基于大型化炉窑的余热回收系统及余热回收方法
【专利摘要】本发明揭示了一种基于大型化炉窑的余热回收系统及余热回收方法，所述余热回收系统包括：助燃风机，排烟风机，炉窑主体，蓄热转轮，以及连接所述助燃风机，排烟风机，炉窑主体，蓄热转轮的管道；所述蓄热转轮包括空气预热区和烟气蓄热区；与现有技术相比，本发明提供的一种基于大型化炉窑的余热回收系统及其余热回收方法；该系统及方法通过在热回收系统中设置蓄热转轮，使燃料在高温低氧浓度气氛中燃烧，把回收烟气余热与高效燃烧及降低NOx排放量等技术有机地结合起来，节省能源，提高了炉窑的熔化效率，还降低污染物排放量，达到节能环保的双重目的，同时，降低了设备的运行成本，减少设备维护周期。
【专利说明】基于大型化炉窑的余热回收系统及余热回收方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有色冶金，玻璃行业，具体涉及一种基于大型化炉窑的余热回收系统 及其余热回收方法。
【背景技术】
[0002] 随着经济水平的发展，人们也越来越重视节能环保技术在各个行业中应用，尤其 是大型炉窑运行过程中，需要大量的能源为其供热，同时，还需要处理能源燃烧后产出的烟 气。
[0003] 现有技术中，大型化炉窑的余热回收系统采用回收烟气显热的技术，即在空气进 入燃烧器之前，通过加热装置对进入燃烧器的空气进行催化加热升温，在燃烧后产生的高 温烟气后，通过制冷装置对高温烟气进行降温排出，采用此种方式的回收烟气显热技术， NOx排放增加，保温材料和控制技术也没有得到很好的发展，同时，炉窑的换热效率大幅降 低，例如：一级炉窑的换热效率大概在60%左右，而二级炉窑的换热效率还会更低，一般在 30%左右。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种大型化炉窑的余热回收系统及余 热回收方法，该余热回收系统及余热回收方法充分利用自身热源对进入的空气进行加热， 以及对高温烟气进行降温排出，同时，降低NOx和C02排放量，降低能耗、减少对大气的污 染，提高换热效率。
[0005] 相应的，本发明一实施方式提供一种大型化炉窑的余热回收系统及余热回收方 法，所述余热回收系统包括： 助燃风机，排烟风机，炉窑主体，蓄热转轮，以及连接所述助燃风机，排烟风机，炉窑主 体，以及蓄热转轮的管道； 所述管道包括进气主管道和排烟主管道； 所述蓄热转轮包括空气预热区和烟气蓄热区； 所述炉窑主体包括与外部燃气管路连通的燃气入口，与所述空气预热区连通的炉窑入 口，以及与所述烟气蓄热区连通的炉窑出口； 其中，所述进气主管道包括：连通所述助燃风机的出口与所述空气预热区的入口的第 一进气主管道，以及连通所述空气预热区的出口与所述炉窑入口的第二进气主管道； 所述排烟主管道包括：连通所述炉窑出口与所述烟气蓄热区的入口的第一排烟主管 道，以及连通所述烟气蓄热区的出口与所述排烟风机的入口的第二排烟主管道。
[0006] 作为本发明的进一步改进，所述第二进气主管道上设置有第一主单向调节阀，所 述第一主单向调节阀用于控制开闭所述第二进气主管道。
[0007] 作为本发明的进一步改进，所述管道还包括第一进气支管道，所述第一进气支管 道连通所述助燃风机的出口和所述炉窑入口；所述第一进气支管道上设置有第一分单向调 节阀，所述第一分单向调节阀用于控制开闭所述第一进气支管道。
[0008] 作为本发明的进一步改进，所述第一排烟主管道上设置有第二主单向调节阀，所 述第二主单向调节阀用于控制开闭所述第一排烟主管道。
[0009] 作为本发明的进一步改进，所述管道还包括第二进气支管道，所述第二进气支管 道连通所述第二排烟主管道；所述第二进气支管道上设置有第二分单向调节阀，所述第二 分单向调节阀用于控制开闭所述第二进气支管道。
[0010] 作为本发明的进一步改进，所述蓄热转轮的材质为陶瓷或氧化铝。
[0011] 作为本发明的进一步改进，所述蓄热转轮的内部结构为蜂窝状。
[0012] 相应的，本发明一实施方式提供一种基于大型化炉窑的余热回收的方法，所述方 法包括：提供如上所述的余热回收系统；使所述蓄热转轮按照预定的转速转动； 在所述排烟风机的作用下，使所述炉窑主体中排放出的高温烟气经过第一排烟主管 道，进入到所述烟气蓄热区； 所述高温烟气将热量储存在所述烟气蓄热区后，转换为低温烟气经所述第二排烟主管 道排出； 所述蓄热转轮中经过高温烟气蓄热的部分，随着所述蓄热转轮的转动，移动至所述空 气预热区； 使助燃空气由所述第一进气主管道进入到所述空气预热区，吸收所述空气预热区的热 量，通过所述第二进气主管道进入到所述炉窑主体中助燃。
[0013] 作为本发明的进一步改进，所述方法还包括以下步骤：提供一第一进气支管道，所 述第一进气支管道连通所述助燃风机的出口和所述炉窑入口；所述第一进气支管道上设置 有第一分单向调节阀，所述第一分单向调节阀用于开闭所述第一进气支管道； 判断所述第二进气主管道是否畅通， 若是，保持所述第一分单向调节阀处于关闭状态，以关闭所述第一进气支管道； 若否，打开所述第一分单向调节阀，以打开所述第一进气支管道，使所述空气从所述第 一进气支管道进入到所述炉窑主体中。
[0014] 作为本发明的进一步改进，所述方法还包括以下步骤：提供一第二进气支管道，所 述第二进气支管道连通所述第二排烟主管道；所述第二进气支管道上设置有第二分单向调 节阀，所述第二分单向调节阀用于开闭所述所述第二进气支管道； 判断所述第二排烟主管道的出口的温度是否小于系统预设数值； 若是，保持所述第二分单向调节阀处于关闭状态，以关闭所述第二进气支管道； 若否，打开所述第二分单向调节阀，以打开所述第二进气支管道，使所述空气从所述第 二进气支管道进入到所述第二排烟主管道中，以降低所述第二排烟主管道中烟气的温度； 直至所述第二排烟主管道的出口的温度小于所述系统预设数值时，再次关闭所述第二单向 分调节阀。
[0015] 与现有技术相比，本发明提供的一种基于大型化炉窑的余热回收系统及余热回收 方法；该系统及方法通过设置所述蓄热转轮，使燃料在高温低氧浓度气氛中燃烧，把回收烟 气余热与高效燃烧及降低NOx排放量等技术有机地结合起来，节省能源，提高了炉窑的熔 化效率，还降低污染物排放量，达到节能环保的双重目的，同时，降低了设备的运行成本，减 少设备维护周期。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是本发明一实施方式的基于大型化炉窑的余热回收系统的结构示意图； 图2是本发明一实施方式的基于大型化炉窑的余热回收方法的流程图； 其中，附图标记为：蓄热转轮，10 ;空气预热区，11 ;烟气蓄热区，13 ;进气主管道，21 ;第 一进气主管道，211 ;第二进气主管道，213 ;第一主单向调节阀，2131 ;排烟主管道，23 ;第一 排烟主管道，231 ;第二主单向调节阀，2311 ;第二排烟主管道，233 ;第一进气支管道，25 ;第 一分单向调节阀，251 ;第二进气支管道，27 ;第二分单向调节阀，271 ;助燃风机，30 ;排烟 风机，40,炉窑主体，50 ;燃烧室，51 ;炉窑出口，511 ;燃烧器，53 ;燃气入口，531 ;炉窑入口， 533。
【具体实施方式】
[0017] 以下将结合附图所示的【具体实施方式】对本发明进行详细描述。但这些实施方式并 不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的 变换均包含在本发明的保护范围内。
[0018] 参照图1所示，介绍本发明的余热回收系统的一【具体实施方式】，在本实施方式中， 该余热回收系统包括：助燃风机30,排烟风机40,炉窑主体50,蓄热转轮10,以及连接所述 助燃风机30,排烟风机40,炉窑主体50,蓄热转轮10的管道。
[0019] 相应的，所述蓄热转轮10包括空气预热区11和烟气蓄热区13。
[0020] 相应的，所述炉窑主体50包括用于储存物料的燃烧室51，及用于给燃烧室51加热 的燃烧器53 ;所述燃烧器53包括与外部燃气管路连通的燃气入口 531，与所述空气预热区 11连通的炉窑入口 533,所述燃烧室51包括与所述烟气蓄热区13连通的炉窑出口 511。
[0021] 相应的，所述管道包括进气主管道21，排烟主管道23 ;其中，所述进气主管道21用 于流通空气，包括：连通所述助燃风机30的出口与所述空气预热区11的入口的第一进气主 管道211，以及连通所述空气预热区11的出口与所述炉窑入口 533的第二进气主管道213 ; 所述第二进气主管道213上还设置有第一主单向调节阀2131，所述第一主单向调节阀2131 用于控制开闭所述第二进气主管道213。所述排烟主管道23用于流通烟气，包括：连通所 述炉窑出口 511与所述烟气蓄热区13的入口的第一排烟主管道231，以及连通所述烟气蓄 热区13的出口与所述排烟风机40的入口的第二排烟主管道233 ;所述第一排烟主管道231 上设置有第二主单向调节阀2311，所述第二主单向调节阀2311用于控制开闭所述第一排 烟主管道231。
[0022] 优选的，所述管道还包括第一进气支管道25 ;所述第一进气支管道25用于流通空 气，连通所述助燃风机30的出口和所述炉窑入口 533 ;所述第一进气支管道25上设置有第 一分单向调节阀251，所述第一分单向调节阀251用于控制开闭所述第一进气支管道25。
[0023] 相应的，所述空气预热区11上设有监控装置(未具体图示)，所述监控装置用于监 控所述空气预热区11是否出现故障，当所述空气预热区11出现故障，导致第二进气主管道 213堵塞时，所述第一主单向调节阀2131自动关闭，所述第一分单向调节阀251自动打开， 进而打开所述第一进气支管道25,以通过所述第一进气支管道25直接将助燃空气输送到 炉窑主体50中，避免因第二进气主管道213堵塞，而造成第二进气主管道213与第一进气 支管道发生共振所带来的危害。另外，在设备的正常运行过程中，如果需要对蓄热转轮10 进行检修，也可以控制助燃空气直接通过第一进气支管道25输送到炉窑主体50中，避免因 设备检修而耽误生产。
[0024] 优选的，所述管道还包括一第二进气支管道27 ;所述第二进气支管道27用于向所 述第二排烟主管道233中注入常温空气，相应的，所述第二进气支管道27连通所述第二排 烟主管道233 ;其上设置有第二分单向调节阀271，所述第二分单向调节阀271用于控制开 闭所述所述第二进气支管道27。
[0025] 相应的，所述第二排气主管道的出口同样设有监控设备(未具体图示)，用于监测 所述第二排烟主管道233的出口温度，当监测到所述第二排烟主管道233的出口温度大于 预设温度数值时，所述第二分单向调节阀271自动打开，以打开所述第二进气支管道27,使 外部常温空气通过所述第二进气支管道27进入到所述第二排烟主管道233中，降低排烟温 度，间接保护排烟风机40 ;避免因温度过高导致所述排烟风机40出现故障。
[0026] 所述预设温度数值为一个温度常值，其大小根据系统运行状况具体设置，其设定 条件为：当第二排烟主管道233的出口温度大于所述预设温度数值一段时间后，所述排烟 风机40会因所述第二排烟主管道233的出口温度过高而出现故障。
[0027] 优选的，所述蓄热转轮10采用导热性能高，强度高，抗热性能及抗震性能好等特 殊材质制成，例如：利用陶瓷、氧化铝等具有高热传导系数特性作为热交换介质，以得到较 完整的热能传导率。
[0028] 优选的，所述蓄热转轮10的内部结构为蜂窝状，以使所述烟气蓄热区13更好的储 存热能，进而在所述蓄热转轮10运转后，将热能传递给助燃空气，完成所述余热回收系统 的运行。
[0029] 相应的，结合图2所示，图2是本发明一实施方式的余热回收系统的余热回收方法 的流程图。
[0030] 相应的，基于大型化炉窑的余热回收的方法包括以下步骤： 51、 使所述蓄热转轮按照预定的转速转动； 52、 在所述排烟风机的作用下，使所述炉窑主体中排放出的高温烟气经过第一排烟主 管道，进入到所述烟气蓄热区；所述高温烟气将热量储存在所述烟气蓄热区后，转换为低温 烟气经所述第二排烟主管道排出； 53、 所述蓄热转轮中经过高温烟气蓄热的部分，随着所述蓄热转轮的转动，移动至所述 空气预热区； 54、 使助燃空气由所述第一进气主管道进入到所述空气预热区，吸收所述空气预热区 的热量，通过所述第二进气主管道进入到所述炉窑主体中助燃。
[0031] 相应的，所述余热回收系统运行过程中，设定所述蓄热转轮10的转速，使其按照 一定的周期进行运转。所述蓄热转轮10转动过程中，高温烟气会将热量储存在所述蓄热 转轮10中，转换为低温烟气排出，而助燃空气会吸收所述蓄热转轮10中储存的热量，转换 为高温的助燃空气流入到炉窑主体中，如此，使所述蓄热转轮10的蓄热效能保持在最佳状 态。
[0032] 相应的，所述蓄热转轮10的转速需要满足一定的条件，即在蓄热转轮10转动过程 中，始终保持所述空气预热区11的温度高于所述烟气蓄热区13的温度；以使助燃空气经过 所述空气预热区11时，从常温变为高温；而高温烟气在所述排烟风机40的作用下从炉窑主 体50中抽离的过程中，将其热量储存在所述烟气蓄热区13,转变为低温烟气后，从所述烟 气蓄热区13的出口排出。
[0033] 相应的，所述助燃空气在助燃风机30的作用下，由第一进气主管道211进入到所 述蓄热转轮10的空气预热区11 ;由于所述空气预热区11的温度高于所述助燃空气的温 度，当所述助燃空气经过所述空气预热区11后，所述助燃空气会在极短的时间内被加热到 接近所述空气预热区的温度，然后，此高温助燃空气以一定速度通过第二进气主管道213， 高速喷入到所述燃烧器53,进而抽引周围燃烧器53内的气体形成一股含氧量大大低于21% 的稀薄贫氧高温气流；同时，在稀薄高温空气附近，天然气会从所述燃气入口 531进入到燃 烧器53,并与所述高温的助燃空气混合，这样所述天然气即可在贫氧状态下实现燃烧；提 高炉窑主体50的换热效率。
[0034] 所述贫氧为空气中的含氧量在29Γ21%。
[0035] 所述燃烧器53内燃烧，以加所述燃烧室51内的热物料的过程中，所述炉窑主体50 内产生大量高温烟气；经过一段时间后，在所述排烟风机40的作用下，所述炉窑主体50内 产生的高温烟气经所述第一排烟主管道231进入到所述蓄热转轮10的烟气蓄热区13 ;高 温烟气将其热量储存在所述烟气蓄热区13,转变为低温烟气从所述第二排烟主管道233排 入到大气中。
[0036] 在上述过程中，所述蓄热转轮10 -直按照预定速度旋转，使经过高温烟气蓄热的 区域转换到空气预热区11，以对所述助燃空气进行预热；同时，使经过助燃空气冷却的区 域转换到所述烟气蓄热区13 ;以再次对所述烟气蓄热区13进行蓄热，如此反复，以提高炉 窑的换热效率，充分利用所述余热回收系统的自身能源。
[0037] 相应的，在本发明的优选实施方式中，基于大型化炉窑的余热回收系统在运行中， 所述基于大型化炉窑的余热回收的方法，还包括以下步骤： 判断所述第二进气主管道是否畅通， 若是，保持所述第一单向调节阀处于关闭状态，以关闭所述第一进气支管道； 若否，打开第一单向调节阀，以打开所述第一进气支管道，使所述空气从所述第一进气 支管道进入到所述炉窑中。
[0038] 另外，基于大型化炉窑的余热回收系统在运行中，所述基于大型化炉窑的余热回 收的方法，还包括以下步骤：判断所述第二排烟主管道出口的温度是否小于系统预设数 值； 若是，保持所述第二单向调节阀处于关闭状态，以关闭所述第二进气支管道； 若否，打开第二单向调节阀，以打开所述第二进气支管道，使所述空气从所述第二进 气支管道进入到所述第二排烟主管道中，以降低所述第二排烟主管道中烟气的温度；直至 所述第二排烟主管道出口的温度是小于所述系统预设数值时，再次关闭所述第二单向调节 阀。
[0039] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 1、能够最大限度地回收高温烟气的物理热，并且由于炉内气流充分对流换热，加强了 炉窑主体内传热，炉窑主体内的平均温度升高，加热速度提高，大大提高了生产效率，从而 达到大幅度节约能源，降低了 C02的排放量，减少了温室气体的排放。
[0040] 2、通过组织贫氧燃烧，扩展了火焰燃烧区域，从而消除了局部高温，使得炉内温度 分布均匀，不但提高加热质量，同时，大大降低了烟气中Ν0Χ的排放，真正实现了超低Ν0Χ 排放。
[0041] 3、低热值的燃料，在借助高温预热的空气可获得较高的炉温，扩展了低热值燃料 的应用范围，氧化烧损大大减少，可提1?广品的合格率。
[0042] 4、均匀的炉窑主体温度使物料受热更加均匀，降低了局部高温以及富氧环境对物 料的氧化、烧损作用。
[0043] 应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一 个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说 明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可 以理解的其他实施方式。
[0044] 上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说 明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式 或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种基于大型化炉窑的余热回收系统，其特征在于，包括，助燃风机，排烟风机，炉窑 主体，蓄热转轮，以及连接所述助燃风机，排烟风机，炉窑主体，以及蓄热转轮的管道； 所述管道包括进气主管道和排烟主管道； 所述蓄热转轮包括空气预热区和烟气蓄热区； 所述炉窑主体包括与外部燃气管路连通的燃气入口，与所述空气预热区连通的炉窑入 口，以及与所述烟气蓄热区连通的炉窑出口； 其中，所述进气主管道包括：连通所述助燃风机的出口与所述空气预热区的入口的第 一进气主管道，以及连通所述空气预热区的出口与所述炉窑入口的第二进气主管道； 所述排烟主管道包括：连通所述炉窑出口与所述烟气蓄热区的入口的第一排烟主管 道，以及连通所述烟气蓄热区的出口与所述排烟风机的入口的第二排烟主管道。
2. 根据权利要求1所述的基于大型化炉窑的余热回收系统，其特征在于，所述第二进 气主管道上设置有第一主单向调节阀，所述第一主单向调节阀用于控制开闭所述第二进气 主管道。
3. 根据权利要求2所述的基于大型化炉窑的余热回收系统，其特征在于，所述管道还 包括第一进气支管道，所述第一进气支管道连通所述助燃风机的出口和所述炉窑入口；所 述第一进气支管道上设置有第一分单向调节阀，所述第一分单向调节阀用于控制开闭所述 第一进气支管道。
4. 根据权利要求1所述的基于大型化炉窑的余热回收系统，其特征在于，所述第一排 烟主管道上设置有第二主单向调节阀，所述第二主单向调节阀用于控制开闭所述第一排烟 主管道。
5. 根据权利要求1所述的基于大型化炉窑的余热回收系统，其特征在于，所述管道还 包括第二进气支管道，所述第二进气支管道连通所述第二排烟主管道；所述第二进气支管 道上设置有第二分单向调节阀，所述第二分单向调节阀用于控制开闭所述第二进气支管 道。
6. 根据权利要求1所述的基于大型化炉窑的余热回收系统，其特征在于，所述蓄热转 轮的材质为陶瓷或氧化铝。
7. 根据权利要求1所述的基于大型化炉窑的余热回收系统，其特征在于，所述蓄热转 轮的内部结构为蜂窝状。
8. -种基于大型化炉窑的余热回收的方法，其特征在于， 提供如权利要求1所述的余热回收系统； 使所述蓄热转轮按照预定的转速转动； 在所述排烟风机的作用下，使所述炉窑主体中排放出的高温烟气经过第一排烟主管 道，进入到所述烟气蓄热区； 所述高温烟气将热量储存在所述烟气蓄热区后，转换为低温烟气经所述第二排烟主管 道排出； 所述蓄热转轮中经过高温烟气蓄热的部分，随着所述蓄热转轮的转动，移动至所述空 气预热区； 使助燃空气由所述第一进气主管道进入到所述空气预热区，吸收所述空气预热区的热 量，通过所述第二进气主管道进入到所述炉窑主体中助燃。
9. 如权利要求8所述的基于大型化炉窑的余热回收的方法，其特征在于，所述方法还 包括以下步骤： 提供一第一进气支管道，所述第一进气支管道连通所述助燃风机的出口和所述炉窑入 口；所述第一进气支管道上设置有第一分单向调节阀，所述第一分单向调节阀用于开闭所 述第一进气支管道； 判断所述第二进气主管道是否畅通， 若是，保持所述第一分单向调节阀处于关闭状态，以关闭所述第一进气支管道； 若否，打开所述第一分单向调节阀，以打开所述第一进气支管道，使所述空气从所述第 一进气支管道进入到所述炉窑主体中。
10. 如权利要求9所述的基于大型化炉窑的余热回收的方法，其特征在于，所述方法还 包括以下步骤： 提供一第二进气支管道，所述第二进气支管道连通所述第二排烟主管道；所述第二进 气支管道上设置有第二分单向调节阀，所述第二分单向调节阀用于开闭所述所述第二进气 支管道； 判断所述第二排烟主管道的出口的温度是否小于系统预设数值； 若是，保持所述第二分单向调节阀处于关闭状态，以关闭所述第二进气支管道； 若否，打开所述第二分单向调节阀，以打开所述第二进气支管道，使所述空气从所述第 二进气支管道进入到所述第二排烟主管道中，以降低所述第二排烟主管道中烟气的温度； 直至所述第二排烟主管道的出口的温度小于所述系统预设数值时，再次关闭所述第二单向 分调节阀。
【文档编号】F23L15/00GK104110970SQ201410340673
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】戴东生 申请人:嘉诺资源再生技术（苏州）有限公司