专利名称：工业炉窑蓄热式全分散换向燃烧装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃烧装置，尤其涉及一种具有全分散换向技术的工业炉窑蓄热式燃烧装置。
背景技术：
传统的换向技术均为集中式换向方式，也就是在炉膛两侧对称的安置一(数)组烧嘴，但是存在以下一些问题第一，由于换向阀动作频繁，蓄热体经常受到冷热气流冲击，这两部分是蓄热式加热炉经常发生故障的部位，也是造成经常性停炉的主要原因。在集中式换向系统中，由于采用每段一台换向阀，这意味着任何一个部位蓄热体损坏或换向阀故障都需要将一段炉子停下来，最终迫使加热炉处于停产或濒临停产的状态，对于一台加热炉对应一条轧线生产时这种问题会尤显突出；第二，我们知道在双蓄热(系统)当中，当一侧燃烧换向到另一侧燃烧的瞬间，会将管道当中的残存煤气从排烟管中排走，这种现象我们谓之“交叉污染”，交叉污染既浪费了煤气又会形成一定的安全隐患。较早的双蓄热炉子多有排烟管道发生爆炸的报道，为此才将双蓄热的煤气侧和空气侧排烟管道及引风机分开以解决安全问题。但即便如此，某些排烟管路上依然存在不甚明显的“微爆”现象；第三，生产上，我们需要稳定的微正压操作，以便达到提高加热质量和节能的双重效果。在采用集中换向方式中，为防止换向动作瞬间煤气从正压侧向排烟的负压侧直接“短路”排出，一般要在换向瞬间将煤气切断再进行换向，待换向结束后再行供给，如煤气。由于加热炉成段换向，在此期间炉膛压力有一个较大范围的波动。此外，集中方式中当炉两侧蓄热体不均衡或破损、阻塞情况不同时，会出现一侧燃烧炉压高，另一侧燃烧炉压低或火焰一侧长、一侧短的情况；第四，在集中式换向方式的基础上，无论采用内置式、外置式，还是烧嘴式，都无法对某对烧嘴或某一部位的燃烧喷口进行灵活有效供热控制，甚至是上下加热供热负荷调节这样简单的操作也无法进行。一般的设计思路是设计中预先考虑各部位供热负荷的不同而预留不同孔径喷口，但这种方式过于粗放，更多的依赖于设计经验，若事先考虑不周或供热负荷、加热品种经常变化，就会大大影响加热质量和燃耗；第五，采用集中换向方式的燃烧状态如图1所示，表现为以段为单位，一侧燃烧一侧排烟，换向亦然；第六，采用集中换向方式，一般采用内置式和外置式两种，采用内置式方案炉墙要浇筑得很厚，炉墙部分的耐火材料使用量是烧嘴式的2倍，采用外置式方案时由于要建设两座比较大的外置蓄热室，炉墙消耗大量耐火材料。这不仅浪费大量的耐火材料，而且炉子的热惰性很大。一方面体现在加热炉升温、降温速度较慢，不容易及时调整炉温制度，对加热合金钢不利，另一方面只有炉内高温气体将炉墙砌体加热到一定温度后，才能达到理想的蓄热效果，换言之炉子冷炉启动或降温都很慢，对检修和及时恢复生产不利。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供了一种工业炉窑蓄热式全分散换向燃烧装置，旨在克服目前还没有能解决下述技术问题的这种装置的缺陷1.一旦蓄热体损坏或换向阀故障，都需要将一段炉子停下来；2.交叉污染；3.炉膛压力有一个较大范围的波动；4.对某对烧嘴或某一部位的燃烧喷口进行灵活有效供热控制；5.炉子冷路启动或降温都很慢。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的本发明包括炉膛，N对烧嘴；所述的N是1到100的整数；所述的N对烧嘴并排安装在炉膛的四周；所述的每对烧嘴包括第一蓄热式烧嘴和第二蓄热式烧嘴；所述的第一蓄热式烧嘴和第二蓄热式烧嘴的一端分别通过第一换向机构经助燃空气管道与空气鼓风机相连或者经排烟管道与烟气引风机相连，另一端分别通过第二换向机构经燃气管道与燃气相连或者断开与燃气相连；所述的第一换向机构是四通换向阀或者是三通换向阀或者是快速切断阀；所述的第二换向机构是三通换向阀或者是快速切断阀。
与现有技术相比，本发明的有益效果是由于每对(或每只)蓄热式烧嘴均具有完全的独立性，因此无论是任何一只烧嘴中的蓄热体损坏，还是单台换向阀出现故障，只需要关闭一对(或一只)烧嘴即可，其它烧嘴正常工作，这样对于生产的影响降低到最小。比如说全炉共计28对烧嘴，任何烧嘴或任一换向阀故障对加热生产的影响只是1/28，如果设计中烧嘴还留有一定富裕能力的话，这种影响可以忽略不计。在每对烧嘴炉前管路上设置有保护装置，故障烧嘴停下来后即可实现完全关闭，在此情况下可以实现在线检修维护操作，无论是换向阀故障还是蓄热体损坏故障的排除都可以在正常生产条件下进行，即便是遇到整台加热炉的蓄热体需要局部更换的情况也不必停炉，可以采取逐个更换的办法，使蓄热式燃烧系统在任何的情况下都可以满足轧线连续稳定运行的生产需要。
被交叉污染现象排出的燃气存在于从换向阀到烧嘴之间管道内，此间区域可以称其为“换向盲区”。任何形式的双蓄热加热炉都存在交叉污染现象，根本杜绝是不可能的，只能从减少浪费燃气入手，具体讲就是换向阀与烧嘴之间就近布置，最大限度的减短“换向盲区”的长度，从而大幅度降低煤气的浪费。集中换向方式换向阀一般布置在加热炉的一侧，控制加热炉某一段的燃烧，一部分管道需要跨越于炉顶或炉底，因此管道距离较长，有报道介绍此部分浪费煤气量为4～5％。采用全分散方式，嘴前燃气换向阀与烧嘴之间距离仅有100～300mm，管道距离几近极限，浪费煤气小于1％。
在发明中，一般每段都有8对以上的烧嘴，每对烧嘴的换向时间通过PLC控制全部错开，理论上单个烧嘴的换向压力波动对该段的影响只有1/8，实践当中我们发现，单个烧嘴换向瞬间关闭煤气阀门时，其它烧嘴的供热负荷会瞬间增大，因此对炉压的实际影响更小。
在发明中，每对烧嘴的煤气、空气以至排烟量都可以独立且灵活的得到控制，无论是上下加热，还是沿炉长方向上的任意位置的供热负荷都可以象常规烧嘴一样根据生产需要随意调节。对于加热需要低温入炉的合金钢来说，灵活控制更加重要。比如说对于坯料较长的合金钢加热，为了降低进料端炉温，而单纯降低该段的供热负荷，可能要将喷口能力降低至远远低于烧嘴额定能力下进行燃烧，这样不仅造成火焰发飘，刚性不足，同时会造成火焰过短，钢坯两头温度高，中间温度低的情况。而对于本发明，可以将该段的部分烧嘴彻底关闭，在钢坯在低温入炉的情况下，烧嘴尽可能的在额定能力下燃烧，保证钢坯长度方向上温度的均匀。
炉子热惰性小的性能，使得炉子冷炉启动或降温都很快。
图1是现有技术的工业炉窑蓄热式燃烧装置结构示意图；图2是本发明的结构示意图；图3是每对烧嘴在第一个实施例中一个工作状态；图4是每对烧嘴在第一个实施例中另一个工作状态；图5是每对烧嘴在第二个实施例中一个工作状态；图6是每对烧嘴在第二个实施例中另一个工作状态；图7是每对烧嘴在第三个实施例中一个工作状态；图8是每对烧嘴在第三个实施例中另一个工作状态；图9是每对烧嘴在第四个实施例中一个工作状态；图10是每对烧嘴在第四个实施例中另一个工作状态；图11是每对烧嘴在第五个实施例中一个工作状态；图12是每对烧嘴在第五个实施例中另一个工作状态；图13是每对烧嘴在第六个实施例中一个工作状态；图14是每对烧嘴在第六个实施例中另一个工作状态；图15是每对烧嘴在第七个实施例中一个工作状态；
图16是每对烧嘴在第七个实施例中另一个工作状态；图17是每对烧嘴在第八个实施例中一个工作状态；图18是每对烧嘴在第八个实施例中另一个工作状态；图19是每对烧嘴在第九个实施例中一个工作状态；图20是每对烧嘴在第九个实施例中另一个工作状态；图21是每对烧嘴在第十个实施例中一个工作状态；图22是每对烧嘴在第十个实施例中另一个工作状态；其中炉膛1 烧嘴2 第一快速切断阀4 第二快速切断阀5 第三快速切断阀6 第四快速切断阀7 第五快速切断阀8 第六快速切断阀9 第七快速切断阀10 第八快速切断阀11 第一蓄热式烧嘴21 第二蓄热式烧嘴22 空气自蓄热式烧嘴23 四通换向阀31 第一三通换向阀32 第二三通换向阀33第三三通换向阀34 第四三通换向阀3具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述由图2、图3、图4可见本发明包括炉膛1，N对烧嘴2；所述的N是1到100的整数；所述的N对烧嘴并排安装在炉膛的四周；所述的每对烧嘴包括第一蓄热式烧嘴21和第二蓄热式烧嘴22；所述的第一蓄热式烧嘴21和第二蓄热式烧嘴22的一端分别通过第一换向机构经助燃空气管道与空气鼓风机相连或者经排烟管道与空气烟气引风机相连，另一端分别通过第二换向机构经燃气管道与燃气相连或者断开与燃气相连；所述的安装在炉膛的四周可以是安装在炉膛的左右两侧，或者是安装在炉膛的前后两侧，或者是安装在炉膛的左右两恻和前后两侧；所述的N是8，或者是28；所述的第一蓄热式烧嘴21和第二蓄热式烧嘴22包括内部填充的蓄热体，可以是蜂窝状和小球体；所述的第一换向机构是四通换向阀31；所述的第二换向机构是第一快速切断阀4和第二快速切断阀5。
本实施例为空气单预热方式，第一蓄热式烧嘴21和第二蓄热式烧嘴22为蓄热式烧嘴，当第一蓄热式烧嘴21燃烧，第二蓄热式烧嘴22排烟时，四通换向阀31，第一快速切断阀4第二快速切断阀5处于图3中所示位置，经过一段时间(30S)后，系统为图4所示位置，如此反复动作；蜂窝状蓄热体的蜂窝孔洞有助于助燃空气、燃气或高温烟气通过；同时由于蜂窝状蓄热体的自身的独特之处，使经过其的助燃空气、燃气的蓄热温度和蓄热量均高于小球状蓄热体，提高了加热效率和钢坯的加热质量和加热速度。
由图5、图6可见本发明在第一个实施例的基础上第一蓄热式烧嘴21和第二蓄热式烧嘴22另一端还分别通过第三换向机构经煤气烟气管道与煤气烟气引风机相连或者断开与煤气烟气引风机相连；所述的第三换向机构是第三快速切断阀6和第四快速切断阀7；本实施例为空气、煤气双预热方式，第一蓄热式烧嘴21和第二蓄热式烧嘴22为蓄热式烧嘴，当第一蓄热式烧嘴21燃烧，第二蓄热式烧嘴22排烟时，四通换向阀31，第一快速切断阀4和第二快速切断阀5，第三快速切断阀6和第四快速切断阀7处于图5所示位置，经过一段时间(30S)后，系统为图6所示，如此反复动作。
由图7、图8可见所述的第一换向机构是第一三通换向阀32和第二三通换向阀33；本实施例为空气单预热方式，第一蓄热式烧嘴21和第二蓄热式烧嘴22为蓄热式烧嘴，当第一蓄热式烧嘴21燃烧，第二蓄热式烧嘴22排烟时，第一三通换向阀32和第二三通换向阀33以及第一快速切断阀4第二快速切断阀5处于图7所示位置，经过一段时间(30S)后，系统为图8所示，如此反复动作。
由图9、图10可见本发明在第三个实施例的基础上第一蓄热式烧嘴21和第二蓄热式烧嘴22另一端还分别通过第三换向机构经煤气烟气管道与煤气烟气引风机相连或者断开与煤气烟气引风机相连；所述的第三换向机构是第三快速切断阀6和第四快速切断阀7；本实施例为空气、煤气双预热方式，第一蓄热式烧嘴21和第二蓄热式烧嘴22为蓄热式烧嘴，当第一蓄热式烧嘴21燃烧，第二蓄热式烧嘴22排烟时，第一三通换向阀32和第二三通换向阀33，第一快速切断阀4和第二快速切断阀5，第三快速切断阀6和第四快速切断阀7处于图9所示位置，经过一段时间(30S)后，系统为图10所示，如此反复动作。
由图11、图12可见所述的第二换向机构是第三三通换向阀34；本实施例为空气单预热方式，第一蓄热式烧嘴21和第二蓄热式烧嘴22为蓄热式烧嘴，当第一蓄热式烧嘴21燃烧，第二蓄热式烧嘴22排烟时，第一三通换向阀32和第二三通换向阀33，第三三通换向阀34处于图11所示位置，经过一段时间(30S)后，系统为图12所示，如此反复动作。
由图13、图14可见本发明在第五个实施例的基础上第一蓄热式烧嘴21和第二蓄热式烧嘴22另一端还分别通过第三换向机构经煤气烟气管道与煤气烟气引风机相连或者断开与煤气烟气引风机相连；所述的第三换向机构是第四三通换向阀35；本实施例为空气、煤气双预热方式，第一蓄热式烧嘴21和第二蓄热式烧嘴22为蓄热式烧嘴，当第一蓄热式烧嘴21燃烧，第二蓄热式烧嘴22排烟时，第一三通换向阀32和第二三通换向阀33，第三三通换向阀34以及第四三通换向阀35处于图13所示位置，经过一段时间(30S)后，系统为图14所示，如此反复动作。
由图15、图16可见所述的第一换向机构是第五快速切断阀8、第六快速切断阀9、第七快速切断阀10以及第八快速切断阀11；本实施例为空气单预热方式，第一蓄热式烧嘴21和第二蓄热式烧嘴22为蓄热式烧嘴，当第一蓄热式烧嘴21燃烧，第二蓄热式烧嘴22排烟时，第一快速切断阀4、第二快速切断阀5、第五快速切断阀8、第六快速切断阀9、第七快速切断阀10以及第八快速切断阀11处于图15所示位置，经过一段时间(30S)后，系统为图16所示，如此反复动作。
由图17、图18可见本发明在第七个实施例的基础上第一蓄热式烧嘴21和第二蓄热式烧嘴22另一端还分别通过第三换向机构经煤气烟气管道与煤气烟气引风机相连或者断开与煤气烟气引风机相连；所述的第三换向机构是第三快速切断阀6和第四快速切断阀7；本实施例为空气、煤气单预热方式，第一蓄热式烧嘴21和第二蓄热式烧嘴22为蓄热式烧嘴，当第一蓄热式烧嘴21燃烧，第二蓄热式烧嘴22排烟时，第一快速切断阀4、第二快速切断阀5、第三快速切断阀6、第四快速切断阀7、第五快速切断阀8、第六快速切断阀9、第七快速切断阀10以及第八快速切断阀11处于图17所示位置，经过一段时间(30S)后，系统为图18所示，如此反复动作。
由图19、图20、图21、图22可见所述的每对烧嘴是空气自蓄热式烧嘴23；本实施例空气自蓄热式烧嘴，当燃烧/排烟时，四通换向阀31或者第一三通换向阀32和第二三通换向阀33处于图19或者图21所示位置，经过一段时间(30S)后，系统为图20或者图22所示，如此反复动作。
所述的炉膛1是连续式步进式，或者是连续式推钢式，或者是连续式辊底式，或者是台车式炉，或者是罩式炉，或者是热处理炉，或者是垃圾焚烧炉，或者是钢包烘烤器。
在实施上述实施例过程中，无论单预热，还是双预热，煤气和煤气烟气的三通换向阀密封性要求高，换向过程中不允许有泻漏。所有的阀门的动作均由PLC连锁控制，即燃烧时先开空气阀门，后开煤气及相应的煤气烟气阀门(双预热中使用)；排烟时先关煤气及相应的煤气烟气阀门(双预热中使用)，空气阀门再换向。
本发明使采用蓄热式燃烧技术的工业炉窑实现生产连续稳定；管道浪费煤气少、安全性好；炉压稳定；操作灵活、自动化水平高；有着更好的炉内气流分布，更好的炉温均匀性；炉子热惰性小的性能。将提高加热质量、降耗、生产连续性、环保指标达到更高的水平。
全分散换向技术的核心是快速切换型蓄热式燃烧技术，紧凑、独立的烧嘴形式，小型化、动作速度快、机械性能可靠、适合于迅速频繁切换动作的小型换向阀以及相关自动化控制是重要的技术条件。根据使用燃气介质的不同和用户的要求分为空气单预热、空气、煤气双预热，无论何种预热方式，其换向系统有五种组合形式四通换向阀—快速切断阀、三通换向阀—快速切断阀、三通换向阀—三通换向阀，快速切断阀组及自蓄热烧嘴配合三/四通换向阀。
由于全分散系统加热炉调节上具有充分的灵活性，因此可以配置较高的自动化水平。不仅可以完全实现炉温自动调节、炉压自动调节、空燃比自动调节，也可以通过数模的建立优化各段炉温、炉压制度，并加以有效调节，或是根据钢种的变化合理优化各段炉温制度。
采用全分散换向除了可以实施集中方式的燃烧状态以外，还可以实现上下左右烧嘴的交错燃烧，此种方式不仅消除了由于同侧换向引起的沿炉宽方向炉温波动，同时此种方式炉内高温气流分布更趋于合理，燃烧组织更好，尤其对于较窄的加热炉，将得到更好的炉温均匀性。
由于全分散式换向技术在加热炉自动化控制上的先进性和炉温控制上的灵活性，使得提高弹簧钢、轴承钢等各种合金钢加热质量成为现实。这一点在实际生产中得到证实，提高了产量和成品率，给企业带来可观的经济效益。
权利要求
1.一种工业炉窑蓄热式全分散换向燃烧装置，包括炉膛(1)，其特征在于还包括N对烧嘴(2)；所述的N是1到100的整数；所述的N对烧嘴并排安装在炉膛的四周；所述的每对烧嘴包括第一蓄热式烧嘴(21)和第二蓄热式烧嘴(22)；所述的第一蓄热式烧嘴(21)和第二蓄热式烧嘴(22)的一端分别通过第一换向机构经助燃空气管道与空气鼓风机相连或者经排烟管道与空气烟气引风机相连，另一端分别通过第二换向机构经燃气管道与燃气相连或者断开与燃气相连。
2.根据权利要求1所述的一种工业炉窑蓄热式全分散换向燃烧装置，其特征在于所述的安装在炉膛的四周可以是安装在炉膛的左右两侧，或者是安装在炉膛的前后两侧，或者是安装在炉膛的左右两侧和前后两侧；所述的N是8，或者是28。
3.根据权利要求1所述的一种工业炉窑蓄热式全分散换向燃烧装置，其特征在于所述的第一换向机构是四通换向阀(31)或者是第一三通换向阀(32)和第二三通换向阀(33)或者是第五快速切断阀(8)、第六快速切断阀(9)、第七快速切断阀(10)以及第八快速切断阀(11)。
4.根据权利要求1所述的一种工业炉窑蓄热式全分散换向燃烧装置，其特征在于所述的第二换向机构是第一快速切断阀(4)和第二快速切断阀(5)或者是第三三通换向阀(34)。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种工业炉窑蓄热式全分散换向燃烧装置，其特征在于第一蓄热式烧嘴(21)和第二蓄热式烧嘴(22)另一端还可以分别通过第三换向机构经煤气烟气管道与煤气烟气引风机相连或者断开与煤气烟气引风机相连。
6.根据权利要求5所述的一种工业炉窑蓄热式全分散换向燃烧装置，其特征在于所述的第三换向机构是第三快速切断阀(6)和第四快速切断阀(7)或者是第四三通换向阀(35)。
7.根据权利要求1所述的一种工业炉窑蓄热式全分散换向燃烧装置，其特征在于所述的第一蓄热式烧嘴(21)和第二蓄热式烧嘴(22)包括内部填充的蓄热体，可以是蜂窝状和小球体。
8.根据权利要求1所述的一种工业炉窑蓄热式全分散换向燃烧装置，其特征在于所述的每对烧嘴可以是空气自蓄热式烧嘴(23)。
9.根据权利要求1所述的一种工业炉窑蓄热式全分散换向燃烧装置，其特征在于所述的炉膛(1)是连续式步进式，或者是连续式推钢式，或者是连续式辊底式，或者是台车式炉，或者是罩式炉，或者是热处理炉，或者是垃圾焚烧炉，或者是钢包烘烤器。
全文摘要
本发明涉及一种工业炉窑蓄热式全分散换向燃烧装置，包括炉膛(1)，N对烧嘴(2)；所述的N是一到100的整数；所述的N对烧嘴并排安装在炉膛的四周；所述的每对烧嘴包括第一蓄热式烧嘴(21)和第二蓄热式烧嘴(22)；所述的第一蓄热式烧嘴(21)和第二蓄热式烧嘴(22)的一端分别通过第一换向机构经助燃空气管道与空气鼓风机相连或者经排烟管道与空气烟气引风机相连，另一端分别通过第二换向机构经燃气管道与燃气相连或者断开与燃气相连；本发明的有益效果是生产连续稳定；管道浪费煤气少、安全性好；炉压稳定；操作灵活、自动化水平高；炉温均匀性好；炉子热惰性小，对提高加热质量有利。
文档编号F23C7/06GK1553079SQ03129129
公开日2004年12月8日 申请日期2003年6月6日 优先权日2003年6月6日
发明者李 东, 周丹, 李 东 申请人:上海嘉德环境能源科技有限公司