一種蓄熱式無(wú)氧化加熱爐及其燃燒方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬板帶連續(xù)熱處理爐，尤其涉及一種明火加熱金屬板帶的蓄熱式無(wú)氧化加熱爐，及其無(wú)氧化加熱爐的燒嘴排布方式與燃燒方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)爐燃料燃燒加熱技術(shù)領(lǐng)域中倍受廣泛重視的高溫低氧燃燒技術(shù)(HighTemperature Air Combust1n簡(jiǎn)稱HTAC),該技術(shù)已成功應(yīng)用于鋼鐵工廠乳鋼加熱爐、鍛造加熱爐、有色金屬冶煉爐等爐型。最近十幾年來(lái)，在冷軋帶鋼連續(xù)退火熱浸鍍鋅生產(chǎn)成套機(jī)組上應(yīng)用該HTAC技術(shù)，也同樣取得了顯著的節(jié)能減排的效果，其能源燃料節(jié)約率達(dá)到了30% -50% 以上。
[0003]當(dāng)金屬板帶進(jìn)行連續(xù)退火熱浸鍍時(shí)，首先需要對(duì)金屬板帶進(jìn)行熱處理，使其達(dá)到熱浸鍍規(guī)定的參數(shù)要求，才能夠完成后續(xù)熱浸鍍工序，而目前現(xiàn)有技術(shù)中，為了能夠?qū)饘侔鍘нM(jìn)行快速加熱，首先采用明火直接加熱金屬板帶的方式達(dá)到其快速升溫的目的，同時(shí)為了解決明火加熱過(guò)程中金屬板帶易出現(xiàn)氧化的問(wèn)題，也為了提高加熱爐的加熱效率，現(xiàn)有技術(shù)就引進(jìn)采用了上述HTAC技術(shù)，采用蓄熱體與燒嘴成對(duì)或成組布置在爐體左右兩側(cè)或爐體底部，通過(guò)控制輸送到燒嘴內(nèi)空氣與燃?xì)獾谋壤?，?shí)現(xiàn)爐體一側(cè)燒嘴欠氧燃燒，另一側(cè)燒嘴補(bǔ)充燃燒，并進(jìn)行排煙的燃燒方式。當(dāng)爐體其中一側(cè)燒嘴處于燃燒狀態(tài)時(shí)，另一側(cè)燒嘴處于排煙狀態(tài)，其排出的高溫?zé)煔?溫度往往高于1000°C以上)被蓄熱體吸收，此時(shí)蓄熱體升溫保存熱量。一定時(shí)間后進(jìn)行換向，將原來(lái)一側(cè)燃燒的燒嘴換向成排煙、另一側(cè)排煙的燒嘴換向成燃燒。此時(shí)，保存熱量的一側(cè)蓄熱體與被引入的空氣進(jìn)行換熱，使室溫下的冷空氣被加熱到一定溫度，而后與燃料混合進(jìn)行點(diǎn)火燃燒，通過(guò)不斷循環(huán)該過(guò)程，使排出煙氣中的熱量被爐體內(nèi)設(shè)置的蓄熱體吸收，而后經(jīng)換向再傳導(dǎo)給助燃空氣或燃料燃?xì)?，從而?shí)現(xiàn)廢熱煙氣的利用，提高加熱爐熱效率。如現(xiàn)有技術(shù)CN201313924Y、CN201538799U、CN10329020A就公開(kāi)了上述這種爐體兩側(cè)設(shè)置燒嘴交替燃燒的蓄熱式無(wú)氧化加熱爐，并且公開(kāi)了一側(cè)燒嘴燃燒、一側(cè)燒嘴排煙換熱的燃燒方式。
[0004]通過(guò)上述這種HTAC燃燒方法，可以將煙氣中的大部分熱量重新利用，有利于節(jié)約燃料，被廣泛的應(yīng)用于金屬板帶明火加熱技術(shù)領(lǐng)域，但是為了保證金屬板帶在爐體內(nèi)明火加熱的過(guò)程中不受到嚴(yán)重?fù)p壞，一般將燒嘴設(shè)置于爐體兩側(cè)下部(被加熱金屬板帶下方)，避免火焰直接接觸金屬板帶，但是此種燒嘴排布設(shè)置方式，其火焰被直接噴射到爐墻上，又離金屬板帶稍遠(yuǎn)，不能達(dá)到火焰與無(wú)氧化氣氛整體環(huán)繞、包裹被加熱金屬板帶的最佳狀態(tài)，火焰只是通過(guò)先加熱爐墻、爐內(nèi)氣氛，而后間接形成對(duì)金屬板帶的加熱，此種無(wú)氧化加熱爐的燒嘴排布方式與燃燒方法勢(shì)必會(huì)造成一定燃?xì)馊剂系睦速M(fèi)，加熱效率還有待進(jìn)一步提高。并且，由于燒嘴布置在被加熱金屬板帶下部的爐體左右兩側(cè)或爐體底部，其火焰會(huì)全時(shí)段的直接噴射到金屬板帶上部空間，因此，極易出現(xiàn)金屬板帶上表面溫度高于下表面溫度的現(xiàn)象，造成后續(xù)金屬板帶熱浸鍍上下表面浸鍍效果質(zhì)量不一的現(xiàn)象。
[0005]并且，現(xiàn)有技術(shù)中用于無(wú)氧化加熱爐中的蓄熱式燒嘴是把空氣、燃?xì)庵苯虞斔偷綘t體內(nèi)進(jìn)行混合擴(kuò)散燃燒，沒(méi)有之前的預(yù)混程序，并且，由于空氣與燃?xì)庠跔t膛內(nèi)這樣開(kāi)放的空間里，很難做到充分混合后再燃燒，基本處于邊混合擴(kuò)散，邊燃燒的狀態(tài)，因此，在燃?xì)馊紵^(guò)程中，會(huì)有少量的含氧空氣與爐膛內(nèi)的金屬工件直接接觸，破壞整個(gè)爐膛內(nèi)的無(wú)氧化氣氛，造成了金屬工件在爐內(nèi)的氧化燒損。
[0006]另外，現(xiàn)有技術(shù)中，這種在爐膛內(nèi)燃?xì)馀c空氣邊混合邊燃燒的蓄熱式燃燒器，高溫空氣和燃料的噴口速度只能設(shè)計(jì)在較低范圍，導(dǎo)致?tīng)t膛內(nèi)氣流循環(huán)擾動(dòng)能力低，不易提高爐內(nèi)對(duì)流比，更加嚴(yán)重阻礙了空氣與燃?xì)獾幕旌希瑥亩绊憼t溫均勻性。如果噴口速度設(shè)計(jì)高了，就會(huì)造成燃燒器噴口處著火困難，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)有脫火現(xiàn)象發(fā)生，也不利于爐溫均勻性。
[0007]并且，目前使用蓄熱式燒嘴的工業(yè)無(wú)氧化加熱爐，高溫段蓄熱室內(nèi)溫度一般^ KKKTC，現(xiàn)有蓄熱式燃燒器采用耐火材料隔熱套來(lái)減少外殼散熱，用增加外殼厚度的方法來(lái)降低燃燒器表面散熱，以減少相應(yīng)的熱損失，這樣使燒嘴燃燒器外形體積大，原材料消耗多，還會(huì)影響爐體安裝空間，產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中蓄熱式無(wú)氧化加熱爐存在的爐內(nèi)火焰與無(wú)氧化氣氛無(wú)法對(duì)被加熱工件形成全面、立體包裹，而導(dǎo)致需要通過(guò)爐墻以及爐內(nèi)氣氛對(duì)金屬工件進(jìn)行間接加熱，而造成的燃?xì)馊剂侠速M(fèi)，加熱效率有待提高的問(wèn)題，以及現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用在無(wú)氧化加熱爐中的燒嘴存在燃?xì)?、空氣混合不均勻，焰氣噴口速度設(shè)計(jì)不高，造成爐內(nèi)溫度不均勻以及燒嘴燃燒效率不高的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種全新設(shè)計(jì)的蓄熱式燒嘴，以及燒嘴更加合理排布的蓄熱式無(wú)氧化加熱爐。
[0009]一種蓄熱式無(wú)氧化加熱爐，包括加熱爐爐體、以及沿爐長(zhǎng)方向、在爐體左右兩側(cè)設(shè)置的多個(gè)燒嘴，其特征在于所述多個(gè)燒嘴以爐體內(nèi)被加熱工件為分界線，上、下交錯(cuò)布置在爐體左右兩側(cè)。
[0010]優(yōu)選地，所述設(shè)置在爐體左側(cè)上的多個(gè)燒嘴(a)、(b)、(c)、(d) (e) (f)以被加熱工件為分界線，上、下呈“波浪形”沿爐長(zhǎng)方向分布；所述設(shè)置在爐體右側(cè)上的多個(gè)燒嘴(O)、(P)、(q)、(r) (s) (t)以被加熱工件為分界線，與其相應(yīng)爐體左側(cè)燒嘴呈上、下相反設(shè)置，沿爐長(zhǎng)方向呈“波浪形”分布。
[0011]此種以被加熱工件為分界線，上、下交錯(cuò)設(shè)置在爐體左右兩側(cè)的燒嘴排布方式，完全顛覆了目前現(xiàn)有技術(shù)中蓄熱式無(wú)氧化加熱爐將燒嘴統(tǒng)一沿爐長(zhǎng)方向直線型成對(duì)布置在爐體左右兩側(cè)下部或爐體底部的排布方式，徹底解決了燒嘴噴出的高溫焰氣無(wú)法立體包裹被加熱金屬工件的問(wèn)題，通過(guò)控制爐體左右兩側(cè)相應(yīng)位置燒嘴的燃燒與排煙，利用排煙燒嘴的負(fù)壓抽力，以及排煙燒嘴與燃燒燒嘴以被加熱工件為分界線，其在爐體左右兩側(cè)呈上、下交錯(cuò)的這種復(fù)雜的排布方式，使燃燒燒嘴噴出的高溫?zé)o氧化氣氛可以傾斜向上或傾下向下穿過(guò)被加熱工件，并且在爐體對(duì)面排煙燒嘴負(fù)壓抽力的作用下，其燃燒燒嘴噴射出高溫火焰的走向完全呈包裹被加熱工件的趨勢(shì)，因此，上述這種上、下交錯(cuò)設(shè)置的燒嘴排布方式，可以完全實(shí)現(xiàn)高溫焰氣對(duì)被加熱工件的全面、立體的包裹，加熱效率明顯提高。由于本發(fā)明提供的蓄熱式無(wú)氧化加熱爐，其燒嘴燃燒方式不同于現(xiàn)有技術(shù)中爐體一側(cè)燒嘴全部燃燒，另一側(cè)燒嘴全部排煙，一定時(shí)間后換向的傳統(tǒng)燃燒方式，而是爐體兩側(cè)燒嘴同一時(shí)間均有燃燒和排煙，并且，以被加熱工件為分界線，爐體兩側(cè)上部與下部同樣在同一時(shí)間都有燒嘴燃燒和排煙，使?fàn)t體內(nèi)燃燒燒嘴與排煙燒嘴上、下、左、右交錯(cuò)布置，充分提高了爐體內(nèi)爐溫的均勻性，使被加熱工件溫度均勻性得到明顯改善。
[0012]并且，所述以被加熱工件為分界線，上下設(shè)置的燒嘴，其上部燒嘴到被加熱工件的距離與下部燒嘴到被加熱工件的距離相等。但可以根據(jù)實(shí)際情況(如燒嘴噴出火焰的大小、焰氣的走向等因素)設(shè)置上部燒嘴與下部燒嘴到被加熱工件的距離不等，上燒嘴遠(yuǎn)下燒嘴近或下燒嘴遠(yuǎn)上燒嘴近均可。
[0013]所述爐體左右兩側(cè)燒嘴(a)與(O)、(b)與(p)、(C)與(q)、(d)與(r)在爐長(zhǎng)方向呈上下相對(duì)或上下相錯(cuò)設(shè)置。
[0014]在爐體左右兩側(cè)布置的燒嘴中，(a)與(O)可以上下相對(duì)布置，也就是燒嘴(a)與燒嘴(O)在爐長(zhǎng)方向的相對(duì)位移為零。同樣，為了改變高溫焰氣在爐體內(nèi)的走向，和高溫焰氣最終達(dá)到的包裹被加熱工件的包裹狀態(tài)，也可以設(shè)置燒嘴(a)與燒嘴(O)在爐長(zhǎng)方向呈上下相錯(cuò)狀態(tài)，也就是燒嘴(a)與燒嘴(O)分別設(shè)置在爐體一側(cè)的上部，和爐體另一側(cè)的下部，并且，燒嘴(a)與燒嘴(O)在爐長(zhǎng)方向還存在一定的位移。
[0015]其中，所述爐體單側(cè)燒嘴(V) (w) (X) (y)或(h)⑴(j) (k)以被加熱工件為分界線，沿爐長(zhǎng)方向單側(cè)燒嘴逐個(gè)上、下交錯(cuò)設(shè)置。
[0016]同樣，也可以設(shè)置爐體單側(cè)燒嘴兩個(gè)或多個(gè)為一組，以被加熱工件為分界線，沿爐長(zhǎng)方向單側(cè)燒嘴逐組(a) (b)與(c) (d)與(e) (f)上、下交錯(cuò)設(shè)置。
[0017]為了實(shí)現(xiàn)無(wú)氧化加熱爐燒嘴噴出的高溫焰氣對(duì)被加熱工件形成立體包裹，以及提高爐溫均勻性，可以設(shè)置單側(cè)燒嘴沿爐長(zhǎng)方向逐個(gè)上、下交錯(cuò)設(shè)置，也可以通過(guò)改變燒嘴燃燒排煙的具體排布，設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)燒嘴為一組，以組為單位上下交錯(cuò)設(shè)置在爐體一側(cè)。并且，爐體另一側(cè)燒嘴同樣要以被加熱工件為中心線，與爐體對(duì)側(cè)相應(yīng)燒嘴呈上下相反設(shè)置，以形成燒嘴在爐體兩側(cè)上、下交錯(cuò)設(shè)置的布局。
[0018]同時(shí)，為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的燃?xì)馀c空氣被直接輸送到爐膛內(nèi)進(jìn)行混合燃燒，出現(xiàn)的部分含氧空氣與爐內(nèi)金屬件直接接觸，造成金屬工件在爐內(nèi)被氧化，且現(xiàn)有蓄熱式燃燒器氣流噴出速度低，不易形成爐內(nèi)氣流循環(huán)，造成爐溫均勻性差，并且，為了降低蓄熱式燒嘴燃燒器外表面散熱，其外形體積龐大，造成生產(chǎn)原材料的過(guò)多消耗，影響爐體安裝空間等問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種蓄熱式無(wú)氧化加熱爐的燒嘴，其燒嘴包括燃燒器箱體，在所述箱體一端設(shè)置空煙氣接口(9)，另一端設(shè)置焰氣噴口(25)，以及在所述箱體內(nèi)部設(shè)置蓄熱體，其特征在于在所述燒嘴燃燒器箱體內(nèi)部、靠近所述焰氣噴口(25)處設(shè)置燃燒室(1)，所述燃燒室(I)與所述焰氣噴口(25)相連通，補(bǔ)燃空氣、主燃?xì)馀c主空氣接入到所述燃燒室(I)內(nèi)形成混合。
[0019]本發(fā)明在燒嘴燃燒器內(nèi)部、處于燃燒器端部位置的焰氣噴口處設(shè)置了一個(gè)相對(duì)密閉的空腔——燃燒室，使通過(guò)高溫蓄熱體的主空氣、補(bǔ)燃空氣與主燃?xì)庠谠撊紵覂?nèi)充分混合，由于該燃燒室設(shè)置于燃燒器內(nèi)部，處于相對(duì)密閉的空間中，有利于主空氣與燃?xì)獾某浞只旌?，且避免了含氧空氣與爐膛內(nèi)金屬工件的接觸，有效防止了含氧空氣對(duì)高溫金屬工件的氧化。并且主空氣與燃?xì)庠谙鄬?duì)密閉的燃燒室中充分混合，經(jīng)點(diǎn)火燃燒后，其火焰與無(wú)氧化氣氛可直接從焰氣噴口處噴出，也正是由于空氣與主燃?xì)獾某浞只旌希梢赃M(jìn)一步提高噴口的噴射速度，以及通過(guò)對(duì)焰氣噴口的進(jìn)一步設(shè)置，可以精準(zhǔn)控制火焰的噴出形狀與位置，使噴出火焰能夠完全包裹待加熱