CN109307431B - 一种混合加热的工业窑炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合加热的工业窑炉，包括依次设置的预热炉体、加热炉体、恒温炉体和降温炉体，加热炉体设有天然气燃烧装置，恒温炉体设有电加热装置，降温炉体通过余热管道与预热炉体连接。本发明根据工业窑炉的温度区间以及物料的生产工艺采用不同的加热方式，最大限度的利用热能，能更加匹配物料的烧结特性，更大程度地利用热能转换效率并降低生产成本。

Description

一种混合加热的工业窑炉

技术领域

本发明涉及烧结设备，尤其涉及一种混合加热的工业窑炉。

背景技术

绿色和环保成为经济发展的重要要求，工业窑炉作为各类型材料生产的核心设备，广泛地应用于各个工业领域。工业窑炉需要为物料生产提高较高的温度，是一种高能耗的机械设备，节能降耗技术成为发展的重点以及未来行业发展的趋势。

物料整个烧结过程是个大范围变化的温度范围，不同温度段对窑炉的加热性能要求不一样。低温度段主要在于烘干产品，排出水分和废气，其温度和气氛均匀性相对较低，高温度段主要使产品发生化学反应，生产合格产品，其温度和气氛均匀性要求十分严格。因此可以针对产品的生产工艺和特性，对不同温度段采用不同热源功能，满足产品生产要求，并做到节能和环保的效果。

现有的工业窑炉通常采用单一的加热源进行加热，不断加热为炉腔提供较高的温度用来烧结物料，常用电加热方式。这种加热方式不能充分的考虑到物料的烧结特性，导致热能效率不高。不同温度段，所需的热量不同，配备的功率不同，同一种电气方式加热，电气元件不能充分发挥其性能，功率因素低，造成了电能的极大浪费。并且，工业窑炉烧结过程中会产生大量的废气和水蒸气等，为避免电气元件的短路，实际使用过程通常在电气元件外加保护套管。但电气元件在炉内加热主要是通过辐射实现的，外加保护管减小了电气元件的热辐射效率，造成了不小的热损失。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种根据工业窑炉的温度区间以及物料的生产工艺采用不同的加热方式，最大限度的利用热能，能更加匹配物料的烧结特性，更大程度地利用热能转换效率并降低生产成本的混合加热的工业窑炉。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种混合加热的工业窑炉，包括依次设置的预热炉体、加热炉体、恒温炉体和降温炉体，所述加热炉体设有天然气燃烧装置，所述恒温炉体设有电加热装置，所述降温炉体通过余热管道与预热炉体连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述天然气燃烧装置为烧嘴，所述加热炉体分为与预热炉体相邻的上游低温区和与恒温炉体相邻的下游高温区，所述上游低温区的下部设有至少一对所述烧嘴，每对的两个烧嘴分设于上游低温区的两侧壁，错位分布；所述下游高温区上部设有至少一对所述烧嘴，所述下游高温区下部设有至少一对所述烧嘴，每对的两个烧嘴分设于下游高温区的两侧壁，错位分布，且上部烧嘴与下部烧嘴呈对角错位布置。

所述上游低温区与下游高温区之间设有一可升降的气道高度调节板。

所述加热炉体设有热电偶，所述热电偶位于烧嘴的对面侧面。

所述恒温炉体包括两个热电偶，所述电加热装置为上下布置的两个电加热硅碳棒，一个热电偶位于上面的电加热硅碳棒的上方，另一个热电偶位于下面的电加热硅碳棒的下方。

所述降温炉体包括上游冷却区和下游冷却区，所述上游冷却区的炉体炉膛内侧壁上设有耐火套管，所述耐火套管为密闭的空心管，并设有降温进风管和降温出风管，所述降温出风管与余热管道连通，所述降温进风管通入冷风或空气。

所述下游冷却区的炉体包括内壳和外壳，所述外壳和内壳形成空心的风冷夹套，所述风冷夹套内设有将风冷夹套分为上层气流通道和下层气流通道的隔板，所述上层气流通道具有一个上层进风管和一个上层出风管，下层气流通道具有一个下层进风管和一个下层出风管，所述上层进风管和下层进风管通入冷风或空气，所述上层出风管和下层出风管均与余热管道相连通。

所述上层气流通道和下层气流通道内设有多个隔热风板，所述隔热风板上设有槽口，所述槽口与内壳或外壳之间形成辅助气流通道，位于上层气流通道内的辅助气流通道与上层气流通道相通，位于下层气流通道内的辅助气流通道与下层气流通道相通。

所述余热管道上设有抽风机和加热箱；所述预热炉体和加热炉体均设有排气管，各排气管均与排气风机连接。

所述余热管道与预热炉体炉膛内的预热进气管连通，所述预热进气管上设有多个朝上的进气孔。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的混合加热的工业窑炉，预热区采用降温区收集的热量烘干产品，加热升温区采用天然气加热，充分利用产品的生产特性，在该温度段，其温度和气氛的要求相对较小；天然气加热成本较低，并且燃烧后主要产物为水，对环境无污染；在恒温区采用电加热；根据工业窑炉的温度区间以及物料的生产工艺采用不同的加热方式，最大限度的利用热能，能更加匹配物料的烧结特性，更大程度地利用热能转换效率并降低生产成本。

(2)本发明的混合加热的工业窑炉，工业窑炉在预热区和加热区设置有排出废气和水分的排气装置，因此天然气燃烧产生的水分和废气会随着产品烧结产生的废弃物一起排出炉膛，不会对产品的性能产生影响。

(3)本发明的混合加热的工业窑炉，加热区的烧嘴错位布置，有利于天然气充分燃烧。加热区不同温度间设置气道高度调节板，可调节助燃气体的气道，控制每个温度段的助燃气体量，充分燃烧天然气。

(4)本本发明的混合加热的工业窑炉，降温区分为不加热夹套冷却区和大气风冷冷却区，不加热夹套冷却区的炉体耐火材料内侧有空心结构的耐火套管，热气可在套管中流动；大气风冷冷却区，空气在辅助气流通道内呈迷宫式流走，这样增大了散热时间和散热面积。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中预热炉体的结构示意图。

图3是本发明中加热炉体的结构示意图。

图4是本发明中恒温炉体的结构示意图。

图5是本发明中降温炉体的上游冷却区的结构示意图。

图6是本发明中降温炉体的下游冷却区的结构示意图。

图7是本发明中一种隔热风板的结构示意图。

图8是本发明中另一种隔热风板的结构示意图。

图中各标号表示：

100、预热炉体；110、预热进气管；200、加热炉体；201、烧嘴；202、气道高度调节板；210、上游低温区；220、下游高温区；300、恒温炉体；301、电加热硅碳棒；400、降温炉体；401、耐火套管；402、降温进风管；403、降温出风管；405、隔热风板；406、槽口；410、上游冷却区；420、下游冷却区；421、内壳；422、外壳；423、上层气流通道；424、下层气流通道；425、隔板；426、上层出风管；427、下层出风管；428、辅助气流通道；500、余热管道；510、抽风机；520、加热箱；530、调节阀；600、热电偶；700、排气管；710、排气风机；800、匣钵承载装置。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本实施例的混合加热的工业窑炉，包括依次设置的预热炉体100、加热炉体200、恒温炉体300和降温炉体400，加热炉体200设有天然气燃烧装置，恒温炉体300设有电加热装置，降温炉体400通过余热管道500与预热炉体100连接。

该工业窑炉根据温度范围分为预热区，加热升温区，恒温区和降温区。预热区的温度低，采用降温区收集的热量烘干物料，排出原料中的水分；加热升温区主要用来排出烧结过程中产生的废气，控温精度以及炉内气氛洁净度相比恒温区较低，采用天然气加热，天然气燃烧产生的废气和水分随着排气装置一起排出至炉膛外；恒温区主要用来烧结产品，炉内温度均匀性要求高，炉内气氛均匀性和洁净度要求高，采用电加热；降温区主要用来降低产品温度，温度从烧结温度降低至后续工序需要满足的低温，这过程中会带来大量的热散失，因此收集降温过程中产品散失的热能用在物料的烘干，能节能大量的热能，减少对外部环境的排热，更加环保；采用气、电两种方式混合加热，根据不同烧结区域的温度以及物料的烧结特性，采用不同的加热方式，充分利用热能，节约成本。

本实施例中，余热管道500连接降温区和预热区，用来传输降温区的热气至预热区，余热管道500上设有抽风机510、加热箱520和调节阀530，加热箱520可对降温区传输的热气进行加热，补充热量，提高余热的温度，提高预热区的温度，调节阀530可调节热气量，调节各个温区的温度；预热炉体100和加热炉体200均设有排气管700，各排气管700均与排气风机710连接，天然气燃烧产生的水分和废气会随着产品烧结产生的废弃物一起排出炉膛，不会对产品的性能产生影响。

本实施例中，如图2所示，预热炉体100主要包括炉壳、耐火材料、匣钵承载装置800，排气管700和预热进气管110，匣钵承载装置800用于承载匣钵，可以是固定的承载梁(匣钵靠推板向前推进)，也可以是运动的辊道(匣钵靠辊棒传输前进)。排气管700位于炉壳顶部，预热进气管110位于炉膛底部，余热管道500与预热进气管110连通，预热进气管110上设有多个朝上的进气孔，管内通入的热气从下往上运动，与物料充分接触，烘干物料。

本实施例中，如图3所示，加热炉体200主要包括炉壳、耐火材料、匣钵承载装置800(同上)和排气管700，排气管700位于顶部，天然气燃烧装置为烧嘴201。加热炉体200分为与预热炉体100相邻的上游低温区210和与恒温炉体300相邻的下游高温区220，上游低温区210的下部设有一对烧嘴201，每对的两个烧嘴201分设于上游低温区210的两侧壁，错位分布；下游高温区220上部设有一对烧嘴201，下游高温区220下部设有一对烧嘴201，每对的两个烧嘴201分设于下游高温区220的两侧壁，错位分布，且上部烧嘴201与下部烧嘴201呈对角错位布置。

即匣钵承载装置800同一侧的上、下方只有一个烧嘴201，匣钵承载装置800的上、下方相对的两侧只有一个烧嘴，成“X”型对角布置，错位布置烧嘴201有利于天然气充分燃烧，减少天然气的浪费，并可减少炉膛内的气氛污染，减少对炉内温度均匀性的影响。烧嘴201设置的对数与加热炉体200的长度有关，炉体越长，设置的对数越多。

本实施例中，上游低温区210与下游高温区220之间设有一可升降的气道高度调节板202。调节板202能够上、下调节，控制助燃气体流通的气道，控制高温区和低温区内助燃气体量，使得天然气充分燃烧，当下游高温区220内温度较高(达到要求的温度值)时，气道高度调节板202上升，增加气体流通，使得热气可以进入上游低温区210，减少上游低温区210的燃烧，当下游高温区220内温度较低时，气道高度调节板202下降，减少气体流通，减少热气进入上游低温区210，可以使下游高温区220快速升温。

上游低温区210只在匣钵承载装置120的下方布置烧嘴201，调节气道高度调节板，利用炉内的气流压力，将下游高温区220的热量传递至上游低温区210，满足上游低温区210的温度要求。

本实施例中，加热炉体200还设有热电偶600，热电偶600位于烧嘴201的对面侧，可以与烧嘴201正对面，也可以位于两个烧嘴201之间，热电偶600可检测燃气燃烧的外焰，测温准确。

本实施例中，如图4所示，恒温炉体300主要包括炉壳、耐火材料、匣钵承载装置800和电加热装置。电加热装置为上下布置的两个电加热硅碳棒301，恒温炉体300还包括两个热电偶600，一个热电偶600位于上面的电加热硅碳棒301的上方，另一个热电偶600位于下面的电加热硅碳棒301的下方。除本实施例外，还可以在两个电加热硅碳棒301之间加热电偶600。

本实施例中，降温炉体400根据温度的不同，分为不加热夹套抽风冷却和大气风冷冷却两种结构，两种结构的降温速度不同，并且使用的温度区域不同，逐级降温。不加热夹套抽风冷却为上游冷却区410，大气风冷冷却为下游冷却区420。如图5所示，上游冷却区410的炉体包括炉壳、耐火材料和匣钵承载装置800，炉膛内侧壁上设有耐火套管401，耐火套管401为密闭的空心管，并设有降温进风管(图中未示出)和降温出风管403，降温进风管通入冷风或空气。耐火套管401位于匣钵承载装置120的上方，冷却风可在耐火套管401内部流动，带走炉膛内热量，降低物料温度，降温出风管403与余热管道500连通，将耐火套管401中的热风传输至余热管道500中。耐火套管401位于炉膛保温材料中，并环绕在炉膛两侧，一端与降温进风管相连，一端与降温出风管403相连，耐火套管401能承受高温，冷风在耐火套管401中运动带走热量，能在高温环境下降低产品温度，避免冷风或空气在高温环境对产品直接降温，影响产品性能。产品通过不加热夹套风冷冷却降低至一定温度后，再通过大气风冷冷却，降低产品温度。

如图6所示，下游冷却区420的炉体包括内壳421、外壳422和匣钵承载装置800，外壳422和内壳421形成空心的风冷夹套，风冷夹套内设有将风冷夹套分为上层气流通道423和下层气流通道424的隔板425，上层气流通道423具有一个上层进风管(图中未示出)和一个上层出风管426，下层气流通道424具有一个下层进风管(图中未示出)和一个下层出风管427，上层进风管和下层进风管通入冷风或空气，上层出风管426和下层出风管427均与余热管道500相连通。炉壳与内壳组成风冷夹套，通入外部大气进入风冷夹套中流动，带走热量，冷却物料，风冷夹套中设置有隔板，将风冷夹套分为上、下两层，大气在夹套中分上、下两层流动，上、下层间独立进风和出风。

本实施例中，上层气流通道423和下层气流通道424内设有多个隔热风板405，隔热风板405上设有槽口406，槽口406与隔板425或内壳421或外壳422之间形成辅助气流通道428，位于上层气流通道423内的辅助气流通道428与上层气流通道423相通，位于下层气流通道424内的辅助气流通道428与下层气流通道424相通。不同的隔热风板405上槽口406各不相同，多个隔热风板405与外壳422和内壳421及隔板425通过槽口406形成唯一的循环气道，大气在风冷夹套中只能沿一个路径流动，使得大气与内壳421充分接触，并增加散热面积，改善散热效果，提高降温效果，也就是说槽口406与隔板425或内壳421或外壳422之间形成辅助气流通道428，也只有一个进口和一个出口，空气在辅助气流通道428内呈迷宫式流走，这样增大了散热时间和散热面积。隔热风板405一般是成对设置。

图7中a部分为一种隔热风板405，隔热风板405的槽口406在两端，两个隔热风板405槽口406之间形成辅助气流通道428(图7中b部分)。

图8中c部分为另一种隔热风板405，隔热风板405的槽口406位于中部，一个隔热风板405的槽口406与外壳422之间形成辅助气流通道428，另一个隔板隔热风板405的槽口406与内壳421之间也形成辅助气流通道428(图8中d部分)，各辅助气流通道428是相通的。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种混合加热的工业窑炉，包括依次设置的预热炉体（100）、加热炉体（200）、恒温炉体（300）和降温炉体（400），其特征在于：所述加热炉体（200）设有天然气燃烧装置，所述恒温炉体（300）设有电加热装置，所述降温炉体（400）通过余热管道（500）与预热炉体（100）连接，所述天然气燃烧装置为烧嘴（201），所述加热炉体（200）分为与预热炉体（100）相邻的上游低温区（210）和与恒温炉体（300）相邻的下游高温区（220），所述上游低温区（210）的下部设有至少一对所述烧嘴（201），每对的两个烧嘴（201）分设于上游低温区（210）的两侧壁，错位分布；所述下游高温区（220）上部设有至少一对所述烧嘴（201），所述下游高温区（220）下部设有至少一对所述烧嘴（201），每对的两个烧嘴（201）分设于下游高温区（220）的两侧壁，错位分布，且上部烧嘴（201）与下部烧嘴（201）呈对角错位布置，所述上游低温区（210）与下游高温区（220）之间设有一可升降的气道高度调节板（202），当下游高温区（220）内温度较高时，气道高度调节板（202）上升，增加气体流通，使得热气可以进入上游低温区（210），减少上游低温区（210）的燃烧，当下游高温区（220）内温度较低时，气道高度调节板（202）下降，减少气体流通，减少热气进入上游低温区（210），可以使下游高温区（220）快速升温，调节气道高度调节板（202），利用炉内的气流压力，将下游高温区（220）的热量传递至上游低温区（210），满足上游低温区（210）的温度要求。

2.根据权利要求1所述的混合加热的工业窑炉，其特征在于：所述加热炉体（200）设有热电偶（600），所述热电偶（600）位于烧嘴（201）的对面侧。

3.根据权利要求1或2所述的混合加热的工业窑炉，其特征在于：所述恒温炉体（300）包括两个热电偶（600），所述电加热装置为上下布置的两个电加热硅碳棒（301），一个热电偶（600）位于上面的电加热硅碳棒（301）的上方，另一个热电偶（600）位于下面的电加热硅碳棒（301）的下方。

4.根据权利要求1或2所述的混合加热的工业窑炉，其特征在于：所述降温炉体（400）包括上游冷却区（410）和下游冷却区（420），所述上游冷却区（410）的炉体炉膛内侧壁上设有耐火套管（401），所述耐火套管（401）为密闭的空心管，并设有降温进风管（402）和降温出风管（403），所述降温出风管（403）与余热管道（500）连通，所述降温进风管通入冷风或空气。

5.根据权利要求4所述的混合加热的工业窑炉，其特征在于：所述下游冷却区（420）的炉体包括内壳（421）和外壳（422），所述外壳（422）和内壳（421）形成空心的风冷夹套，所述风冷夹套内设有将风冷夹套分为上层气流通道（423）和下层气流通道（424）的隔板（425），所述上层气流通道（423）具有一个上层进风管和一个上层出风管（426），下层气流通道（424）具有一个下层进风管和一个下层出风管（427），所述上层进风管和下层进风管通入冷风或空气，所述上层出风管（426）和下层出风管（427）均与余热管道（500）相连通。

6.根据权利要求5所述的混合加热的工业窑炉，其特征在于：所述上层气流通道（423）和下层气流通道（424）内设有多个隔热风板（405），所述隔热风板（405）上设有槽口（406），所述槽口（406）与内壳（421）或外壳（422）之间形成辅助气流通道（428），位于上层气流通道（423）内的辅助气流通道（428）与上层气流通道（423）相通，位于下层气流通道（424）内的辅助气流通道（428）与下层气流通道（424）相通。

7.根据权利要求1或2所述的混合加热的工业窑炉，其特征在于：所述余热管道（500）上设有抽风机（510）和加热箱（520）；所述预热炉体（100）和加热炉体（200）均设有排气管（700），各排气管（700）均与排气风机（710）连接。

8.根据权利要求1或2所述的混合加热的工业窑炉，其特征在于：所述余热管道（500）与预热炉体（100）炉膛内的预热进气管（110）连通，所述预热进气管（110）上设有多个朝上的进气孔。

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