专利名称：焙烧工业炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种焙烧工业炉，具体地说是用于精铸模壳的焙烧工业炉， 属于工业炉技术领域。
背景技术：
在己有技术中，现有的焙烧炉主要由炉体、炉门、升降装置、烧嘴系统、 排烟装置、空气预热器及燃烧控制系统等组成。这些焙烧炉由于结构设计不
太合理，常出现因烟道堵死而熄火的状况；烟筒余烟温度较高(约90(TC以 上)，空气预热器几乎失去作用，大量的热能随废气排出而未加以利用；控制 系统过于简陋，无法有效控制燃气的输出；温控系统几乎失灵；炉门密封不 严、炉体保温太差，外壳和炉顶温度高达200°C，导致炉内大量热量散失； 炉膛的火焰不能循环流动，会造成燃烧死角；焙烧炉天然气没有失压保护器 系统，容易熄火；点火系统较差容易造成爆燃，掀翻炉顶；模壳焙烧过程中 有大量的黑烟冒出，严重污染车间环境。
目前，国内生产的箱式焙烧炉只在炉体材料、炉门密封、空气预热器、 燃烧系统及控制系统等方面作了改进完善。这些措施虽能在生产安全上得到 有效控制，但由于空气预热器本身性能的限制，使得烟气余热的回收利用局 限在一定的范围内，即在节能降耗和环保方面没有重大突破，最多节能5% 10% 。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种焙烧工业炉(蓄热 式箱体焙烧炉)，能使烟气的余热得以充分地回收利用，从蓄热体排出的余烟 温度不超过15CTC;炉体和炉门密封性能好，炉内热量散热很少；能在降低 能耗的同时也可减轻烟气排放，实现环保，而且智能化控制系统可使炉子运 行安全可靠，操作更为简便。
按照本发明提供的技术方案， 一种焙烧工业炉包括炉体、炉底砌体、炉 门、升降装置、排烟装置、蓄热式燃烧系统与智能化控制系统，炉底砌体设 在炉体底部，炉体上设置有炉门，升降装置连接在炉门上，在炉体后部设置有辅助排烟装置，燃烧系统与控制系统构成循环控制系统，特征是所述炉 体上装有两套燃气蓄热式烧嘴和两套辅助低压天然气烧嘴，两套燃气蓄热式 烧嘴分别布置在炉体的一侧，两套辅助低压天然气烧嘴分别布置在炉体的后 墙体上，四通换向阀固定在两套燃气蓄热式烧嘴的上方；四通换向阀共有四 个接口，其中第一、第二两个接口通过管道分别与两套燃气蓄热式烧嘴连接; 第三个接口通过助燃风管路与高压离心助燃风机连接；第四个接口通过蓄热 式烧嘴排烟管路与蓄热式烧嘴排烟引射风机连接；所述助燃风管路分成三个 支路，第一个支路与四通换向阀相连；第二个支路分别连通二套辅助低压天 然气烧嘴；第三个支路连通烧嘴的点火系统；从总管接通来的天然气管路通 过控制阀组分别接入两套燃气蓄热式烧嘴、二套辅助低压天然气烧嘴及烧嘴 的点火系统。
所述炉体炉底砌体上设置有辅助烟道，辅助烟道的上方设置有钢板排烟 管，蓄热式烧嘴排烟引射风机的接口两端分别通过管道与燃气蓄热式烧嘴和 钢板排烟管相连。所述炉体炉底前方设有扒渣口。
所述天然气管路上分别装有总管安全切断阀、天然气电磁阀和高端燃气 放散系统。所述助燃风管路上装有安全防爆装置及自动的和手动的控制阀。
所述助燃风管路分别与辅助低压天然气烧嘴和燃烧系统的烧嘴点火系统 连接。
本发明与已有技术相比具有以下优点
1. 节能效果
在本炉的技术措施中采用了蓄热式燃烧系统与低压天然气烧嘴并用、复 合型炉墙结构、结构合理的辅助排烟装置、密封很好的炉门等，各项先进的 节能技术措施，使能耗大大降低；与现有的焙烧炉相比，本炉可节能50%以 上。
2. 环境保护
该设备的排烟和噪声等指标都能满足国家的有关标准和要求。 (1)烟气排放
a.S02排放控制本炉子采用的燃料是天然气，属低污染型燃烧且为低 含硫燃烧，炉子烟囱高出附近建筑物3m， S02的排放量和落地浓度都低于国 家有关标准。热式烧嘴，天然气量、空气过剩 系数和各种压力的控制调节，保证燃料在燃烧室内充分、稳定燃烧，从根本 上消除了碳粒子和C0等不安全燃烧物产生。黑度可达林格曼等级0级。
C.N02排放控制本炉所选用的天然气蓄热式烧嘴，烧嘴结构和燃烧方
式抑制NOX化合物的产生。天然气与助燃空气充分混合燃烧，配以空燃比调 节，控制在120(TC以下，降低了火焰温度，同时提高了烧嘴燃烧气体出口速 度，縮短了燃气在高温区的时间。以上措施抑制了因燃烧而产生N0X，保证 了 N0X的排放达到国家标准。
d.烟气采用有组织高烟囱排放为确保烟气排放达标，保护大气环境， 本项目采用高烟囱排烟。烟囱高度按国家标准GB16297-1996《大气污染物综 合排放标准》确定。 (2)噪声
本炉子使用耐火纤维复合炉衬，因此隔音和吸音的效果非常好。再加上 炉子在工作时是全密封的，因此烧嘴产生的噪声对周围影响不大。经测定， 连续工作时，周围环境由烧嘴产生的声音符合GBJ87《工业企业噪声控制设 计规范》。
3.安全
本炉子采用天然气为燃料，所有设施按国家安全标准要求设计、制造、 安装和调试。
(1) 该炉所有电器设备、电线埋敷管、仪表柜等都有安全接地装置。烟囱 设有避雷针和接地体，接地电阻<4 0。
(2) 炉门升降极限位置，都有双保险的行程开关防止炉门行程超限。
(3) 各管路系统设有安全报警及保护装置
风压压力自动控制，欠压报警及控制以及防爆装置。
天然气当天然气欠压、压力异常时自动报警，超过危险值时天然气管路系 统自动紧急关闭。
(4) 炉温超温报警。
(5) 设备全部动作设有安全连锁保护，保证各电器系统正常工作。
(6) 燃烧系统系统总管上设有快切阀，风机停转自动断开报警，单只烧嘴 熄火，其燃气分管上的气动阀自动闭合。空气管路上设有安全防暴装置，以确保各系统的安全运行。
(7)每套燃烧系统都设有自动点火安全程序控制，火焰自动检测、熄火、 回火自动紧急关闭保护及现场和控制室同时报警。
图1为本发明焙烧炉的主视图。
图2为本发明焙烧炉的A向视图。 图3为本发明焙烧炉的俯视图。 图4为本发明焙烧炉的B向视图。 图5为本发明焙烧炉的C一C视图。 图6为本发明焙烧炉的D — D视图。 图7为本发明焙烧炉的E — E视图。 图8为本发明燃烧系统方框原理图。 图9为本发明控制系统方框原理图。
具体实施例方式
如图1 图7所示，包括四通切换阀1、炉体2 (炉体钢结构2a、炉体复 合耐火炉衬2b)、钢板排烟管3 (排烟管隔热保护层3a)、升降装置4、专用 扒渣口5、燃气蓄热式烧嘴6、行程开关7、电动葫戸8、手动调节阀门9、 蓄热式烧嘴排烟引射风机10、助燃风管路ll、高压离心风机12、天然气管 路13、蓄热式烧嘴排烟管14、电子式烟阀15、高端燃气放散系统16、辅助 排烟装置17、炉底砌体18、炉门19 (龙门架19d、炉门行走轨道19a、锚链 过渡轮19b、锚链19c 、龙门架19d)、控温热电偶20、辅助低压天燃气烧嘴 22、总管安全切断阀23、天然气电磁阀24、安全防爆装置25、烧嘴的点火 系统26及压力控制系统27等。
本发明的炉体2是由炉体钢结构2a、炉体复合耐火炉衬2b构成。炉体 钢结构2a由8#、 IO弁等边角钢、及IO弁槽钢和5mm钢板组焊而成。在炉体 部分的炉门口处装有中硅耐火球墨铸铁导板及面板，以利于实现炉门与炉体 之间的软密封及面板的耐热不变形。炉体2炉顶为全纤维制品结构，全纤维 制品结构采用锆铝型硅酸铝纤维材料，通过耐热钢锚固件将耐火纤维制品结 构固定于炉顶钢板上。炉侧墙采用内墙为高铝砖砌筑，砖墙与炉体钢板之间 采用硅酸铝纤维保温复合结构。确保炉体外壁温升《5(TC。为了检验测温系统的准确性、防止测温系统损坏时便于人工测温，我们在炉顶上开一个热电
偶对比孔(与热电偶孔的距离为70-80mm)。
炉底砌体18由硅藻土砖、轻质砖、高铝砖分层砌筑而成。炉体底部设有 辅助排烟装置17，以防在燃气蓄热式烧嘴6出现故障时及时备用，同时也可 大幅提高炉膛温度均匀性，从而提高模壳焙烧质量。此外，炉底部还设有专 用扒渣口5能很方便进行清渣。
炉体2上设置有炉门19，炉门19包括炉门钢结构骨架和炉门炉衬。炉 门钢结构骨架是由钢板组焊接而成的框架式结构，并附有外壳钢板及耐热钢 护板。
炉门炉衬采用锆铝型硅酸铝纤维隔热结构，通过耐热钢锚固件将耐火纤 维制品固定于炉门钢板上。龙门架19d是由型钢和缀板组焊而成的钢结构框 架。炉门行走轨道19a由槽钢组焊而成。它们均与炉体2的炉体钢结构拼焊 在一起。
炉门升降装置4通过锚链19c与炉门19连接，炉门升降装置4主要包括 电动葫戶8、锚链过渡轮19b、锚链19c等几部分组成。炉门轨道19a、锚链 过渡轮19b 、龙门架19d均固定于炉体上；电动葫芦8安装在龙门架19d 上。
炉门19通过电动葫芦8传动系统的驱动，沿炉门轨道19a垂直升降。炉 门19的上、下升限位置均设有行程开关7，以确保操作安全与平稳运行。为 保证炉门运行时的安全性，炉门的上升、下降均采用人工点动方式。
在炉体2后部设有一套辅助排烟装置17，将炉内天然气燃烧所产生的部 分烟气沿烟道排出再与蓄热式烧嘴排烟管14连接，并通过钢板排烟管3排出 到厂房外。电子式烟阀15装在钢板排烟管上，根据燃烧情况调节排烟量大小。
所述排烟装置主要包括钢板排烟管3、蓄热式烧嘴排烟引射风机IO、蓄 热式烧嘴排烟管14及辅助排烟装置17等。蓄热式烧嘴排烟引射风机10把从 燃气蓄热式烧嘴6排出的烟气通过蓄热式烧嘴排烟管道14引射到与辅助烟道 相通的钢板排烟管3，再排出厂房。蓄热式烧嘴排烟引射风机10安装在固定 于地面风机架上，辅助烟道的上方是钢板排烟管3;蓄热式烧嘴排烟引射风 机10的接口两端分别通过管道与燃气蓄热式烧嘴和钢板排烟管3相连，排烟 管隔热保护层3a设置在钢板排烟管3内。燃烧系统及管路主要由两套燃气蓄热式烧嘴6、高压离心风机12、天然
气管路13、助燃风管路ll及各种阀组件组成。所述炉体2上装有两套燃气 蓄热式烧嘴6和两套辅助低压天然气烧嘴22，两套燃气蓄热式烧嘴6布置在 炉体2的一侧，两套辅助低压天然气烧嘴22布置在炉体2的后墙体上，四通 换向阀1固定在两套燃气蓄热式烧嘴6的上方。四通换向阀1有四个接口， 其中，第一个接口通过助燃风管路11与高压离心助燃风机12连接；第二个 接口通过蓄热式烧嘴排烟管路14与蓄热式烧嘴排烟引射风机10连接；四通 换向阀1的另第三、第四两个接口通过管道分别与两套燃气蓄热式烧嘴6连 接。
助燃风管路11分成三个支路，其中第一个支路如上所述与四通换向阀 l相连；第二个支路连通并通向二套辅助低压天然气烧嘴22;另外，第三个 支路连通并通向所有烧嘴的点火系统26。从总管接通来的天然气管路13通 过控制阀组分别接入二套燃气蓄热式烧嘴6、 二套辅助低压天然气烧嘴22及 所有烧嘴的点火系统26。
本发明炉内燃料为天然气，两套辅助低压天燃气烧嘴22主要用于低温点 火及当燃气蓄热式烧嘴6出现故障时备用。
焙烧炉排出的烟气温度可达IOO(TC，约占供入炉内热量的40% 60%。回 收这部分热量用以预热助燃空气和天燃气。可实现50%以上的节能。
该燃气蓄热式烧嘴整个蓄热、放热过程在两套燃气蓄热式烧嘴6上完成， 燃料不需中断供给。
普通、蓄热两套燃烧系统分开布置。点火时使用低压天然气烧嘴，待燃 烧稳定、蜡等杂质产生的浓烟排完后再切换到蓄热系统上。这样点火容易、 可靠，车间污染少。在蓄热系统出现故障时，可在2分钟内切换到低压天然 气烧嘴22上继续使用，确保设备运行不停止。
本发明供风系统选用一台4kw高压离心助燃风机12，用于供给烧嘴燃烧 所需的助燃空气， 一台4kw蓄热式烧嘴排烟引射风机10，用于燃气蓄热式烧 嘴6的排烟引射。
天然气管路系统，根据天然气炉设计安全规范，在焙烧炉天然气管路及 控制系统的设计中采用了以下最完善的防爆措施；在天然气管路13上分别装 有总管安全切断阀23及天然气电磁阀24。烧嘴熄火报警并自动快速切断烧嘴前天然气电磁阀24，重新自动点火后
进行3秒钟的吹扫。
天然气欠压(《2. 5Kpa)、风机故障或欠压(《2.0Kpa)时系统报警，延 时6秒后，故障仍未消除则自动切断天然气电磁阀24，同时自动快速切断总 管安全切断阀23。
突然停电时，自动切断烧嘴前天然气电磁阀24及总管安全切断阀23， 来电后由人工启动总管安全切断阀，然后进入正常吹扫点火程序；安全切断 阀动作方式为快关(S0.8秒)缓开型。
炉前天然气管路13末端和总管上均设置高端燃气放散系统16，首次开 炉时或长时间停炉后再开炉时，必须将管路中的空气放净，以免在点火时发 生爆然或爆炸。
炉前空气管末端设置带防护罩的防爆膜，以防天然气因阀门泄漏或其它 原因渗入空气管路，产生燃气爆炸时，击穿防爆膜泄压，避免造成人身或设 备伤害事故。
天燃气进口总管上分别配置手动切断阀、天然气过滤器、进口手动式调 压阀、电动安全切断阀、涡轮流量计、安全放散管路等，经手动调压后，天 然气管道压力从20kp左右自动减压稳压，恒定在5kPa 7kPa，由于所配的 调压阀流量较大，在炉子火焰频繁调节过程中，压力波动极小，确保控温过 程的稳定；涡轮流量计的量程设定为10 80NmVh，以确保天然气剂量的精 确和准确。
所有烧嘴前均设有燃气主管路和点火燃气管路，两管路上都设有电磁阀 和手动切断球阀。每套烧嘴可实现点火、熄火报警等全过程的自动控制。
所述的助燃风管路11上装有手动调节阀9和安全防爆装置25。高压离 心助燃风机12出风口设有压力表，用于检测助燃风的出口压力，出风口设计 有一套机械式调压装置；进口设有手动调节阀门，可自动调节风压使其恒定 在3. 5Pka 4KPa。
本发明控制系统采用智能程序控制仪表控制系统及专用烧嘴控制器，阀 件采用进口的阀组件。其主要包括温度控制系统、压力控制系统、燃烧控制 系统及故障检测报警系统。
l.温度控制系统本炉体顶部设有控温热电偶20，它和控制系统、烧嘴形成闭环控制，采
用进口高精度智能仪表自动控制炉内温度。温控仪带有RS485接口，便于远
程观察。
炉膛温度曲线的记录和显示采用圆图记录仪表来完成。 炉膛温度曲线的记录和显示采用圆图记录仪表来完成。
2. 压力控制系统
焙烧炉设有天然气欠压和超压紧急切断并报警控制系统、助燃空气压力 机械式自控系统、炉压自动控制系统。
3. 燃烧控制系统
燃烧控制系统核心为烧嘴控制器、进口电磁阀、气动双位蝶阔等元器件 组成，应用成熟、使用可靠、故障率低。
燃烧控制系统有"远程""本地"二种控制模式，在"远程"状态下，燃 烧系统与控制系统构成闭环控制。烧嘴的开关、大小火调节由控制系统控制。 一旦系统出现故障时，切入"本地"，由烧嘴控制箱内的控制器实现就地控制。
燃烧控制系统设有自动火焰监控和断电关闭保护功能， 一旦烧嘴熄灭或 燃烧不好，控制系统会立即切断天然气电磁阀并报警。同时，所有阀门采用 电关式， 一旦停电就自动切断阀门，防止产生安全事故。
各烧嘴的开关、大小火、熄火状态、控制信号均通过PLCI/0模块线路转 送给控制系统并实行监控。
4. 故障检测报警系统
本设备设有完备的故障检测、报警、诊断和安全保护功能。各种故障显 示采用故障报警模块，在控制柜上有灯光和报警。
本发明的蓄热式箱体焙烧炉燃烧及控制原理如下
每套烧嘴都配有一套高压点火装置，点火成功后相应的烧嘴开始燃烧。 刚开始点火燃烧时用的是两套低压天然气烧嘴。待燃烧稳定，温度达到500 'C时，由人工将低压天然气燃烧系统切换到蓄热式燃烧系统。这时低压天然 气烧嘴关闭，与此同时蓄热式烧嘴点火燃烧。当炉内温度升至115(TC，开始 保温，30分钟后模壳出炉。当蓄热式燃烧系统出现故障时，由人工立即切换 到低压天然气烧嘴上燃烧，等故障清除后再由人工切换回蓄热式燃烧系统。 在模壳焙烧过程中，燃烧系统不停止运行，确保模壳焙烧质量。
权利要求
1、一种焙烧工业炉，包括炉体(2)、炉底砌体(18)、炉门(19)、升降装置(4)、排烟装置、蓄热式燃烧系统与智能化控制系统，炉底砌体(18)设在炉体(2)底部，炉体(2)上设置有炉门(19)，升降装置(4)连接在炉门(19)上，在炉体(2)后部设置有排烟装置，燃烧系统与控制系统构成循环控制系统，其特征是所述炉体(2)上装有两套燃气蓄热式烧嘴(6)和两套辅助低压天然气烧嘴(22)，两套燃气蓄热式烧嘴(6)分别布置在炉体(2)的一侧，两套辅助低压天然气烧嘴(22)分别布置在炉体(2)的后墙体上，四通换向阀(1)固定在两套燃气蓄热式烧嘴(6)的上方；四通换向阀(1)共有四个接口，其中第一、第二两个接口通过管道分别与两套燃气蓄热式烧嘴(6)连接；第三个接口通过助燃风管路(11)与高压离心助燃风机(12)连接；第四个接口通过蓄热式烧嘴排烟管路(14)与蓄热式烧嘴排烟引射风机(10)连接；所述助燃风管路(11)分成三个支路，第一个支路与四通换向阀(1)相连；第二个支路分别连通二套辅助低压天然气烧嘴(22)；第三个支路连通烧嘴的点火系统(26)；从总管接通来的天然气管路(13)通过控制阀组分别接入两套燃气蓄热式烧嘴(6)、二套辅助低压天然气烧嘴(22)及烧嘴的点火系统(26)。
2、 根据权利要求l所述的焙烧工业炉，其特征在于所述炉体(2)炉底 砌体(18)上设置有辅助烟道，辅助烟道的上方设置有钢板排烟管(3)，蓄 热式烧嘴排烟引射风机(10)的接口两端分别通过管道与燃气蓄热式烧嘴(6) 和钢板排烟管(3)相连。
3、 根据权利要求l所述的焙烧工业炉，其特征在于所述炉体(2)炉底 前方设有扒渣口 (5)。
4、 根据权利要求1所述的焙烧工业炉，其特征在于所述天然气管路(13) 上分别装有总管安全切断阀(23)、天然气电磁阀(24)和高端燃气放散系统 (16)。
5、 根据权利要求1所述的焙烧工业炉，其特征在于所述助燃风管路(ll) 上装有安全防爆装置(25)及自动的和手动的控制阀。
6、 根据权利要求1所述的焙烧工业炉，其特征在于所述助燃风管路(ll) 分别与辅助低压天然气烧嘴(22)和燃烧系统的烧嘴点火系统(26)连接。
全文摘要
本发明涉及一种焙烧工业炉，具体地说是用于精铸模壳的焙烧工业炉，属于工业炉技术领域。特征是所述炉体上装有蓄热式烧嘴和低压天然气烧嘴，蓄热式烧嘴布置在炉体的一侧，低压天然气烧嘴布置在炉体的后墙体上，四通换向阀固定在蓄热式烧嘴的上方，四通换向阀接口通过管道与蓄热式烧嘴连接，助燃风管路与高压离心助燃风机连接；蓄热式烧嘴排烟管路与蓄热式烧嘴排烟引射风机连接；天然气管路通过控制阀组分别与蓄热式烧嘴、低压天然气烧嘴及燃烧系统的烧嘴点火系统接通。本发明既能节约降耗，又能减轻烟气排放；能降低噪声，可实现环保；能使炉子运行安全可靠，操作简便。
文档编号F27B5/00GK101514868SQ20091002544
公开日2009年8月26日 申请日期2009年3月3日 优先权日2009年3月3日
发明者刘翠荣, 吕春光, 张学范, 曹生明 申请人:无锡鹰普精密铸造有限公司