一种含防堵塞蓄热式装置的熔分炉的制作方法

本发明涉及节能环保领域，尤其涉及一种防堵塞蓄热式装置及具有该装置的熔分炉。

背景技术：

目前蓄热式燃烧技术存在的重要缺陷主要体现在蓄热式烧嘴的关键部件蜂窝状蓄热体上。蓄热式烧嘴在使用过程中，蓄热体与气流进行热交换，一些带有腐蚀性的气体、颗粒的粉尘都会对蓄热体产生不利影响，使其经常出现堵塞、腐蚀和破裂等问题，使烧嘴不能正常工作。如氧化铁颗粒会降低铝硅材质的软熔温度，使蓄热体熔化而堵死气孔；酸性气体会对蓄热体产生腐蚀作用；微小颗粒会附着在蓄热体表面而堵塞气体通道等。

由于上述蓄热体频繁被高温粉尘堵塞、结块问题严重，很难在熔炼炉中稳定运行，因此需要经常停炉对蓄热体进行更换或清洗。但目前市场上蓄热体在高温急冷时会出现粉化现象，而且在使用过程中蓄热体材料的抗热震性变差，因此在取出被堵塞的蓄热体时，蓄热体几乎全部碎裂，蓄热体的使用寿命受到严重影响。而且蓄热体造价高，如果每次清理都需要更换使用全新的蓄热体，不仅成本高，而且新蓄热体重新蓄热的过程也会消耗大量能量，这些弊端大大提高了蓄热燃烧技术的运行和维护成本。

为了将蓄热式燃烧技术成功运用于熔分炉，必须考虑工业炉窑生产过程中所产生烟气除尘问题。

熔分炉是当前有色、黑色金属冶炼行业的常用冶炼设备。随着能源利用效率和燃烧排放标准要求越来严格，对燃气高温熔分炉的燃烧装置也就提出了更高的要求。

目前，由于燃烧装置的设计、布置方式不同，业内采用蓄热式燃气加热方式的冶炼设备普遍存在着排烟不畅、炉内压力较高、工艺要求的还原性气氛难以满足、排烟温度较高等问题；而且现有的采用蓄热式燃气加热方式的冶炼设备供热不稳定，表现为对称布置的蓄热式燃烧装置燃烧状况不同；此外，高温含尘烟气经蓄热室时，高温区蓄热载体陶瓷球炸裂，高温烟气除尘效果不理想，陶瓷球碎片和粉尘堵塞蜂窝状蓄热体等问题也常有发生。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于提供一种防堵塞蓄热式装置及含防堵塞蓄热式装置的熔分炉，该装置的蓄热室集旋风除尘功能一体、防堵塞性能好、系统紧凑、热能损失小、蓄热体使用寿命长；且所对应的熔分炉能够满足工艺熔分所需要的还原性气氛，热效率高。

本发明提供了一种含防堵塞蓄热式装置的熔分炉，包括：

炉体，炉体上部设置有成对的炉体气体流通口；

成对的蓄热式装置，蓄热式装置包括壳体、蓄热体和沉降室，壳体内部由外至内依次设置有不直接导通的外环通道和中心通道，壳体上部设置有连通外环通道的第一开口，中心通道上端设置有第二开口，蓄热体安置在中心通道中，沉降室位于蓄热体的下方，中心通道和外环通道分别连通沉降室；

成对的连接通道，一个连接通道两端分别连接一个炉体气体流通口和一个第一开口。

更进一步，蓄热体包括自上而下依次设置的低温蓄热体和高温蓄热体。

更进一步，连接通道包括连接在一起的连通段和喷口端，喷口端与炉体气体流通口密封连接，连通段与第一开口密封相连。

更进一步，炉体气体流通口为多对，蓄热式装置设置有多对且分别与多对炉体气体流通口连接，各对炉体气体流通口的两个炉体气体流通口在炉体两侧横向交错排列。

更进一步，连接通道喷口端下方设置有与炉体连通且用于向炉体输送燃气的燃气支管。

更进一步，喷口端朝向炉体气体流通口以一定坡度下降且截面为顶部弧形开口状，连通段为水平直通型通道。

更进一步，蓄热式装置的功率为1200kw-1800kw，蓄热式装置中烟气流量范围为2000nm³/h～5000nm³/h。

更进一步，蓄热体用量为4-6m³，高温蓄热体包括边长15mm×15mm的四方孔，低温蓄热体包含边长3mm的六方孔。

更进一步，第一开口处烟气流速为3-6m/s，除尘后烟气进入蓄热体通径流速为2-3m/s，燃气流量为120-180nm³/h。

更进一步，炉体包括钢结构和由钢结构支撑的耐火材料，连接通道由耐火材料制成，内部温度为1600-1700℃，

更进一步，沉降室一侧开设有清灰口。

其中炉体气体流通口的尺寸、炉体两侧同一对蓄热式装置的中心间距是可以调节的。

其中第二开口外部依次连接换向阀、引风机和烟囱。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明蓄热式装置内集成旋风除尘功能，高温含尘烟气较传统自然沉降，除尘效率高，蓄热体使用寿命长；且较独立除尘系统，空间紧凑，除尘过程中几乎没有热损失，节能效果显著，适用于黑色、有色或非金属矿进行冶炼用熔炼炉；

(2)本发明蓄热式装置及具有该蓄热式装置的熔分炉，由于优化所述蓄热式装置在所述熔分炉布置位置和方式，延长了高温烟气在炉膛内部停留时间，提高了热能利用率；

(3)本发明蓄热式装置及具有该蓄热式装置的熔分炉，错位布置的空气喷口和高温含尘炉体气体流通口方式，可以增强炉膛内部高温气流与待熔物料之间扰动，提高物料熔化效率，保持火焰下层与待熔物料之间为还原性气氛，且保证了待熔物料均匀地处在还原性气氛中，满足了黑色、有色或非金属矿进行冶炼工艺要求。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得显而易见和容易理解，其中：

图1是本发明中的蓄热式装置及具有该蓄热式装置的熔分炉的示意图。

图2是本发明中的蓄热式装置及具有该蓄热式装置的熔分炉的布置方式的俯视图。

图3是本发明中的熔分炉的连接通道结构的截面示意图。

附图标记说明：

1、炉体，2、炉体气体流通口，3、沉降室，4、清灰口，5、低温蓄热体，6、高温蓄热体，7、第二开口，8、连接通道，9、燃气支管，10、喷口端，11、连通段，12、第一开口。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

根据本发明的一个实施例和附图1，示出了一种含防堵塞蓄热式装置的熔分炉，包括：

炉体1，炉体上部设置有成对的炉体气体流通口2；

成对的蓄热式装置，蓄热式装置包括壳体、蓄热体和沉降室3，壳体内部由外至内依次设置有不直接导通的外环通道和中心通道，壳体上部设置有连通外环通道的第一开口12，中心通道上端设置有第二开口7，蓄热体安置在中心通道中，沉降室3位于蓄热体的下方，中心通道和外环通道分别连通沉降室3；

成对的连接通道8，一个连接通道8两端分别连接一个炉体气体流通口2和一个第一开口12。

更进一步，蓄热体包括自上而下依次设置的低温蓄热体5和高温蓄热体6。

更进一步，连接通道8包括连接在一起的连通段11和喷口端10，喷口端10与炉体气体流通口2密封连接，连通段11与第一开口12密封相连。

更进一步，炉体气体流通口2为多对，蓄热式装置设置有多对且分别与多对炉体气体流通口2连接，各对炉体气体流通口2的两个炉体气体流通口2在炉体1两侧横向交错排列。

更进一步，连接通道8喷口端10下方设置有与炉体1连通且用于向炉体1输送燃气的燃气支管9。由于特殊设计的燃气喷口在空气喷口下方，且呈一定交汇角度喷出，在炉膛下部空间可以形成还原性气氛。而错位布置的喷口端10和炉体气体流通口2(炉体1一侧进空气，另一侧排出烟气)，可以增强炉膛内部高温气流与待熔物料之间扰动，进一步提高物料熔化效率，保持火焰下层与待熔物料之间为还原性气氛，且保证了待熔物料均匀地处在还原性气氛中。

更进一步，喷口端10朝向炉体气体流通口2以一定坡度下降且截面为顶部弧形开口状，连通段11为水平直通型通道。

更进一步，蓄热式装置的功率为1200kw-1800kw，蓄热式装置中烟气流量范围为2000nm³/h～5000nm³/h。

更进一步，蓄热体用量为4-6m³，高温蓄热体6包括边长15mm×15mm的四方孔，低温蓄热体5包含边长3mm的六方孔。

更进一步，第一开口12处烟气流速为3-6m/s，除尘后烟气进入蓄热体通径流速为2-3m/s，燃气流量为120-180nm³/h，当燃气支管9共有4支时，每只燃气支管9的流量为30-45nm³/h。

更进一步，炉体1包括钢结构和由钢结构支撑的耐火材料，连接通道8由耐火材料制成，内部温度为1600-1700℃，

更进一步，沉降室3一侧开设有清灰口4。

其中炉体气体流通口2的尺寸、炉体1两侧同一对蓄热式装置的中心间距是可以调节的。

其中第二开口7外部依次连接换向阀、引风机和烟囱。若炉体气体流通口2处速度过大或过小，都将影响后续的除尘效率和蓄热体的换热效率，带来的后果是除尘效率低，造成蓄热体易堵塞及第二开口7处的烟气温度过高。

此外，并且第二开口7外部还可以依次连接换向阀、引风机和烟囱，当其中一侧蓄热式装置所在炉体气体流通口2处于燃烧状态时，所述炉体1内产生的高温含尘烟气通过另一侧与之错位排布的炉体气体流通口2经该侧的蓄热式装置，进行除尘/蓄热后经换向阀、引风机及烟囱排外。

根据本发明的另一实施例，可以对含防堵塞蓄热式装置的熔分炉的工作过程进行进一步详细说明：

蓄热式装置一般成对出现且对称或交错布置在炉体1两侧，这里以一侧的蓄热式装置处于排烟功能时为例进行说明：此时蓄热体用量为5m³，烟气量为3400nm³/h，炉体1内温度1600℃左右，烟气中粉尘参数如下表1所示。不同粉尘分布粒径和质量含量的高温烟气以4m/s速度进入炉体气体流通口2，炉体气体流通口2横截面设计尺寸为(338mm×696mm)，之后含尘高温烟气切向进入蓄热式装置内，下行过程中，受切向力和重力作用，粉尘进入所述沉降室3，这时除尘效率达90％以上，经除尘后的高温烟气以通径流速2.45m/s上行依次经高温蓄热体5和低温蓄热体6后，以低于200℃的温度通过第二开口7进入换向阀(图未示出)并由引风机通过烟囱在达到相关环保标准后排出。反之，当蓄热式装置处于放热功能时，即助燃空气经第二开口7(此时为空气进口)下行依次经低温蓄热体6和高温蓄热体5后，温度被预热到1000℃左右，通过旋风通道上下，最后经炉体气体流通口2(此状态下为空气出口)进入炉体1的炉膛参与燃烧，提供热源。

表1

根据本发明的另一实施例，这里以一侧的蓄热式装置处于排烟功能时为例进行说明：此时蓄热体用量为4m³，烟气量为2000nm³/h，炉体1内温度1650℃左右，烟气中粉尘参数同样如表1所示。不同粉尘分布粒径和质量含量的高温烟气以3m/s速度进入炉体气体流通口2，炉体气体流通口2横截面设计尺寸为(338mm×696mm)，之后含尘高温烟气切向进入蓄热式装置内，下行过程中，受切向力和重力作用，粉尘进入所述沉降室3，这时除尘效率达90％以上，经除尘后的高温烟气以通径流速2m/s上行依次经高温蓄热体5和低温蓄热体6后，以低于200℃的温度通过第二开口7进入换向阀(图未示出)并由引风机通过烟囱在达到相关环保标准后排出。反之，当蓄热式装置处于放热功能时，即助燃空气经第二开口7(此时为空气进口)下行依次经低温蓄热体6和高温蓄热体5后，温度被预热到1000℃左右，通过旋风通道上下，最后经炉体气体流通口2(此状态下为空气出口)进入炉体1的炉膛参与燃烧，提供热源。

根据本发明的另一实施例，这里以一侧的蓄热式装置处于排烟功能时为例进行说明：此时蓄热体用量为6m³，烟气量为5000nm³/h，炉体1内温度1700℃左右，烟气中粉尘参数同样如表1所示。不同粉尘分布粒径和质量含量的高温烟气以6m/s速度进入炉体气体流通口2，炉体气体流通口2横截面设计尺寸为(338mm×696mm)，之后含尘高温烟气切向进入蓄热式装置内，下行过程中，受切向力和重力作用，粉尘进入所述沉降室3，这时除尘效率达90％以上，经除尘后的高温烟气以通径流速3m/s上行依次经高温蓄热体5和低温蓄热体6后，以低于200℃的温度通过第二开口7进入换向阀(图未示出)并由引风机通过烟囱在达到相关环保标准后排出。反之，当蓄热式装置处于放热功能时，即助燃空气经第二开口7(此时为空气进口)下行依次经低温蓄热体6和高温蓄热体5后，温度被预热到1000℃左右，通过旋风通道上下，最后经炉体气体流通口2(此状态下为空气出口)进入炉体1的炉膛参与燃烧，提供热源。

此过程中，由于高温含尘烟气在进入蓄热体之前，经过旋风除尘，脱除粉尘，降低了蓄热体堵塞现象的发生，延长了蓄热体使用寿命，降低了本发明蓄热式装置的维护和运行成本；并且助燃空气反向预热过程中，起到了对所述高温蓄热体5下表面反吹的效果，较常规除尘设备需另设置反吹系统而言，降低了运行成本，且本发明蓄热式装置系统简单，操作方便，运行及维护成本低。

根据本发明的另一实施例，以两侧蓄热式装置同步工作过程举例：

炉体1内的熔化物料为1t/h时，空气流量以1350nm³/h经一侧蓄热式装置及连接通道8后由炉体气体流通口2进入炉体1的炉膛内部与经4支燃气支管9以120nm³/h流量流入的燃气混合燃烧，产生烟气量为3400nm³/h，此时炉膛内部温度1650℃，所产生的高温含尘烟气进入与另一对侧之错位对应的炉体气体流通口2及连接通道8后，最后进入蓄热式装置，之后经旋风除尘、高温蓄热体5、低温蓄热体6后经由换向阀汇总再通过引风机由烟囱排出。

继续根据本发明的另一实施例，以两侧蓄热式装置同步工作过程举例：

炉体1内的熔化物料为1t/h时，空气流量以1350nm³/h经一侧蓄热式装置及连接通道8后由炉体气体流通口2进入炉体1的炉膛内部与经5支燃气支管9以160nm³/h流量流入的燃气混合燃烧，产生烟气量为4400nm³/h，此时炉膛内部温度1600℃，所产生的高温含尘烟气进入与另一对侧之错位对应的炉体气体流通口2及连接通道8后，最后进入蓄热式装置，之后经旋风除尘、高温蓄热体5、低温蓄热体6后经由换向阀汇总再通过引风机由烟囱排出。

炉体1内的熔化物料为1t/h时，空气流量以1350nm³/h经一侧蓄热式装置及连接通道8后由炉体气体流通口2进入炉体1的炉膛内部与经6支燃气支管9以180nm³/h流量流入的燃气混合燃烧，产生烟气量为5000nm³/h，此时炉膛内部温度1700℃，所产生的高温含尘烟气进入与另一对侧之错位对应的炉体气体流通口2及连接通道8后，最后进入蓄热式装置，之后经旋风除尘、高温蓄热体5、低温蓄热体6后经由换向阀汇总再通过引风机由烟囱排出。

优选地，本熔分炉采用空气单预热蓄热式方式，根据本发明中的蓄热式装置及具有该蓄热式装置的熔分炉，将成对错位布置的蓄热式装置水平方向中心间距设计为850mm。发明人结合本发明中的蓄热式装置，通过预制的耐火材料连接通道8将其布置在熔分炉炉体1两侧并对其布置位置及方式进行了进一步优化设计，可满足待熔物料处于高温还原性气氛、加热效率高的要求。

本发明将成对的蓄热式装置错位布置在熔分炉两侧可以具有如下作用：

(1)能起到炉内气氛扰动作用，在待熔融物料周围形成还原性气氛膜；保证了物料从熔融到出料过程中处于还原性气氛；

(2)由于对称蓄热式装置的错位布置，喷出的火焰和流出的高温烟气在熔分炉炉膛内部形成弱旋流状态，提高了待熔物料加热效率，降低生产成本。

在另一实施例中，炉体气体流通口2的尺寸、炉体1两侧同一对蓄热式装置的中心间距是可以调节的，若炉体气体流通口2处高温烟气速度过大或过小，都将影响后续的除尘效率和蓄热体的换热效率，带来的后果是除尘效率低，蓄热体易堵塞及炉体气体流通口2温度过高，这种对于炉体气体流通口2尺寸和炉体1两侧同一对蓄热式装置的中心间距大小的调节及其实现的技术效果均落在本发明的保护范围之内。

由于与熔分炉炉体喷口或炉体气体流通口2错位布置，相应地需将连接通道8配合错位。而为了满足熔分炉熔炼物料工艺需求，成对布置蓄热式装置的炉体气体流通口2的错位中心间距的选择应满足以下原则：错位后，需保证炉膛内部高温烟气流扰动平稳，不破坏待熔物料周围的还原性气氛，尽可能降低炉体气体流通口2阻力损失，降低引风机工作负荷；保证高温含尘烟气迅速通过蓄热式装置与熔分炉之间的连接通道8，避免停留时间过长，以防造成连接通道8长期处于高温工况下而产生烧蚀。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。