專利名稱：一種脈沖燃燒蓄熱式金屬鎂還原爐的制作方法
技術領域：
本發明屬于有色金屬加工技術領域，特別是涉及一種脈沖燃燒蓄熱式金屬鎂還原 爐，應用脈沖燃燒控制技術的蓄熱式高溫還原法提煉鎂的豎罐還原爐。
背景技術：
國內的鎂還原爐一般都采用連續燃燒控制的形式，這種模式下燒嘴的調節比一般 為1 4左右，當還原爐處在升溫工況時，燒嘴滿負荷工作，燃氣流速、火焰形狀、熱效率均 可達到最佳設計狀態；但當還原爐處在保溫工況時，燒嘴流量接近其最小流量，熱負荷最 小，燃氣流速大大降低，火焰長度達不到要求，造成還原爐中部爐溫明顯低于兩端爐溫，達 不到工藝的爐溫均勻性要求，所以目前大多數鎂還原爐控制效果不佳。現行的豎罐金屬鎂還原爐燒嘴沿兩側端墻相對布置，火焰燃燒在距燒嘴噴口一定 距離處達到溫度和熱流量的高點，火焰最高溫度點溫度過高，導致爐溫不均，并使得布置在 爐中間和兩端的還原罐在爐長方向上溫差過大，由于溫度波動大，致使還原罐易損耗；隨著 還原爐安裝還原罐數量的增加，爐體更長，連續燃燒控制無法實現爐內溫度場的均勻性。而傳統橫罐金屬鎂還原爐中火焰和煙氣翻過擋火墻進入爐膛，自上而下經過還原 罐，很快由吸火孔排出爐膛，排煙溫度高達1000°c左右；還原罐平臥固定在爐膛中，這種還 原罐的結構以及布罐方式十分不便于進出料的操作，不利于采用機械化手段，嚴重影響了 生產效率。

發明內容
本發明的目的在于提供一種脈沖燃燒蓄熱式金屬鎂還原爐，解決了現有豎罐金屬 鎂還原爐的缺陷，應用脈沖燃燒控制技術，提高燒嘴的負荷調節比，穩定燃氣噴出速度，提 高傳熱效率，實現燃燒氣氛的精確控制；燃燒器沿爐膛長度方向布置，燃燒氣體沿爐寬方向 形成U型火焰，增加爐膛內的對流換熱，強化溫度場的均勻性，減少燃料的消耗，并提高還 原罐的使用壽命；應用蓄熱式燃燒技術以及利用虹吸原理產生的煙氣卷吸效應，充分利用 煙氣余熱，最大限度的節約能源，并且減少污染物的排放。本發明包括爐頂1、爐體2、還原罐3、蓄熱式燒嘴4、煙氣管路5、空氣管路6、煤氣 管路7、脈沖燃燒蓄熱式控制系統8，以“脈沖燃燒蓄熱式控制系統”替代傳統的連續燃燒控 制系統，脈沖燃燒蓄熱式控制系統8連接煙氣管路5、空氣管路6和煤氣管路7，通過控制管 路氣體流量與流速來控制蓄熱式燒嘴4的火焰燃燒狀態，保證爐內溫度場均勻穩定在沿 爐長方向上的單側爐墻上均勻布置蓄熱式燒嘴4，根據爐墻高度要求布置2-4層，相鄰兩列 燒嘴為一組，相繼作為燃燒口與排煙口，進行燃燒與蓄熱，氣體在爐膛內沿爐寬方向形成U 型火焰，加大氣體流動換熱；同組燒嘴的空氣管路6和煤氣管路7分別接脈沖燃燒蓄熱式控 制系統8所控I、II換向閥的左上接口，煙氣管路5接脈沖燃燒蓄熱式控制系統8所控I、 11兩個換向閥的右上接口，脈沖燃燒蓄熱式控制系統8所控I換向閥的左下接口接A組蓄 熱式燒嘴4的煤氣入口，右下接口接B組蓄熱式燒嘴4的煤氣入口，脈沖燃燒蓄熱式控制系統8所控II換向閥的左下接口接A組蓄熱式燒嘴4的空氣入口，右下接口接B組蓄熱式燒 嘴4的空氣入口 ；脈沖燃燒蓄熱式控制系統8根據爐體2上所布置的爐溫和爐壓檢測裝置 反饋的信號，通過PLC預設程序進行自動周期換向控制與脈沖時間控制；爐頂1由耐高溫預 制蓋板拼接而成，預制蓋板以耐高溫的陶瓷錨固磚替代傳統的金屬錨固鉤作為填充物，預 制蓋板上根據還原罐直徑以及間距進行開孔，還原罐的中心距為650-850mm。所述的脈沖燃燒蓄熱式系統8包括爐溫和爐壓檢測裝置、PLC中樞控制系統、執行 裝置。爐溫和爐壓檢測裝置布置于爐體2上，通過補償導線連接PLC中樞控制系統；執行裝 置布置于燃氣管路接口處，通過電纜連接于PLC中樞控制系統上；PLC中樞控制系統根據爐 體爐溫和爐壓檢測裝置反饋的信號，通過預設的PLC程序對燃氣管路實施操控，進行自動 周期換向控制與脈沖時間控制。脈沖燃燒蓄熱式系統8采用間斷燃燒的方式，使用脈寬調 制技術，通過調節燃燒時間的占空比(即通斷比指在一串理想的脈沖序列中，正脈沖的持 續時間與脈沖總周期的比值)實現還原爐的溫度控制。所述還原罐3在爐膛內采取垂直方式布置，兩排為一組，每組還原罐之間根據燃 氣的流速與流量留有800-1250mm的燃燒通道，作為燒嘴噴射所形成的U型火焰的區域，出 渣方式為上部進料上部出渣，或上部進料下部出渣。所述蓄熱式燒嘴4為空煤氣雙蓄熱燒嘴或空氣單蓄熱燒嘴。本發明的工作原理在于1、將結合了脈沖燃燒控制技術與高效蓄熱式技術的“脈沖燃燒蓄熱式系統”應用 于金屬鎂還原爐，使蓄熱式燒嘴在升溫工況和保溫工況下都處于滿負荷工作，保證燃氣流 速、火焰形狀、熱效率達到最佳設計狀態，實現火焰長度在兩種工況下的一致，避免還原爐 中部溫度偏低，同時，由于能保證燃氣高流速，使得蓄熱式燒嘴在虹吸原理作用下，能夠將 爐膛內的高溫煙氣卷吸進燒嘴的空氣入口并和空氣混合，從而提高空氣入爐前的溫度，降 低爐膛氧含量，最終實現高溫低氧燃燒，增大燃料燃燒效率。2、采用蓄熱式燃燒技術，在沿爐長方向上的單側爐墻上均勻布置空煤氣雙蓄熱或 空氣單蓄熱燒嘴，相鄰兩列燒嘴為一組，相繼作為燒嘴與排煙口，交錯進行燃燒與蓄熱，氣 體在爐膛內形成U型火焰，加大氣體流動換熱，于現行的豎罐還原爐相比較，火焰不再沿支 撐墻過道直接噴射，加大沿爐長方向的氣體流動和換熱，促進爐內溫度場的穩定性，改善還 原罐罐內溫度場，減小還原罐的熱應力進而減小了還原罐變形；同時，由于燒嘴在爐寬方向 交錯燃燒與蓄熱，火焰呈U型環繞還原罐，燃燒區域溫度均勻，延長了還原罐使用壽命。從 而避免了以往沿爐長統一換向時，直射火焰在爐膛中部火焰剛度差，爐膛中部溫度低，而在 燒嘴噴口附近時，氣體釋熱強度高，導致燃燒溫度過高，造成在高溫位置的還原罐過早氧化 燒損。本發明的積極效果(1)提高燒嘴的負荷調節比，加強爐內溫度場的均勻性本發明一改以往連續燃 燒的保溫工況下降低氣流速度傳統形式，創造性地采用間斷燃燒，減少保溫工況下供氣時 間的方式，使燒嘴噴射時均處于滿負荷工作狀態，從而使噴射的火焰長度保持一致，保證燒 嘴工作在最佳燃燒狀態燃氣噴出速度快，使周圍形成負壓，在虹吸原理作用下將爐膛內 的高溫煙氣卷吸進燒嘴的空氣入口并和空氣充分攪拌混合，使燃氣溫度與爐內煙氣溫度接 近；同時，由燒嘴獨特布置所實現的U型火焰增加了爐膛內的對流換熱，提高了爐內溫度場的均勻性，從而提高了成品鎂的品質；減少高溫燃氣對被加熱體的直接熱沖擊，延長了還原 罐體的使用壽命1-2倍。(2)可實現燃燒氣氛的精確控制目前傳統的連續燃燒控制將助燃空氣的富余量 留得很大，達不到最佳的節能和控制過剩氧含量(或過?？諝庀禂?的要求。采用脈沖燃 燒控制方式，可以將煤氣和空氣壓力一次性調整到合適值，在系統投入運行后，只需保持這 兩個壓力穩定即可。對壓力進行測量和控制要比流量簡單得多，可以根據系統的實際情況 采取全自動控制，也可以采取人工手動控制。(3)脈沖燃燒控制系統簡單可靠、造價低廉與連續燃燒控制相比，脈沖燃燒控制 系統中參與控制的儀表大大減少，僅有溫度傳感器、全功能隔斷型兩位三通換向閥和自控 系統，省略了大量價格昂貴的流量調節(電動調節閥)機構。并且，由于脈沖燃燒控制只 需要兩位式開關控制，執行機構也由原來的電動調節閥變為全功能隔斷型兩位三通換向閥 (兩位四通換向閥)，增加了系統的可靠性，降低了系統整體造價。(4)熱效率高，節能降耗本發明采用彌散直燃技術和專用蓄熱燃燒器，經蓄熱體 預熱的空氣和煤氣，燃燒前已由常溫變高溫，燃燒更完全，并能保證爐膛溫度均勻；采用蓄 熱式燃燒技術可以將煙氣余熱利用到幾乎接近極限的程度，最大限度地回收煙氣潛熱，排 煙溫度由原來的1000°c降低到150°C以下，余熱回收率可達80%，是常規熱回收裝置的1. 3 倍，節能降耗非常明顯。(5)環保效果好本發明使用的蓄熱式燃燒技術和在虹吸原理作用下實現的爐膛 內高溫煙氣卷吸效果不僅節約了能源，降低了煙氣排放量，而且大大降低了煙氣中S02、NOx 等有害氣體的含量，保證排入大氣中的煙氣可達國家排放標準，防止污染環境。


圖1為本發明的結構示意圖。其中，爐頂1、爐體2、還原罐3、蓄熱式燒嘴4圖2為本發明的工作原理圖。其中，煙氣管路5、空氣管路6、煤氣管路7、脈沖燃燒 控制系統8
具體實施例方式參見圖1-圖2，本發明包括爐頂1、爐體2、還原罐3、蓄熱式燒嘴4、煙氣管路5、空 氣管路6、煤氣管路7、脈沖燃燒蓄熱式控制系統8。在沿爐長方向上的單側爐墻上均勻布置 蓄熱式燒嘴4，相鄰兩列燒嘴為一組，放置于火焰過道對應位置的爐墻上，根據爐墻高度要 求布置2-4層，每層均設偶數個，以保證每兩個燒嘴控制火焰呈U型，相繼作為燒嘴與排煙 口 ；同組燒嘴的空氣管路6和煤氣管路7分別接脈沖燃燒蓄熱式控制系統8所控I、II兩 個換向閥的左上接口，煙氣管路5分別接脈沖燃燒蓄熱式控制系統8所控I、II兩個換向閥 的右上接口，脈沖燃燒蓄熱式控制系統8所控I換向閥的左下接口接A組蓄熱式燒嘴4的 煤氣入口，右下接口接B組蓄熱式燒嘴4的煤氣入口，脈沖燃燒蓄熱式控制系統8所控II 換向閥的左下接口接A組蓄熱式燒嘴4的空氣入口，右下接口接B組蓄熱式燒嘴4的空氣 入口，脈沖燃燒蓄熱式控制系統8根據爐體2上所布置的爐溫和爐壓檢測裝置反饋的信號， 通過PLC預設程序進行自動周期換向控制與脈沖時間控制；爐體2內的還原罐3垂直吊掛 于爐體鋼結構(未圖示)上，兩排為一組，每排數量試爐體寬度適當調整，每組還原罐之間
5根據燃氣的流速與流量留有800-1250mm的燃燒通道，作為燒嘴噴射所形成的U型火焰的區 域。 本發明工作原理如圖2所示空煤氣供應系統包括煙氣管路5、空氣管路6、煤氣管 路7和脈沖燃燒蓄熱式控制系統8，空、煤氣各置一個獨立通道，設置相應的鼓風機，通過脈 沖燃燒控制系統8后連接蓄熱式燒嘴4對應的空煤氣接口，還原爐采用周期性間斷燃燒的 方式，當還原爐處在升溫工況時，燒嘴燃燒時間加長，間斷時間減小，當還原爐處在保溫工 況時，燒嘴燃燒時間減小，間斷時間加長，保證保溫階段對煤氣和空氣的供應量為升溫階段 的1/4，燒嘴噴射時均處于滿負荷工作狀態，從而使噴射的火焰長度保持一致，爐內溫度場 保持均勻穩定。當一組燒嘴中一列在作為燒嘴燃燒的時候，相鄰的另一列則作為排煙口用 來排煙。經過一個換向周期后，通過脈沖燃燒蓄熱式控制系統8的切換，原來作為燒嘴燃燒 的一列燒嘴變為排煙口用來排煙，而原來用來排煙的另一列燒嘴則作為燒嘴燃燒。交替燃 燒和排煙的過程中，燒嘴后部的蓄熱室將高溫煙氣所攜帶的熱量回收并釋放給燃料和助燃 空氣，燃料燃燒的過程中，將這部分熱量又重新帶回到爐內；同時，蓄熱式燒嘴4應用虹吸 技術，能夠將爐膛內的高溫煙氣卷吸進燒嘴的空氣入口并和空氣混合，從而再次提高了空 氣入爐前的溫度，降低了爐膛的氧含量，最終實現高溫低氧燃燒，增大燃料燃燒效率。
權利要求
一種脈沖燃燒蓄熱式金屬鎂還原爐，包括爐頂、爐體、還原罐、蓄熱式燒嘴、煙氣管路、空氣管路、煤氣管路；其特征在于，脈沖燃燒蓄熱式系統(8)替代連續燃燒控制系統，脈沖燃燒蓄熱式控制系統(8)連接煙氣管路(5)、空氣管路(6)和煤氣管路(7)，通過控制管路氣體流量與流速來控制蓄熱式燒嘴(4)的火焰燃燒狀態，保證爐內溫度場均勻穩定在沿爐體長方向上的單側爐墻上均勻布置蓄熱式燒嘴(4)，根據爐墻高度要求布置2 4層，相鄰兩列燒嘴為一組，相繼作為燃燒口與排煙口，進行燃燒與蓄熱，氣體在爐膛內沿爐寬方向形成U型火焰，加大氣體流動換熱；同組燒嘴的空氣管路(6)和煤氣管路(7)分別接脈沖燃燒蓄熱式控制系統(8)所控I、II換向閥的左上接口，煙氣管路(5)接脈沖燃燒蓄熱式控制系統(8)所控I、II兩個換向閥的右上接口，脈沖燃燒蓄熱式控制系統(8)所控I換向閥的左下接口接A組蓄熱式燒嘴(4)的煤氣入口，右下接口接B組蓄熱式燒嘴(4)的煤氣入口，脈沖燃燒蓄熱式控制系統(8)所控II換向閥的左下接口接A組蓄熱式燒嘴(4)的空氣入口，右下接口接B組蓄熱式燒嘴(4)的空氣入口；脈沖燃燒蓄熱式控制系統(8)根據爐體(2)上所布置的爐溫和爐壓檢測裝置反饋的信號，通過PLC預設程序進行自動周期換向控制與脈沖時間控制。
2.如權利要求1所述的大型立式金屬鎂還原爐，其特征在于，還原罐(3)在爐膛內采取 垂直方式布置，兩排為一組，每組還原罐之間根據燃氣的流速與流量留有800-1250mm的燃 燒通道，作為燒嘴噴射所形成的U型火焰的區域，出渣方式為上部進料上部出渣，或上部進 料下部出渣。
3.如權利要求1所述的還原爐，其特征在于，蓄熱式燒嘴(4)為空煤氣雙蓄熱燒嘴或空 氣單蓄熱燒嘴。
4.如權利要求1所述的還原爐，其特征在于，所述的脈沖燃燒蓄熱式系統(8)包括爐 溫和爐壓檢測裝置、PLC中樞控制系統、執行裝置；爐溫和爐壓檢測裝置布置于爐體(2)上， 通過補償導線連接PLC中樞控制系統，執行裝置布置于燃氣管路接口處，通過電纜連接于 PLC中樞控制系統上；PLC中樞控制系統根據爐體爐溫和爐壓檢測裝置反饋的信號，通過預 設的PLC程序對燃氣管路實施操控，進行自動周期換向控制與脈沖時間控制；脈沖燃燒采 用間斷燃燒的方式，通過調節燃燒時間的占空比實現還原爐的溫度控制。
5.如權利要求1所述的還原爐，其特征在于，爐頂(1)由耐高溫預制蓋板拼接而成。
6.如權利要求5所述的還原爐，其特征在于，預制蓋板以耐高溫的陶瓷錨固磚替代傳 統的金屬錨固鉤作為填充物，預制蓋板上根據還原罐直徑以及間距進行開孔。
全文摘要
一種脈沖燃燒蓄熱式金屬鎂還原爐，屬于有色金屬加工技術領域。包括爐頂、爐體、還原罐、蓄熱式燒嘴、煙氣管路、空氣管路、煤氣管路；脈沖燃燒蓄熱式系統替代傳統的連續燃燒控制系統，在沿爐長方向上的單側爐墻上均勻布置蓄熱式燒嘴3-4層。優點在于，應用脈沖燃燒控制技術，提高燒嘴的負荷調節比，穩定燃氣噴出速度，提高傳熱效率，實現燃燒氣氛的精確控制；燃燒器沿爐膛長度方向布置，燃燒氣體沿爐寬方向形成U型火焰，增加爐膛內的對流換熱，強化溫度場的均勻性，減少燃料的消耗，并提高還原罐的使用壽命；應用蓄熱式燃燒技術以及利用虹吸原理產生的煙氣卷吸效應，充分利用煙氣余熱，最大限度的節約能源，并且減少污染物的排放。
文檔編號C22B26/22GK101942574SQ20101029523
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月28日 優先權日2010年9月28日
發明者馮娜, 王建宏, 鄭克明 申請人:北京沃克能源科技有限公司