專利名稱：高效環(huán)保管式爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種管式爐，尤其涉及一種高效環(huán)保管式爐。
大家知道，加熱爐熱效率的高低取決于排煙溫度的高低，排煙溫度越低，熱效率越高，為了盡可能地提高熱效率，先后采用了不同形式的減少排煙余熱損失的方法，增加了對(duì)流室，發(fā)展成為輻射——對(duì)流型管式爐，這種管式爐的熱效率也只有75％左右。如


圖1所示的一種管式爐，其包括輻射室100、燃燒器101、煙囪102等，為了提高熱效率在輻射室上面設(shè)有對(duì)流室103，使介質(zhì)先經(jīng)過設(shè)在對(duì)流室103內(nèi)的對(duì)流盤管107再進(jìn)入輻射室100內(nèi)的輻射盤管105進(jìn)行加熱，為了使煙氣的熱量再利用，增加了空氣預(yù)熱器106，用鼓風(fēng)機(jī)吸入空氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器內(nèi)，煙囪上設(shè)有擋板104，使煙氣在排出前，先進(jìn)入空氣預(yù)熱器內(nèi)，對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)熱后再排出。由于受到種種因素的限制以至無法實(shí)現(xiàn)較低的排煙溫度，通常在200℃左右。到目前為止，這種傳統(tǒng)的管式爐的熱效率最高也只有90％左右，其主要原因是煙氣中通常含有SO2和SO3，當(dāng)溫度降到酸露點(diǎn)以下時(shí)會(huì)產(chǎn)生硫酸，對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重的酸露點(diǎn)腐蝕。多年來，傳統(tǒng)管式爐的技術(shù)發(fā)展均是在工藝裝置流程上尋找冷源，使其與管式爐的排煙進(jìn)一步換熱，以降低排煙溫度，這樣做的結(jié)果是管式爐的結(jié)構(gòu)變得愈來愈龐大，投資愈來愈高，而對(duì)于那些沒有冷源的爐子，則不可能有較高的熱效率。
傳統(tǒng)式管式爐的另一個(gè)主要問題是燃燒時(shí)產(chǎn)生NOx物，眾所周知，煙氣中NOx的生成量取決于燃燒時(shí)燃料周圍助燃空氣的多少和溫度的高低。對(duì)于傳統(tǒng)的管式爐，由于其傳統(tǒng)的燃燒方式?jīng)Q定了周圍必須有過量的助燃空氣才能完成燃燒過程，這種燃燒叫做富氧燃燒。又由于為了提高熱效率，加熱爐的煙氣要進(jìn)一步與空氣換熱，使助燃空氣溫度提高。對(duì)于這種傳統(tǒng)的燃燒方式，助燃空氣越多，溫度越高，煙氣中NOx的生成量也就越多，而傳統(tǒng)的管式爐無法改變這種狀況，這是由其燃燒方式所決定的。隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，人們愈來愈重視我們賴以生存的環(huán)境。因此，越來越需要一種高效、低NOx物產(chǎn)生的管式爐。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為一種高效環(huán)保管式爐，包括爐體、設(shè)在爐體內(nèi)壁上的耐火爐襯、由耐火爐襯所圍成的空間構(gòu)成爐膛、設(shè)在所述的爐膛內(nèi)的用于加熱介質(zhì)的爐管，在爐體壁上并穿過耐火爐襯設(shè)有至少一對(duì)用于向爐膛噴射燃料的燃料噴嘴，在與燃料噴嘴相鄰處的爐體壁設(shè)有至少一對(duì)排煙、送風(fēng)管道，所述的排煙、送風(fēng)管道內(nèi)設(shè)有蓄熱體，所述的一對(duì)排煙、送風(fēng)管道通過四通換向閥交叉相連。
所述的爐膛內(nèi)至少設(shè)有一個(gè)耐火隔墻將爐膛分隔成至少兩個(gè)爐膛，且每個(gè)爐膛分別設(shè)有至少一對(duì)燃料噴嘴和至少一對(duì)排煙、送風(fēng)管道，所述的排煙、送風(fēng)管道內(nèi)設(shè)有蓄熱體，所述的一對(duì)排煙、送風(fēng)管道通過四通換向閥交叉相連。
所述的耐火隔墻可以為自爐體底面延伸至爐體上面的全封閉式的耐火隔墻’，或者是半封閉式的隔墻其中的一種。
在所述的爐體上設(shè)有輔助噴嘴為好。
所述的燃料噴嘴外接有燃料管道，在所述的燃料管道內(nèi)設(shè)有蓄熱體，且所述的一對(duì)燃料管道的中間通過所述的四通換向閥連接。
所述的蓄熱體為陶瓷所制成的、形狀呈蜂窩網(wǎng)狀的柱狀結(jié)構(gòu)或者形狀呈多數(shù)散置的小球狀中的一種。
所述的爐體的形狀為圓柱形、長方體、正方體或多棱柱狀其中的一種。
所述的爐管的排列分布形式為呈直線狀來回盤繞狀或呈圓盤狀層疊盤繞中的一種。
由于采用上述結(jié)構(gòu)，通過設(shè)在爐體壁上的至少一對(duì)燃料噴嘴，向爐體內(nèi)噴射燃料，通過一個(gè)排煙、送風(fēng)管道向爐體內(nèi)送進(jìn)助燃空氣，空氣經(jīng)過管道內(nèi)設(shè)的蓄熱體從而被加熱，通過另一個(gè)設(shè)在爐體壁上的排煙、送風(fēng)管道排出煙氣，煙氣經(jīng)過管道內(nèi)設(shè)的蓄熱體時(shí)，將熱量儲(chǔ)存在蓄熱體內(nèi)后排出。通過轉(zhuǎn)換四通換向閥方向，交替使用成對(duì)地設(shè)在爐體上的蓄熱體、排煙、送風(fēng)管道，一個(gè)用于送風(fēng)，另一個(gè)用于排煙，一側(cè)蓄熱體儲(chǔ)存熱量，另一側(cè)釋放熱量給空氣加熱，從而使進(jìn)入爐體內(nèi)的空氣的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃料的自燃點(diǎn)，燃料進(jìn)入爐體內(nèi)不需要多余的氧氣即可以充分均勻地燃燒。對(duì)于質(zhì)量差的燃料，也可以采用交叉預(yù)熱的方式對(duì)燃料進(jìn)行預(yù)熱后再送入爐內(nèi)燃燒。
本實(shí)用新型的高效環(huán)保管式爐屬于純輻射爐，其爐體的幾何形狀不局限于圓柱形、長方體狀、正方體狀、棱柱狀等，也可以根據(jù)需要制成其它形狀?？筛鶕?jù)需要將其分成一個(gè)或多個(gè)爐膛，爐管則根據(jù)不同的工藝要求以不同的方式排列在爐膛內(nèi)。
因此本實(shí)用新型具有以下有益效果1.均勻地給爐管提供熱量，使?fàn)t管表面熱強(qiáng)度大大提高本高效環(huán)保管式爐采用的是高溫蓄熱式貧氧燃燒技術(shù)，這種技術(shù)能夠最大限度地回收煙氣的顯熱，能將空氣或燃料氣預(yù)熱到前所未有的高溫，甚至幾乎接近爐膛內(nèi)煙氣的溫度，燃燒的組織已經(jīng)完全不同于傳統(tǒng)的預(yù)混或擴(kuò)散燃燒。由于組織燃燒的方式完全改變并且燃燒的環(huán)境溫度已超過燃料的自燃點(diǎn)，因此空氣和燃料可以相互獨(dú)立地噴入爐膛，這種特殊的燃燒方式將爐膛整體作為一個(gè)反應(yīng)器，燃料和空氣的氧化反應(yīng)遍及整個(gè)爐膛，整個(gè)爐內(nèi)溫度十分均勻，無明顯火焰。正由于上述原因，爐管受熱變得十分均勻，從而可能大大提高爐管表面熱強(qiáng)度，使?fàn)t管材質(zhì)得到充分利用。也由于爐管受熱十分均勻，不存在爐管局部過熱現(xiàn)象，使得爐子壽命延長，管內(nèi)油品沒有裂解，油品品質(zhì)得到提高。
2.將助燃空氣預(yù)熱、至接近爐膛煙氣溫度，使燃燒更加穩(wěn)定可靠本實(shí)用新型的高效環(huán)保管式爐采用的是高溫蓄熱式貧氧燃燒技術(shù)，這種燃燒技術(shù)改變了傳統(tǒng)的燃燒方式，燃燒的組織與傳統(tǒng)預(yù)混和擴(kuò)散燃燒不同。由于空氣預(yù)熱溫度很高，燃燒不需要利用傳統(tǒng)的燃燒器與空氣作摻混以形成利于燃燒的特定濃度場分布，只需要將空氣和燃料氣通過各自的噴口噴入爐膛即可，高預(yù)熱溫度保證了燃料進(jìn)入爐膛內(nèi)就維持穩(wěn)定的燃燒，甚至可以燒劣質(zhì)燃燒料，燃燒反應(yīng)遍及整個(gè)爐膛。這種燃燒方式的改變使得燃燒過程不會(huì)發(fā)生回火等各類燃燒事故，使燃燒更加穩(wěn)定可靠。穩(wěn)定可靠的燃燒對(duì)于加熱爐的安全運(yùn)行起到了關(guān)鍵的保障作用。
3.低NOx煙氣排放本實(shí)用新型的高效環(huán)保管式爐能夠較好地解決NOx煙氣排放的問題，這是由于它采用的是高溫蓄熱式貧氧燃燒技術(shù)，這種燃燒技術(shù)徹底改變了傳統(tǒng)的燃燒方式，燃料周圍不需要有過量的助燃空氣，過?？諝馍踔量梢詾榱?，空氣、燃料分別噴入即可，燃燒在貧氧狀態(tài)下進(jìn)行，可以大大降低NOx煙氣的排放。
4.熱效率更高本實(shí)用新型的高效環(huán)保管式爐盡管不需設(shè)置對(duì)流室及其常規(guī)的煙氣余熱回收系統(tǒng)，但熱效率卻能達(dá)到95％以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的管式爐。本實(shí)用新型的高效環(huán)保管式爐不會(huì)受到酸露點(diǎn)腐蝕的影響，因?yàn)樾顭狍w材料采用的是新型陶瓷材料，例如莫來石、堇青石作為蓄熱元件，它是耐酸腐蝕最好的材料之一，它比表面積大，熱慣性極低，且便于更換，是一種理想的蓄熱體材料。這種新型陶瓷材料作為蓄熱元件在管式爐上的應(yīng)用，使得排煙溫度大大降低，排煙溫度可低于100℃，節(jié)能效果顯著提高。按一臺(tái)20MW的加熱爐計(jì)算，若熱效率提高8％，每年可節(jié)省燃料1290噸，相當(dāng)于約130萬元人民幣。
5.投資更低高效環(huán)保管式爐由于不需設(shè)置對(duì)流室及其常規(guī)的煙氣余熱回收系統(tǒng)，僅有一個(gè)輻射室，并且爐管受熱全部集中在熱交換系數(shù)最高的輻射室進(jìn)行，因此可以減小爐子尺寸，降低筑爐造價(jià)，省略金屬換熱器和傳統(tǒng)的高煙囪，降低投資。一般來說，在加熱爐熱負(fù)荷相同的情況下，采用高效環(huán)保管式爐比傳統(tǒng)管式爐的爐體尺寸約減小30％，一次性投資和運(yùn)行總費(fèi)用明顯減少。對(duì)于一臺(tái)傳統(tǒng)的40MW的催化重整加熱爐，投資約2000萬元人民幣，若采用本高效環(huán)保管式爐，加上熱效率提高所節(jié)省的費(fèi)用，第一年可節(jié)省費(fèi)用約560萬元人民幣，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。
總之，本實(shí)用新型的高效環(huán)保管式爐通過運(yùn)用蓄熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)了空氣高溫預(yù)熱和更高的熱效率；通過運(yùn)用貧氧燃燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)了低NOx排放，更有利于環(huán)保；通過運(yùn)用無焰燃燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)了更高的爐管表面熱強(qiáng)度，從而節(jié)省投資。
具體實(shí)施方式
參見圖2，圖中展示了一種高效環(huán)保管式爐，包括爐管1、爐體2、耐火爐襯3、燃料噴嘴4、蓄熱體5、輔助噴嘴6、換向閥7、排煙、送風(fēng)管道8、爐膛9，爐體2呈長方體狀；耐火爐襯3設(shè)在爐體2內(nèi)壁上；由耐火爐襯3所圍成的空間構(gòu)成了一個(gè)爐膛9；用于加熱介質(zhì)的爐管1呈上下回轉(zhuǎn)、彼此平行的垂直直線盤設(shè)于爐膛9內(nèi)(參見圖3A)，介質(zhì)沿爐管上的箭頭的方向進(jìn)入爐膛內(nèi)加熱；在爐體2相對(duì)的側(cè)壁上并穿過耐火爐襯3設(shè)有至少一對(duì)用于向爐膛9噴射燃料的燃料噴嘴4，在與燃料噴嘴4相鄰處的爐體2相對(duì)的側(cè)壁上設(shè)有一對(duì)排煙、送風(fēng)管道8，所述的排煙、送風(fēng)管道8內(nèi)設(shè)有蓄熱體5，所述的一對(duì)排煙、送風(fēng)管道8通過四通換向閥7交叉相連；在所述的爐體2的底部設(shè)有輔助噴嘴6，該輔助噴嘴6在剛開始點(diǎn)燃爐子時(shí)使用。
當(dāng)使用時(shí)，先利用輔助噴嘴點(diǎn)燃爐子，從爐體一側(cè)的排煙、送風(fēng)管8排出煙氣，煙氣經(jīng)過排煙、送風(fēng)管8內(nèi)的蓄熱體5，將熱量儲(chǔ)存在蓄熱體內(nèi)，轉(zhuǎn)換換向閥7的方向，由此側(cè)的燃料噴嘴4噴入燃料，并將空氣自剛剛蓄熱的蓄熱體5的排煙、送風(fēng)管8送入爐體；此時(shí)另一側(cè)的排煙、送風(fēng)管8用于排煙氣，并將熱量儲(chǔ)存在蓄熱體內(nèi)；再轉(zhuǎn)換換向閥7的方向，交替使用兩側(cè)的燃料噴嘴4和排煙、送風(fēng)管8。
參見圖3A、3B、3C、3D，圖3A、3B中展示了爐管的呈垂直來回盤設(shè)的排布方式，圖3C、3D的爐管呈水平方向排布方式，爐管也可以為圓環(huán)狀盤設(shè)置(圖中未示)，因?yàn)檎麄€(gè)爐膛內(nèi)無燃燒死點(diǎn)，所以爐管可以布滿整個(gè)爐膛內(nèi)。
實(shí)施例二，參見圖4，圖中展示的管式爐，其具有多個(gè)爐膛的爐體的結(jié)構(gòu)，爐體2呈長方體狀；耐火爐襯3設(shè)在爐體2內(nèi)壁上；由耐火爐襯3所圍成的空間構(gòu)成了爐膛9，所述的爐膛9內(nèi)設(shè)有一個(gè)耐火隔墻10將爐膛分隔成兩個(gè)爐膛9’，且在每個(gè)爐膛9’的爐體2壁上分別設(shè)有一對(duì)用于向爐膛9’噴射燃料的燃料噴嘴4和一對(duì)排煙、送風(fēng)管道8，所述的排煙、送風(fēng)管道8內(nèi)設(shè)有蓄熱體5。所述的耐火隔墻10為自爐體底面延伸至爐體上面的全封閉式的耐火隔墻10’；耐火隔墻10當(dāng)然也可以根據(jù)需要制成半封閉式的隔墻10”(圖中未示)。所述的燃料噴嘴4外接有燃料管道11，在所述的燃料管道11內(nèi)設(shè)有蓄熱體5，且所述的一對(duì)燃料管道11的中間通過所述的四通換向閥7連接。
在實(shí)施例一和實(shí)施例二中，所述的蓄熱體5的形狀呈蜂窩網(wǎng)狀的柱狀結(jié)構(gòu)，或者形狀呈多數(shù)散置的小球狀。其可以采用莫來石、堇青石等陶瓷材料制成。
權(quán)利要求1.一種高效環(huán)保管式爐，包括爐體(2)、設(shè)在爐體(2)內(nèi)壁上的耐火爐襯(3)、由耐火爐襯(3)所圍成的空間構(gòu)成爐膛(9)、設(shè)在所述的爐膛(9)內(nèi)的用于加熱介質(zhì)的爐管(1)，其特征在于在爐體(2)壁上并穿過耐火爐襯(3)設(shè)有至少一對(duì)用于向爐膛(9)噴射燃料的燃料噴嘴(4)，在與燃料噴嘴(4)相鄰處的爐體(2)壁設(shè)有至少一對(duì)排煙、送風(fēng)管道(8)，所述的排煙、送風(fēng)管道(8)內(nèi)設(shè)有蓄熱體(5)，所述的一對(duì)排煙、送風(fēng)管道(8)通過四通換向閥(7)交叉相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效環(huán)保管式爐，其特征在于所述的爐膛(9)內(nèi)至少設(shè)有一個(gè)耐火隔墻(10)將爐膛分隔成至少兩個(gè)爐膛(9’)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效環(huán)保管式爐，其特征在于所述的耐火隔墻(10)可以為自爐體底面延伸至爐體上面的全封閉式的耐火隔墻(10’)，或者是半封閉式的隔墻(10”)其中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3其中之一所述的高效環(huán)保管式爐，其特征在于在所述的爐體(2)上設(shè)有輔助噴嘴(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3其中之一所述的高效環(huán)保管式爐，其特征在于所述的燃料噴嘴(4)外接有燃料管道(11)，在所述的燃料管道(11)內(nèi)設(shè)有蓄熱體(5)，且所述的一對(duì)燃料管道(11)的中間通過所述的四通換向閥(7)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3其中之一所述的高效環(huán)保管式爐，其特征在于所述的蓄熱體(5)為陶瓷所制成的、形狀呈蜂窩網(wǎng)狀的柱狀結(jié)構(gòu)或者形狀呈多數(shù)散置的小球狀中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高效環(huán)保管式爐，其特征在于所述的蓄熱體(5)為陶瓷所制成的、形狀呈蜂窩網(wǎng)狀的柱狀結(jié)構(gòu)或者形狀呈多數(shù)散置的小球狀中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3其中之一所述的高效環(huán)保管式爐，其特征在于所述的爐體(2)的形狀為圓柱形、長方體、正方體或多棱柱狀其中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3其中之一所述的高效環(huán)保管式爐，其特征在于所述的爐管(1)的排列分布形式為呈直線狀來回盤繞狀或呈圓盤狀層疊盤繞中的一種。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種高效環(huán)保管式爐,包括:爐體、設(shè)在爐體內(nèi)壁上的耐火爐襯、由耐火爐襯所圍成的空間構(gòu)成爐膛、設(shè)在所述的爐膛內(nèi)的用于加熱介質(zhì)的爐管,在爐體壁上并穿過耐火爐襯設(shè)有至少一對(duì)用于向爐膛噴射燃料的燃料噴嘴,在與燃料噴嘴相鄰處的爐體壁設(shè)有至少一對(duì)排煙、送風(fēng)管道,所述的排煙、送風(fēng)管道內(nèi)設(shè)有蓄熱體,所述的一對(duì)排煙、送風(fēng)管道通過四通換向閥交叉相連。該管式爐采用的是高溫蓄熱式貧氧燃燒技術(shù),這種技術(shù)能夠最大限度地回收煙氣的顯熱,能將空氣或燃料氣預(yù)熱幾乎接近爐膛內(nèi)煙氣的溫度,使?fàn)t膛內(nèi)燃料充分、均勻燃燒。
文檔編號(hào)F23C7/00GK2506874SQ0127109
公開日2002年8月21日 申請(qǐng)日期2001年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月21日
發(fā)明者郎清江 申請(qǐng)人:郎清江