本实用新型属于高端铸造装备领域，具体涉及一种高效陶瓷蓄热式烤包器。
背景技术：
在炼钢生产过程中，转炉生产出来的钢水倒入钢包内，然后运至连铸机进行浇铸。钢包在装钢水前必须将其烘干加热，一般钢包烘烤的温度在1000℃以上，钢包烘烤器就是通过燃料燃烧来加热钢包的装置。由于煤气流股与空气流股平行喷入包内，两股之间无交角，煤气与空气在喷嘴外边混合边燃烧，在钢包有限的空间内，难以实现煤气与空气充分混合，导致燃烧不完全，产生大量的NOX和CO。煤气与空气燃烧产生的1000℃高温烟气直接外排，没有对烟气余热进行回收，热能利用率仅能达到30％，热能利用率低。同时，外排的高温烟气中含有大量的NOX和CO，严重污染了环境。其中的NOX一般是指NO2和NO，它虽以低浓度存在于大气中，但是较低浓度就能对人们及环境物质产生不良影响，特别是当 NOX与碳氢化合物共存于大气中时，在强光照射下产生二次污染物光化学烟雾，对环境污染作用更强。虽然有对排放的烟气中的污染物进行处理的净化器，但是由于外排的烟气温度太高，严重影响污染净化器的使用寿命。
技术实现要素：
针对上述现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是提供一种高效陶瓷蓄热式烤包器。采用封闭式烘烤方式，利用高频换向阀，使得高温废气与助燃空气和煤气在陶瓷蓄热体内交替通过，相互间进行充分的热交换，使助燃空气和煤气预热到1000℃左右，增加其热焓，实现稳定、高效、节能燃烧。可以提高燃料的热能利用率，降低外排烟气的污染。
为了解决以上技术问题，本实用新型的技术解决方案是：
一种高效陶瓷蓄热式烤包器，包括第一陶瓷蓄热体、第二陶瓷蓄热体、第一烧嘴、第二烧嘴、四通阀和储液箱，其中，
第一陶瓷蓄热体和第二陶瓷蓄热体安装在钢包盖的外侧，第一烧嘴和第二烧嘴分别位于第一陶瓷蓄热体和第二陶瓷蓄热体的内部，且贯穿固定于钢包盖内，使烧嘴的出口朝向钢包内部设置；
所述四通阀包括第一连接管、第二连接管、第三连接管和第四连接管，第一连接管与气源连接，第二连接管与第一陶瓷蓄热体连接，第三连接管与第二陶瓷蓄热体连接，第四连接管与所述储液箱连接；
所述储液箱提供盛放碱性溶液的空间；燃气和助燃气混合气从第一陶瓷蓄热体和第二陶瓷蓄热体交替流入，实现对混合气的预热和预混合，对应的，燃烧后烟气从第一陶瓷蓄热体和第二陶瓷蓄热体交替流出，实现对燃烧后高温烟气的余热回收。
燃气和助燃气混合气从第一陶瓷蓄热体中流入经过预混合后，进入钢包内燃烧，燃烧后的高温烟气流经第二陶瓷蓄热体，两者之间产生热交换，高温烟气中的热量被迅速储存在第二陶瓷蓄热体中，进而使高温烟气的温度大大降低，降温后的烟气流入储液箱，被碱液吸收，去除烟气中氮氧化物，降低对环境的污染。
第二陶瓷蓄热体蓄热完成后，燃气和助燃气混合气流向第二陶瓷蓄热体，在第二陶瓷蓄热体内进行预混合和被快速加热，混合气在极短的时间内被加热到接近蓄热体内壁的温度，高温气体通过烧嘴，在钢包内形成贫氧高温气流，实现了煤气等燃料在贫氧状态下的燃烧。在该种情况下，即使大大降低混合气中的氧气含量，也能实现燃气的充分燃烧。而高温贫氧燃烧时，可有效地抑制烟气中污染物的形成。同时，将高温烟气中的热量进行回收，可提高废热的利用率，并且有利于对降温后的烟气进行处理。
优选的，所述第四连接管与储液箱之间的连接管道上设置有三通阀，三通阀的第三个出口与所述第一连接管连接。
三通阀可以将流出的降温后的烟气重新与燃气和助燃气的混合气混合后，重新进入蓄热体内预热、预混合，然后进入钢包内燃烧。大量烟气的回流，可以将原混合气中的氧气进行稀释，在不改变原有的工艺路线的情况下，可以大大降低混合气中的氧气含量，有利于抑制燃烧过程中污染物的产生。同时，将烟气回流燃烧，烟气中的一氧化氮和一氧化碳被重新氧化，生成二氧化氮，在后续的碱液洗涤中，有利于更彻底地去除烟气中的污染物，避免对环境造成污染。
优选的，所述第四连接管与三通阀之间的管道上设置有氮氧化物传感器。氮氧化物传感器主要用于检测烟气中的氮氧化物的含量。
更进一步优选的，所述陶瓷蓄热式烤包器还包括控制器，控制器分别与氮氧化物传感器和三通阀连接，氮氧化物传感器检测的烟气中的氮氧化物的浓度大于设定值，控制器控制三通阀动作，与第一连接管连通，将烟气回流。
将该部分烟气回流，有目的地对该部分烟气重新燃烧，可以有效降低烟气中氮氧化物和一氧化碳的含量，避免对环境的污染。
优选的，所述储液箱的底部设置有排液管，储液箱的顶部设置有烟气出口。
由于储液箱中盛放的是碱液，用于吸收烟气中的二氧化氮和二氧化碳等酸性气体，当碱液饱和，无法再继续吸收时，可通过排液管将饱和的液体排放，重新装入新的碱液，被处理后的烟气通过储液箱顶部的烟气出口排出。
优选的，所述第一陶瓷蓄热体和第二陶瓷蓄热体均为陶瓷蜂窝结构。陶瓷蜂窝结构的蓄热体的比表面积比传统的蓄热耐火砖高得多，热惯性极低，可以适用于高频率切换，使高温烟气中的余热利用率达到最高。
所述陶瓷蓄热式烤包器的烤包方法，包括如下步骤：
1)空气和煤气的混合气通过管道，流经四通阀，进入第一陶瓷蓄热体进行加热和预混合，在极短时间内被加热到接近第一陶瓷蓄热体内壁的温度；
2)高温气体由第一陶瓷蓄热体的烧嘴喷口喷入钢包内，形成高温贫氧气流，实现燃料在贫氧(2％-20％)的状态下燃烧；
3)钢包内燃烧后的高温烟气流经第二陶瓷蓄热体，将余热储存在第二陶瓷蓄热体中，当氮氧化物传感器检测到的烟气中的氮氧化物的浓度低于设定值时，降温后的烟气流向储液箱进行碱洗后排放，当氮氧化物传感器检测到的烟气中的氮氧化物的浓度高于设定值时，降温后的烟气回流至钢包内，循环燃烧；
4)第二陶瓷蓄热体的温度达到设定值时，空气和煤气的混合气流向第二陶瓷蓄热体，钢包内燃烧产生的高温烟气从第一陶瓷蓄热体流出，实现余热回收；
烤包方法按以上步骤重复进行。
优选的，步骤2)中，高温贫氧气流的含氧量为2％-20％，优选为2％-15％，进一步优选为10％-15％。
优选的，步骤3)中，烟气中氮氧化物浓度的设定值为150mg/m3。
优选的，步骤3)中，所述碱液箱中的碱液为Na2CO3溶液或NaOH溶液，优选为Na2CO3溶液。
本实用新型的有益效果是：
燃气和助燃气混合气从第一陶瓷蓄热体中流入经过预混合后，进入钢包内燃烧，燃烧后的高温烟气流经第二陶瓷蓄热体，两者之间产生热交换，高温烟气中的热量被迅速储存在第二陶瓷蓄热体中，进而使高温烟气的温度大大降低，降温后的烟气流入储液箱，被碱液吸收，去除烟气中氮氧化物，降低对环境的污染。
第二陶瓷蓄热体蓄热完成后，燃气和助燃气混合气流向第二陶瓷蓄热体，在第二陶瓷蓄热体内进行预混合和被快速加热，混合气在极短的时间内被加热到接近蓄热体内壁的温度，高温气体通过烧嘴，在钢包内形成贫氧高温气流，实现了煤气等燃料在贫氧状态下的燃烧。在该种情况下，即使大大降低混合气中的氧气含量，也能实现燃气的充分燃烧。而高温贫氧燃烧时，可有效地抑制烟气中污染物的形成。同时，将高温烟气中的热量进行回收，可提高废热的利用率，并且有利于对降温后的烟气进行处理。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本实用新型高效陶瓷蓄热式烤包器的结构示意图。
其中，1、第一气流管道，2、四通阀，3、第二气流管道，4、第一陶瓷蓄热体，5、第二陶瓷蓄热体，6、第二陶瓷蓄热体，7、第三气流管道，8、第四气流管道，9、NOX传感器，10、第五气流管道，11、三通阀，12、第六气流管道， 13、储液箱，14、碱性溶液，15、排气口，16、排水管，17、水阀，18、第一烧嘴，19、第二烧嘴。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，高效陶瓷蓄热式烤包器，主要包括四通阀2、第一陶瓷蓄热体4、第二陶瓷蓄热体6、钢包5、NOX传感器9、三通阀11等结构，工作原理是：在该系统中，将第一烧嘴18、第二烧嘴19分别与第一陶瓷蜂窝蓄热体4、第二陶瓷蜂窝蓄热体6制成一体，成对布置在钢包盖上，并且把烧嘴的高温段嵌入钢包盖内以降低热损失，提高热效率。两个烧嘴中，第二烧嘴19处于燃烧状态时，第一烧嘴18处于蓄热状态。这时高温烟气经处于蓄热状态的第一烧嘴18喷口流过第二陶瓷蓄热体6，将第二陶瓷蓄热体6加热后以100℃～150℃的温度经过四通阀 2，通过NOX传感器9的检测，进行烟气的循环燃烧或者Na2CO3溶液的吸收净化，最后排入大气。当第二陶瓷蓄热体6达到设定时间或设定温度后，第一烧嘴18和第二烧嘴19两组烧嘴交换其工作状态，空气和煤气流过被加热了的第二陶瓷蓄热体6，被第二陶瓷蓄热体6加热至接近钢包内燃烧产物温度后，经第一烧嘴18的喷口喷入包内完成燃烧过程，实现对钢包5的加热。
该系统中，第一气流管道1、第二气流管道3、第三气流管道7、第四气流管道8、第五气流管道10、第六气流管道12是气流管道，采用普通的奥氏体型不锈钢管道即可；由于Na2CO3溶液、NaNO2溶液和NaNO3溶液具有很弱的腐蚀性，所以排水管16采用普通的塑料软管即可。第一陶瓷蓄热体4和第一陶瓷蓄热体 6，采用新型的陶瓷蜂窝体作为蓄热元件，陶瓷蜂窝体比的比热表面积比传统的蓄热耐火砖高得多，热惯性极低，并采用高频率切换，换向周期20～30s，使热利用率达到最高；NOX传感器9检测出XNOX的浓度，根据温青等发表的论文传感器测定空气中NOX的方法中所总结得到的校正公式：
Ca＝1.001Cg-0.0166
Ca：校正后，计算出空气中的NOX浓度，ppm；
Cg：气敏元件法的NOX浓度测定值，ppm。
得到空气中实际的NOX浓度，其中1ppm＝1mg/L＝1000mg/m3，该NOX气敏元件传感器的测定范围为0.1ppm～5ppm即100mg/m3～5000mg/m3，校正后的相对误差小于10％。
高效陶瓷蓄热式烤包器的具体工作步骤如下：
步骤1空气和煤气通过管道1，流经四通阀2，进入陶瓷蓄热体4进行加热，在极短时间内被加热到接近包壁温度；
步骤2高温气体由陶瓷蓄热体4的烧嘴19喷口喷入钢包5内，形成一股含氧量大大低于21％的贫氧高温气流，实现燃料在贫氧(2％-20％)的状态下燃烧； (高温贫氧燃烧是指一种降低空气中的氧浓度后再同燃料混合进行燃烧技术。该技术采用高效蜂窝陶瓷蓄热体换热器，能最大限度地回收高温烟气中的废热，并将流经蓄热体换热器的空气加热到1000℃以上，再将高温空气引入燃烧室与燃料混合，使之形成高温燃烧。同时，通过减少预热空气中的含氧量，形成高温贫氧燃烧，从而有效地抑制了燃烧烟气中的污染物，而且有节能、废热利用率高等优势。)
步骤3炉膛内燃烧后的热烟气经过另一个陶瓷蓄热体6，将余热储存在陶瓷蓄热体6中，烟气温度降至150℃以下，经由管道7，通过四通阀2，进入管道8中；
步骤4在管道8中有一个NOX气敏元件传感器9，检测管道内烟气中的NOX的含量，当NOX的含量大于150mg/m3时，通过PLC控制三通阀11，使烟气进入管道10，与空气混合，循环燃烧；当NOX的含量小于150mg/m3时，通过PLC 控制三通阀11，使烟气进入管道12；(由于烟气再循环，燃烧烟气的热容量大，燃烧温度降低，NOX减少，可以起到抑制NOX和节能的双重效果；另一方面，烟气的加入使得高温气体的含氧量进一步降低，特别是烟气中的CO2，对抑制NOX的产生有很好的效果。)
步骤5烟气通过管道12进入后处理储液箱13，箱体内的14为Na2CO3溶液，可以进一步吸收烟气中的NOX，降低烟气中NOX的含量，同时降低烟气的温度，最终烟气通过排气口14排入空气中；(使用NaOH溶液吸收效果更好，但是NaOH 溶液比Na2CO3溶液的成本更高，所以采用Na2CO3溶液；Na2CO3溶液与烟气中的NOX发生反应，最后生成硝酸钠和亚硝酸钠的混合溶液，反应过程如下所示。
二氧化氮与水反应：3NO2+H2O＝2HNO3+NO；
一氧化氮被空气氧化：2NO+O2＝2NO2；
碳酸钠溶液吸收：Na2CO3+NO+NO2＝2NaNO2+CO2；
亚硝酸钠和生成的硝酸反应：3NaNO2+2HNO3＝3NaNO3+H2O+2NO3；
最后的总反应化学方程式是：Na2CO3+2NO2＝NaNO2+NaNO3+CO2；
最终剩余的少量NOX和反应产生的CO2经过排气口15排到大气中；Na2CO3溶液经过一段时间之后便会失效，门阀17可以控制定期更换溶液，回收得到的硝酸钠和亚硝酸钠的混合溶液可以进行再次利用。)
步骤6当陶瓷蓄热体6达到设定的温度后，通过PLC控制四通阀2开关，使陶瓷蓄热体4和6交换工作状态，空气和煤气在陶瓷蓄热体6中加热，经陶瓷蓄热体6的烧嘴18喷口被喷入钢包5内，烟气通过陶瓷蓄热体6和四通阀2进入管道 8中，重复步骤4、5。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。