專利名稱：蓄熱-換熱式聯(lián)用加熱爐及其加熱方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)加熱及其余熱回收技術(shù)領域，主要在鋼鐵、有色 金屬冶金，化工，動力，玻璃、陶瓷、耐火等行業(yè)中應用，凡涉及蓄熱一 換熱式聯(lián)用加熱的設備和方法。
二背景技術(shù)：
按余熱回收方式劃分，現(xiàn)有的加熱爐主要包括換熱式加熱爐(常規(guī)加 熱爐)和蓄熱式加熱爐兩種方式。換熱式加熱爐的顯著特征就是在加熱爐 上采用了一種在煙道內(nèi)回收煙氣余熱的裝置——換熱器(又稱預熱器、熱 交換器)。換熱器是利用爐膛排出的廢氣(熱流體)預熱助燃空氣、煤氣
(冷流體)的熱工設備。圖3是已有的換熱式加熱爐示意圖，工作時，高 溫煙氣和被預熱空(煤)氣同時流過間壁的兩側(cè)，煙氣以對流和輻射傳熱 方式將熱量傳給間壁的一側(cè)(高溫側(cè))，經(jīng)過間壁的導熱傳給間壁的另一 側(cè)(低溫側(cè))，再以對流或輻射傳熱方式將熱量傳給被預熱空(煤)氣。 蓄熱式加熱爐的煙氣余熱回收主要是通過爐體兩側(cè)的蓄熱室來實現(xiàn)。圖4 是已有的蓄熱式加熱爐余熱回收過程示意圖，助燃空氣經(jīng)切換閥進入右側(cè) 通道，而后流經(jīng)右側(cè)的蓄熱室吸收蓄熱體儲存的熱量，把助燃空氣預熱到 800°C 1100°C，再經(jīng)過燒嘴噴入爐內(nèi)；與此同時左側(cè)切換閥與引風機相 通，這樣燃燒產(chǎn)物對物料加熱后進入左側(cè)通道，在蓄熱室內(nèi)將煙氣熱量大 部分傳遞給蓄熱體后，以15(TC左右的溫度經(jīng)引風機排入大氣中。間隔一 定時間(蓄熱式燃燒技術(shù)常用的換向時間為30s 200s)后系統(tǒng)運行進入 后半周期，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，切換閥動作，此時煤氣和助燃空氣從左側(cè) 燒嘴噴出并混合燃燒，這時右側(cè)燒嘴變?yōu)闊煹?。高溫煙氣?jīng)引風機的作用 通過右側(cè)，將其蓄熱體加熱后，以15(TC左右的溫度進入切換閥和引風機 排入大氣中，完成一個換向周期。
應用中兩類加熱爐均存在一定的問題和不足。換熱式加熱爐主要存在 的問題有加熱爐不能以低熱值的純高爐煤氣為燃料；不能充分回收煙氣 余熱，加熱爐的熱效率低等。蓄熱式加熱爐主要存在的問題有爐壓高且 波動大，爐口和爐體冒火嚴重，爐門易燒損；爐況難于控制；加熱爐壽命 短等。
隨著企業(yè)生產(chǎn)工藝流程的改造，加熱爐大型化成為滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)所 必需，采用何種爐型何種方式實現(xiàn)加熱爐的大型化值得期待。若通過增加 爐子長度或?qū)挾鹊姆椒▉韺崿F(xiàn)加熱爐大型化，有可能導致加熱爐性能下 降，因而此方法不可取。若采用蓄熱式加熱爐爐型結(jié)構(gòu)實現(xiàn)加熱爐大型化，應考慮擴大蓄熱室容積并增加引風機的排煙能力。在現(xiàn)有蓄熱室的基礎上
繼續(xù)用增加蓄熱室橫截面積來擴大蓄熱室容積難以實現(xiàn);若用增加蓄熱室 長度來實現(xiàn)蓄熱室的擴容，則會增加流動阻力，加大動力消耗，進而影響 蓄熱式加熱爐的節(jié)能效果。即便提高排煙機引力在一定程度上能夠加大排 煙量，但是隨著排煙機引力的加大，將使煙氣流經(jīng)蓄熱室的流速增加，影 響煙氣和蓄熱體之間的蓄熱和換熱效果，導致加熱爐排煙溫度的上升，進 而使蓄熱式加熱爐難以發(fā)揮排煙溫度低的優(yōu)點?？梢?，蓄熱室擴容已成為 蓄熱式加熱爐進一步大型化的瓶頸，為了滿足高效、節(jié)能、低污染的要求， 開發(fā)設計新型加熱爐勢在必行。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明提供一種蓄熱一換熱式聯(lián)用加熱爐及其加熱方法， 其目的是實現(xiàn)加熱爐大型化，克服上述兩種加熱爐的各自缺陷，使兩者的 煙氣余熱回收技術(shù)相得益彰，使純高爐煤氣等低熱值燃料在加熱爐上得以 應用，加熱爐的壓力控制平穩(wěn)，加熱爐的壽命延長。
技術(shù)方案本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的
一種蓄熱一換熱式聯(lián)用加熱爐，其特征在于在該加熱爐內(nèi)同時具有 蓄熱室和換熱器；在加熱爐的前部設置有均熱段、加熱段，在加熱爐的尾 部設有預熱段；在加熱段和均熱段內(nèi)設置有蓄熱式燒嘴和換熱式燒嘴，在 預熱段后設有輔助煙道，在輔助煙道內(nèi)設有換熱器；所述的蓄熱式燒嘴與 蓄熱室相通，蓄熱室為相對設置，相對設置的蓄熱室通過管路、換向裝置 與引風機或鼓風機相連；鼓風機與輔助煙道內(nèi)的換熱器相連，換熱器與換 熱式燒嘴相連。
加熱段分為第一加熱段、第二加熱段或更多加熱段，通過在爐膛內(nèi)橫 向設置的隔墻分開。
在相對設置的與蓄熱室相連的管路上，以及與換熱器相連的管路上設 有聯(lián)動控制閥。
在爐體內(nèi)設置有多個蓄熱式燒嘴和換熱式燒嘴。
一種如上所述的蓄熱—換熱聯(lián)用加熱方法，其特征在于為實現(xiàn)加熱 爐大型化和有效控制爐膛壓力，在一座加熱爐上同時采用蓄熱室和換熱器 兩種煙氣余熱回收裝置，在均熱段、加熱段乃至預熱段采用多點供熱的方 法；其中，在加熱爐前部采用蓄熱燃燒方法，在加熱爐后部采用換熱燃燒 方法，或者相反;蓄熱燃燒產(chǎn)生的煙氣部分地從蓄熱室由引風機強制排出， 剩余煙氣量則匯同換熱燃燒產(chǎn)生的煙氣由爐尾輔助煙道由煙囪自然或強 制排出爐外。
在蓄熱室上的管路與換熱器上的管路上設有聯(lián)動控制閥，通過對聯(lián)動 控制閥的調(diào)整，能夠在一座加熱爐上實現(xiàn)蓄熱式加熱方法和蓄熱一換熱式
聯(lián)用加熱方法兩種形式，以滿足冷物料入爐或熱物料入爐對加熱工藝的要 求。
為保證蓄熱室的熱效率和溫度效率最佳，其排煙量的確定是使排出煙 氣的水當量與被加熱介質(zhì)的水當量兩者相等。
優(yōu)點及效果本發(fā)明所述的蓄熱一換熱式聯(lián)用加熱爐及其技術(shù)的功 效是實現(xiàn)加熱爐大型化，通過蓄熱和換熱技術(shù)的嫁接，煙氣余熱利用率 提高；爐內(nèi)壓力狀況改善，吸風和冒火減少；加熱爐壽命延長，作業(yè)率提 高，加熱爐單位產(chǎn)品燃耗大幅度降低；與蓄熱式爐相比，基本建設投資減 少，運行及維護費用降低；爐體周圍環(huán)境得到改善。
四

圖1是本發(fā)明所述的蓄熱一換熱式聯(lián)用加熱爐的主要結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1的A—A剖面圖3是己有的換熱式加熱爐結(jié)構(gòu)示意圖4是已有的蓄熱式加熱爐結(jié)構(gòu)示意圖。
五具體實施例方式
下面通過附圖對本發(fā)明加以具體描述
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:提供一種蓄熱一換熱式聯(lián)用加熱爐及其技 術(shù)用以回收煙氣余熱，采用均熱段1、加熱段2、 3和預熱段4等多點供 熱制度。既可維持較高的熱效率和加熱能力，又能保證加熱爐的平穩(wěn)運行。 該爐兼顧了蓄熱式加熱爐和換熱式加熱爐的特點，既有換熱式燒嘴，也有 蓄熱式燒嘴；既有煙囪自然排煙，也有引風機強制排煙；既有輔助煙道和 換熱器，也有蓄熱室。
在所述蓄熱一換熱式聯(lián)用加熱爐結(jié)構(gòu)圖上設置有換熱式燒嘴7、蓄熱 式燒嘴5,以及與燒嘴磚相連接的向爐內(nèi)鼓入燃燒介質(zhì)和從爐內(nèi)引出煙氣 并為蓄熱體蓄熱的蓄熱室10、 11。
所述換熱式燒嘴7與鼓風機12和燃料供應系統(tǒng)連接，所述蓄熱室10、 11通過管道、換向裝置13及相應的控制閥分別與鼓風機12和引風機14 相連接。
所述換熱式燒嘴7的數(shù)量取決于爐體的大小和換熱供熱負荷，蓄熱式 燒嘴5的數(shù)量取決于爐體的大小和蓄熱供熱負荷，蓄熱室IO、 ll的數(shù)量 應根據(jù)滿足爐內(nèi)正常燃燒所需空氣量的要求而定。
所述均熱段1、加熱段2、 3、預熱段4的長度根據(jù)具體的物料加熱工 藝而定。
所述蓄熱一換熱式聯(lián)用加熱爐在一座加熱爐上同時采用兩種煙氣余 熱回收技術(shù)。其中，加熱爐前部采用蓄熱式燃燒技術(shù)，而后部采用換熱燃 燒技術(shù)。蓄熱燃燒單元產(chǎn)生的煙氣部分地從蓄熱室10、 ll排出爐外，這部分排煙量根據(jù)高溫煙氣與被加熱介質(zhì)的水當量比確定。除此之外，蓄熱 燃燒產(chǎn)生的剩余煙氣量則匯同換熱燃燒單元產(chǎn)生的煙氣由爐尾輔助煙道
8排出爐外。
所述蓄熱燃燒單元主要包括蓄熱室10、 11、蓄熱式燒嘴5、換向裝置 13、控制閥以及管道系統(tǒng)，換熱燃燒單元主要包括換熱器9、換熱式燒嘴 7和管道系統(tǒng)。
所述輔助煙道8的面積選取應以排煙量及煙氣流速的大小為依據(jù)。
圖中標記
1均熱段、 2第一加熱段、3第二加熱段、4預熱段
5蓄熱式燒嘴、6隔墻、 7換熱式燒嘴、8輔助煙道
9換熱器、 IO蓄熱室A、 11蓄熱室B、12鼓風機
13換向裝置、14引風機、 15聯(lián)動控制閥、16管道系統(tǒng)。
參見圖1，本發(fā)明所述的蓄熱一換熱式聯(lián)用加熱爐采用多段(點)供 熱制度，包括均熱段l、第一加熱段2、第二加熱段3，各段長度根據(jù)具 體的物料加熱工藝而定。采用兩級加熱段供熱，可采用不同熱值的燃料， 而且爐壓平穩(wěn)，效果尤為明顯。加熱爐后部采用換熱燃燒技術(shù)，前部采用 蓄熱式燃燒技術(shù)。換熱式燒嘴7、和蓄熱室IO、 11的數(shù)量取決于爐體的 大小、各段供熱負荷以及燃燒所需的空氣量。
所述蓄熱一換熱式聯(lián)用加熱爐在爐尾設置輔助煙道8和換熱器9。燃 氣經(jīng)換熱器9預熱后送至噴嘴，噴入爐內(nèi)與高溫助燃空氣混合燃燒?？諝?的預熱則分為兩部分 一為換熱器9， 二為蓄熱室IO、 11。
物料入爐后，首先由燃燒產(chǎn)生的煙氣對其進行直接預熱(在預熱段 4)，然后依次經(jīng)過第二加熱段3、第一加熱段2、均熱段l。
參見圖l，所述換熱燃燒的過程為燃料和助燃空氣由鼓風機12送 入設置在爐尾輔助煙道8內(nèi)的換熱器9中，與燃燒產(chǎn)生的煙氣進行充分的 熱交換。預熱后的燃燒介質(zhì)經(jīng)管道16送至換熱式燒嘴7后噴入爐內(nèi)混合 燃燒。換熱燃燒生成的煙氣流經(jīng)預熱段4后由爐尾輔助煙道8經(jīng)煙囪排入 大氣。
參見圖2，所述蓄熱燃燒的過程為鼓風機12鼓出的助燃空氣經(jīng)換 向裝置13進入左側(cè)通道，而后流經(jīng)蓄熱室10吸收蓄熱體儲存的熱量，把 助燃空氣預熱到80(TC 110(TC，再經(jīng)過蓄熱式燒嘴5噴入爐內(nèi)；與此同 時換向裝置13的對側(cè)出口與引風機14相通，這樣燃燒產(chǎn)物對物料加熱后 進入右側(cè)通道，在蓄熱室11內(nèi)將煙氣熱量大部分傳遞給蓄熱體后，以150 'C左右的溫度進入換向裝置13，再經(jīng)引風機14排入大氣中。間隔一定時 間(常用的換向時間為30s 200s)后系統(tǒng)運行進入后半周期，.控制系統(tǒng) 發(fā)出指令，換向裝置13動作，此時助燃空氣經(jīng)蓄熱室11噴出并混合燃燒， 蓄熱室10變?yōu)闊煹?。高溫煙氣?jīng)引風機的作用通過蓄熱室10，將其蓄熱體加熱后，以15(TC左右的溫度進入換向裝置13和引風機排入大氣中， 完成一個換向周期。
參見圖1、 2，加熱爐生產(chǎn)率變化時，根據(jù)加熱爐產(chǎn)量的增減和物料 的加熱要求，適時調(diào)節(jié)聯(lián)動控制閥15動作，調(diào)整聯(lián)動控制閥15的開度， 調(diào)節(jié)蓄熱和換熱的熱負荷，進而滿足加熱爐生產(chǎn)率的變化。
參見圖l、 2，物料入爐溫度較高時，聯(lián)動控制閥15動作，增大蓄熱 室10、 ll端的閥門開度，使蓄熱用熱負荷增大；同時減小換熱器9端的 閥門開度，進而換熱用熱負荷相應減小。當物料入爐溫度較低時，聯(lián)動控 制閥15動作，減小蓄熱室IO、 ll端的閥門開度，使蓄熱用熱負荷減??； 同時增大換熱器9端的閥門開度，進而換熱用熱負荷相應增大，實現(xiàn)蓄熱 和換熱的熱負荷同步調(diào)節(jié)。
參見圖l、 2， 一座加熱爐上同時具備蓄熱室10、 11和換熱器9，當 燃料熱值不同時，可以針對煙氣和被預熱介質(zhì)的水當量關系，有選擇的選 用適合的煙氣余熱回收方式。低熱值燃料多選用蓄熱室的方式回收煙氣余 熱，高熱值燃料多選用換熱器的方式回收煙氣余熱。
參見圖1、 2，當加熱爐熱送熱裝程度較高時，可完全關閉換熱器9 部分，此時加熱爐為蓄熱式加熱爐；其他工況下，蓄熱室IO、 ll和換熱 器9開啟，此時加熱爐為蓄熱一換熱式聯(lián)用加熱爐。
圖2工作狀態(tài)下，所述蓄熱燃燒生成的煙氣主要由蓄熱室ll排出。 為保證蓄熱室ll的熱效率和溫度效率最佳，排煙量的確定方式如下使 排出煙氣的水當量和被加熱介質(zhì)的水當量相等。蓄熱燃燒生成的過量煙氣 則匯同換熱燃燒生成的煙氣經(jīng)由預熱段4，在換熱器9內(nèi)充分預熱燃氣和 助燃空氣后最終由爐尾輔助煙道8排出爐外。
當物料需要更充分的加熱，本設備可采用第一加熱段、第二加熱段、 第三加熱段等多級加熱段供熱，加熱效果更理想。
本設備可以為在加熱爐前部采用換熱燃燒方法,在加熱爐后部采用蓄 熱燃燒方法，其加熱效果與上述方法相同。
針對加熱爐生產(chǎn)率、加熱物料入爐溫度的變化，實現(xiàn)蓄熱和換熱的熱 負荷變化，即能滿足加熱工藝要求又能避免二者相互干涉以保持蓄熱燃燒 和換熱燃燒的各自特點。本發(fā)明通過蓄熱和換熱兩種技術(shù)的嫁接，煙氣余 熱利用率提高；爐內(nèi)壓力狀況改善，吸風和冒火減少；加熱爐壽命加長， 作業(yè)率提高，加熱爐單位燃耗大幅度減低；基本建設投資減少，運行及維 護費用降低；爐體周圍環(huán)境得到改善。
權(quán)利要求
1、一種蓄熱—換熱式聯(lián)用加熱爐，其特征在于在該加熱爐內(nèi)同時具有蓄熱室和換熱器；在加熱爐的前部設置有均熱段、加熱段，在加熱爐的尾部設有預熱段；在加熱段和均熱段內(nèi)設置有蓄熱式燒嘴和換熱式燒嘴，在預熱段后設有輔助煙道，在輔助煙道內(nèi)設有換熱器；所述的蓄熱式燒嘴與蓄熱室相通，蓄熱室為相對設置，相對設置的蓄熱室通過管路、換向裝置與引風機或鼓風機相連；鼓風機與輔助煙道內(nèi)的換熱器相連，換熱器與換熱式燒嘴相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄熱一換熱式聯(lián)用加熱爐，其特征在于 加熱段分為第一加熱段、第二加熱段或更多加熱段，通過在爐膛內(nèi)橫向設 置的隔墻分開。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄熱一換熱式聯(lián)用加熱爐，其特征在于 在相對設置的與蓄熱室相連的管路上，以及與換熱器相連的管路上設有聯(lián) 動控制閥。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄熱一換熱式聯(lián)用加熱爐，其特征在于 在爐體內(nèi)設置有多個蓄熱式燒嘴和換熱式燒嘴。
5、 一種如權(quán)利要求1所述的蓄熱一換熱聯(lián)用加熱方法，其特征在于 為實現(xiàn)加熱爐大型化和有效控制爐膛壓力，在一座加熱爐上同時采用蓄熱 室和換熱器兩種煙氣余熱回收裝置，在均熱段、加熱段乃至預熱段采用多 點供熱的方法；其中，在加熱爐前部采用蓄熱燃燒方法，在加熱爐后部采 用換熱燃燒方法，或者相反；蓄熱燃燒產(chǎn)生的煙氣部分地從蓄熱室由引風 機強制排出，剩余煙氣量則匯同換熱燃燒產(chǎn)生的煙氣由爐尾輔助煙道由煙 囪自然或強制排出爐外。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的蓄熱一換熱聯(lián)用加熱方法，其特征在于 在蓄熱室上的管路與換熱器上的管路上設有聯(lián)動控制閥，通過對聯(lián)動控制 閥的調(diào)整，能夠在一座加熱爐上實現(xiàn)蓄熱式加熱方法和蓄熱一換熱式聯(lián)用 加熱方法兩種形式，以滿足冷物料入爐或熱物料入爐對加熱工藝的要求。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的蓄熱一換熱聯(lián)用加熱方法，其特征在于為 保證蓄熱室的熱效率和溫度效率最佳，其排煙量的確定是使排出煙氣的水 當量與被加熱介質(zhì)的水當量兩者相等。
全文摘要
本發(fā)明蓄熱-換熱式聯(lián)用加熱爐及其加熱方法涉及一種工業(yè)加熱及其余熱回收技術(shù)領域，其特征是在系統(tǒng)內(nèi)同時具有蓄熱室和換熱器；在加熱爐的前部設置有均熱段、加熱段，在加熱爐的尾部設有預熱段；采用均熱段、加熱段、預熱段多段(點)供熱制度，加熱爐前部采用蓄熱燃燒方法，后部采用換熱燃燒方法，預熱段直接利用煙氣余熱加熱物料。本發(fā)明的目的是實現(xiàn)加熱爐大型化和爐膛壓力的平穩(wěn)控制，克服換熱式和蓄熱式這兩種加熱爐及其煙氣余熱回收技術(shù)的缺陷，并可使純高爐煤氣等低熱值燃料在加熱爐上得以應用，加熱爐壓力平穩(wěn)，壽命延長。通過本發(fā)明的實施，實現(xiàn)加熱爐大型化，煙氣余熱利用率提高；爐內(nèi)壓力狀況改善，吸風和冒火減少、節(jié)能減排等目的。
文檔編號F27B9/00GK101196369SQ20081001002
公開日2008年6月11日 申請日期2008年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月3日
發(fā)明者孫文強, 王連勇, 蔡九菊, 謝國威 申請人:蔡九菊