CN107883777A - 熔铝炉烟气回收利用*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种熔铝炉烟气回收利用***，包括：炉体、主燃烧器、至少二个辅燃烧器、第一换热装置及第二换热装置，第二换热装置包括外壳体、设有中温烟气入口的进烟总管、设有低温烟气出口的排烟总管、设有冷空气入口的进气总管、设有热空气出口的排气总管、以及容置于外壳体中的水平间隔排布的至少六个旋转余热回收器，每个旋转余热回收器通过管线分别与进烟总管、排烟总管、进气总管、及排气总管相连接；第二换热装置的中温烟气入口通过管线与第一换热装置相连，第二换热装置的热空气出口通过管线与主燃烧器相连接，以将换热后形成的热空气输送至主燃烧器中用于助燃。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业炉，特别涉及一种熔铝炉。
背景技术
近年来，熔铝炉作为一种新型工业窑炉广泛应用于金属的熔炼，但在熔炼过程中常常存在如下问题：因回收***不充分而造成的能源浪费、环境污染、劳动条件差等；因设备设计不合理而造成的生产不连续、生产效率低下、劳动强度降低等；因燃烧器设计不当和炉体容量大而引起的加热不均匀、产品质量差等。
如中国专利申请No.201420527169.8公开了一种大型熔铝炉对冲式蓄热燃烧***，包括：炉体，炉体内设有用于燃烧放热的炉膛；以及二个燃料喷枪，二个燃料喷枪对称地设置在炉体的两端壁上。并且，在炉体的两端壁上，于每个燃料喷枪的两侧各设置一个进气口和一个出气口。该***进一步包括：四个蓄热单元，每个蓄热单元包括冷空气入口、热空气出口、高温烟气入口以及低温烟气出口，每个蓄热单元的热空气出口和高温烟气入口分别通过管道连接至位于其中一个燃料喷枪的一侧的进气口和出气口，每个蓄热单元的冷空气入口通过管道连接至空气源，每个蓄热单元的低温烟气出口通过管道连接至烟囱；以及设置于各管道上的用于控制每个蓄热单元在蓄热状态和放热状态之间切换的控制阀。但是，该方案中使用了大量的蓄热单元对烟气的余温进行回收利用，而且热量仅仅用于对助燃空气进行换热，无法进行其他能量的转换，而且蓄热单元在发生故障时，更换成本较高。
又如中国专利申请No.201510810516.7公开了一种烟气再循环辅助燃烧式熔铝炉，包括：熔铝炉本体，熔铝炉本体包括设于内部的炉膛、位于炉膛中上部的燃烧室、位于炉膛下部的铝液池、以及设于熔铝炉本体侧壁且与燃烧室连通的高温烟气出口；至少一个主燃烧枪，至少一个主燃烧枪设于熔铝炉本体的一端壁用于向燃烧室内喷射燃料燃烧放热以将铝液池内的铝熔化成铝液；以及烟气管道，烟气管道将高温烟气出口连接至烟囱。其中，烟气再循环辅助燃烧式熔铝炉进一步包括：辅助燃烧枪，辅助燃烧枪与至少一个主燃烧枪间隔地设于熔铝炉本体的一端壁；以及烟气回流管道，烟气回流管道与烟气管道连通以将烟气管道中的部分高温烟气回流至辅助燃烧枪助燃。但是，该烟气再循环辅助燃烧式熔铝炉只是利用了部分高温烟气回流进行助燃，并没有公开如何回收利用大部分的高温烟气的热量，造成了极大的能源浪费。
再如中国专利申请No.201610384395.9公开了一种熔铝炉烟气余热梯级利用***，其包括熔铝炉，所述熔铝炉的烟气管道出口与烟气过滤器连接，所述烟气过滤器一出气支管与铝料预热机构连接，所述铝料预热机构的烟气出口与第一除尘器连接，所述第一除尘器与烟气余热回收器连接；所述烟气过滤器另一出气支管直接与第二除尘器连接，所述第二除尘器与空气预热器连接；所述空气预热器一出口通过助燃风进入熔铝炉，所述空气预热器另一出口通过省煤器进入蒸汽余热锅炉，所述蒸汽余热锅炉一出口与烟气余热回收器连接。但是该专利中的熔铝炉烟气余热梯级利用***中的余热利用装置一旦发生故障时，更换成本高，更换难度大，而且需要停止整个熔铝炉的工作才可完成。
因此，提供一种节能、环保、生产效率高的熔铝炉烟气回收利用***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节能、环保、生产效率高、炉内加热均匀的熔铝炉烟气回收利用***。
为了实现上述目的，本发明提供了一种熔铝炉烟气回收利用***，包括：炉体，炉体内设有用于燃烧放热的炉膛；至少三个燃烧器，至少三个燃烧器间隔设置于炉膛的前端且与炉体的炉膛相连通以将燃气和助燃气体喷射至炉体内燃烧放热，至少三个燃烧器包括设于中间的主燃烧器及沿炉膛的纵向方向分布于主燃烧器两侧的至少二个辅燃烧器；炉体于远近炉膛的后端的顶壁上连接有第一排烟管道，沿第一排烟管道的烟气流动方向依次布置有第一换热装置及第二换热装置，其中，第一换热装置包括高温烟气入口、中温烟气出口、冷水入口以及热水出口，高温烟气入口通过管线与第一排烟管道相连接；第二换热装置包括外壳体、设有中温烟气入口的进烟总管、设有低温烟气出口的排烟总管、设有冷空气入口的进气总管、设有热空气出口的排气总管、以及容置于外壳体中的水平间隔排布的至少六个旋转余热回收器，每个旋转余热回收器通过管线分别与进烟总管、排烟总管、进气总管、及排气总管相连接；第二换热装置的中温烟气入口通过管线与第一换热装置的中温烟气出口相连，第二换热装置的低温烟气出口与通过管线烟囱相连，第二换热装置的冷空气入口通过管线与空气源相连接，第二换热装置的热空气出口通过管线与主燃烧器相连接，以将换热后形成的热空气输送至主燃烧器中用于助燃。
优选地，控制阀可以为电动开关阀或电磁阀。
可选择地，每个旋转余热回收器包括外筒体、与外筒体同轴线设置于外筒体内的转动蓄热盘、设置于转动蓄热盘一侧的第一隔板、设置于转动蓄热盘另一侧的第二隔板；第一隔板和第二隔板位于外筒体的同一纵向截面上，第一隔板将外筒体的前段分隔为第一烟气流道和第一空气流道，第二隔板将外筒体的后段分隔为第二烟气流道和第二空气流道；对应于第一烟气流道的外筒体的顶壁开设有第一烟气端口，对应于第二烟气流道的外筒体的底壁开设有第二烟气端口，对应于第一空气流道的外筒体的侧壁开设有第一空气端口，对应于第二空气流道的外筒体的侧壁开设有第二空气端口；第一烟气端口通过进烟分管与进烟总管相连接，第二烟气端口通过排烟分管与排烟总管相连接，第一空气端口通过排气分管与排气总管相连接，第二空气端口通过进气分管与进气总管相连接。
可选择地，转动蓄热盘包括多孔底壁、多孔顶壁、自多孔底壁的周缘向多孔顶壁的周缘延伸的周侧壁、沿转动蓄热盘的纵向轴线设置的中央枢转轴、以及从中央枢转轴沿转动蓄热盘的径向方向向周侧壁延伸的至少八个格板，其中，多孔底壁、多孔顶壁、周侧壁、中央枢转轴与相邻两个格板之间分别形成一个用于盛放蓄热材料的换热仓。
优选地，第一隔板的邻近转动蓄热盘的一端紧邻转动蓄热盘的多孔顶壁的上表面，第二隔板的邻近转动蓄热盘的一端紧邻转动蓄热盘的多孔底壁的下表面，转动蓄热盘的周侧壁的外壁面紧邻旋转余热回收器的外筒体的内壁面。
优选地，第一隔板的邻近转动蓄热盘的一端与转动蓄热盘的多孔顶壁的上表面间的距离小于等于1毫米，第二隔板的邻近转动蓄热盘的一端与转动蓄热盘的多孔底壁的下表面间的距离小于等于1毫米，外筒体的内壁面与转动蓄热盘的周侧壁的外壁面之间的距离小于等于1毫米。
优选地，旋转余热回收器的上隔板和下隔板可以位于外筒体的不通过纵向轴心线的同一纵向截面上，比如使烟气流道的横截面大于空气流道的横截面，以提高换热后的热空气温度。
优选地，每个换热仓能够依次绕着外筒体的纵向轴线从烟气流道匀速转动至空气流道从而吸收烟气流道中高温烟气的余热加热空气流道内的空气。
优选地，换热仓内盛放的蓄热材料可以为陶瓷球、蜂窝蓄热体、复合蓄热材料等。
可选择地，每个旋转余热回收器的进烟分管及进气分管上分别设有控制阀，同一旋转预热回收器的进烟分管及进气分管上的控制阀同时开启或关闭，以实现至少六个旋转余热回收器交替工作。
可选择地，炉体中的高温烟气经第一换热装置换热后形成的中温烟气通过第二换热装置的中温烟气入口进入进烟总管，沿着已开启控制阀的进烟分管进入第一烟气流道，经过转动蓄热盘换热后，进入第二烟气流道沿排烟分管进入排烟总管后，自低温烟气出口排出至烟囱；冷空气自第二换热装置的冷空气入口进入进气总管，沿着已开启控制阀的进气分管进入第二空气流道，经过转动蓄热盘换热后，进入第一空气流道沿排气分管进入排气总管后，自高温空气出口传输至主燃烧器。
可选择地，第一烟气端口与第二烟气端口位于外筒体的同一纵向截面上；第一空气端口与第二空气端口位于外筒体的相对的两个侧壁上。
可选择地，炉体于邻近炉膛的前端的顶壁上连接有第二排烟总管，第二排烟总管上连接有至少二个烟气分管，至少二个烟气分管分别连接至至少二个辅燃烧器，以将部分高温烟气输送至至少二个辅燃烧器中用于助燃。
可选择地，熔铝炉烟气回收利用***进一步设有螺杆发电机，来自第一换热装置的热水出口的热水经由管线输送至螺杆发电机发电后回流至第一换热装置的冷水入口。
其中，螺杆发电机是采用螺杆膨胀机发电技术，其工作原理是通过阴阳螺杆槽道中热流体的体积膨胀，推动阴阳螺杆向相反方向旋转，实现将热能转换成机械能的做功过程。
优选地，第一排烟总管中设有第一风机以将高温烟气输送至第一换热装置，第二排烟总管中设有第二风机以将部分烟气输送至至少二个辅燃烧器中，第二换热装置的冷空气入口处设有第三风机以将冷空气引入第二换热装置中。
其中，燃料可以为天然气或煤气。
本发明的有益效果是：(1)、多个旋转余热回收器交替工作，不仅可延长其使用寿命，而且在进行维修更换时更为方便，有效降低了运营成本，而且在更换过程中，熔铝炉可以不间断工作；(2)、采用烟气回流助燃，使排放至环境中的烟气的二氧化碳和氮氧化物含量充分降低；(3)、采用第一换热装置对高温烟气进行回收利用发电，充分提高了烟气余热回收率；(4)采用第二换热装置对中温烟气进行二次回收利用，对空气进行换热升温后再作为助燃气使用，进一步保证炉温的稳定性。
附图说明
图1示出了本发明的熔铝炉烟气回收利用***的实施方式的构造示意图。
图2示出了本发明的第二换热装置的纵向构造示意图。
图3示出了本发明的第二换热装置的俯视构造示意图
图4示出了本发明的单独的旋转余热回收器的构造示意图。
图5示出了本发明的旋转余热回收器的转动蓄热盘的内部构造示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参照图1，作为一种非限制性实施方式，本发明的熔铝炉烟气回收利用***包括：炉体1、主燃烧器10、第一辅燃烧器20和第二辅燃烧器30、第一换热装置100、第二换热装置200以及烟囱300。
如图1所示，第一辅燃烧器20、主燃烧器10和第二辅燃烧器30间隔设置于炉体1的前端，并且与炉体1的炉膛相连通，从而将燃气和助燃气体喷射至炉体内燃烧放热。其中，主燃烧器10设于中间，第一辅燃烧器20和第二辅燃烧器30沿炉膛的纵向方向分布于主燃烧器10的两侧。
炉体1的后端的顶壁上连接有第一排烟管道L1，第一换热装置100及第二换热装置200沿第一排烟管道L1的烟气流动方向依次布置。第一换热装置100包括高温烟气入口101、中温烟气出口102、冷水入口103以及热水出口104。
约600摄氏度的高温烟气在第一风机F1的作用下沿着第一排烟管道L1自高温烟气入口101进入第一换热装置100中，换热后形成的中温烟气则随中温烟气出口102排出，而换热后形成的约120摄氏度的热水通过热水出口104经由管线输送至螺杆发电机400发电，热水发电后变为约60摄氏度的冷水经管线回流至第一换热装置100中的冷水入口103，冷水再次进入第一换热装置100中内加热成热水以循环工作。
如图2和图3所示，第二换热装置200包括外壳体201、设有中温烟气入口202的进烟总管206、设有低温烟气出口203的排烟总管207、设有冷空气入口204的进气总管208、设有热空气出口205的排气总管209、以及容置于外壳体201中的水平间隔排布的六个旋转余热回收器210。
第二换热装置200的中温烟气入口202通过管线与第一换热装置100的中温烟气出口102相连，第二换热装置200的低温烟气出口203与烟囱300相连，第二换热装置200的冷空气入口204通过管线与空气源(图未示)相连接，第二换热装置200的热空气出口205通过管线与主燃烧器10相连接，从而将换热后形成的热空气输送至主燃烧器10中用于助燃。
如图4所示，每个旋转余热回收器210包括外筒体2101、与外筒体2101同轴线设置于外筒体2101内的转动蓄热盘2102、设置于转动蓄热盘2012一侧的第一隔板2103、设置于转动蓄热盘2102另一侧的第二隔板2104，第一隔板2103将外筒体2101的前段分隔为第一烟气流道2105和第一空气流道2106，第二隔板2104将外筒体2101的后段分隔为第二烟气流道2107和第二空气流道2108。
对应于第一烟气流道2105的外筒体2101的顶壁开设有第一烟气端口210A，对应于第二烟气流道2107的外筒体2101的底壁开设有第二烟气端口210B，对应于第一空气流道2106的外筒体2101的侧壁开设有第一空气端口210C，对应于第二空气流道2108的外筒体2101的侧壁开设有第二空气端口210D。第一烟气端口210A通过进烟分管2061与进烟总管206相连接，第二烟气端口210B通过排烟分管2071与排烟总管207相连接，第一空气端口210C通过排气分管2091与排气总管209相连接，第二空气端口210D通过进气分管2081与进气总管208相连接。而且，第一烟气端口210A与第二烟气端口210B位于外筒体2101的同一纵向截面上。而第一空气端口210C与第二空气端口210D则位于外筒体2101的相对的两个侧壁上。
如图2和图3所示，每个旋转余热回收器210的进烟分管2061及进气分管2081上分别设有控制阀V，并且，同一旋转预热回收器210的进烟分管2061及进气分管2081上的控制阀V同时开启或关闭，从而实现六个旋转余热回收器可以进行交替工作。在本实施例中，可以控制三个旋转余热回收器处于工作状态，而剩余三个旋转余热回收器处于停止状态，或者在烟气量较大时，开启四个或更多数目的旋转余热回收器，同理在烟气量较小时，也可仅仅开启二个旋转余热回收器即可。
在该非限制性实施例中，如图4和图5所示，转动蓄热盘2102包括多孔顶壁21021、多孔底壁21022、自多孔底壁21022的周缘向多孔顶壁21021的周缘延伸的周侧壁21023、沿转动蓄热盘2102的纵向轴线设置的中央枢转轴21024、以及从中央枢转轴21024沿转动蓄热盘2102的径向方向向周侧壁21023延伸的八个格板21025。其中，多孔顶壁21021、多孔底壁21022、周侧壁21023、中央枢转轴21024与相邻两个格板21025之间分别形成一个用于盛放陶瓷球的换热仓21026，每个换热仓21026能够依次绕着外筒体2101的纵向轴线从烟气流道匀速转动至空气流道从而吸收烟气流道中的中温烟气的余热加热空气流道内的空气。
由此，炉体1中的高温烟气经第一换热装置100换热后形成的中温烟气通过第二换热装置200的中温烟气入口202进入进烟总管206，沿着已开启控制阀V的进烟分管2061进入第一烟气流道2105，经过转动蓄热盘2102换热后，进入第二烟气流道2107沿排烟分管2071进入排烟总管207后，自低温烟气出口203排出至烟囱300。冷空气在第三风机F3的作用下，自第二换热装置200的冷空气入口204进入进气总管208，沿着已开启控制阀V的进气分管2081进入第二空气流道2108，经过转动蓄热盘2102换热后，进入第一空气流道2106沿排气分管2091进入排气总管209后，自高温空气出口205传输至主燃烧器10，从而将加热后的空气作为助燃气使用。
作为另一种非限制实施方式，炉体1于邻近前端的顶壁上连接有第二排烟总管L2，第二排烟总管上连接有二个烟气分管L21和L22，烟气分管L21连接至第一辅燃烧器20，烟气分管L22连接至第二辅燃烧器30，从而在第二风机F2的作用下，约20％的高温烟气被输送到第一辅燃烧器20和第二辅燃烧器30中用于助燃。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
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。
Claims (10)
1.一种熔铝炉烟气回收利用***，包括：
炉体，所述炉体内设有用于燃烧放热的炉膛；
至少三个燃烧器，所述至少三个燃烧器间隔设置于所述炉膛的前端且与所述炉体的炉膛相连通以将燃气和助燃气体喷射至所述炉体内燃烧放热，所述至少三个燃烧器包括设于中间的主燃烧器及沿所述炉膛的纵向方向分布于所述主燃烧器两侧的至少二个辅燃烧器；
其特征在于，
所述炉体于远近所述炉膛的后端的顶壁上连接有第一排烟管道，沿所述第一排烟管道的烟气流动方向依次布置有第一换热装置及第二换热装置，
其中，所述第一换热装置包括高温烟气入口、中温烟气出口、冷水入口以及热水出口，所述高温烟气入口通过管线与所述第一排烟管道相连接；
所述第二换热装置包括外壳体、设有中温烟气入口的进烟总管、设有低温烟气出口的排烟总管、设有冷空气入口的进气总管、设有热空气出口的排气总管、以及容置于所述外壳体中的水平间隔排布的至少六个旋转余热回收器，每个旋转余热回收器通过管线分别与所述进烟总管、所述排烟总管、所述进气总管、及所述排气总管相连接；
所述第二换热装置的中温烟气入口通过管线与所述第一换热装置的中温烟气出口相连，所述第二换热装置的低温烟气出口与通过管线烟囱相连，所述第二换热装置的冷空气入口通过管线与空气源相连接，所述第二换热装置的热空气出口通过管线与所述主燃烧器相连接，以将换热后形成的热空气输送至所述主燃烧器中用于助燃。
2.如权利要求1所述的熔铝炉烟气回收利用***，其特征在于，每个旋转余热回收器包括外筒体、与所述外筒体同轴线设置于所述外筒体内的转动蓄热盘、设置于所述转动蓄热盘一侧的第一隔板、设置于所述转动蓄热盘另一侧的第二隔板；
所述第一隔板和所述第二隔板位于所述外筒体的同一纵向截面上，所述第一隔板将所述外筒体的前段分隔为第一烟气流道和第一空气流道，所述第二隔板将所述外筒体的后段分隔为第二烟气流道和第二空气流道；
对应于所述第一烟气流道的所述外筒体的顶壁开设有第一烟气端口，对应于所述第二烟气流道的所述外筒体的底壁开设有第二烟气端口，对应于所述第一空气流道的所述外筒体的侧壁开设有第一空气端口，对应于所述第二空气流道的所述外筒体的侧壁开设有第二空气端口；
所述第一烟气端口通过进烟分管与所述进烟总管相连接，所述第二烟气端口通过排烟分管与所述排烟总管相连接，所述第一空气端口通过排气分管与所述排气总管相连接，所述第二空气端口通过进气分管与所述进气总管相连接。
3.如权利要求2所述的熔铝炉烟气回收利用***，其特征在于，所述转动蓄热盘包括多孔底壁、多孔顶壁、自所述多孔底壁的周缘向所述多孔顶壁的周缘延伸的周侧壁、沿所述转动蓄热盘的纵向轴线设置的中央枢转轴、以及从所述中央枢转轴沿所述转动蓄热盘的径向方向向所述周侧壁延伸的至少八个格板，其中，所述多孔底壁、所述多孔顶壁、所述周侧壁、所述中央枢转轴与相邻两个格板之间分别形成一个用于盛放蓄热材料的换热仓。
4.如权利要求3所述的熔铝炉烟气回收利用***，其特征在于，每个旋转余热回收器的所述进烟分管及所述进气分管上分别设有控制阀，同一旋转预热回收器的所述进烟分管及所述进气分管上的控制阀同时开启或关闭，以实现所述至少六个旋转余热回收器交替工作。
5.如权利要求4所述的熔铝炉烟气回收利用***，其特征在于，炉体中的高温烟气经所述第一换热装置换热后形成的中温烟气通过所述第二换热装置的中温烟气入口进入所述进烟总管，沿着已开启控制阀的所述进烟分管进入所述第一烟气流道，经过所述转动蓄热盘换热后，进入所述第二烟气流道沿所述排烟分管进入所述排烟总管后，自所述低温烟气出口排出至烟囱；冷空气自所述第二换热装置的冷空气入口进入所述进气总管，沿着已开启控制阀的所述进气分管进入所述第二空气流道，经过所述转动蓄热盘换热后，进入所述第一空气流道沿所述排气分管进入所述排气总管后，自所述高温空气出口传输至所述主燃烧器。
6.如权利要求5所述的熔铝炉烟气回收利用***，其特征在于，所述第一烟气端口与所述第二烟气端口位于所述外筒体的同一纵向截面上；所述第一空气端口与所述第二空气端口位于所述外筒体的相对的两个侧壁上。
7.如权利要求6所述的熔铝炉烟气回收利用***，其特征在于，所述炉体于邻近所述炉膛的前端的顶壁上连接有第二排烟总管，所述第二排烟总管上连接有至少二个烟气分管，所述至少二个烟气分管分别连接至所述至少二个辅燃烧器，以将部分高温烟气输送至所述至少二个辅燃烧器中用于助燃。
8.如权利要求1所述的熔铝炉烟气回收利用***，其特征在于，所述熔铝炉烟气回收利用***进一步设有螺杆发电机，来自所述第一换热装置的所述热水出口的热水经由管线输送至所述螺杆发电机发电后回流至所述第一换热装置的所述冷水入口。
9.如权利要求1所述的熔铝炉烟气回收利用***，其特征在于，第一排烟总管中设有第一风机以将高温烟气输送至所述第一换热装置，所述第二排烟总管中设有第二风机以将部分烟气输送至所述至少二个辅燃烧器中。
10.如权利要求9所述的熔铝炉烟气回收利用***，其特征在于，第二换热装置的冷空气入口处设有第三风机以将冷空气引入所述第二换热装置中。
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