一种蓄热式无氧化加热炉及其燃烧方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属板带连续热处理炉，尤其涉及一种明火加热金属板带的蓄热式无氧化加热炉，及其无氧化加热炉的烧嘴排布方式与燃烧方法。
【背景技术】
[0002]在工业炉燃料燃烧加热技术领域中倍受广泛重视的高温低氧燃烧技术(HighTemperature Air Combust1n简称HTAC),该技术已成功应用于钢铁工厂乳钢加热炉、锻造加热炉、有色金属冶炼炉等炉型。最近十几年来，在冷轧带钢连续退火热浸镀锌生产成套机组上应用该HTAC技术，也同样取得了显著的节能减排的效果，其能源燃料节约率达到了30% -50% 以上。
[0003]当金属板带进行连续退火热浸镀时，首先需要对金属板带进行热处理，使其达到热浸镀规定的参数要求，才能够完成后续热浸镀工序，而目前现有技术中，为了能够对金属板带进行快速加热，首先采用明火直接加热金属板带的方式达到其快速升温的目的，同时为了解决明火加热过程中金属板带易出现氧化的问题，也为了提高加热炉的加热效率，现有技术就引进采用了上述HTAC技术，采用蓄热体与烧嘴成对或成组布置在炉体左右两侧或炉体底部，通过控制输送到烧嘴内空气与燃气的比例，实现炉体一侧烧嘴欠氧燃烧，另一侧烧嘴补充燃烧，并进行排烟的燃烧方式。当炉体其中一侧烧嘴处于燃烧状态时，另一侧烧嘴处于排烟状态，其排出的高温烟气(温度往往高于1000°C以上)被蓄热体吸收，此时蓄热体升温保存热量。一定时间后进行换向，将原来一侧燃烧的烧嘴换向成排烟、另一侧排烟的烧嘴换向成燃烧。此时，保存热量的一侧蓄热体与被引入的空气进行换热，使室温下的冷空气被加热到一定温度，而后与燃料混合进行点火燃烧，通过不断循环该过程，使排出烟气中的热量被炉体内设置的蓄热体吸收，而后经换向再传导给助燃空气或燃料燃气，从而实现废热烟气的利用，提高加热炉热效率。如现有技术CN201313924Y、CN201538799U、CN10329020A就公开了上述这种炉体两侧设置烧嘴交替燃烧的蓄热式无氧化加热炉，并且公开了一侧烧嘴燃烧、一侧烧嘴排烟换热的燃烧方式。
[0004]通过上述这种HTAC燃烧方法，可以将烟气中的大部分热量重新利用，有利于节约燃料，被广泛的应用于金属板带明火加热技术领域，但是为了保证金属板带在炉体内明火加热的过程中不受到严重损坏，一般将烧嘴设置于炉体两侧下部(被加热金属板带下方)，避免火焰直接接触金属板带，但是此种烧嘴排布设置方式，其火焰被直接喷射到炉墙上，又离金属板带稍远，不能达到火焰与无氧化气氛整体环绕、包裹被加热金属板带的最佳状态，火焰只是通过先加热炉墙、炉内气氛，而后间接形成对金属板带的加热，此种无氧化加热炉的烧嘴排布方式与燃烧方法势必会造成一定燃气燃料的浪费，加热效率还有待进一步提高。并且，由于烧嘴布置在被加热金属板带下部的炉体左右两侧或炉体底部，其火焰会全时段的直接喷射到金属板带上部空间，因此，极易出现金属板带上表面温度高于下表面温度的现象，造成后续金属板带热浸镀上下表面浸镀效果质量不一的现象。
[0005]并且，现有技术中用于无氧化加热炉中的蓄热式烧嘴是把空气、燃气直接输送到炉体内进行混合扩散燃烧，没有之前的预混程序，并且，由于空气与燃气在炉膛内这样开放的空间里，很难做到充分混合后再燃烧，基本处于边混合扩散，边燃烧的状态，因此，在燃气燃烧过程中，会有少量的含氧空气与炉膛内的金属工件直接接触，破坏整个炉膛内的无氧化气氛，造成了金属工件在炉内的氧化烧损。
[0006]另外，现有技术中，这种在炉膛内燃气与空气边混合边燃烧的蓄热式燃烧器，高温空气和燃料的喷口速度只能设计在较低范围，导致炉膛内气流循环扰动能力低，不易提高炉内对流比，更加严重阻碍了空气与燃气的混合，从而影响炉温均匀性。如果喷口速度设计高了，就会造成燃烧器喷口处着火困难，严重时还会有脱火现象发生，也不利于炉温均匀性。
[0007]并且，目前使用蓄热式烧嘴的工业无氧化加热炉，高温段蓄热室内温度一般^ KKKTC，现有蓄热式燃烧器采用耐火材料隔热套来减少外壳散热，用增加外壳厚度的方法来降低燃烧器表面散热，以减少相应的热损失，这样使烧嘴燃烧器外形体积大，原材料消耗多，还会影响炉体安装空间，产生不必要的浪费。
【发明内容】
[0008]为了克服上述现有技术中蓄热式无氧化加热炉存在的炉内火焰与无氧化气氛无法对被加热工件形成全面、立体包裹，而导致需要通过炉墙以及炉内气氛对金属工件进行间接加热，而造成的燃气燃料浪费，加热效率有待提高的问题，以及现有技术中应用在无氧化加热炉中的烧嘴存在燃气、空气混合不均匀，焰气喷口速度设计不高，造成炉内温度不均匀以及烧嘴燃烧效率不高的问题，本发明提供了一种全新设计的蓄热式烧嘴，以及烧嘴更加合理排布的蓄热式无氧化加热炉。
[0009]一种蓄热式无氧化加热炉，包括加热炉炉体、以及沿炉长方向、在炉体左右两侧设置的多个烧嘴，其特征在于所述多个烧嘴以炉体内被加热工件为分界线，上、下交错布置在炉体左右两侧。
[0010]优选地，所述设置在炉体左侧上的多个烧嘴(a)、(b)、(c)、(d) (e) (f)以被加热工件为分界线，上、下呈“波浪形”沿炉长方向分布；所述设置在炉体右侧上的多个烧嘴(O)、(P)、(q)、(r) (s) (t)以被加热工件为分界线，与其相应炉体左侧烧嘴呈上、下相反设置，沿炉长方向呈“波浪形”分布。
[0011]此种以被加热工件为分界线，上、下交错设置在炉体左右两侧的烧嘴排布方式，完全颠覆了目前现有技术中蓄热式无氧化加热炉将烧嘴统一沿炉长方向直线型成对布置在炉体左右两侧下部或炉体底部的排布方式，彻底解决了烧嘴喷出的高温焰气无法立体包裹被加热金属工件的问题，通过控制炉体左右两侧相应位置烧嘴的燃烧与排烟，利用排烟烧嘴的负压抽力，以及排烟烧嘴与燃烧烧嘴以被加热工件为分界线，其在炉体左右两侧呈上、下交错的这种复杂的排布方式，使燃烧烧嘴喷出的高温无氧化气氛可以倾斜向上或倾下向下穿过被加热工件，并且在炉体对面排烟烧嘴负压抽力的作用下，其燃烧烧嘴喷射出高温火焰的走向完全呈包裹被加热工件的趋势，因此，上述这种上、下交错设置的烧嘴排布方式，可以完全实现高温焰气对被加热工件的全面、立体的包裹，加热效率明显提高。由于本发明提供的蓄热式无氧化加热炉，其烧嘴燃烧方式不同于现有技术中炉体一侧烧嘴全部燃烧，另一侧烧嘴全部排烟，一定时间后换向的传统燃烧方式，而是炉体两侧烧嘴同一时间均有燃烧和排烟，并且，以被加热工件为分界线，炉体两侧上部与下部同样在同一时间都有烧嘴燃烧和排烟，使炉体内燃烧烧嘴与排烟烧嘴上、下、左、右交错布置，充分提高了炉体内炉温的均匀性，使被加热工件温度均匀性得到明显改善。
[0012]并且，所述以被加热工件为分界线，上下设置的烧嘴，其上部烧嘴到被加热工件的距离与下部烧嘴到被加热工件的距离相等。但可以根据实际情况(如烧嘴喷出火焰的大小、焰气的走向等因素)设置上部烧嘴与下部烧嘴到被加热工件的距离不等，上烧嘴远下烧嘴近或下烧嘴远上烧嘴近均可。
[0013]所述炉体左右两侧烧嘴(a)与(O)、(b)与(p)、(C)与(q)、(d)与(r)在炉长方向呈上下相对或上下相错设置。
[0014]在炉体左右两侧布置的烧嘴中，(a)与(O)可以上下相对布置，也就是烧嘴(a)与烧嘴(O)在炉长方向的相对位移为零。同样，为了改变高温焰气在炉体内的走向，和高温焰气最终达到的包裹被加热工件的包裹状态，也可以设置烧嘴(a)与烧嘴(O)在炉长方向呈上下相错状态，也就是烧嘴(a)与烧嘴(O)分别设置在炉体一侧的上部，和炉体另一侧的下部，并且，烧嘴(a)与烧嘴(O)在炉长方向还存在一定的位移。
[0015]其中，所述炉体单侧烧嘴(V) (w) (X) (y)或(h)⑴(j) (k)以被加热工件为分界线，沿炉长方向单侧烧嘴逐个上、下交错设置。
[0016]同样，也可以设置炉体单侧烧嘴两个或多个为一组，以被加热工件为分界线，沿炉长方向单侧烧嘴逐组(a) (b)与(c) (d)与(e) (f)上、下交错设置。
[0017]为了实现无氧化加热炉烧嘴喷出的高温焰气对被加热工件形成立体包裹，以及提高炉温均匀性，可以设置单侧烧嘴沿炉长方向逐个上、下交错设置，也可以通过改变烧嘴燃烧排烟的具体排布，设置两个或多个烧嘴为一组，以组为单位上下交错设置在炉体一侧。并且，炉体另一侧烧嘴同样要以被加热工件为中心线，与炉体对侧相应烧嘴呈上下相反设置，以形成烧嘴在炉体两侧上、下交错设置的布局。
[0018]同时，为克服上述现有技术中存在的燃气与空气被直接输送到炉膛内进行混合燃烧，出现的部分含氧空气与炉内金属件直接接触，造成金属工件在炉内被氧化，且现有蓄热式燃烧器气流喷出速度低，不易形成炉内气流循环，造成炉温均匀性差，并且，为了降低蓄热式烧嘴燃烧器外表面散热，其外形体积庞大，造成生产原材料的过多消耗，影响炉体安装空间等问题，本发明提供了一种蓄热式无氧化加热炉的烧嘴，其烧嘴包括燃烧器箱体，在所述箱体一端设置空烟气接口(9)，另一端设置焰气喷口(25)，以及在所述箱体内部设置蓄热体，其特征在于在所述烧嘴燃烧器箱体内部、靠近所述焰气喷口(25)处设置燃烧室(1)，所述燃烧室(I)与所述焰气喷口(25)相连通，补燃空气、主燃气与主空气接入到所述燃烧室(I)内形成混合。
[0019]本发明在烧嘴燃烧器内部、处于燃烧器端部位置的焰气喷口处设置了一个相对密闭的空腔——燃烧室，使通过高温蓄热体的主空气、补燃空气与主燃气在该燃烧室内充分混合，由于该燃烧室设置于燃烧器内部，处于相对密闭的空间中，有利于主空气与燃气的充分混合，且避免了含氧空气与炉膛内金属工件的接触，有效防止了含氧空气对高温金属工件的氧化。并且主空气与燃气在相对密闭的燃烧室中充分混合，经点火燃烧后，其火焰与无氧化气氛可直接从焰气喷口处喷出，也正是由于空气与主燃气的充分混合，可以进一步提高喷口的喷射速度，以及通过对焰气喷口的进一步设置，可以精准控制火焰的喷出形状与位置，使喷出火焰能够完全包裹待加热