具有多孔喷管换热器的连续式低氧高温燃烧熔铝炉制造技术

本实用新型专利技术公开一种具有多孔喷管换热器的连续式低氧高温燃烧熔铝炉，包括：炉体、燃烧喷嘴、烟气管路及多孔喷管换热器。多孔喷管换热器包括烟气通道及设于烟气通道中的热交换筒体，热交换筒体包括形成环形端壁且中央形成进气孔的首端、形成敞口端的尾端、以及围绕进气孔在至少一个热交换筒体内从首端向尾端延伸的多孔喷管。多孔喷管包括邻近尾端的封闭端以及在进气孔与封闭端之间延伸的管体，管体的周壁上设置若干空气喷孔。冷空气通过若干空气喷孔喷射至至少一个热交换筒体的内壁以便与流经至少一个热交换筒体的外壁的高温烟气快速换热而使至少一个热交换筒体的温度保持低于其制造材料的标定耐热温度。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种窑炉设备，特别涉及一种熔铝炉。
技术介绍
面对日益严峻的环境问题和能源危机，全世界都在大力提倡节能减排，尤其是对于耗能和污染都较严重的工业窑炉相关产业，如何进行节能减排改造，已经成为本领域技术人员在设计该类设备时必须要考虑的因素。以熔铝炉为例，其烟气出口处的烟气温度通常会达到1000-1100摄氏度左右。如果将这些高温烟气直接排放到环境中，不但会造成能源浪费还会对环境造成一定程度的破坏。因此，本领域一直在不断探索降低锅炉烟气温度的技术，例如将锅炉的排放烟气重新引入锅炉再次燃烧，或者在烟气排放过程中设置换热器，对烟气余热加以利用，上述种种措施在降低烟气温度的同时实现了对烟气能量的最大化利用，节省了能源，并降低了排放污染。在现有的高温烟气余热利用技术中，常常采用不锈钢材质或碳钢材质的换热器，然而不锈钢的成本高，应用范围有限，而碳钢相对于不锈钢而言，无法承受较高的温度，因此采用碳钢材质的换热器往往需要在多个换热器或蓄热室之间切换，系统结构复杂，成本高且维护检修难度大。如中国专利申请公开第103123241A号揭示的一种熔铝炉用空气预热器，包括碳化硅材料、空气预热器换热钢管，碳化硅材料内衬于空气预热器换热钢管内壁。该熔铝炉用空气预热器为了避免高温烧坏，其采用碳化硅材料内衬于空气预热器换热钢管内壁，这使得制造成本升高。又如中国专利公开第203550557U号揭示的一种熔铝炉快速切换蓄热式燃烧系统，包括：炉体、第一及第二燃料喷嘴、第一及第二通气管、第一及第二储热器、第一及第二进气管，其中，第一储热器与第二储热器能够交替在预热工作状态与蓄热工作状态之间切换运行。并且，第一储热器和/或第二储热器包括第一级蓄热区、第二级蓄热区以及设置在第一级蓄热区与第二级蓄热区之间的沉淀区。该熔铝炉快速切换蓄热式燃烧系统为了避免高温损坏储热器，采用了两个储热器交替运行，这使该系统的构造成本升高。可见，以上所公开的技术均采用换热器进行高温烟气和空气的热交换，利用烟气余热来预热空气，然而上述技术存在缺点或不足，例如：(1)、将一对燃烧器以及与一对燃烧器分别对应的一对蓄热室设置在炉体的两侧，当一侧的燃烧器和蓄热室温度过高时，切换为另一侧的燃烧器和蓄热室，然而在切换过程中需要设备停止运行，使得燃烧不连续，功率损耗大；(2)、上述高温烟气与空气之间的换热方式，热交换效率不高，均无法达到较佳的热交换效果，特别对于熔铝炉而言，由于其排放的烟气温度高达1000-1100摄氏度，上述换热器的结构和工作方式均无法满足有效降低烟气温度的要求，因此易造成换热器的温度过热，特别是采用碳钢制造的换热器，更无法长时间承受如此高的烟气温度，存在安全隐患；(3)、排放的烟气中氮氧化合物含量高，对环境存在危害。因此，提供一种能够充分利用烟气余热、实现高温烟气与空气之间有效热交换的熔铝炉余热利用系统成为业内急需解决的问题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种能够显著提高换热效率、有效避免换热器过热损坏的连续式低氧高温燃烧熔铝炉。本文中的术语“标定耐热温度”是指材料在该温度下可以保证长时间工作而不损坏。一般碳钢的标定耐热温度约为350摄氏度，碳钢最高允许使用温度上限一般为450摄氏度，超过450摄氏度碳钢会产生石墨化现象，使钢的强度降低导致碳素钢不能满足使用要求。因此，尽管碳钢价格低廉且工艺性能(如焊接性和冷成形性)优良，但一般的熔铝炉高温换热器不能采用碳钢材料制造。一般不锈钢的标定耐热温度约为525摄氏度。有些特殊的不锈钢耐热温度可能更高，如301或304不锈钢的耐热温度约为870摄氏度左右，但不锈钢材料价格较高且工艺性能较差，虽然可用于熔铝炉高温换热器，但在约1000摄氏度的高温工况下，也会缩短使用寿命。本技术采用特殊构造的多孔喷管换热器，即使换热器采用一般碳钢制造，也能保证长时间工作不损坏。根据本技术的方案，提供一种具有多孔喷管换热器的连续式低氧高温燃烧熔铝炉，包括：炉体，炉体包括设于内部的熔铝池、设于内部且位于熔铝池上方的燃烧室、以及设于炉体的一端壁且与燃烧室连通的第一高温烟气出口；至少一个燃烧喷嘴，至少一个燃烧喷嘴设于炉体的另一端壁用于将燃料和助燃气体喷射至燃烧室内燃烧放热以将熔铝池内的铝熔化成铝液；烟气管路，烟气管路将炉体的第一高温烟气出口连接至烟囱；以及高温换热器，高温换热器设于烟气管路中以利用烟气余热预热空气。其中，高温换热器为多孔喷管换热器，多孔喷管换热器包括烟气通道以及设于烟气通道中的至少一个热交换筒体，至少一个热交换筒体包括形成环形端壁且中央形成进气孔的首端、形成敞口端的尾端、以及围绕进气孔在至少一个热交换筒体内从首端向尾端延伸的多孔喷管，其中，冷空气经由进气孔进入多孔喷管换热器，预热后的高温空气经由尾端流出多孔喷管换热器，并且，多孔喷管包括邻近尾端的封闭端以及在进气孔与封闭端之间延伸的管体，管体的周壁上设置若干空气喷孔使得：经由进气孔进入至少一个热交换筒体内的冷空气通过若干空气喷孔喷射至至少一个热交换筒体的内壁以便与流经至少一个热交换筒体的外壁的高温烟气快速换热而使至少一个热交换筒体的温度保持低于其制造材料的标定耐热温度。优选地，多孔喷管换热器包括沿着烟气流动方向依次设于烟气通道中的第一热交换筒体、第二热交换筒体及第三热交换筒体，多孔喷管换热器还包括设于烟气通道外部的第一连接通道及第二连接通道，第一连接通道将第一热交换筒体与第三热交换筒体在空气流动方向上尾首相连，第二连接通道将第三热交换筒体与第二热交换筒体在空气流动方向上尾首相连，其中，冷空气经由第一热交换筒体的进气孔进入第一热交换筒体并依次流经第一连接通道、第三热交换筒体、第二连接通道、以及第二热交换筒体，预热后的高温空气经由第二热交换筒体的尾端流出。可选择地，多孔喷管换热器进一步包括设于烟气通道外部的与第一热交换筒体的首端连通的进气室以及设于烟气通道外部的与第二热交换筒体的尾端连通的出气室，于进气室的室壁上形成多孔喷管换热器的低温空气入口，于出气室的室壁上形成多孔喷管换热器的高温空气出口，多孔喷管换热器的烟气通道的邻近第一热交换筒体的一端形成高温烟气入口，多孔喷管换热器的烟气通道的邻近第三热交换筒体的一端形成低温烟气出口。可选择地，进一步包括设于烟气管路中且在烟气流动方向上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有多孔喷管换热器的连续式低氧高温燃烧熔铝炉，包括：炉体，所述炉体包括设于内部的熔铝池、设于内部且位于所述熔铝池上方的燃烧室、以及设于所述炉体的一端壁且与所述燃烧室连通的第一高温烟气出口；至少一个燃烧喷嘴，所述至少一个燃烧喷嘴设于所述炉体的另一端壁；烟气管路，所述烟气管路将所述炉体的所述第一高温烟气出口连接至烟囱；以及高温换热器，所述高温换热器设于所述烟气管路中；其特征在于：所述高温换热器为多孔喷管换热器，所述多孔喷管换热器包括烟气通道以及设于所述烟气通道中的至少一个热交换筒体，所述至少一个热交换筒体包括形成环形端壁且中央形成进气孔的首端、形成敞口端的尾端、以及围绕所述进气孔在所述至少一个热交换筒体内从所述首端向所述尾端延伸的多孔喷管，其中，所述多孔喷管包括邻近所述尾端的封闭端以及在所述进气孔与所述封闭端之间延伸的管体，所述管体的周壁上设置若干空气喷孔。

【技术特征摘要】
1.一种具有多孔喷管换热器的连续式低氧高温燃烧熔铝炉，包括：
炉体，所述炉体包括设于内部的熔铝池、设于内部且位于所述熔铝
池上方的燃烧室、以及设于所述炉体的一端壁且与所述燃烧室连通的第
一高温烟气出口；
至少一个燃烧喷嘴，所述至少一个燃烧喷嘴设于所述炉体的另一端
壁；
烟气管路，所述烟气管路将所述炉体的所述第一高温烟气出口连接
至烟囱；以及
高温换热器，所述高温换热器设于所述烟气管路中；
其特征在于：
所述高温换热器为多孔喷管换热器，所述多孔喷管换热器包括烟气
通道以及设于所述烟气通道中的至少一个热交换筒体，所述至少一个热
交换筒体包括形成环形端壁且中央形成进气孔的首端、形成敞口端的尾
端、以及围绕所述进气孔在所述至少一个热交换筒体内从所述首端向所
述尾端延伸的多孔喷管，其中，所述多孔喷管包括邻近所述尾端的封闭
端以及在所述进气孔与所述封闭端之间延伸的管体，所述管体的周壁上
设置若干空气喷孔。
2.如权利要求1所述的具有多孔喷管换热器的连续式低氧高温燃
烧熔铝炉，其特征在于，所述多孔喷管换热器包括沿着烟气流动方向依
次设于所述烟气通道中的第一热交换筒体、第二热交换筒体及第三热交
换筒体，所述多孔喷管换热器还包括设于所述烟气通道外部的第一连接
通道及第二连接通道，所述第一连接通道将所述第一热交换筒体与所述
第三热交换筒体在空气流动方向上尾首相连，所述第二连接通道将所述
第三热交换筒体与所述第二热交换筒体在空气流动方向上尾首相连。
3.如权利要求2所述的具有多孔喷管换热器的连续式低氧高温燃
烧熔铝炉，其特征在于，所述多孔喷管换热器进一步包括设于所述烟气
通道外部的与所述第一热交换筒体的首端连通的进气室以及设于所述
烟气通道外部的与所述第二热交换筒体的尾端连通的出气室，于所述进
气室的室壁上形成所述多孔喷管换热器的低温空气入口，于所述出气室

\t的室壁上形成所述多孔喷管换热器的高温空气出口，所述多孔喷管换热
器的所述烟气通道的邻近所述第一热交换筒体的一端形成高温烟气入
口，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘效洲，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：新型
国别省市：广东;44