CN103614529B - 燃料预混式多喷枪铝材均质炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种燃料预混式多喷枪铝材均质炉，包括：炉体，炉体内设有用于加热铝材的炉膛；至少五个燃烧喷枪，至少五个燃烧喷枪间隔设置在炉体的同一侧壁上，每个燃烧喷枪的近端延伸在炉体外部，每个燃烧喷枪的远端延伸至炉膛内；以及烟气管道，烟气管道与炉膛连通以将产生的烟气排出至烟囱；其中，燃料预混式多喷枪铝材均质炉进一步包括用于将燃料和空气进行预先混合的预混装置，至少五个燃烧喷枪的近端分别与预混装置连通以将预混装置中的混合气从至少五个燃烧喷枪的远端喷射至炉膛内燃烧。本发明的燃料预混式多喷枪铝材均质炉易于控制、节能环保。

Description

燃料预混式多喷枪铝材均质炉

技术领域

本发明涉及一种均质炉，具体涉及一种多喷枪铝材均质炉。

背景技术

面对日益严峻的环境问题和能源危机，全世界都在大力提倡节能减排，尤其是对于耗能和污染都较严重的工业窑炉相关产业，如何进行节能减排改造，已经成为本领域技术人员在设计该类设备时必须要考虑的因素。

以均质炉为例，现有均质炉一般使用天然气作为燃料。如图1所示。天然气燃料由燃料输送管2直接通过若干燃烧喷枪3在炉体1内进行燃烧，燃烧所需的空气由风机通过输入风管8输入炉膛内与天然气混合，以提供燃烧时足够的氧气。燃烧后的热量对炉膛内的铝材4进行热处理后通过排放烟气管道5直接排放。

可见，现有均质炉存在以下缺陷：（1）燃料输送管直接与若干燃烧喷枪连接，为燃烧喷枪提供燃料，由于燃烧喷枪数量多，且燃料输送难以控制，导致燃烧火力难以控制，使得很难让燃料与空气达到最佳燃烧配比，燃烧不能充分，排放污染大；（2）烟气直接排放，其温度可达450度以上，导致巨大的散热损失，在燃料价格越来越高的环境下，严重增加用户负担。

又如中国专利92234774.3号公开的一种连续循环式热处理炉，用以加热铝锭或其他圆柱体非铁金属，包括：一包覆有隔热材料之炉室，该炉室具有中段位置及两端；数个燃烧器，用以燃烧燃料而产生热气流；其还包括：数个分别与一燃烧器连通之蓄热室；这些蓄热室先行将该热气流加热，并引导该热气分别从该炉室之两端进入炉室内；至少一个设于该炉室中段位置上之抽风机，该抽风机用以抽吸自两端进入炉室之热气流，强迫该等热气流向炉室之中段位置流动；连通该抽风机及各蓄热室之循环管路，藉以将由抽风机抽吸之热气流回送至各蓄热室内；设于该炉室两端之自然排气式排气管；以及输送装置，用以将待加热材料送入炉室内及退出炉室外。该连续循环式热处理炉构造独特，不适合于对现有的均质炉进行改造。

因此，提供一种能够提高燃烧可控性、节能环保的铝材均质炉成为业内急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种易于控制的、节能环保的燃料预混式多喷枪铝材均质炉。

根据本发明的方案，提供一种燃料预混式多喷枪铝材均质炉，包括：炉体，炉体内设有用于加热铝材的炉膛；至少五个燃烧喷枪，至少五个燃烧喷枪间隔设置在炉体的同一侧壁上，每个燃烧喷枪的近端延伸在炉体外部，每个燃烧喷枪的远端延伸至炉膛内；以及烟气管道，烟气管道与炉膛连通以将产生的烟气排出至烟囱；其中，燃料预混式多喷枪铝材均质炉进一步包括用于将燃料和空气进行预先混合的预混装置，至少五个燃烧喷枪的近端分别与预混装置连通以将预混装置中的混合气从至少五个燃烧喷枪的远端喷射至炉膛内燃烧。

可选择地，预混装置可以包括预混管、空气输送管以及燃料输送管；预混管的一侧端壁上设有通过孔，预混管的另一侧端壁上设有进气孔，预混管的管壁上沿着纵向方向间隔设有至少五个混合气输出孔；空气输送管与预混管的进气孔连通以将空气输送至预混管内；燃料输送管包括开孔段，开孔段的末端封闭并且管壁上间隔设有若干燃料喷射孔，燃料输送管的开孔段通过预混管的通过孔插入预混管的内部，以将燃料喷射至预混管的内部空间而与空气混合形成混合气；并且至少五个燃烧喷枪的近端分别与预混管的至少五个混合气输出孔一一对应连通以将混合气从至少五个燃烧喷枪的远端喷射至炉膛内燃烧。

可选择地，预混装置可以包括预混套管、空气输送管以及燃料输送管；预混套管包括内管、外管以及在内管的外壁与外管的内壁之间形成的预混空间；外管的一侧端壁上设有燃料入口，外管的另一侧端壁上设有空气入口，外管的管壁上沿着纵向方向间隔设有至少五个混合气出口；内管的一端连接于外管的一侧端壁的内表面并将外管的燃料入口覆盖在内管的端口内，内管的另一端封闭并向外管的另一侧端壁的内表面延伸，内管的管壁上间隔设有若干燃料喷射孔；空气输送管与外管的空气入口连通以将空气输送至预混套管的预混空间；燃料输送管与外管的燃料入口连通以将燃料输送至内管的内部，并且燃料从内管的若干燃料喷射孔喷射至预混套管的预混空间而与空气混合形成混合气；并且至少五个燃烧喷枪的近端分别与外管的至少五个混合气出口一一对应连通以将混合气从至少五个燃烧喷枪的远端喷射至炉膛内燃烧。

可选择地，炉膛可以包括燃烧室、热处理室以及连通燃烧室与热处理室的连通通道，每个燃烧喷枪的远端延伸至炉膛的燃烧室，待热处理的铝材容置在炉膛的热处理室，烟气管道连接于热处理室的末端。

优选地，燃料预混式多喷枪铝材均质炉可以进一步包括换热器，换热器具有烟气流路和空气流路，换热器的烟气流路串接在烟气管道中，换热器的空气流路的入口通过管路连接于风机，换热器的空气流路的出口与空气输送管连接。

可选择地，换热器可以包括外壳、将外壳内部空间分隔为逆向平行的烟气流路和流体流路的中隔板、以及穿设在中隔板中的若干热管，其中，热管的蒸发端延伸于烟气流路中，热管的冷凝端延伸于流体流路中。

可选择地，换热器的热管内的工质可以为适用于500摄氏度左右工况的萘等工质。

优选地，烟气管道可以包括分支管道，分支管道在烟气管道上的入口沿烟气流动方向位于换热器的下游，分支管道的出口位于换热器的空气流路的入口与风机之间的管路上。

更优选地，分支管道可以设有开关阀。

优选地，每个燃烧喷枪的近端可以设有用于单独控制每个燃烧喷枪在全喷射量与零喷射量之间任意调节的调节阀。调节阀可以为电磁阀，电磁阀与控制单元连接，在使用的时候通过控制单元控制使全部燃烧喷枪工作或者部分燃烧喷枪工作，其中，工作的燃烧喷枪可以是全喷射量工作或者部分喷射量工作。

优选地，每个燃烧喷枪的远端可以设有用于增强火焰旋转的单向气动涡轮。

优选地，每个燃烧喷枪的调节阀与单向气动涡轮之间可以设有用于防止回火的阻火器。

可选择地，至少五个燃烧喷枪可以包括十个或十个以上的燃烧喷枪，比如十二个燃烧喷枪。

可选择地，燃料输送管的开孔段的封闭端可以延伸至预混管的另一侧端壁附近。

可选择地，预混套管的内管的封闭端可以延伸至外管的另一侧端壁的内表面附近。

可选择地，阻火器可以包括至少三层丝网。

可选择地，可以在燃料中参入体积比含量为2-10%的氢气。

可选择地，燃料可以为天然气、液化石油气等可燃气体。

本发明的燃料预混式多喷枪铝材均质炉，便于精确调节燃烧火力，且可以有效利用自身排热来预热燃烧空气。

本发明的燃料预混式多喷枪铝材均质炉在现有均质炉结构的基础上进行简单改造即可实现，使用成本低。

可替代地，本发明的燃料预混式多喷枪铝材均质炉可以包括炉体、燃料输送管和烟气管道，烟气管道安装于炉体上，燃料输送管的一段伸入预混管内，且伸入预混管内的燃料输送管设置有若干燃料喷射孔，用于将燃料喷射至预混管内，预混管与若干设置在炉体内的燃烧喷枪连接，且预混管内导入用于燃烧的空气。

烟气管道上设置有换热器，换热器与风机连接，用于输入空气，且换热器设置有热空气出口与预混管连接。充分利用排放烟气的余热来预热用于提供燃烧的空气，可以有效的提高燃烧效果。

烟气管道设置有分支管道与换热器的空气入口连接，用于导入部分具有余热的排放烟气与新鲜空气混合，以达到快速预热的效果。

每个燃烧喷枪的连接管道上可设置有调节阀，用于精确调节燃烧喷枪的燃料输送量。在使用时可通过控制单元的控制使全部燃烧喷枪工作或者只有二分之一或者三分之一燃烧喷枪工作，或者根据工况的要求来灵活选择燃烧喷枪工作的数量，可以有效的延长燃烧喷枪的使用寿命，也可以灵活的控制均质炉内的温度，节约能源。控制单元可以为现有常用的单片机等。

每个燃烧喷枪上可设置有阻火器，阻火器由在枪管内部设置的多层丝网构成，用于增大流动阻力，使火焰只能正向传播，不能逆向传播。

每个燃烧喷枪上可安装有单向气动涡轮，可以加大火焰旋转并优化燃烧。

可以在燃料中参入体积比含量为2-10%的氢气，以提高燃烧效果及排放的环保性。

调节阀可以为电磁阀，电磁阀与控制单元连接，在使用的时候可以通过控制单元控制使全部燃烧喷枪工作或者只有二分之一或者三分之一燃烧喷枪工作，或者根据工况的要求来灵活选择燃烧喷枪工作的数量，可以有效的延长燃烧喷枪的使用寿命，也可以灵活的控制均质炉内的温度，节约能源。

本发明的有益效果是：（1）先将燃料与空气混合，提高了燃烧的可控性，便于调节，且可以有效的达到燃料与空气混合的最佳混合比例，提高燃烧效果；（2）利用排烟余热来预热燃烧空气，使燃烧更加容易，提高燃烧释放的热值；（3）可在现有设备基础上改进，无需改动现有设备主体结构，实现非常简便；（4）可以很大程度的节约能源，降低排放热损失和环境污染；（5）可以做到低氧燃烧，有效的减少氮氧化物的排放。

附图说明

图1为现有技术中的均质炉的结构示意图。

图2为本发明燃料预混式多喷枪铝材均质炉的结构示意图。

图3为本发明的预混装置的可替代方式的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。

请参照图2，本发明提供的燃料预混式多喷枪铝材均质炉包括：炉体1、燃料输送管2、十二个燃烧喷枪3、烟气管道5、预混管6、换热器7以及空气输送管8。

炉体1内设有用于加热铝材4的炉膛，炉膛包括燃烧室12、热处理室15以及连通燃烧室12与热处理室15的连通通道11。待热处理的铝材4容置在炉膛的热处理室15。烟气管道5连接于热处理室15的末端以将产生的烟气排出至烟囱9。

十二个燃烧喷枪3等间隔设置在炉体1的同一侧壁上，每个燃烧喷枪3的近端35延伸在炉体1外部，每个燃烧喷枪3的远端36延伸至炉膛的燃烧室12。

在图2所示非限制性实施方式中，燃料输送管2、预混管6、空气输送管8构成本发明的预混装置，用于将燃料和空气进行预先混合。

预混管6的一侧端壁上设有通过孔61，预混管6的另一侧端壁上设有进气孔62，预混管6的管壁上沿着纵向方向等间隔设有十二个混合气输出孔66。

空气输送管8与预混管6的进气孔62连通以将空气输送至预混管6内。

燃料输送管2包括开孔段20，开孔段20的末端封闭并且管壁上间隔设有若干燃料喷射孔21。燃料输送管2的开孔段20通过预混管6的通过孔61插入预混管6的内部，以将燃料通过若干燃料喷射孔21喷射至预混管6的内部空间，从而燃料与空气混合形成混合气。

十二个燃烧喷枪3的近端35分别与预混管6的十二个混合气输出孔66一一对应连通以将混合气从十二个燃烧喷枪3的远端36喷射至炉膛的燃烧室12内燃烧。

换热器7具有烟气流路（未图示）和空气流路（未图示），换热器7的烟气流路串接在烟气管道5中。换热器7的空气流路的入口71通过管路连接于风机53，换热器7的空气流路的出口72与空气输送管8连接。

在该非限制性实施方式中，换热器为热管式换热器，其包括外壳、将外壳内部空间分隔为逆向平行的烟气流路和流体流路的中隔板、以及穿设在中隔板中的若干热管，其中，热管的蒸发端延伸于烟气流路中，热管的冷凝端延伸于流体流路中。换热器的热管内的工质可以为适用于500摄氏度左右工况的萘等工质。

采用换热器7可以充分利用排放烟气的余热来预热用于助燃的空气，可以有效地提高燃烧效率。

烟气管道5包括分支管道51。分支管道51在烟气管道5上的入口511沿烟气流动方向位于换热器7的下游，分支管道51的出口512位于换热器7的空气流路的入口71与风机53之间的管路上。分支管道51用于导入具有余热的烟气与新鲜空气混合，以达到快速预热的效果。分支管道51还设有开关阀52以控制导入烟气的时机和/或流量。

每个燃烧喷枪3的近端35附近设有用于单独控制每个燃烧喷枪在全喷射量与零喷射量之间任意调节的调节阀31。在该非限制性实施方式中，调节阀为电磁阀，电磁阀与控制单元连接，在使用的时候通过控制单元控制使全部燃烧喷枪工作或者部分燃烧喷枪工作，其中，工作的燃烧喷枪可以是全喷射量工作或者部分喷射量工作。

每个燃烧喷枪3的远端36附近设有用于增强火焰旋转的单向气动涡轮33。每个燃烧喷枪3的调节阀31与单向气动涡轮33之间还设有用于防止回火的阻火器32。阻火器32由在枪管内部设置的多层丝网构成，比如三层或五层丝网，用于增大流动阻力，使火焰只能正向传播，不能逆向传播。

请参照图3，作为另一种非限制性实施方式，本发明燃料预混式多喷枪铝材均质炉的预混装置包括燃料输送管2、空气输送管8以及预混套管。预混套管包括外管610、内管620以及在内管620的外壁与外管610的内壁之间形成的预混空间630。

外管610的一侧端壁上设有燃料入口611，外管61的另一侧端壁上设有空气入口612，外管610的管壁上沿着纵向方向等间隔设有五个混合气出口618。

内管620的一端连接于外管610的一侧端壁的内表面615并将外管610的燃料入口611覆盖在内管620的端口内。内管620的另一端封闭并向外管610的另一侧端壁的内表面616延伸，内管620的管壁上间隔设有若干燃料喷射孔622。

空气输送管8与外管610的空气入口612连通以将空气输送至预混套管的预混空间630。

燃料输送管2与外管610的燃料入口611连通以将燃料输送至内管620的内部。燃料从内管620的若干燃料喷射孔622喷射至预混套管的预混空间630而与空气混合形成混合气。

五个燃烧喷枪3的近端分别与外管610的五个混合气出口618一一对应连通以将混合气从五个燃烧喷枪3的远端喷射至炉膛内燃烧。

在该非限制性实施方式中，在燃料中参入体积比含量为2-10%的氢气，比如5%或8%的氢气以提高燃烧效果及排放的环保性。

在该非限制性实施方式中，换热器7为表面式换热器，即，温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。

尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。例如，本发明的燃料预混式多喷枪铝材均质炉可以不设换热器和/或分支管道。此外，系统各处的温度和压力参数可以根据具体使用条件在本发明所公开的范围内适当选取。

Claims (8)

1.一种燃料预混式多喷枪铝材均质炉，包括：

炉体，所述炉体内设有用于加热铝材的炉膛；

至少五个燃烧喷枪，所述至少五个燃烧喷枪间隔设置在所述炉体的同一侧壁上，每个所述燃烧喷枪的近端延伸在所述炉体外部，每个所述燃烧喷枪的远端延伸至所述炉膛内；以及

烟气管道，所述烟气管道与所述炉膛连通以将产生的烟气排出至烟囱；

其特征在于：

所述燃料预混式多喷枪铝材均质炉进一步包括用于将燃料和空气进行预先混合的预混装置，所述至少五个燃烧喷枪的近端分别与所述预混装置连通以将所述预混装置中的混合气从所述至少五个燃烧喷枪的远端喷射至所述炉膛内燃烧；

其中，所述预混装置包括预混套管、空气输送管以及燃料输送管；

所述预混套管包括内管、外管以及在所述内管的外壁与所述外管的内壁之间形成的预混空间；

所述外管的一侧端壁上设有燃料入口，所述外管的另一侧端壁上设有空气入口，所述外管的管壁上沿着纵向方向间隔设有至少五个混合气出口；

所述内管的一端连接于所述外管的所述一侧端壁的内表面并将所述外管的所述燃料入口覆盖在所述内管的端口内，所述内管的另一端封闭并向所述外管的所述另一侧端壁的内表面延伸，所述内管的管壁上间隔设有若干燃料喷射孔；

所述空气输送管与所述外管的所述空气入口连通以将空气输送至所述预混套管的所述预混空间；

所述燃料输送管与所述外管的所述燃料入口连通以将燃料输送至所述内管的内部，并且燃料从所述内管的所述若干燃料喷射孔喷射至所述预混套管的所述预混空间而与空气混合形成混合气；并且

所述至少五个燃烧喷枪的近端分别与所述外管的所述至少五个混合气出口一一对应连通以将混合气从所述至少五个燃烧喷枪的远端喷射至所述炉膛内燃烧。

2.如权利要求1所述的燃料预混式多喷枪铝材均质炉，其特征在于，所述炉膛包括燃烧室、热处理室以及连通所述燃烧室与所述热处理室的连通通道，每个所述燃烧喷枪的远端延伸至所述炉膛的所述燃烧室，待热处理的铝材容置在所述炉膛的所述热处理室，所述烟气管道连接于所述热处理室的末端。

3.如权利要求2所述的燃料预混式多喷枪铝材均质炉，其特征在于，所述燃料预混式多喷枪铝材均质炉进一步包括换热器，所述换热器具有烟气流路和空气流路，所述换热器的所述烟气流路串接在所述烟气管道中，所述换热器的空气流路的入口通过管路连接于风机，所述换热器的空气流路的出口与所述空气输送管连接。

4.如权利要求3所述的燃料预混式多喷枪铝材均质炉，其特征在于，所述烟气管道包括分支管道，所述分支管道在所述烟气管道上的入口沿烟气流动方向位于所述换热器的下游，所述分支管道的出口位于所述换热器的空气流路的入口与所述风机之间的管路上。

5.如权利要求4所述的燃料预混式多喷枪铝材均质炉，其特征在于，所述分支管道设有开关阀。

6.如权利要求1所述的燃料预混式多喷枪铝材均质炉，其特征在于，每个所述燃烧喷枪的所述近端设有用于单独控制每个所述燃烧喷枪在全喷射量与零喷射量之间任意调节的调节阀。

7.如权利要求1所述的燃料预混式多喷枪铝材均质炉，其特征在于，每个所述燃烧喷枪的所述远端设有用于增强火焰旋转的单向气动涡轮。

8.如权利要求1所述的燃料预混式多喷枪铝材均质炉，其特征在于，每个所述燃烧喷枪的所述近端与所述远端之间设有用于防止回火的阻火器。