专利名称：天然气蓄热式化铁炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及铸铁熔炼领域，具体为一种天然气蓄热式化铁炉。
背景技术：
铸铁熔炼最常用的设备是以焦炭为燃料的冲天炉。随着生产的发展，焦炭的需求矛盾日趋突出，人们开始根据各自的燃料资源情况寻求代焦熔炼铸铁的设备。公知，天然气不仅是热值很高的能源，而且燃烧后排放的SOx、NOx, CO的量最少，同时也具有易于实现自动控制、操作方便等优点，因此被认为是一种绿色、环保、清洁能源。因此利用天然气做燃料、熔炼铸铁也被人们所关注。20世纪70年代之后我国曾设计应用过煤粉化铁炉、重油化铁炉、天然气化铁炉等代焦熔炼设备，也对其熔炼原理、生产工艺进行较系统的试验研究，同时也取得了一些生产经验和理论成果。但是由于种种原因，至今对天然气化铁炉尚未有完整的理论和定型产品，特别是对化铁炉组织合理燃烧、铁水过热、化学成份的控制、元素的氧化烧损以及合理的结构设计等重大关键问题未见有成熟的报道，也未见有技术成熟的定型的天然气化铁炉在实际生产中应用。发明人通过对天然气化铁炉长时间试验研究，特别是对天然气燃烧特性、化铁炉的热工原理和冶金原理，以及铁水如何过热、热交换的强化，铁水中诸元素氧化燃烧等问题进行了深入的探讨，认为设计制造天然气为燃料的化铁炉其中至关重要的是如何获得高温、高质量的铁水；如何控制和减少铁水中各元素的氧化烧损；如何减少0)2、502、顯乂等燃烧排放物。因此迫切需要研制出一种能有效解决上述诸多问题的化铁炉。
发明内容本实用新型为了解决现有化铁炉存在无法得到高温、高质量铁水、铁水中各元素氧化烧损严重以及燃烧排放物污染环境等问题，提供一种天然气蓄热式化铁炉。
本实用新型是采用如下技术方案实现的:天然气蓄热式化铁炉，包括前炉和后炉，前炉和后炉之间通过火口连通，前炉包含燃烧室、开设在燃烧室底部的熔池以及位于熔池与火口之间的过桥，熔池两侧分别设有排渣口，过桥桥面上开设有浅熔池，过桥两侧拱角处分别设有排渣沟，排渣沟与前炉熔池两侧的排渣口连通，燃烧室分别连有与其相通的天然气输送管道及送风管道；后炉包含炉体，炉体上部设有加料口，炉体顶部设有烟气排放口，炉体底部设有凸起状炉底，凸起状炉底与炉体内壁之间形成环形火道，环形火道与火口连通，本实用新型的创新点在于前炉顶部至少安装有一个空气单预热蓄热式烧嘴单元组合，烧嘴的烟气出口、空气进口分别与送风管道连通，烧嘴的燃气进口与天然气输送管道连通。所述空气单预热蓄热式烧嘴单元组合为现有公知产品，其结构和工作原理是本领域普通技术人员所熟知的，其数量可根据炉体大小及实际需要确定。所述后炉炉体上、并且位于加料口上方安装有管式换热器，管式换热器两侧的热风口分别经助燃二次风管I与后炉炉体的熔化区连通，其中一个热风口经助燃二次风管II与送风管道连通。管式换热器利用炉气的余热将助燃空气预热到100 150°C，一路通过助燃二次风管II供空气单预热蓄热式烧嘴使用，另一路通过助燃二次风管I在炉体熔化区上方送入助燃二次风，可以减少炉气带走的化学热损失，提高炉子的热效率，节省燃料，强化预热区的热交换。所述环形火道侧壁设有一端与环形火道贯通、另一端与助燃二次风管I连通的空气输送管，空气输送管上设有与其连通的煤粉储存漏斗，煤粉储存漏斗内安装由动力机构驱动的螺旋输送器，煤粉储存漏斗上方一侧设有与空气输送管连接的压力平衡管，采用该结构设计，是强化熔化区热交换的重要手段，就是将管式换热器预热至100 150°C的助燃空气和煤粉一并送入火口部位，提高了炉气温度、增加了炉气膨胀、加速了气流速度、力口大了对流传热、节约了燃料、提高了热效率和熔化率，同时改善了炉气气氛可呈还原或弱氧化，元素烧损大为减少。所述环形火道与空气输送管连通处设有喷射器及环形管，使得进入环形火道的煤粉以一定面积均匀喷洒至火道内，燃烧效率更高。所述后炉炉体顶部的烟气排放口与布袋除尘装置连接，所述布袋除尘装置为现有公知结构，用于处理烟尘的排放，将更小的粉尘净化，符合国家有关工业炉窑污染物排放标准要求。所述火口前开设虹吸式的分渣室，主要去除从环形火道流向过桥的熔渣，为第一次排渣，经由虹吸式分渣室流出的铁水随后进入过桥底部，面积较大深度约50mm，斜度1:40的浅熔池，为第二次排渣，并在浅熔池两侧与过桥拱角处修筑排渣沟和排渣口，将虹吸式排渣室排出的熔渣和覆盖过桥浅熔池的熔渣通过排渣沟排出炉外。由此增大了炉气和炉墙对金属液辐射对流传热，同时也增大了金属液面的受热面积。所述过桥桥面两侧交错设有曲线挡墙，在过桥较短的情况下可适当增加金属液流经过桥的时间，以加强金属液辐射对流传热。本发明根据对天然气蓄 热式化铁炉热工及冶金原理的分析，申请人在如何获得高温、高质量的铁水和如何控制和减少铁水中元素的氧化烧损关键问题上采取了如下具体实施措施:主要是应用蓄热式高温空气低氧燃烧全新燃烧技术(High Temperature AirCombustion简称HTAC技术),在前炉炉体上增加了天然气空气单预热蓄热式烧嘴单元组合燃烧系统，与前炉、燃烧室、过桥、后炉等结构巧妙的组合成天然气蓄热式化铁炉，既实现了高效节能，获得高温铁水，减少元素氧化烧损，同时也大大减少了 CO、CO2和其他温室气体的排放，由于高温低氧的燃烧环境，以及烟气回流的掺混作用，抑制了 Nx的生成，能使乂排放量大大减少(可下降到lOOmg/m3以下)，高温环境也抑制了二噁英的生成，由于排放废气迅速冷却，有效阻止了二噁英的再合成，故二噁英的排放也大大减少；同时从强化三个区带热交换方面采取了以下措施，一是增设管式换热器，加强预热区热交换利用炉气的余热将助燃空气预热到100 150°C，一路供蓄热式燃烧系统使用，另一路通过助燃二次风管I在炉体熔化区上方送入；二是在熔化区，由于炉气给金属炉料热量以对流传热为主，金属炉料熔化过程中受金属熔点的高低、化学成份、炉料的块度等原因影响很大，因此改善熔化区的热交换首先应该是减小料块尺寸，增加炉料传热面积以加速熔化进程；三是增加煤粉二次送风结构，提高了炉气温度、增加了炉气膨胀、加速了气流速度、加大了对流传热、节约了燃料、提高了热效率和熔化率，同时改善了炉气气氛可呈还原或弱氧化，元素烧损大为减少；此外，本实用新型将天然气蓄热式化铁炉炉底结构设计成倒锅型，并于后炉炉壁形成环形火道，在过桥与火口之间修筑了虹吸式排渣室，去除从环形火道流向过桥的熔渣，作为第一次排渣，经由虹吸式排渣室流出的铁水随后进入过桥底部，面积较大深度约50mm，斜度1:40的浅熔池，并在浅熔池两侧与过桥拱角处修筑排渣沟和排渣口，将虹吸式排渣室排出的熔渣和覆盖过桥浅熔池的熔渣通过排渣沟排出炉外，由此增大了炉气和炉墙对金属液辐射对流传热，同时也增大了金属液面的受热面积。总之，为了实现减少和控制元素的氧化烧损，发明人采用高温空气、低氧燃烧技术及煤粉二次风控制炉气的气氛(呈还原或弱氧化)以及采用两次分渣技术清除渣中的氧化物等措施后，大大减少了 C、S1、Mn的氧化烧损，本实用新型结构紧凑合理，技术先进，炉况运行稳定，能满足铸造各种铸铁件的要求，与使用焦炭为燃料的冲天炉相比节能效果显著，元素烧损率低，向大气环境少排放C0230%以上。NOx、S02也大幅度的减少，适用于有天然气资源的中小型铸造企业，特别是熔炼低碳低硫高质量铸铁件更为优越。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为空气单预热蓄热式烧嘴单元组合的工作原理图；图3为空气单预热蓄热式烧嘴单元组合的结构示意图；图4为图3的俯视图；图5为煤粉二次风结构示意图；图6为过桥与前炉、后炉的结构示意图；图中:1_前炉；2-后炉；3-火口 ；4_燃烧室；5-熔池；6-过桥；7_排渣口 ；8-浅熔池；9_排洛沟；10-天然气输送管道；11-送风管道；12_炉体；13-加料口 ； 14-烟气排放口 ；15-凸起状炉底；16_环形火道；17_空气单预热蓄热式烧嘴单元组合；18_烟气出口 ；19_空气进口 ；20_燃气进口 ；21_管式换热器；22-助燃二次风管I ;23_助燃二次风管II ;24_空气输送管；25_煤粉储存漏斗；26_螺旋输送器；27_压力平衡管；28_喷射器；29_环形管；30-布袋除尘装置；31_曲线挡墙；32_分渣室；33_蓄热室；34_四通换向阀；35_鼓风机；36-引风机；37-蓄热体；38-烧嘴喷头；39-控制阀门。
具体实施方式
天然气蓄热式化铁炉，如图1所示，包括前炉I和后炉2，前炉和后炉之间通过火口3连通，前炉包含燃烧室4、开设在燃烧室底部的熔池5以及位于熔池与火口之间的过桥6，熔池两侧分别设有排渣口 7，过桥桥面上开设有浅熔池8，过桥两侧拱角处分别设有排渣沟9，排渣沟与前炉熔池两侧的排渣口连通，燃烧室分别连有与其相通的天然气输送管道10及送风管道11 ;后炉包含炉体12，炉体上部设有加料口 13，炉体顶部设有烟气排放口 14，后炉炉体12顶部的烟气排放口 14与布袋除尘装置30连接；炉体底部设有凸起状炉底15，凸起状炉底与炉体内壁之间形成环形火道16，环形火道与火口连通，如图2、3、4所示，前炉I顶部至少安装有一个空气单预热蓄热式烧嘴单元组合17，烧嘴的烟气出口 18、空气进口 19分别与送风管道连通，烧嘴的燃气进口 20与天然气输送管道连通。如图2所示，该空气单预热蓄热式烧嘴由两组结构相同的蓄热室33、一个四通换向阀34及鼓风机35、引风机36用管路连接组成，蓄热室内分布有蓄热体37，当烧嘴A工作时，加热工件后的高温废气经烧嘴B排出，以辐射和对流方式迅速将热量传给蓄热体，烟气放热后温度降至200°C以下，经四通阀排出。经过一定时间，四通换向阀换向，使助燃空气流经蓄热体B，蓄热体在将热量迅速传给空气，空气被预热至800°C以上，通过烧嘴B完成燃烧过程，同时烧嘴A和蓄热体A转换为排烟和蓄热装置，通过如此往复交替运行方式，可以实现烟气极限回收和助燃空气的预热。空气单预热蓄热式烧嘴单元组合中的蓄热体采用的是结构紧凑的、抗压强度高、耐高温、冲击性能好的高铝质材料制造的蜂窝体，新型的蜂窝蓄热体可以使排气温度和被预热空气温度之间的温差下降到50 150°C。如图1所示，后炉炉体12上、并且位于加料口 13上方安装有管式换热器21，管式换热器两侧的热风口分别经助燃二次风管I 22与后炉炉体的熔化区连通，其中一个热风口经助燃二次风管II 23与送风管道连通。助燃二次风的位置选择在炉气温度700 800°C的位置，可设两排风口，排距100 120mm，每排设置4 8个风口，风口直径10 15_，风量和风压不宜太大，在调整时确定。如图5所示，环形火道16侧壁设有一端与环形火道贯通、另一端与助燃二次风管I 22连通的空气输送管24，该系统的风源来自钢管换热器100°C 150°C的预热空气，空气输送管上设有与其连通的煤粉储存漏斗25，下方设有控制阀门39，煤粉储存漏斗内安装由动力机构驱动的螺旋输送器26，煤粉储存漏斗上方一侧设有与空气输送管连接的压力平衡管27。环形火道16与空气输送管24连通处设有喷射器28及环形管29。将管式换热器预热至100 150°C的助燃空气和煤粉一并送入火口部位1/2 H环的位置，风口直径取32 40mm，风口可无角度或上倾5°，风源与燃烧系统的风源共用，煤粉应干燥，水分低于1%，粒度100 150目，固定碳含量要高，含S和灰份要小。，煤粉供给量控制在8 IOkg/t铁水，送风量10 Ilm /kg煤粉，由于煤粉中含有一定量的氧，在环形火道1450°C的高温中H呈原子状态，除本身可以燃烧还可促进CO的燃烧，反应式为:CH4+02==C02+2H20C02+C==2C0。如图6所示，火口前开设虹吸式的分渣室32，过桥6桥面两侧交错设有曲线挡墙31。首先排除来自后炉的熔渣，同时在过桥底部开设一个表面积较大的浅熔池，过桥两侧的拱角处分别砌筑排渣沟，排渣沟与过桥两侧的排渣口相连，从而形成两次分渣机构。该化铁炉是可做成熔化率为2t 10t/h的系列产品，前炉的具体结构可根据具体情况设计成卧式或竖式结构。
权利要求1.一种天然气蓄热式化铁炉，包括前炉(I)和后炉(2)，前炉和后炉之间通过火口(3)连通，前炉包含燃烧室(4)、开设在燃烧室底部的熔池(5)以及位于熔池与火口之间的过桥(6)，熔池两侧分别设有排渣口(7)，过桥桥面上开设有浅熔池(8)，过桥两侧拱角处分别设有排渣沟(9)，排渣沟与前炉熔池两侧的排渣口连通，燃烧室分别连有与其相通的天然气输送管道(10)及送风管道(11);后炉包含炉体(12)，炉体上部设有加料口(13)，炉体顶部设有烟气排放口(14)，炉体底部设有凸起状炉底(15)，凸起状炉底与炉体内壁之间形成环形火道(16)，环形火道与火口连通，其特征是前炉(I)顶部至少安装有一个空气单预热蓄热式烧嘴单元组合(17)，烧嘴的烟气出口(18)、空气进口(19)分别与送风管道连通，烧嘴的燃气进口(20)与天然气输送管道连通。
2.根据权利要求1所述的天然气蓄热式化铁炉，其特征是后炉炉体(12)上、并且位于加料口(13)上方安装有管式换热器(21)，管式换热器两侧的热风口分别经助燃二次风管I (22)与后炉炉体的熔化区连通，其中一个热风口经助燃二次风管II (23)与送风管道连通。
3.根据权利要求1或2所述的天然气蓄热式化铁炉，其特征是环形火道(16)侧壁设有一端与环形火道贯通、另一端与助燃二次风管I (22)连通的空气输送管(24)，空气输送管上设有与其连通的煤粉储存漏斗(25)，煤粉储存漏斗内安装由动力机构驱动的螺旋输送器(26)，煤粉储存漏斗上方一侧设有与空气输送管连接的压力平衡管(27)。
4.根据权利要求3所述的天然气蓄热式化铁炉，其特征是环形火道(16)与空气输送管(24 )连通处设有喷射器(28 )及环形管(29 )。
5.根据权利要求1或2所述的天然气蓄热式化铁炉，其特征是后炉炉体(12)顶部的烟气排放口(14)与布袋除尘装置(30)连接。
6.根据权利要求1或2所述的天然气蓄热式化铁炉，其特征是火口前开设虹吸式的分渣室(32)。
7.根据权利要求1或 2所述的天然气蓄热式化铁炉，其特征是过桥(6)桥面两侧交错设有曲线挡墙(31)。
专利摘要本实用新型涉及铸铁熔炼领域，具体为一种天然气蓄热式化铁炉，解决现有化铁炉存在无法得到高温、高质量铁水、铁水中各元素氧化烧损严重等问题，包括前炉、后炉，前炉包含燃烧室、熔池、过桥，熔池两侧分别设有排渣口，过桥桥面上开设浅熔池，过桥两侧设排渣沟，燃烧室分别连有与其相通的天然气输送管道及送风管道；后炉包含炉体、加料口、烟气排放口，前炉顶部安装空气单预热蓄热式烧嘴，烧嘴的烟气出口、空气进口与送风管道连通，燃气进口与天然气输送管道连，炉体中部有煤粉二次风和助燃二次风结构，管式换热器安装在加料口上方，结构紧凑合理，炉况运行稳定，节能效果显著，元素烧损率低，大幅度的减少CO2、NOx、SO2排放，适用范围广。
文档编号F27B19/02GK203083359SQ20132004758
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月29日 优先权日2013年1月29日
发明者孙秉功 申请人:孙秉功, 梁兴勇