燃烧炉的制作方法

本发明涉及冶金技术领域，具体而言，尤其涉及一种燃烧炉。

背景技术：

我国作为世界主要铜生产国，每年铜渣排放量约800多万吨，渣中含有fe、cu、zn、pb、co和ni等多种有价金属和au、ag等少量贵金属，其中fe含量远高于我国铁矿石可采品位(tfe>27％)，然而我国的铜渣利用率仍很低，由于铜矿来源不同，铜渣中还含有钴、镍、锌等有价金属元素，大部分富含铁、铜的铜渣被大量堆存在渣场中，既占用土地又污染环境，也造成巨大的资源浪费，严重阻碍了铜冶炼企业的可持续发展。

相关技术中，转底炉大多采用蓄热式圆形火焰燃烧装置，或者是普通圆形火焰燃烧装置，以保证炉料上方的co层不受破坏，保证炉内的还原性气氛。但是依然存在炉内的s元素不能有效的脱除，对环境造成了极大的污染等问题，同时圆形火焰的燃烧装置对炉料的上方的co层有较强的扰动性，影响了含碳球团的还原效果。

例如，相关技术中公开的直接还原铁用转底炉的分段式烧嘴布置方法，能够按照各个不同区段的热工制度要求安装不同类型的烧嘴。它是在转底炉的加热段安装蓄热式圆烧嘴，在转底炉的还原段安装蓄热式扁平焰烧嘴和炉顶供热辐射式平焰烧嘴，在转底炉的均热段安装炉顶供热辐射式平焰烧嘴。这样既能够保证加热段有很好的传热效果，炉料迅速升温，也能够在还原段和均热段保护好炉内的还原性气氛，极大降低了对炉料上方co层的扰动，使含碳球团在炉内能够快速的完成还原过程，并且得到较高的还原率。

但相关技术方案中存在如下缺陷：

一、该种类型烧嘴的布置方法，主要是为了保持炉内的还原性气氛，使料层上方的co层不受破坏，但是不能满足铜渣直接还原炼铁的工艺、温度以及炉内气氛的要求，不能同时实现氧化和还原焙烧的工艺要求，同时炉内co的浓度太高，不利于燃烧，无法降低物料中的s元素，增加了后期处理的成本，对环境造成了污染。

二、该种类型烧嘴的布置方法，采用在转底炉的加热段安装蓄热式圆烧嘴，由于圆形火焰的冲刷能力较强，对整个加热段的气体扰动、气流紊乱度增强了，不利于炉内气氛的保证和炉内温度的均匀性，容易造成炉内料层被co2和h2o再次氧化，同时蓄热体容易被烟气中的粉尘堵塞，造成换热效率低，蓄热体损坏等问题，降低了烧嘴的燃烧效率，为生产带来了较大的安全隐患。

三、该种类型烧嘴的布置方法，采用在转底炉的还原段和均热段安装炉顶供热辐射式平焰烧嘴，由于炉顶平焰烧嘴安装在炉顶，烧嘴喷口喷出的气流垂直于物料层表面，高速喷出的气流对下方垂直的物料层造成较大的冲刷，扰动了炉内的co层，不利于炉内还原气氛的保证，同时炉顶平焰烧嘴的对物料的热辐射能力小于侧墙扁平焰烧嘴的热辐射能力，因此，炉顶平焰烧嘴的燃料消耗较大，热效率低，造成了燃料的浪费。

四、该种类型烧嘴的布置方法，使得炉内气氛可控范围小，基本不能调节。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种燃烧炉，所述燃烧炉具有能源利用率高、节能环保的优点。

根据本发明实施例的燃烧炉，包括：内侧炉壁；外侧炉壁，所述外侧炉壁外套在所述内侧炉壁上且与所述内侧炉壁限定出炉膛；两个间隔开的间隔板，两个所述间隔板设在所述炉膛内且沿所述外侧炉壁的周向方向将所述炉膛划分为氧化焙烧区和还原焙烧区；氧化烧嘴组件，所述氧化烧嘴组件位于所述氧化焙烧区内；还原烧嘴组件，所述还原烧嘴组件位于所述还原焙烧区内；和用于遮挡所述炉膛下端的炉底，所述炉底可转动地设在所述炉膛下端以将位于炉底上的物料带入到所述氧化焙烧区内或所述原焙烧区内。

根据本发明实施例的燃烧炉，通过在内侧炉壁和外侧炉壁之间设置两块间隔板，可以将炉膛划分为氧化焙烧区和还原焙烧区，且位于炉膛底部的炉底可以转动，当炉底转动时，可以将炉底上的物料带入到氧化焙烧区和还原焙烧区，从而使铜渣还原炼铁工艺过程中的氧化焙烧和还原焙烧的工艺过程相结合，解决了铜渣还原炼铁工艺过程中所需要的特殊气氛环境与温度条件相适应的问题。

根据本发明的一个实施例，所述氧化烧嘴组件包括：多个扁平焰烧嘴，部分所述扁平焰烧嘴位于所述内侧炉壁上，部分所述扁平焰烧嘴位于所述外侧炉壁上；和多个补风烧嘴，部分所述补风烧嘴位于所述内侧炉壁上，部分所述补风烧嘴位于所述外侧炉壁上。

根据本发明的一个实施例，位于所述内侧炉壁上的所述扁平焰烧嘴和所述补风烧嘴交替分布；位于所述外侧炉壁上的所述扁平焰烧嘴和所述补风烧嘴交替分布。

根据本发明的一个实施例，所述扁平焰烧嘴具有燃气通道和空气通道，所述燃气通道和所述空气通道连通，所述燃气通道的喷口的长径比比值为1.5-2，所述空气通道的进口的长径比比值为2-2.5。

根据本发明的一个实施例，所述补风烧嘴的喷口通径为150mm-250mm；所述燃气通道的喷口通径为20mm-30mm，所述空气通道的进口径为50mm-60mm。

根据本发明的一个实施例，所述还原烧嘴组件包括：多个扁平焰烧嘴，部分所述扁平焰烧嘴位于所述内侧炉壁上，部分所述扁平焰烧嘴位于所述外侧炉壁上；和多个空气蓄热式烧嘴，部分所述空气蓄热式烧嘴位于所述内侧炉壁上，部分所述空气蓄热式烧嘴位于所述外侧炉壁上。

根据本发明的一个实施例，位于所述内侧炉壁上的所述扁平焰烧嘴和所述空气蓄热式烧嘴交替分布；位于所述外侧炉壁上的所述扁平焰烧嘴和所述空气蓄热式烧嘴交替分布。

根据本发明的一个实施例，所述空气蓄热式烧嘴内部设有陶瓷球式蓄热体，所述陶瓷球式蓄热体的直径为15mm-20mm。

根据本发明的一个实施例，所述空气蓄热式烧嘴的空气进口的长径比比值为2-2.5，所述空气蓄热式烧嘴的喷口通径为80mm-100mm。

根据本发明的一个实施例，所述空气蓄热式烧嘴的喷口包括多个支喷口，每个所述支喷口的通径为20mm-30mm。

附图说明

图1是根据本发明实施例的燃烧炉的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的燃烧炉的俯视图；

图3是根据本发明实施例的燃烧炉的外侧炉壁展开图；

图4是根据本发明实施例的燃烧炉的补风烧嘴的主视图；

图5是图4中所示的补风烧嘴的俯视图；

图6是图4中所示的补风烧嘴的左视图；

图7是根据本发明实施例的燃烧炉的扁平焰烧嘴的主视图；

图8是图7中所示的扁平焰烧嘴的俯视图；

图9是图7中所示的扁平焰烧嘴的左视图；

图10是根据本发明实施例的燃烧炉的空气蓄热式烧嘴的主视图；

图11是图10中所示的空气蓄热式烧嘴的俯视图；

图12是图10中所示的空气蓄热式烧嘴的左视图。

附图标记：

燃烧炉100，

内侧炉壁10，

外侧炉壁20，

炉膛30，氧化焙烧区310，还原焙烧区320，

间隔板40，

氧化烧嘴组件50，扁平焰烧嘴510，燃气通道511，空气通道512，补风烧嘴520，

还原烧嘴组件60，空气蓄热式烧嘴610

炉底70。

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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图12描述根据本发明实施例的燃烧炉100。需要说明的是，燃烧炉100可以应用于铜渣还原炼铁工艺。

如图1-图12所示，根据本发明实施例的燃烧炉100，燃烧炉100包括：内侧炉壁10、外侧炉壁20、间隔板40、氧化烧嘴组件50、还原烧嘴组件60和炉底70。

具体而言，如图1-图3所示，外侧炉壁20外套在内侧炉壁10上且与内侧炉壁10限定出炉膛30，例如，图1和图2中所示，外侧炉壁20外套在内侧炉壁10上，且内侧炉壁10与外侧炉壁20间隔设置，外侧炉壁20与内侧炉壁10间限定出炉膛30。两个间隔板40设在炉膛30内且沿外侧炉壁20的周向方向将炉膛30划分为氧化焙烧区310和还原焙烧区320。例如图2中的示例所示，在外侧炉壁20和内侧炉壁10之间间隔设置有两块间隔板40，两块间隔板40将炉膛30划分为氧化焙烧区310和还原焙烧区320。氧化烧嘴组件50位于氧化焙烧区310内，还原烧嘴组件60位于还原焙烧区320内。炉底70设置在炉膛30的下端，用于遮挡炉膛30，且炉底70可转动以将位于炉底70上的物料带入到氧化焙烧区310内或还原焙烧区320内。

根据本发明实施例的燃烧炉100，通过在内侧炉壁10和外侧炉壁20之间设置两块间隔板40，可以将炉膛30划分为氧化焙烧区310和还原焙烧区320，且位于炉膛30底部的炉底70可以转动，当炉底70转动时，可以将炉底70上的物料带入到氧化焙烧区310和还原焙烧区320，从而使铜渣还原炼铁工艺过程中的氧化焙烧和还原焙烧的工艺过程相结合，解决了铜渣还原炼铁工艺过程中所需要的特殊气氛环境与温度条件相适应的问题。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，氧化烧嘴组件50可以包括：多个扁平焰烧嘴510和多个补风烧嘴520，其中，部分扁平焰烧嘴510位于内侧炉壁10上，部分扁平焰烧嘴510位于外侧炉壁20上。部分补风烧嘴520位于内侧炉壁10上，部分补风烧嘴520位于外侧炉壁20上。换言之，在外侧炉壁20和内侧炉壁10上可以设置有多个扁平焰烧嘴510和多个补风烧嘴520。例如，图3中的示例所示，在外侧炉壁20上设置有4个补风烧嘴520和3个扁平焰烧嘴510。扁平焰烧嘴510的应用可以使燃烧火焰面加大，提高了火焰的传热效率，使物料受热及炉膛30内气氛更加均匀，补风烧嘴520的应用使烟气中co与补风烧嘴520喷入的空气进行反映，降低了出炉烟气中co含量，使物料内带入的c部分燃烧，同时使得物料中所含的s元素从分氧化得到s的氧化物，从而实现对物料中s元素的脱出。

进一步地，位于内侧炉壁10上的扁平焰烧嘴510和补风烧嘴520交替分布，位于外侧炉壁20上的扁平焰烧嘴510和补风烧嘴520交替分布。例如，图3中的示例所示，位于外侧炉壁20上的扁平焰烧嘴510和补风烧嘴520交替分布，即每两个补风烧嘴520之间夹设有一个扁平焰烧嘴510。同样，位于内侧炉壁10上的扁平焰烧嘴510和补风烧嘴520可以交替分布。采用补风烧嘴520和扁平焰烧嘴510交替布置的方式，可以充分利用烟气热量加热刚进入炉膛30内的物料，确保还原冶炼过程中所需的温度。例如，在铜渣还原炼铁的过程中，外侧炉壁20和内侧炉壁10上交替间隔布置的多个补风烧嘴520和扁平焰烧嘴510可以使氧化焙烧区310内的温度达到700～900℃。

在本发明的一些实施例中，如图7-图9所示，扁平焰烧嘴510可以具有燃气通道511和空气通道512，燃气通道511和空气通道512连通。例如，图8所示，扁平焰烧嘴510包括间隔设置的燃气通道511和空气通道512，燃气通道511与空气通道512连通。燃气通道511的喷口的长径比比值可以为1.5-2，空气通道512的进口的长径比比值可以为2-2.5。经过试验验证，当燃气通道511的喷口的长径比比值可以为1.5-2，空气通道512的进口的长径比比值可以为2-2.5时，扁平焰烧嘴510可以为氧化焙烧区310提供足够的热源，保证工艺所需的温度。

根据本发明的一个实施例，如图4-图6所示，补风烧嘴520的喷口通径为150mm-250mm，燃气通道511的喷口通径为20mm-30mm，空气通道512的进口径为50mm-60mm。需要说明的是，补风烧嘴520的主要功能是为氧化焙烧区310烟气产生的co和物料中带入的部分c的反应提供适量的氧气，其中补风烧嘴520内燃气通道511和空气通道512连通。经过试验测试，当补风烧嘴520的喷口通径为150mm-250mm时，可以使物料中的c得到良好的燃烧，并可以使物料中所含的s元素充分氧化得到s的氧化物，从而实现对物料中s元素的脱出。而扁平焰烧嘴510的主要功能是为氧化焙烧区310提供热源，保障工艺要求温度，经过试验验证，当燃气通道511的喷口通径为20mm-30mm，空气通道512的进口径为50mm-60mm时，可以有效使氧化焙烧区310内的温度维持在700～900℃之间，以满足冶炼工艺中改的温度要求。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，还原烧嘴组件60可以包括：多个扁平焰烧嘴510和和多个空气蓄热式烧嘴610，其中，部分扁平焰烧嘴510位于内侧炉壁10上，部分扁平焰烧嘴510位于外侧炉壁20上。部分空气蓄热式烧嘴610位于内侧炉壁10上，部分空气蓄热式烧嘴610位于外侧炉壁20上。换言之，在还原焙烧区320的内侧炉壁10和外侧炉壁20上可以设置有多个扁平焰烧嘴510和多个空气蓄热式烧嘴610。例如，图3中的示例所示，在还原焙烧区320的外侧炉壁20上设置有多个扁平焰烧嘴510和多个蓄热式扁平焰烧嘴510。

需要说明的是，在还原焙烧区320通过控制燃烧器的空气过剩系数在0.8～1.0之间来制造还原性气氛，扁平焰烧嘴510可以使物料上方形成较为稳定的火焰面，同时也有利于还原性气氛的生成。通过在还原焙烧区320内设置多个空气蓄热式烧嘴610可以增加炉内气体的搅拌以得到更加理想的炉内气氛，防止死区的产生，同时也能够使炉内温度迅速提高，除此之外也可以将还原段的烟气直接通过空气蓄热式烧嘴610进行排烟。在还原焙烧工艺段中可以将物料中反应生成的含有氧化铅、氧化锌的烟气收集进行后续工艺处理。

根据本发明的一个实施例，位于内侧炉壁10上的扁平焰烧嘴510和空气蓄热式烧嘴610交替分布，位于外侧炉壁20上的扁平焰烧嘴510和空气蓄热式烧嘴610交替分布。换句话说，位于外侧炉壁20上和内侧炉壁10上的扁平焰烧嘴510和空气蓄热式烧嘴610可以采用交替排布，例如图3中的示例所示，在还原焙烧区320的外侧炉壁20上，扁平焰烧嘴510与空气蓄热式烧嘴610交替分布，即两个空气蓄热式烧嘴610之间夹设有一个扁平焰烧嘴510。同样，在还原焙烧区320的内侧炉壁10上，扁平焰烧嘴510与空气蓄热式烧嘴610交替分布。采用扁平焰烧嘴510与空气蓄热式烧嘴610交替分布的排列方式，既可以保证工艺温度要求，同时也加强了炉内气体的扰动氛围，有利于还原焙烧区320内含锌和含铅烟气的排放。

进一步地，空气蓄热式烧嘴610内部设有陶瓷球式蓄热体(图中未示出)，陶瓷球式蓄热体的直径为15mm-20mm。通过在空气蓄热式烧嘴610内设置陶瓷球式蓄热体，可以利用陶瓷球式蓄热体回收烟气中的余热，从而降低预热的排出时的温度，并提高了助燃空气的温度。经过测试，当陶瓷球式蓄热体的直径为15mm-20mm时，可以使助燃空气的温度达到1000℃以上(仅比炉温少100℃)，烟气排放的温度可以降低至＜180℃。从而，极大的提高了能源利用率和燃烧效率，起到了节能环保的效果。

在本发明的一些实施例中，如图10-图12所示，空气蓄热式烧嘴610的空气进口的长径比比值为2-2.5，空气蓄热式烧嘴610的喷口通径为80mm-100mm。经过试验验证，当空气蓄热式烧嘴610的空气进口的长径比比值为2-2.5，空气蓄热式烧嘴610的喷口通径为80mm-100mm时，有利于保证还原焙烧区320工艺所需温度，并可以使还原焙烧区320具有良好的气体扰动氛围，从而可以得到较高的还原率。

根据本发明的一个实施例，空气蓄热式烧嘴610的喷口包括多个支喷口(图中未示出)，每个支喷口的通径为20mm-30mm。例如，空气蓄热式烧嘴610的喷口可以包括4个支喷口，每个支喷口的通径为20-30mm，4个支喷口与空气蓄热式烧嘴610的喷口平行。值得理解的是，这里所述的4个支喷口与空气蓄热式喷嘴的喷口平行可以指支喷口与空气蓄热式喷嘴的喷口位于同一周向平面上。由此，可以进一提高强化还原焙烧区320的热源，以更好的维持工艺所需温度，并且同时加强了炉膛30内气体扰动氛围。经过试验验证，当支喷口的通径为20-30mm满足15mm-20mm时，可以为还原焙烧区320提供更佳的气体扰动氛围并有利于维持还原焙烧区320所需的温度条件。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。