一种工业炉炉壁冷却装置的制作方法

本发明专利涉及工业炉，具体为一种工业炉炉壁冷却装置。

背景技术：

1、工业炉是利用燃料或电能，将物料或工件加热的热工设备。按供热方式分类，工业炉主要分为两类：一类是火焰炉(或称燃料炉)，采用固体、液体或气体燃料在炉内燃烧对物料进行加热；第二类是电炉，将电能转化为热量对物料进行加热。

2、多数工业炉炉膛内加热物料的部位需要尽可能的高温，因其辐射和形成的气体对流，导致炉壁长期处于高温状态。为保证炉壁能够正常工作及延长使用寿命，通常设置水冷壁或水冷管进行冷却。这虽然使工业炉的寿命及稳定生产得到保证，但冷却水带走的大量热量不能回收，造成能量的浪费。同时增加水资源的浪费。另外还常常出现产生的烟气用于下一道工序时温度偏高，需要增加降温设施，既损耗了热能又增加了投资。

3、在冶金行业碳冶炼向氢冶炼转型的背景下，用于还原铁矿石的氢气或以氢气混合的还原气体，在进入还原工序前，都需要加热到700～1000℃，现有的技术是采用专门的加热装置，如能免设加热装置或减轻加热负荷，是氢冶炼技术追求的诉求之一。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种工业炉炉壁冷却装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种工业炉炉壁冷却装置，其特征在于：工业炉炉膛外设有冷却气体管道系统、冷却气体控制系统，工业炉炉体设有冷却气体入口，工业炉炉膛内至少设有一套冷却气体喷吹装置。所述的炉外冷却气体管道系统经炉体冷却气体入口与所述的炉膛内冷却气体喷吹装置相连。通过本发明装置向工业炉炉壁喷吹冷却气体介质，一方面保护工业炉内衬及炉壳，另一方面可以降低冷却水的用量及冷却水带走的热量。此外降低工业炉出口烟气温度，取消后续降温工序或降低后续降温负荷。

4、进一步，其特征在于：所述的冷却气体喷吹装置可以是由冷却气体喷枪及冷却气体喷枪冷却套组成，且所述的冷却气体喷枪冷却套固定于所述炉体冷却气体入口上；冷却气体喷枪的出气喷口方向与炉壁切面平行或成较小夹角。喷枪冷却套起保护喷枪及固定喷枪的作用，冷却气体喷枪的出气喷口方向的设置形式保证冷却气体喷出后延工业炉炉壁行进，以减少对工业炉工作区的影响。

5、进一步，其特征在于：所述的冷却气体喷吹装置可以是设有气体通道的耐火砖，所述设有气体通道的耐火砖镶嵌于炉墙上，且所述的冷却气体管道系统通过所述冷却气体入口与所述耐火砖的气体通道相连。优选的，所述耐火砖气体通道可以是多层，每层可以有多个气体通道且按同一顺向与炉壁接近于切向布置；每层的多个气体通道也可以是半径方向布置，径向布置的通道砖需突出于炉壁内表面，其喷气口方向与炉壁切面平行或成较小的夹角。

6、进一步，其特征在于：所述的冷却气体喷吹装置可以是贴近炉墙内壁设置的环管，所述的环管可以是完整的圆环，也可以是断开的多段圆弧；所述炉膛外冷却气体管道系统经过至少一个炉体冷却气体入口和所述的环管相连。优选的，所述的环管上开有多个喷吹口或喷吹长缝，所述喷吹口或喷吹长缝的喷气方向与炉壁切面平行或成较小的夹角。确保有冷却气流贴壁流动，以带走因辐射而在炉壁上产生的热量。

7、上述的“较小夹角”，是指夹角≤30°；更优选的，指夹角≤20°。

8、进一步，其特征在于：当炉膛内冷却气体喷吹装置至少两层以上时，所述上下相邻层冷却气体喷吹装置喷吹口应尽量错位均匀布置。以保证冷却气体覆盖炉壁的均匀性、完整性，消除或尽可能减少冷却盲区。

9、进一步，所述的冷却气体控制系统由阀门、显示仪表组成。根据实际工况条件，及时对喷入炉内的冷却气体参数进行调整，以保证工业炉的安全正常生产。

10、优选的，所述的冷却气体控制系统由阀门、显示仪表组成。根据实际工况条件，及时对喷入炉内的冷却气体参数进行调整，以保证工业炉的安全正常生产。

11、本发明还提供一种工业炉炉膛冷却方法，冷却气体管道系统中的冷却气体通过冷却气体喷吹装置喷入工业炉内，冷却气体喷入工业炉炉内后，贴着工业炉炉壁沿喷入方向向前及向上运动，在运动过程中起到冷却工业炉炉壁的作用，然后随烟气排出工业炉外。

12、优选的，所述冷却气体为惰性气体或还原性气体，只要是不含氧气的气体都可以。所述惰性气体为氮气、氩气等；所述还原性气体为煤气、氢气等。

13、本发明的有益效果是：通过本发明装置向工业炉炉壁喷吹冷却气体介质，一方面保护工业炉内衬及炉壳，延长工业炉的使用寿命；一方面可以降低冷却水的用量及冷却水带走的热量，提高工业炉的能量利用效率，降低生产成本；另一方面降低工业炉出口烟气温度，取消后续降温工序或降低后续降温负荷。此外，如工业炉的烟气及喷入的冷却气体应用于后续工序，此发明还起到对喷入的冷却气体加热的功能，取消后续工序额外的加热装置或降低加热装置负荷。

技术特征：

1.一种工业炉炉壁冷却装置，其特征在于：工业炉炉膛外设有冷却气体管道系统、冷却气体控制系统，工业炉炉体设有冷却气体入口，工业炉炉膛内至少设有一套冷却气体喷吹装置；所述的炉外冷却气体管道系统经炉体冷却气体入口与所述的炉膛内冷却气体喷吹装置相连。

2.如权利要求1所述的工业炉炉壁冷却装置，其特征在于：所述的冷却气体喷吹装置由冷却气体喷枪及冷却气体喷枪冷却套组成，且所述的冷却气体喷枪冷却套固定于所述炉体冷却气体入口上；冷却气体喷枪的出气喷口方向与炉壁切面平行或成较小夹角。

3.如权利要求1所述的工业炉炉壁冷却装置，其特征在于：所述的冷却气体喷吹装置设有气体通道的耐火砖，所述设有气体通道的耐火砖镶嵌于炉墙上，且所述的冷却气体管道系统通过所述冷却气体入口与所述耐火砖的气体通道相连。

4.如权利要求3所述的工业炉炉壁冷却装置，其特征在于：所述耐火砖气体通道是多层，每层有一个或多个气体通道且按同一顺向接近于切向布置；或者每层的多个气体通道是半径方向布置，经向布置的通道砖需突出于炉壁内表面，其喷气口方向与炉壁切面平行或成较小的夹角。

5.如权利要求1所述的工业炉炉壁冷却装置，其特征在于：所述的冷却气体喷吹装置是贴近炉墙内壁设置的环管，所述的环管是完整的圆环，或者是断开的多段圆弧；所述炉膛外冷却气体管道系统经过至少一个炉体冷却气体入口和所述的环管相连。

6.如权利要求5所述的工业炉炉壁冷却装置，其特征在于：所述的环管上开有多个喷吹口或喷吹长缝，所述喷吹口或喷吹长缝的喷气方向与炉壁切面平行或成较小的夹角。

7.如权利要求2-5任一项所述的工业炉炉壁冷却装置，其特征在于：当炉膛内冷却气体喷吹装置至少两层时，所述上下相邻层冷却气体喷吹装置喷吹口错位均匀布置。

8.如权利要求2、4、6任一项所述的工业炉炉壁冷却装置，其特征在于：所述较小的夹角为夹角≤30°。优选的，所述较小的夹角为夹角≤20°。

9.一种工业炉炉膛冷却方法，冷却气体管道系统中的冷却气体通过冷却气体喷吹装置喷入工业炉内，冷却气体喷入工业炉炉内后，贴着工业炉炉壁沿喷入方向向前及向上运动，在运动过程中起到冷却工业炉炉壁的作用，然后随烟气排出工业炉外。

10.如权利要求8所述的工业炉炉膛冷却方法，其特征在于，所述冷却气体为惰性气体或还原性气体。优选的，所述惰性气体为氮气、氩气等；所述还原性气体为煤气、氢气等。

技术总结本发明涉及工业炉技术领域，具体为一种工业炉炉壁冷却装置，工业炉炉膛外设有冷却气体管道系统、冷却气体控制系统，工业炉炉体设有冷却气体入口，工业炉炉膛内设有冷却气体喷吹装置；所述的冷却气体管道系统与所述的冷却气体喷吹装置相连。通过本发明装置向工业炉炉壁喷吹冷却气体介质，一方面保护工业炉内衬及炉壳，另一方面可以降低冷却水的用量及冷却水带走的热量。此外随工业炉烟气排出炉外的冷却气体介质，可进一步回收其热量。技术研发人员：姚朝胜,姚航,于国华,贾利军,赵士杰受保护的技术使用者：山东省冶金设计院股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15