[发明专利]直接回热燃烧的火焰式加热炉及工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种带有高温烟气余热回收装置的火焰式加热炉及该加热炉的工作方法，属加热炉技术领域。

背景技术

目前，公知的带有高温烟气余热回收系统的火焰式加热炉采用的是蓄热式燃烧技术。蓄热式燃烧技术集蓄热系统、排烟系统、燃烧系统和炉体结构于一身，蓄热系统、排烟系统、燃烧系统对称布置在炉体两侧，当一侧处于排烟状态(热周期)时，另一侧处于燃料供应状态(冷周期)，过一段时间两侧状态进行切换。蓄热体处于排烟状态时，高温烟气流过蓄热体并向其放热，蓄热体获得热量被加热至高温，烟气放出热量温度下降至150℃左右排入大气；蓄热体处于燃料供应状态时，空气和燃料分别流过各自蓄热体并从蓄热体吸热，蓄热体放出热量温度下降，空气和燃料从蓄热体吸热温度上升至1000℃左右，然后进入炉膛进行弥漫式燃烧。两侧状态通过换向系统进行切换，一般情况下每小时有20~30个换向周期。蓄热式燃烧方式与传统的燃烧方式相比有许多优点。一是蓄热式燃烧方式具有先进的弥漫式燃烧方式，它可将火焰边界扩展到整个炉膛，使炉膛温度十分均匀，不易形成局部高温，不但提高了加热质量，而且可以降低了氧化率；二是蓄热式燃烧方式具有很高的余热回收率及温度效率，可将空、煤气均预热至800-1000℃，不但扩大了燃料的使用范围，使传统加热炉不能利用的劣质燃料(如高炉煤气)变成优质燃料，还大大降低了炉子的单位燃料消耗量，减少了有害气体的排放量；三是由于余热回收装置可以承受较高温度，炉子取消了预热段，这使得炉膛总体温度水平可以提高到加热过程允许的最高水平，使加热炉的单位生产率大大提高。由于以上优点，蓄热式燃烧方式被迅速推广应用于各种火焰加热过程中。

尽管蓄热式燃烧方式有很大优点，但是，自从该技术投入工业运行以来，大量生产实践证明，由于该技术自身的局限，蓄热式燃烧方式从一开始就存在了一些该燃烧方法自身难以解决的、对加热过程及加热设备有严重不利影响的缺陷。众所周知蓄热式燃烧方式属于切换回热燃烧方式，烟气与空气、煤气间的热量交换是通过中间热载体(蓄热体)来传递的，蓄热体工作中的冷、热周期，即蓄热、放热过程的切换必须通过换向系统频繁换向才能实现，这种频繁换向给火焰加热炉的工作过程带来以下几方面的不利影响：

(1)由于每个换向过程都要经历“切断煤气---换向---重新输入煤气”的过程，因此每次换向都会使炉内火焰消失一次，灭火时间一般在三分钟左右，火焰的频繁灭火与着火引起了炉温的频繁波动，这不但使传热温压频繁下降，造成传热速率的降低，还使整个炉衬工作温度频繁变化，引起炉衬温度应力加大，容易造成炉衬开裂，到处跑烟冒火，增加了炉子事故率，降低了炉子作业率，缩短了炉体寿命，严重影响炉子正常运行及生产过程。

(2)换向过程引起炉膛压力的大幅度波动。大量的生产实践证明，当换向切断煤气后炉压一般降至-30Pa左右，换向后炉压又会猛升至+75Pa以上，然后在数秒后缓缓回落，在每次换向周期中有两次炉压的大幅度波动。炉压的大幅频繁波动使加热炉自控系统对压力的控制难度加大，不能使加热炉炉压长期在某个稳定值之下工作，这就造成加热炉工作过程不够稳定，容易出现燃烧工况无法准确调节等各种各样的问题。

(3)蓄热体本身工作在很高温度下，频繁换向又使蓄热体温度也在频繁剧烈变化，在高温及巨大热冲击作用下，蓄热体经常出现熔化、软化、变形、破裂、堵塞等问题。在生产中，蜂窝式蓄热体使用寿命一般在3-6个月，甚至有一个星期就大量碎裂的情况。蜂窝体出现问题后使排烟和燃料、空气供应受阻，严重影响生产。

(4)加热炉换向时，换向阀与喷嘴之间管道中的煤气会被抽出炉外，造成燃料损失，换向周期越短，该项损失越大。

(5)由于在蓄热燃烧方式中，燃烧基本都处于不稳态工况下进行，这就使得炉膛内燃烧过程、传热过程、气体流动过程的复杂性大大增加，再加上生产条件的复杂多样性，因此很难建立起与生产实际相符合的、比较精确的加热模型，正因如此，时下绝大部分加热炉的自动控制及自动调节水平都很低，尽管自控系统的投入率很高，但使用率很低，有时甚至完全放弃自动控制改手动控制，使加热炉事故率大幅上升，炉子作业率大幅下降。

由以上分析可以看出，频繁换向是造成蓄热燃烧过程不稳定、加热炉事故率高，炉子作业率低的直接原因。

发明内容

本发明用于解决上述已有技术之缺陷而提供一种预热温度效率高、不需要换向、加热过程稳定的直接回热燃烧的火焰式加热炉及工作方法。

本发明所称问题是由以下技术方案解决的：