专利名称：一种用于工业炉窑的局部增氧助燃装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于工业炉窑的局部增氧助燃装置，适用于各种燃料包括天然气、液化气、煤气、煤、煤粉、水煤浆、重油、柴油、煤油、渣油等和大多数工业炉窑如煤粉炉、循环流化床锅炉、抛煤机炉、沸腾炉、燃油炉、燃气炉、链条炉、加热炉、注汽炉、焚烧炉、热媒炉、单元窑、马蹄焰窑、横火焰窑、双碹窑、陶瓷窑和水泥窑等。
背景技术：
目前，一般工业炉窑采用的都是普通空气助燃，这有许多不足。因为空气中仅含不到21％的氧气，其余为惰性气体，不但不参与助燃，反而吸收大量的热量，从而降低工业炉窑的性能和效率等。只有沈光林等早期曾提出一种工业加热炉膜法富氧局部氧助燃方法(CN97104465.1)，它是利用膜法制备富氧气体代替部分空气，其特征在于是采用局部增氧法，即用所需空气量1-3％的富氧气体，集中局部增氧，富氧空气通过增压风机送入热交器提高气体温度，再通过由设置在燃烧炉内，与燃料层近距离(3-25cm)设置的喷嘴直接射向燃料层进行助燃。该专利有如下不足1.氧源仅仅是膜法，实际上氧源还有VPSA法、深冷法、化学法和工业副产品等；2.局部增氧量比较窄，即用所需空气量1-3％的富氧气体，实际上可以范围更宽，如0.5-15％，主要是看在什么比例和什么条件下，综合效益最佳；3.增压风机设置不尽合理，一是增加动力消耗；二是需要日常维护，实际上在大多数情况下可以取消；4.喷嘴的设置有局限性；5.应用的范围比较窄。
发明内容
为了克服现有工业炉窑助燃方式的不足，本实用新型提供了一种用于工业炉窑的局部增氧助燃装置。这种装置不仅要与工业炉窑、产品及燃料等匹配，还要与相应的“梯度燃烧”、“对称燃烧”、“α型燃烧”、“S型燃烧”、“四角燃烧”、“推迟燃烧”和“分级燃烧”等高新技术即局部增氧助燃技术的匹配。
本实用新型提出的局部增氧助燃技术中的“梯度燃烧”技术专为各种玻璃窑炉开发的，它适用于单元窑、马蹄焰窑、双碹窑和横火焰窑等。“梯度燃烧”技术是使喷入窑内的火焰达到梯度助燃使火焰下部由于富氧助燃作用而使温度升高。火焰横断面的温度呈梯度分布，即火焰的下部(靠近玻璃液面)是最高温，中部是完全燃烧层，火焰的上部温度比中部低，但却也是完全燃烧层，即火焰中心尽可能下移，使玻璃液温度尽可能提高，而碹顶温度尽可能低；“对称燃烧”技术适用于燃油和燃气的其它工业窑炉，它不改变原有窑炉的火焰形状，只是提高了火焰温度和黑度，辐射热显著提高；“α型燃烧”、“S型燃烧”、“四角燃烧”、“推迟燃烧”、“分级燃烧”等技术适用于燃烧固体燃料的窑炉，前三者主要是用来强化原有窑炉的特性，使燃料在炉膛内的停留时间更长、并在较少的助燃风下，能及时完全地在炉膛内充分燃烧，从而达到节能和提高窑炉综合性能目的，而后两者主要用来减少氮氧化物和节能，一般用于煤粉炉。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是在原窑炉旁加一套局部增氧助燃装置。该装置包括氧源、富氧预热器、专用富氧喷嘴和调节控制器四大部分。仅富氧预热器和专用富氧喷嘴与窑炉接触，对窑炉性能和安全无任何影响(来源于用户的论文膜法富氧技术在燃煤锅炉上的应用.2001年第3期《膜科学与技术》)。其中氧源所提供的富氧浓度一般为22-98.5％、富氧量仅为窑炉助燃所需空气量的0.5-15％，正如同好钢要加在刀刃上一样，多了有时会起副作用，如NOX加等。具体比例需要根据实际情况来进行优化，使综合效益最佳。通常氧源可通过膜法、变压吸附法(VPSA或PSA)、深冷法(制氧机)、化学法和工业副产品加空气混合稳压控制装置得到；富氧预热器通过利用窑炉的废热来提高富氧空气的温度，一般温度能提高100-700℃；调节控制器用来调节与控制富氧空气的流量、浓度、温度、压力以及富氧量的分配和换向；专用富氧喷嘴则是将富氧送到窑炉最需氧的地方。关键是专用富氧喷嘴的设计和安装，使局部增氧助燃技术能与相应的窑炉、燃料和产品匹配专用富氧喷嘴的位置对于玻璃窑炉，一般放在燃料喷嘴的下部，而且必要时必须和燃料喷嘴同时换向；对于其它工业窑炉有燃料喷嘴时，可以放在该喷嘴的上、下、左、右、前或后，需要对称布置；如果工业窑炉没有喷嘴，则富氧喷嘴可放在链条炉排下(抛煤机炉、链条炉)或二次风、三次风位置或四角或其上、下、左、右(煤粉炉)；形状可以是圆形、环形或扁形；材质可以是金属、非金属或特殊材料如陶瓷钢管；扩散角一般在±60°之间；富氧线速一般为10-200m/s；富氧压力一般在2-50KPa，主要与炉型、炉况、燃料和产品等匹配。使燃料在较少的助燃风下，及时充分完全地燃烧，从而达到节能、提高窑炉综合性能和从根本上消除污染等目的，一般几个月就能收回全部投资。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是一种用于工业炉窑的局部增氧助燃装置示意图。
图中1.氧源，2.富氧预热器，3.专用富氧喷嘴，4.调节控制器，5.窑炉。
图2是一种膜法富氧装置的氧源示意图。
图中6.空气过滤器，7.通风机，8.水环式真空泵，9.调节阀，10.真空表，11.膜富氧发生器，12.气水分离器，13.水循环系统。
实施例1，窑炉是燃煤链条炉，工艺流程分别见附
图1和附图2。
大约是富氧量7-11倍的空气经过空气过滤器(6)滤去0.1μ以上的尘埃后由通风机(7)增压到4000±1000Pa进入膜富氧发生器(11)进行分离，得到的富氧量约占助燃风量的0.7-3.8％、富氧浓度29±2％的富氧空气经调节阀(10)调节压力来控制富氧浓度和流量、真空表(10)显示压力，由水环式真空泵(8)抽出，再经过气水分离器(12)分离后通过富氧预热器(2)，利用锅炉烟气的余热预热到100-300℃后，最后通过专用富氧喷嘴(3)将富氧空气送进锅炉(5)的后拱[如果后拱布置了二次风，则专用富氧喷嘴(3)可布置在前拱、侧墙或四角]。专用富氧喷嘴(3)大约6-10支，材料为Φ30±10MM的耐热钢管，头部是扁形，扩散角40±15°，向下倾斜30±20°，富氧线速大约70±30m/s，一般安装需要停炉2-5天。
通入富氧后，20吨燃煤链条炉的助燃风量大约下降1/3至1/9，而且每个风室的风量均要调到最佳，一般采用“α型燃烧”或“S型燃烧”技术来强化火焰特性，使燃料在炉膛中停留时间更长，得到完全燃烧，从而放出更多的有效热量，同时火焰中心温度能提高50-150℃，增强了火焰刚性。和普通空气助燃相比，平均节煤一般5-18％，通风机和引风机每年节电5-15％，蒸汽量调节更灵活，一般可提高5-20％，而且还具有稳定锅炉工况，减少大气污染、延长锅炉寿命等效果。
实施例2，窑炉是生产玻璃纤维的燃油单元窑玻璃纤维是一种电绝缘性能好、耐高温、耐腐蚀、抗拉强度高的无机非金属新型材料，广泛应用于电子、机械、航空航天、石化、建筑等领域。所以玻璃纤维工业是近半个世纪以来发展最为迅猛的产业之一，而采用单元窑生产玻璃纤维是最先进的生产工艺，具有生产规模大、效率高、能耗低、产品质量好等特点。
有关工艺流程和富氧指标同实施例1，则是富氧量约占助燃风量的3-15％，富氧空气通过单元窑的高温大碹来预热到200-500℃，专用富氧喷嘴(3)的数量比较多，一般10到26支，通常采用“梯度燃烧”技术，将富氧通过专用富氧喷嘴(3)送到油枪正下方10±3cm的地方，大约向上倾斜4±2°，富氧线速大约80±20m/s。专用富氧喷嘴(3)的材料为Φ30±10MM的耐热钢管，头部是扁形，扩散角40±15°，安装不需要停炉。
通入富氧后，助燃风量下降了1/3-1/8，风压降低20-60％，节油一般在12-40％之间，成丝率一般提高2-5％，而且大碹温度一般下降25-90℃，玻璃液温度上升10-40℃，排烟温度降低40-100℃。
实施例3，燃用发生炉煤气玻璃池炉目前由于能源日趋紧张，燃油改燃用发生炉煤气的玻璃池炉越来越多，这种炉采用局部增氧助燃装置后效果同样显著。
有关工艺流程和富氧指标同实施例1，则是富氧量约占助燃风量的1-4.5％，富氧必须和助燃风及煤气同时换向。专用富氧喷嘴(3)的数量比较少，一般2支或4支。专用富氧喷嘴(3)需要和煤气及助燃风同步换向，其它同实施例2。一般安装不需要停炉，除非玻璃窑和蓄热室之间的距离太窄或由于保温差，温度太高，人无法进去施工。
通入富氧后，助燃风量一般下降1/4-1/7，节煤一般在10-30％之间，玻璃质量有所提高，而且大碹温度一般下降20-90℃，玻璃液温度上升10-40℃，窑况更稳定，窑压也有所下降，排烟温度降低40-100℃。
实施例4，抛煤机倒转链条炉抛煤机倒转链条炉燃料适应性好，调节灵敏，但排烟林格曼黑度高，热效率偏低，本实施例就是要从根本上解决这些问题。该实施例中的工艺流程同
图1，氧源采用膜法，见图2。富氧量一般约占助燃风量0.5-3.5％，富氧浓度29±2％，一般采用“α型燃烧”、“S型燃烧”或“四角燃烧”和“推迟燃烧”技术。专门设计的带一定扩散角(0-40°)的专用富氧喷嘴(3)将富氧空气从锅炉两侧，与抛煤机的抛煤方向垂直，但高度要比抛煤机形成的抛物线高0.1-1米，压头为2000-25000Pa，流速为30-150m/s，分6-12组向炉膛对吹，进入燃烧覆盖区，并使火焰形成旋涡。富氧空气本身作为二次风既有利于挥发份或飞灰残碳的二次燃烧，同时专门设计的喷嘴保证富氧风有足够的动能，足以扰动烟气使之形成炉内涡流，达到挥发份和飞灰残碳燃尽的目的。
和普通空气助燃相比，节煤一般在5-20％之间，通风机和引风机每年节电5-15％，蒸汽量调节更灵活，一般可提高5-30％，排烟林格曼黑度从3-4级平均能降到一级以下，而且还具有稳定锅炉工况，延长锅炉寿命等综合效果。
实施例5，浮法玻璃窑浮法玻璃窑采用局部增氧助燃装置后效果更显著由于浮法玻璃窑需要氮气保护，故一般均有大量的副产品—富氧空气放空。其中富氧浓度在30-48％，流量约占助燃风量的8-15％，完全满足局部增氧助燃的要求。
通常浮法玻璃窑并不是所有燃料喷枪的下部均加专用富氧喷嘴(3)，主要根据产品的性能和温度制度选择性地加，一般专用富氧喷嘴(3)的数量大约占燃料喷枪数量的1/2到2/3，即10到30支。专用富氧喷嘴(3)需要和燃料喷枪同步换向，一般安装不需要停炉，正常情况下也不需要配增压风机。
使用局部增氧助燃装置后，节能在3-15％之间，成品率提高1-5％，产量提高2-15％，烟尘减少5-35％，排烟温度下降15-60℃。
权利要求1.一种用于工业炉窑的局部增氧助燃装置，即在工业炉窑旁加一套局部增氧助燃装置，该装置包括氧源(1)、富氧预热器(2)、专用富氧喷嘴(3)和调节控制器(4)四大部分，其特征在于氧源(1)、富氧预热器(2)和专用富氧喷嘴(3)依次连接，仅富氧预热器(2)和专用富氧喷嘴(3)与窑炉(5)接触。
2.根据权利要求1所述的一种用于工业炉窑的局部增氧助燃装置，其特征在于专用富氧喷嘴(3)的形状可以是圆形、环形或扁形；材质可以是金属、非金属或特殊材料如陶瓷钢管；扩散角一般在±60°之间；上下倾斜一般在±90°之间。
3.根据权利要求1所述的一种用于工业炉窑的局部增氧助燃装置，其特征在于专用富氧喷嘴(3)的位置，对于玻璃窑炉，一般放在燃料喷嘴的下部，位置在燃料喷嘴的正下方10±3cm的地方，如果燃料喷嘴需要换向，则专用富氧喷嘴(3)需要同步换向。
4.根据权利要求1所述的一种用于工业炉窑的局部增氧助燃装置，其特征在于专用富氧喷嘴(3)的位置，对于燃油和燃气的其它工业窑炉(玻璃窑炉除外)，可以放在燃料喷嘴的上、下、左、右、前或后，需要对称布置；对于抛煤机炉、链条炉，专用富氧喷嘴(3)可放在链条炉排下或二次风；对于煤粉炉，专用富氧喷嘴(3)可放三次风位置、四角或其上、下、左、右。
5.根据权利要求1所述的一种用于工业炉窑的局部增氧助燃装置，其特征在于氧源(1)可以是膜法、也可以是变压吸附法、深冷法、化学法或工业副产品，所提供的富氧量一般为窑炉(5)助燃所需空气量的0.5-15％、富氧浓度一般为22-98.5％、富氧线速一般为10-200m/s、富氧压力一般为2-50Kpa。
专利摘要本实用新型涉及一种用于工业炉窑的局部增氧助燃装置，该装置放在原窑炉旁，包括氧源、富氧预热器、专用富氧喷嘴和调节控制器四部分。仅富氧预热器和富氧喷嘴与窑炉接触，适用于各种燃料和工业炉窑。采用局部增氧、专用富氧喷嘴和与工业炉窑、产品及燃料匹配的“梯度燃烧”、“对称燃烧”、“α型燃烧”、“S型燃烧”、“四角燃烧”、“推迟燃烧”和“分级燃烧”等高新技术，所需富氧量仅为窑炉助燃风量的0.5－15％，使燃料在较少的助燃风下，及时充分完全地燃烧，从而达到节能、提高窑炉综合性能和减少污染的目的。
文档编号F23L7/00GK2769705SQ20042001400
公开日2006年4月5日 申请日期2004年9月22日 优先权日2004年9月22日
发明者于轩 申请人:于轩