弥散式蓄热燃烧工业炉及加热方法与流程

本发明属于燃烧设备领域，尤其涉及一种燃烧工业炉及加热方法。

背景技术：

1、预混式燃烧是历史悠久的一种传统燃烧方式。预混式燃烧采用燃料和助燃风在燃烧室里混合的方式组织燃烧过程。燃烧后含尾焰的烟气喷入炉膛，加热炉膛内的物料。

2、弥散式燃烧没有设置燃烧室，而是采取助燃风射流速度高于燃料射流速度的方式将燃料和助燃风分开注入炉膛内，快速助燃风气流卷吸燃料和炉膛内燃烧产物，稀释反应区的含氧体积浓度，获得局部的低氧气氛。燃料在这种高温低氧气氛中逐渐与氧气结合燃烧，并伴随进行诸如裂解等重组过程，造成与预混燃烧和只有燃料射流的扩散燃烧过程完全不同的热力学条件，在与贫氧气体作延缓状燃烧下释出热能。

3、预混式燃烧与蓄热燃烧相结合就是传统的预混式蓄热燃烧系统。弥散式燃烧与蓄热燃烧相结合就是弥散式蓄热燃烧系统。能源效率方面，两种燃烧系统因都采用蓄热式的余热回收利用方式，都具有明显的节能效果。环保方面，弥散式蓄热燃烧系统因其形成的燃烧火焰体积大、火焰高温区温度显著降低因而热力型nox产生量大幅度降低。nox是大气污染的主要元凶之一，因而弥散式蓄热燃烧环保性能明显优于预混式蓄热燃烧系统。

4、在工业燃烧技术领域，近年来弥散式蓄热燃烧技术开始推广应用，带来了既节能又环保的使用效果。该系统与预混式蓄热燃烧系统的烧嘴工作步骤一样，两只点火枪点燃后保持长明火以便保证燃烧系统安全。当一个主风通道输入二次助燃风时与之对应的烧嘴输入燃料而处于工作状态，另一个主风通道处于排烟状态，与之对应的烧嘴停止工作。但弥散式蓄热燃烧系统与预混式蓄热燃烧系统的不同点在于预混式蓄热燃烧系统设置有专门的燃烧室，如图1所示。而弥散式蓄热燃烧系统没有设置专门的燃烧室，而是把装物料的炉膛作为主要的燃烧场地。因而弥散式蓄热燃烧系统在炉膛堆满物料时，炉膛内给与燃料混合和燃烧的空间有限，与主风通道配合工作的烧嘴喷入的燃料未燃烧就进入低温物料中的空隙，燃料聚集并与缝隙里面的空气混合形成可爆燃气体。当聚集的未燃烧燃料量较多时，换向系统换向过程中，原烧嘴先息灭，1-2秒的间隔时间后另一个烧嘴开始工作，喷出的火焰点燃聚集在低温物料里面的未燃烧可爆燃气体产生爆炸。预混式蓄热燃烧系统因设置有燃烧室而不存在未燃烧的残留燃料积聚在炉膛内的情况，没有上述爆燃问题。

5、以双蓄热箱的弥散式蓄热燃烧系统为例，为了避免上述爆炸现象的产生，必须采取以下两条措施：一是降低烧嘴的燃料供应量从而减少燃料的聚集总量，通常低温阶段的初始阶段烧嘴功率只有最大功率的15-30％，这会大大延长低温阶段升温到高温阶段的时间，降低系统生产效率。二是延长烧嘴切换过程中上一个烧嘴停止工作到下一个烧嘴开始工作的时间间隔，即延长间隔时间，使得聚集的可爆燃气体有足够时间排出炉膛，通常间隔时间会增加3-6倍才能勉强保证安全，比如间隔时间从1-2秒左右增加到6-12秒。如果蓄热系统换向周期为60秒，则间隔时间为一个运行周期的10％-20％，间隔时间内烧嘴都没有工作。延长间隔时间进一步降低了系统的生产效率，增加了系统能耗，同时还是没有完全消除爆燃隐患，只是将潜在爆燃的频率、能量大小降低到了可以接受的程度。

6、因此，弥散式蓄热燃烧系统的使用因上述安全和效率问题受到限制，无法发挥弥散式蓄热燃烧系统节能和环保优势。

7、只有解决弥散式蓄热燃烧系统安全性和生产效率问题，才有可能用“弥散式蓄热燃烧系统”这一既节能又环保的技术完全替代预混式蓄热燃烧系统技术，为行业进入一个全新的“既节能又环保又高效”的“弥散式蓄热燃烧系统”时代奠定基础。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种可解决防爆燃这一现象，安全性高，生产效率高的弥散式蓄热燃烧工业炉以及利用该弥散式蓄热燃烧工业炉加热物料的加热方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

3、一种弥散式蓄热燃烧工业炉，包括炉膛、气流换向系统和至少两个蓄热箱，所述炉膛上安装有烧嘴，所述烧嘴至少设有两个，在低温阶段中的一段时间段内(某段时间内或全部时间段内)，至少两个所述烧嘴保持持续不间断工作，所述低温阶段是指所述炉膛内(包括低温区域)的温度未达到燃料自燃温度的时间段。

4、上述弥散式蓄热燃烧工业炉中，优选的，所述低温阶段包括以下时间段：开启所述烧嘴加热所述炉膛为起点，所述烧嘴工作10-60min后为终点，该起点至终点这一时间段内，至少两个所述烧嘴保持持续不间断工作。上述时间段的起点即为开炉点火的时间点，终点即为烧嘴工作10-60min后的时间点，比如终点为烧嘴工作10min后，或烧嘴工作20min后，或烧嘴工作30min后，或烧嘴工作40min后，或烧嘴工作50min后，或烧嘴工作60min后。在上述时间段内，炉膛内的温度可能未到燃料自燃温度，此时保持两个烧嘴同时持续不间断工作，不随系统换向而换向，可以解决防爆燃这一现象，并提高生产效率。针对特殊的情形，比如炉膛内升温速度慢，上述终点还可以延长，比如烧嘴工作70min后，或烧嘴工作80min后，或烧嘴工作90min后，或烧嘴工作100min后，或烧嘴工作110min后，或烧嘴工作120min后，为上述时间段的终点。

5、在烧嘴开始工作后的一段时间内，炉膛内远离烧嘴的区域温度会较低，此处可为低温区域，炉膛内靠近烧嘴的区域温度会较高，此处可为高温区域。炉膛内的温度达到燃料自燃温度是指炉膛内任一点处(包括高温区域和低温区域)的温度均达到燃料自燃温度，比如烧嘴出口附近的温度可能已经达到燃料自燃温度，但远离烧嘴出口附近的其他位置的温度可能还达不到燃料自燃温度，此时可归为低温阶段。

6、更优选的方案中，采用2蓄热箱+2烧嘴的工作模式，或采用2蓄热箱+3烧嘴的工作模式，且在低温阶段的全时间段内，所有烧嘴均保持持续不间断工作。

7、上述弥散式蓄热燃烧工业炉中，优选的，经所述蓄热箱加热的二次助燃风通过主风通道进入所述炉膛，所述烧嘴的入口连接有燃料入口，所述烧嘴的出口用于向所述炉膛内喷出火焰和燃料，所述蓄热箱靠近所述烧嘴设置，以保证所述蓄热箱提供的二次助燃风可供给所有处于工作状态的烧嘴，促进烧嘴喷出的燃料充分燃烧。上述蓄热箱靠近所述烧嘴设置可使两个蓄热箱之间的距离较远，而任一个蓄热箱与任一个烧嘴之间的距离小于两个蓄热箱之间的距离，这样可以使气流在两个蓄热箱之间流动时尽可能的经过处于工作状态的烧嘴(两个蓄热箱距离远，从输入二次助燃风的蓄热箱至排烟的蓄热箱之间气体流动形成流场，烧嘴的设置位置使所有处于工作状态的烧嘴喷出的燃料均在此流场内)，以使蓄热箱喷出的二次助燃风可供给所有处于工作状态的烧嘴。

8、更优选的方案中，当所述蓄热箱与所述烧嘴均位于所述炉膛的同一侧时，所述烧嘴位于所述蓄热箱之间。

9、更优选的方案中，当两个所述蓄热箱与两个所述烧嘴均位于所述炉膛的不同侧时，两个所述蓄热箱与两个所述烧嘴的连线围成一四边形，且两个所述蓄热箱位于四边形的一对角上，两个所述烧嘴位于四边形的另一对角上。

10、上述弥散式蓄热燃烧工业炉中，优选的，在低温阶段中，至少有一个第一时间段内，同时持续不间断工作的所述烧嘴的实际功率不大于系统基准平均功率的40％，所述烧嘴的实际功率为烧嘴喷出的燃料量与喷出该燃料所用时间的比值，所述系统基准平均功率是指每一炉产品消耗的燃料总量与消耗该燃料总量的工作时间(为满足速度要求的最长时间)的比值。

11、上述弥散式蓄热燃烧工业炉中，优选的，所述第一时间段的起点为低温阶段的起点，结束时间随系统加热情况而定。

12、上述弥散式蓄热燃烧工业炉中，优选的，在低温阶段中，至少有一个第二时间段内，同时持续不间断工作的所述烧嘴的辅风入口中提供的总一次风中氧气体积为v1，所有烧嘴喷入的所有燃料燃烧需要的理论氧气的体积为v2，v1/v2不小于35％。

13、上述弥散式蓄热燃烧工业炉中，优选的，所述第二时间段的起点为低温阶段的起点，结束时间随系统加热情况而定。

14、本发明中，第一时间段和第二时间段可为相同的时间段，比如均是以下时间段：开启所述烧嘴加热所述炉膛为起点，所述烧嘴工作10-60min后为终点。当然，上述第一时间段和第二时间段也可为不相同的时间段，比如第一时间段早于或晚于第二时间段，具体情况可依据实际情况而定。

15、作为一个总的技术构思，本发明还提供一种利用上述的弥散式蓄热燃烧工业炉加热物料的加热方法，包括以下步骤：

16、向所述炉膛内装入物料，并利用烧嘴向所述炉膛内喷出火焰和燃料，用于加热所述炉膛内装入的物料，在低温阶段中的一段时间段内，所有的烧嘴保持持续不间断工作，不随气流换向系统和蓄热箱换向的影响；当所述炉膛内至少一部分区域的温度达到燃料自燃温度以上以后，所有的烧嘴依然保持持续不间断工作或轮流切换，直至加热完成。

17、本发明的弥散式蓄热燃烧工业炉的附属结构与现有弥散式蓄热燃烧工业炉一致，还包括鼓风机、引风机、电脑控制系统等，炉膛由炉顶、炉墙和炉底构成。

18、本发明的弥散式蓄热燃烧工业炉为一种安全的、超高效的弥散式蓄热燃烧系统。众所周知，燃料爆燃有2个条件：一是处于爆炸浓度范围内的燃料和氧气的混合气体积聚，二是有明火(包括火花)引爆。以2蓄热箱+2烧嘴的蓄热燃烧系统为例，本发明改进后，2个烧嘴同时工作，明火覆盖炉膛内的范围大幅度扩大，可燃气体持续被点燃而消耗掉，一是大大减少了可爆燃气体的聚集量，二是没有了烧嘴切换过程中启动的这只烧嘴突然喷出火焰点燃聚集的可爆燃气体的引爆步骤，因而彻底根除了弥散式蓄热燃烧系统中因物料堆积形成的燃料聚集引起的爆燃风险。因此，与对比例2的传统弥散式蓄热燃烧系统相比，因为消除了爆燃的2个构成要素，可以解决爆燃这一技术问题，安全性会更高。

19、同时，相比于对比例2的传统弥散式蓄热燃烧系统，在低温阶段的初始阶段，每个烧嘴的实际功率可允许比传统弥散式蓄热燃烧系统高(因为解决了爆燃问题，而传统的弥散式蓄热燃烧系统要考虑爆燃问题，必须大幅度降低烧嘴功率)，两个烧嘴同时工作，实际功率会更高，并且，没有烧嘴换向所带来的换向间隔时间，实际功率也会更高。整体而言，本发明的弥散式蓄热燃烧工业炉功率更高，工作效率会更高。

20、并且，由于预混式蓄热燃烧系统中与排出烟气的蓄热箱对应的烧嘴必须停止工作，气流切换过程中工作的烧嘴又必须要提前停止工作，无法实现本发明改进后的弥散式蓄热燃烧系统所有烧嘴同时工作且气流切换过程中烧嘴不需要间隔时间、不需要停止工作的状态。两相比较，其它条件相同的情况下，本发明的弥散式蓄热燃烧系统平均功率输出不仅大大的高于现有技术的弥散式蓄热燃烧系统，也高于所有预混式蓄热燃烧系统。具体地，采用最新的使用方法后，在弥散式蓄热燃烧系统最严峻的低温阶段，系统总功率可以提高到现有弥散式蓄热燃烧系统同阶段的4倍以上、预混式蓄热燃烧系统的大约1.5倍以上，圆满地解决了现有技术生产速度慢的问题。

21、与现有技术相比，本发明的优点在于：

22、1、本发明的弥散式蓄热燃烧工业炉在炉膛内温度未达到燃料自燃温度的低温阶段中的某段时间内或全时间段内，至少两个烧嘴保持持续不间断工作，明火覆盖炉膛内的范围大幅度扩大，大大减少了可爆燃气体的聚集量，也没有了烧嘴切换过程中启动工作的这只烧嘴喷出火焰点燃聚集可爆燃气体的步骤，因而彻底根除了弥散式蓄热燃烧系统中爆燃的风险，安全性明显更高。

23、2、本发明的弥散式蓄热燃烧工业炉在弥散式蓄热燃烧系统最严峻的低温阶段，系统总功率可以提高到现有弥散式蓄热燃烧系统同阶段的4倍以上，生产效率明显更高，圆满地解决了现有技术生产速度慢的问题。