 4一3.高溫空氣燃料出口； 4一4.低溫空氣燃料進口 ； 4 —5.保溫層；4一6蜂窩換熱體；5.爐體；5_1.空氣燃料入口； 5_2.高溫煙氣出口； 6.火焰；7.鋼坯；8.水管；9.冷風道；10.送風機；ll.煤氣管道。
具體實施例方式
參看圖l，本發(fā)明直接回熱燃燒的火焰式加熱爐的構(gòu)成中包括爐體5、換熱裝置、送 風裝置和排煙裝置，爐體5兩側(cè)分別設(shè)有空氣燃料入口 5 — 1和高溫煙氣出口 5—2，其中 每側(cè)的空氣燃料入口與另一側(cè)高溫煙氣出口位置相對應(yīng)設(shè)置。加熱爐爐體相同一側(cè)的兩個 口的工作狀態(tài)不同，且某一側(cè)上部口處于排煙狀態(tài)時，下部口處于燃料及空氣供應(yīng)狀態(tài)， 而另一側(cè)上部口處于燃料及空氣供應(yīng)狀態(tài)，下部口處于排煙狀態(tài)。所述排煙裝置由相互連 通的煙道3、引風機2、煙囪1組成，送風裝置由相互連通的送風機IO、冷風道9組成。 (注圖1中給出的是本發(fā)明直接回熱燃燒的火焰式加熱爐其中一個截面的結(jié)構(gòu)示意圖， 在其它截面上的結(jié)構(gòu)設(shè)置和工作狀況亦如此。)
參看圖1 3，所述換熱裝置為位于爐體兩側(cè)高效換熱器4，每個高效換熱器設(shè)有四個 接口即低溫煙氣出口4一1、高溫煙氣進口4—2、高溫空氣燃料出口4一3、低溫空氣燃 料進口4一4，各高效換熱器的高溫煙氣進口 4一2與爐體的高溫煙氣出口 5 — 2接通；高 效換熱器的高溫空氣燃料出口 4_3與爐體的空氣燃料入口 5 — 1接通；高效換熱器的低溫 煙氣出口 4一1和低溫空氣燃料進口 4一4分別連通排煙裝置的煙道3和送風裝置冷風道9 及煤氣管道11。高效換熱器的高溫煙氣進口 4一2與低溫煙氣出口 4一1位置對應(yīng)；高溫 空氣燃料出口 4一3與低溫空氣燃料進口 4一4位置對應(yīng)，高效換熱器內(nèi)設(shè)有蜂窩換熱體4 一6，其內(nèi)壁設(shè)有保溫層4一5。高效換熱器的作用是將高溫煙氣中的熱量交換至煤氣及助 燃空氣中，也就是將高溫煙氣余熱返回加熱爐中用來加熱鋼坯。
高溫空氣、煤氣噴入爐膛后一邊流動， 一邊進行彌漫式燃燒形成火焰6，火焰的實際 邊界擴展到整個爐膛周界，爐溫非常均勻?；鹧嫱ㄟ^輻射及對流傳熱方式將熱量傳給鋼坯
7，鋼坯在均勻、可控的爐溫下按要求進行控制升溫。水管8對鋼坯有支撐作用，以便實 現(xiàn)對鋼坯的雙面加熱，水管的冷卻方式有水冷卻及汽化冷卻兩種方式。 本發(fā)明的工作方法如下-
帶壓冷煤氣和經(jīng)送風機10加壓后的冷空氣，由冷煤氣管道11及冷風道9連續(xù)不斷的 經(jīng)低溫空氣燃料進口 4一4進入高效換熱器4中，并在高效換熱器中吸熱，被預(yù)熱至800 'C以上，然后經(jīng)由高溫空氣燃料出口4一3、空氣燃料入口5—1噴入爐膛進行擴散燃燒。 采用先進的彌散燃燒方式，火焰6的邊界擴展到整個爐膛周界，爐膛內(nèi)沒有局部溫度很高 的火炬，所以爐溫非常均勻，這非常有利于爐溫的精確控制、減少鋼坯的氧化、防止產(chǎn)生 加熱缺陷及避免粘鋼事故。燃燒產(chǎn)物與鋼坯7進行適當換熱后離開爐膛，經(jīng)爐體的高溫煙 氣出口5—2和高效換熱器的高溫煙氣進口4一2進入高效換熱器4中并在其中放出余熱用 來加熱空氣及煤氣，當燃燒產(chǎn)物溫度降至15(TC左右后經(jīng)由低溫煙氣出口4—1、煙道3、 引風機2、煙囪l排入大氣。
上述直接回熱燃燒的工作方法與現(xiàn)有蓄熱式燃燒工作方法相比最大的區(qū)別在于蓄熱 式燃燒技術(shù)中，加熱爐同側(cè)的上、下部噴口都有換熱設(shè)備且工作狀態(tài)相同，即同時為排煙 狀態(tài)或燃料供應(yīng)狀態(tài)，加熱爐兩側(cè)狀態(tài)定期進行換向。本發(fā)明直接回熱燃燒方法中，爐體 上、下部口共用同一個換熱器，換熱連續(xù)不間斷進行，同側(cè)上部口與下部口的工作狀態(tài)不 同，這就使每個口的工作狀態(tài)恒定，作為燃料及空氣供應(yīng)的口可以永遠作為燃燒入口，作 為排煙的口永遠作為排煙口，各口工作狀態(tài)不用切換，火焰沒有中斷現(xiàn)象，燃燒過程、氣 體流動過程、傳熱過程均為穩(wěn)態(tài)過程，消除了爐溫、爐壓頻繁波動的現(xiàn)象，使加熱爐燃燒 過程控制及調(diào)節(jié)、傳熱過程控制及調(diào)節(jié)的精度大大提高，鋼坯的加熱質(zhì)量有了較好的保證 條件，同時加熱爐生產(chǎn)率有大幅度提高，自控系統(tǒng)的有效使用率也大大提高。另外，爐溫、 爐壓穩(wěn)定后，爐體、換熱器不再在熱振狀態(tài)下工作，事故率大大降低了，壽命大大延長了， 爐子作業(yè)率也大大提高了。
權(quán)利要求
1.一種直接回熱燃燒的火焰式加熱爐，構(gòu)成中包括爐體、換熱裝置、送風裝置和排煙裝置，其特征在于所述爐體(5)兩側(cè)分別設(shè)有空氣燃料入口(5-1)和高溫煙氣出口(5-2)，其中每側(cè)的空氣燃料入口與另一側(cè)高溫煙氣出口位置相對應(yīng)設(shè)置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直接回熱燃燒的火焰式加熱爐，其特征在于所述換熱裝 置為位于爐體兩側(cè)的高效換熱器(4)，每個高效換熱器設(shè)有四個接口即低溫煙氣出口 (4一l)、高溫煙氣進口 (4一2)、高溫空氣燃料出口 (4_3)、低溫空氣燃料進口 (4一4)， 所述各高效換熱器的高溫煙氣進口 (4一2)與爐體的高溫煙氣出口 (5 — 2)接通；高效換 熱器的高溫空氣燃料出口 (4一3)與爐體的空氣燃料入口 (5 — 1)接通；高效換熱器的低 溫煙氣出口 (4一1)和低溫空氣燃料進口 (4一4)分別連通排煙裝置的煙道(3)和送風 裝置的冷風道(9)及煤氣管道(11)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的直接回熱燃燒的火焰式加熱爐，其特征在于所述高效換 熱器的高溫煙氣進口 (4一2)與低溫煙氣出口 (4一1)位置對應(yīng)；高溫空氣燃料出口 (4 一3)與低溫空氣燃料進口 (4_4)位置對應(yīng)，所述高效換熱器內(nèi)設(shè)有蜂窩換熱體(4一6)， 其內(nèi)壁設(shè)有保溫層(4一5)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的直接回熱燃燒的火焰式加熱爐，其特征在于所述排煙裝 置由相互連通的煙道(3)、引風機(2)、煙囪(1)組成，所述送風裝置由相互連通的送 風機(10)、冷風道(9)組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的直接回熱燃燒的火焰式加熱爐工作方法，其特 征在于冷空氣及煤氣由冷風道(9)及煤氣管道(11)、高效換熱器的低溫空氣燃料進口(4一4)連續(xù)不斷的進入高效換熱器(4)中，在其內(nèi)吸熱，被預(yù)熱至8CKTC以上，經(jīng)高 溫空氣燃料出口 (4一3)及位于爐體同側(cè)的空氣燃料入口 (5 — 1)噴入爐膛進行擴散燃燒， 爐內(nèi)采用彌散燃燒方式，燃燒產(chǎn)物與爐內(nèi)鋼坯(7)進行換熱后離開爐膛由爐體另一側(cè)的 高溫煙氣出口 (5—2)及該側(cè)高效換熱器的高溫煙氣進口 (4_2)進入該側(cè)高效換熱器中 并在其中放出余熱，加熱空氣及煤氣，燃燒產(chǎn)物溫度降至15(TC左右后經(jīng)低溫煙氣出口 (4 一l)由煙道(3)進入引風機(2)、煙囪(1)排入大氣。
全文摘要
一種直接回熱燃燒的火焰式加熱爐及工作方法，屬加熱爐技術(shù)領(lǐng)域，用于解決現(xiàn)有蓄熱式燃燒加熱爐工作狀態(tài)不斷切換的問題。構(gòu)成中包括爐體、換熱裝置、送風裝置和排煙裝置，特別之處是爐體兩側(cè)分別設(shè)有空氣燃料入口和高溫煙氣出口，其中每側(cè)的空氣燃料入口與另一側(cè)高溫煙氣出口位置相對應(yīng)設(shè)置。本發(fā)明方法爐體各口工作狀態(tài)無需切換，工作狀態(tài)穩(wěn)定。本發(fā)明雖仍采用高溫排煙方式，但換熱過程采用直接回熱方式，無需換向，爐溫、爐壓不再頻繁波動，爐膛中燃燒過程非常穩(wěn)定，從而，解決了因換向造成的爐體易開裂、預(yù)熱器熔化、軟化、變形、破裂、堵塞等問題，大大降低了爐子事故率，提高了爐子作業(yè)率，為加熱爐穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)提供了有強有力的技術(shù)支持。
文檔編號F23C5/00GK101113872SQ20071013926
公開日2008年1月30日 申請日期2007年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日
發(fā)明者朱予東, 梁精龍, 王子兵, 斌 趙, 邵淑華 申請人:河北理工大學