用于蓄热式燃烧工业炉的配烟装置及具有配烟装置的配烟组件和工业炉的制作方法

本实用新型涉及用于蓄热式燃烧工业炉的配烟装置以及具有该配烟装置的配烟组件和工业炉。

背景技术：

为了节约能源的需要，特别针对多个温区控制，需要多个燃烧器，能量供给变化巨大的周期型工业炉，比如锻造和铸造行业的台车加热炉、台车热处理炉、室式炉。目前广泛采用蓄热燃烧技术，以期获得极限的热量回收，经蓄热燃烧排出的烟气温度只有100-150℃左右。对于周期型工业炉，加热阶段能量供给一般为100％设定能力，而进入保温后，当工件吸热和炉体吸热接近尾声时，能量供给只需要设定能力的百分之几，只要满足散热损失即可，因此，一般的连续控制通常处于超调状态，调节效果比较差，因此，周期型工业炉通常采用脉冲燃烧控制方式。脉冲控制将能量供给方式转换成0和1模式，1为全功率，0为零功率或低功率，而通过0和1的供给时间的长短确定功率输出比例，从而可以实现功率供给在大幅度上调节。其控制特点就是0-100％功率供给可控，功率供给成阶梯型，通过开闭器开关速度非常快，一般低于1秒。因此，针对脉冲控制中采用连续控制阀门的控制模式通常是失效的，因为连续控制中执行器的动作速度远远达不到脉冲控制开闭器的开闭速度。特别是针对多温区、多燃烧器控制的情形，燃气、空气、烟气等管道中的流量呈现不可预测的跳动性变化，现有技术中采用的流量调节方式无法实现调节。

蓄热式燃烧工业炉采用成对的带有蓄热体的烧嘴进行控制式燃烧。当一个烧嘴燃烧时，另一个烧嘴进行吸气排烟，高温烟气通过蓄热体时与蓄热体进行热能交换，蓄热体吸热，高温烟气温度降低；经过一段时间蓄热体蓄热饱和之后，进行换向，另一个烧嘴燃烧时，冷空气或燃料从已吸热温度较高的蓄热体中进入烧嘴，被该蓄热体加热。同时，原燃烧的烧嘴进行吸气排烟，高温烟气又将其蓄热体加热，进行热交换，通过两个烧嘴不断的反复交替燃烧，达到节能的效果。

然而，常规的蓄热式燃烧的火焰温度非常高，产生大量的反应型氮化物，这些氮化物作为燃烧废气，可以破坏臭氧层，造成酸雨并对人体产生强烈的刺激，促成肺部疾病等。氮化物的排放造成很大的环境污染，需要严格进行控制。

以往的减少氮化物的方式是采用低氮化物烧嘴。对于普通的燃烧系统，排出的烟气温度很高，将烟气直接送入风机可能造成风机损坏，所以现有的研究方向集中于研发烧嘴的结构以期望降低氮化物含量，而这种烧嘴的成本昂贵。而对于采用蓄热式燃烧的系统，排烟温度在150度左右，这是风机可以承受的温度，若采用烟气回流，通过降低助燃风中氧含量的方法，可以大幅降低火焰温度，则能大大降低燃烧产物中的氮化物含量。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的缺陷，本实用新型提供了一种用于蓄热式燃烧工业炉的配烟装置，以通过与烟气回流管道配合供应预定混合比例的助燃空气来减少氮化物的排放。

根据本实用新型的一方面，提供了一种用于蓄热式燃烧工业炉的配烟装置，所述工业炉包括燃烧器、用于向燃烧器供应助燃空气的风机和用于排出燃烧器产生的烟气的排烟管道，所述风机具有用于与所述配烟装置连接的风机入口，所述配烟装置包括：筒形本体，其具有用于与烟气回流管道连接的第一端、用于连接至风机入口的第二端以及在所述第一端和第二端之间延伸的侧壁，所述烟气回流管道引导排烟管道中的烟气回流至风机；设置在所述侧壁上以引入外部空气的多个空气入口；以及用于调节所述多个空气入口的进气面积以预先配置烟气和空气的混合比例的调节装置；其中，在烟气回流管道和配烟装置连接至工业炉的情况下，经烟气回流管道回流的烟气和引入配烟装置的空气在被引入风机入口之前利用风机入口的负压混合成所述助燃空气。

根据本实用新型的配烟装置通过预先设定回流烟气和引入空气的混合比例而将经配置的空气和烟气混合后，风机将空气和烟气的混合体经管道进入燃烧器，能够大大降低排出烟气中氮化物的含量。本实用新型特别适用于多个燃烧器、多温区进行脉冲燃烧控制的过程，当多个燃烧器多温区控制时，无论燃烧器开闭器如何动作，都能够获得稳定的配烟比例，从而实现工业炉工作的各个阶段都能降低氮化物的排放量。

在工业炉正常运行之前，所述调节装置基于工业炉的正常运行炉温对烟气和空气的混合比例进行预先配置，而在工业炉正常运行过程中，所述调节装置实质上维持该混合比例。从而，根据本实用新型的配烟装置无需参与工业炉的过程控制，大大简化工业炉的运行管理。

根据一种变形，所述筒形本体被构造成与所述烟气回流管道流体连通地串联连接，以在所述筒形本体的内部形成烟气和空气的混合区。

根据另一种变形，所述筒形本体被构造成使所述烟气回流管道从所述筒形本体的第一端延伸穿过所述筒形本体的内部并到达所述筒形本体的第二端，以在该第二端的端面上形成烟气和空气的混合区。

优选地，所述筒形本体被构造成使所述烟气回流管道居中地安装到所述筒形本体的第一端。

优选地，所述空气入口形成为沿所述筒形本体的纵向线性延伸的狭缝。

优选地，所述多个空气入口沿所述筒形本体的周向均匀布置。

根据本实用新型的一方面，所述调节装置包括围绕所述筒形本体的至少一部分的环形调节本体，所述调节本体相对于所述筒形本体是可移动的。

优选地，所述调节本体相对于所述筒形本体是可转动的，所述调节本体的周向表面上设有用于与所述空气入口适配来调节进气量的多个进气调节孔。

根据本实用新型的另一方面，所述第二端的开口面积大于所述风机入口的开口面积。

根据本实用新型的又一方面，筒形本体的第二端具有连接至风机入口的过渡段，该过渡段具有渐缩部。

根据本实用新型的又一方面，筒形本体的第二端还具有连接至风机入口的连接管，该过渡段延伸入该连接管内，该连接管的一端连接至过渡段的与风机入口相反的那端，该连接管的另一端连接至风机入口。

根据本实用新型的再一方面，所述工业炉采用脉冲式燃烧控制，和/或所述风机为离心风机。

本实用新型还涉及一种配烟组件，其包括上述配烟装置和与配烟装置连接的烟气回流管道。

本实用新型还涉及一种工业炉，其包括上述配烟组件。

附图说明

图1是根据本实用新型的配烟装置在安装到蓄热式燃烧工业炉的状态下的局部结构示意图。

图2是根据本实用新型第一实施例的配烟装置的结构示意图。

图3是图2所示配烟装置的调节装置处于调节状态的局部放大图。

图4(a)和4(b)分别是调节装置的调节本体的正面视图和侧视图。

图5是根据本实用新型第二实施例的配烟装置的结构示意图。

图6是根据本实用新型的配烟装置的调节装置处于紧固状态的局部放大图。

图7(a)和7(b)是根据本实用新型第三实施例的配烟装置的结构示意图。

图8(a)和8(b)是根据本实用新型第四实施例的配烟装置的结构示意图。

图9是根据本实用新型第五实施例的配烟装置的结构示意图。

图10(a)是根据本实用新型的配烟装置设有可替代的调节装置的结构示意图。

图10(b)是图10(a)所示的配烟装置的横截面剖视图。

图10(c)是图10(a)所示的调节装置的平面展开图。

具体实施方式

图1示出了根据本实用新型的配烟装置1在安装到蓄热式燃烧工业炉的状态下的结构示意图。

如图1所示，蓄热式燃烧工业炉包括燃烧器(图中未示出)、用于向燃烧器供应助燃空气的风机101和用于排出燃烧器的燃烧烟气的排烟管道102。

烟气回流管道2连接到排烟管道102，用于引导排烟管道102中的烟气回流以引入风机入口103。如图2所示，烟气回流管道2包括用于连接至工业炉的排烟管道102的入口端21和用于将回流的烟气供应至工业炉的风机入口103的出口端22。为了有利地控制操作，在该烟气回流管道2上设有开关阀23以控制烟气是否回流，如图1所示。通常是当炉膛达到一定温度后开启(通常当炉膛温度达到一定温度(通常是600-700℃)以上打开该开关阀23，当然也可以根据氮化物排放量设定开启温度)。另外，为了调节回流的烟气量，还在该烟气回流管道2上设有流量调节阀24，该流量调节阀24优选采用手动形式，一旦根据需求设定之后便无需进行调节，从而大大简化操作。

配烟装置1安装到蓄热式燃烧工业炉的风机入口103以引入助燃空气。具体来说，配烟装置1能够从外界引入新鲜空气并使其与从排烟管道102回流的烟气混合。配烟装置1根据工业炉的不同工况状况主要是炉温将引入的新鲜空气和烟气按预定的比例配置成助燃空气，并将配置后的助燃空气利用风机入口103的负压供应到风机101内。需要说明的是，该配烟装置1针对不同的工业炉预先配置烟气和空气的混合比例，例如主要是基于工业炉正常运行时的炉温而预先设定该混合比例，只需在现场调试时根据实际工况进行微调。在工业炉正常运行之后，配烟装置1基本保持该混合比例不变。由于在助燃空气中配入了含氧量低的烟气，导致助燃空气总体的含氧量降低，从而降低了燃烧火焰的燃烧温度，达到降低燃烧产物中氮化物排放量的目的。并且由于配烟装置只是提前配置混合比例而并不参与过程控制，因此工业炉的运行简单、可靠。

(第一实施例)

图2至图4示出了根据本实用新型第一实施例的配烟装置3的示意性结构。

如图2所示，配烟装置3包括筒形本体31、设置在筒形本体31上的多个空气入口32以及用于调节空气入口32的进气面积的调节装置33。

该筒形本体31包括用于与烟气回流管道2连接的第一端311、用于连接至风机入口103的第二端312以及在第一端311和第二端312之间延伸的侧壁313。

第一端311设有开口用于连接烟气回流管道2的出口端22，以将从出口端22排出的烟气引入筒形本体31内。出口端22优选设置在第一端311的中心位置，也即该开口设置在第一端311的中心位置。回流的烟气沿图中的A箭头所示方向进入筒形本体31，与其内的新鲜空气充分混合。

侧壁313开设多个开口形成所述空气入口32。所述开口优选为沿筒形本体31的纵向延伸的细长狭缝，如矩形狭缝，从而空气入口32的进气面积能够被线性调节。然而，可以设想到的是，所述开口也可以为其它形状如圆形、椭圆形、多边形等。所述多个空气入口32还优选沿筒形本体31的周向均匀分布，从而在运行状态下增强配烟装置3的稳定性。并且，空气入口32也不仅仅限于形成在侧壁313上，也可以形成在第一端311和/或第二端312上，以增大引入的空气量。在该实施例中，空气入口32优选设置成远离第一端311而更靠近第二端312，由此在运行状态下，引入的新鲜空气沿图中的B箭头所示方向进入筒形本体31，与进入的回流烟气对向碰撞产生湍流，从而充分混合。

第二端312可以与风机入口直接或间接连接，其设有开口以将助燃空气引入到风机入口103内。为了保证在筒形本体31内形成稳定的静压区，第二端312的开口面积优选大于风机入口103的开口面积。

筒形本体31优选为圆筒形，然而，其也可以采用L形或弧形弯头等筒体结构，只要该筒形本体31能够将助燃空气引入风机入口103即可。另外，筒形本体31优选是单件式筒。然而，筒形本体31也可以由多个彼此分离的部分组装在一起而形成。例如，筒形本体31可以由多个支柱彼此间隔地围绕而成，这些支柱的一端均固定在板状件上，在这些支柱之间形成多个狭缝构成所述多个空气入口32。这些支柱优选彼此平行地沿轴向延伸，从而所述多个空气入口32形成为沿筒形本体31的轴向线性延伸。

图3是调节装置33的局部放大图。调节装置33包括围绕配烟装置3的筒形本体31并覆盖筒形本体31的部分纵向长度的调节本体331、以及用于调节调节本体331相对于筒形本体31位置的位置调节器332。

调节本体331是贴合配烟装置3的筒形本体31的筒形件，优选两者紧密贴合以精确控制进气量。如图4(a)、图4(b)所示，该调节本体331沿其周向等间隔地设置多个安装凸耳3311(图中示出了三个)，每个安装凸耳3311具有中心孔以便安装到对应的位置调节器332。可以想到的是，安装凸耳3311的数量并不限于三个，只要能将调节装置33周向固定即可。

位置调节器332包括带有头部的螺杆3321和套设在该螺杆3321上的两个紧固螺母3322。螺杆3321穿过筒形本体31一端的支架314，并穿过调节本体331的对应的安装凸耳3311，两个紧固螺母3322位于安装凸耳3311的两侧用于从两侧拧紧。调节本体331能够通过安装凸耳3311相对于位置调节器332滑动。在基于排出烟气中氮化物含量的监测结果将调节本体331移动至设定的位置之后，拧紧安装凸耳3311两侧的紧固螺母3322将调节本体331的位置固定，如图6所示，从而空气入口32的进气面积保持恒定，达到配置回流烟气和新鲜空气的目的。

上面描述了调节装置33的调节本体331在筒形本体31上滑动来调节进气量，然而，调节装置33也可以采用转动式调节，即，可以使调节本体331在筒形本体31上转动而相对于其移动，此时可以使调节本体331和筒形本体31螺纹啮合。换句话说，只要调节装置33能够相对于筒形本体31移动来调节其上的空气入口的进气面积即可。

虽然上面描述了调节装置33采用手动调节形式，然而，其也可以采用电动或气动等其它方式。

蓄热式燃烧氮化物的排放只与烟气混入比例和炉温有关。通过大量的实验证明，对应一定的蓄热式燃烧器，对应一定的炉温，当预置烟气和空气比例时，获得的氮化物排放值基本在稳定值范围内，其特征具有重复性。因此如前所述，在工业炉正常运行之前，可以根据热工工艺和工业炉使用温度，从工业炉设计的角度设定烟气和空气的预混比例。在实际的调试时，首先利用调节装置基于工业炉正常运行时的炉温将烟气和空气的混合比例进行预置(只需根据实际工况进行微调)，而在工业炉正常运行过程中基本维持该比例，也即调节装置并不参与过程控制。预置烟气和空气比例对整个脉冲控制燃烧系统降低氮化物排放具有重大意义，可以获得一个简单而可行的解决方案。

在调节好烟气和空气混合比例之后，从工业炉的排烟管道102回流的烟气从烟气回流管道2的出口端22流入到配烟装置3的筒形本体31内，在此与通过多个空气入口32引入到筒形本体31内的新鲜空气混合，在通过风机101运转而在筒形本体31内产生的负压的作用下流入到风机入口103，从而降低助燃空气中的氧含量，本实用新型的配烟装置能够将排到外界中的氮化物的含量降低到100mg/m³，这远远超出了国家规定的排放标准。

此外，本实用新型通过将配烟装置本身设置成能够调节进气量，无需设置额外的流量调节阀，并且由于能够线性调节空气入口的进气面积，因此便于方便、精确地控制进气量。

(第二实施例)

图5示出了根据本实用新型第二实施例的配烟装置1的示意性结构。该第二实施例与第一实施例的不同仅仅在于烟气回流管道2的出口端22从配烟装置3的筒形本体31的第一端311延伸穿过筒形本体31的内部并到达筒形本体31的第二端312，以在该第二端312的端面(即，该端所处的平面)处形成烟气和空气的混合区。该实施例的其它部分都可以与第一实施例相同。为了简洁，仅在此描述该不同之处。

在该实施例中，烟气回流管道2的出口端22穿过配烟装置3的筒形本体31，从而在配烟装置3的筒形本体31内形成环形空间34以接收从空气入口32引入的新鲜空气，回流的烟气和引入的新鲜空气在配烟装置1的靠近风机入口的端面处(也即筒形本体31的第二端312和烟气回流管道2的出口端22处)利用负压被吸入风机入口103，从而通过设计一个面积分配面进行面积分配，实现与上述第一实施例类似的效果。

在该实施例中，为了更好地引入新鲜空气，多个空气入口32优选设置成远离筒形本体31的第二端312而更靠近第一端311，从而避免在筒形本体31内形成死区。

(第三实施例)

图7(a)、图7(b)示出了根据本实用新型第三实施例的配烟装置的结构示意图。该实施例与第一实施例的不同在于，配烟装置3的第二端312设有与风机入口连接的过渡段3120，以适应各种工业炉的不同空间布置。该过渡段3120可以具有渐缩部比如锥筒以与风机入口直接或间接连接。该过渡段3120还可以具有与该渐缩部连接的直筒部，该直筒部可以直接或间接与风机入口连接。然而，该过渡段3120也可以采用其它筒形形状，只要能适当地连接到风机入口以供应助燃空气即可。

图7(a)示出了空气入口32设置成靠近配烟装置3的第二端312，而图7(b)示出了空气入口32设置成靠近配烟装置3的第一端311，从而实现不同的空气流向。

(第四实施例)

图8(a)、图8(b)示出了根据本实用新型第四实施例的配烟装置的结构示意图。该实施例与第二实施例的不同在于，配烟装置3的第二端312设有与风机入口连接的过渡段3120，以适应各种工业炉的不同布置。该过渡段3120可以具有渐缩部比如锥筒以与风机入口直接或间接连接。该过渡段3120还可以具有与该渐缩部连接的直筒部，该直筒部可以直接或间接与风机入口连接。然而，该过渡段3120也可以采用其它筒形形状，只要能适当地连接到风机入口以供应助燃空气即可。

与配烟装置3相应地，烟气回流管道2的出口端22从配烟装置3的第一端311穿过到达第二端312的过渡段3120，从而使空气与烟气在该第二端312处的一个分配表面(端面)上混合。

图8(a)示出了空气入口32设置成靠近配烟装置3的第二端312，而图8(b)示出了空气入口32设置成靠近配烟装置3的第一端311，从而实现不同的空气流向。

(第五实施例)

图9示出了根据本实用新型第五实施例的配烟装置的结构示意图。该实施例与第四实施例的不同在于，配烟装置3的第二端312还设有与风机入口直接或间接连接的连接管3121，过渡段3120伸入该连接管3121内。

该连接管3121形成为L形形状，其一端连接至过渡段3120的与风机入口相反的端部，另一端连接至风机入口，从而增强与风机入口连接的灵活性。该连接管3121可以采用柔性软管。

上面在第一实施例中描述了配烟装置3的调节装置33可以转动来调节进气量。下面给出该调节方式的一个具体实施例。

图10(a)示出了调节装置33的调节本体331相对于配烟装置3的筒形本体31旋转来调节进气量的结构示意图。图10(b)和10(c)分别是其剖视图和平面展开图。

调节装置33仅包括与筒形本体31可转动配合的调节本体331和一体形成在该调节本体331上的多个进气调节孔3310。调节本体331形成为围绕筒形本体31的筒形状比如圆筒形状，其周向表面上设有进气调节孔3310，这些进气调节孔3310可以是正方形、长方形、圆孔或其它任意形状的孔，优选是线性孔如正方形或长方形孔，以便通过该进气调节孔3310与筒形本体31上的空气入口32相互配合来调节配烟装置3的进气量。这些进气调节孔3310优选沿调节本体331的周向均匀分布。

图10(b)中的双向箭头示出了该调节装置33相对于筒形本体31的旋转方向，可以顺时针或者逆时针旋转调节本体331，来调节进气调节孔3310与筒形本体31上的空气入口32的叠加面积也即进气面积，从而根据排放烟气中氮化物的含量来进行适当设置。

上面描述的调节装置操作更加简单，并且结构得到简化，适用于本实用新型的所有前述实施例。

本实用新型还涉及一种配烟组件，其包括根据上述实施例的配烟装置以及与该配烟装置连接的烟气回流管道。

本实用新型还涉及配有上述配烟组件的工业炉。

工业炉的风机优选为离心风机，其出口的压力变化不大。在某个或某些燃烧器不工作时，风机会自动根据燃烧器的需求来自动调节助燃空气的引入量，从而一旦针对某个工业炉设定好配置的比例，则该工业炉完全自动运行，大大减少了传统设备需要的人工参与，减少了操作误差，降低了人工成本。

在设置有根据本实用新型的配烟组件的工业炉中，通过预先设定烟气回流管道和配烟装置的进气面积比例，可以实现将排出烟气的10-70％进行回流，进而减少工业炉排出烟气中的氮化物含量。