燃燒爐的制作方法

本發明涉及冶金技術領域，具體而言，尤其涉及一種燃燒爐。

背景技術：

我國作為世界主要銅生產國，每年銅渣排放量約800多萬噸，渣中含有fe、cu、zn、pb、co和ni等多種有價金屬和au、ag等少量貴金屬，其中fe含量遠高于我國鐵礦石可采品位(tfe>27％)，然而我國的銅渣利用率仍很低，由于銅礦來源不同，銅渣中還含有鈷、鎳、鋅等有價金屬元素，大部分富含鐵、銅的銅渣被大量堆存在渣場中，既占用土地又污染環境，也造成巨大的資源浪費，嚴重阻礙了銅冶煉企業的可持續發展。

相關技術中，轉底爐大多采用蓄熱式圓形火焰燃燒裝置，或者是普通圓形火焰燃燒裝置，以保證爐料上方的co層不受破壞，保證爐內的還原性氣氛。但是依然存在爐內的s元素不能有效的脫除，對環境造成了極大的污染等問題，同時圓形火焰的燃燒裝置對爐料的上方的co層有較強的擾動性，影響了含碳球團的還原效果。

例如，相關技術中公開的直接還原鐵用轉底爐的分段式燒嘴布置方法，能夠按照各個不同區段的熱工制度要求安裝不同類型的燒嘴。它是在轉底爐的加熱段安裝蓄熱式圓燒嘴，在轉底爐的還原段安裝蓄熱式扁平焰燒嘴和爐頂供熱輻射式平焰燒嘴，在轉底爐的均熱段安裝爐頂供熱輻射式平焰燒嘴。這樣既能夠保證加熱段有很好的傳熱效果，爐料迅速升溫，也能夠在還原段和均熱段保護好爐內的還原性氣氛，極大降低了對爐料上方co層的擾動，使含碳球團在爐內能夠快速的完成還原過程，并且得到較高的還原率。

但相關技術方案中存在如下缺陷：

一、該種類型燒嘴的布置方法，主要是為了保持爐內的還原性氣氛，使料層上方的co層不受破壞，但是不能滿足銅渣直接還原煉鐵的工藝、溫度以及爐內氣氛的要求，不能同時實現氧化和還原焙燒的工藝要求，同時爐內co的濃度太高，不利于燃燒，無法降低物料中的s元素，增加了后期處理的成本，對環境造成了污染。

二、該種類型燒嘴的布置方法，采用在轉底爐的加熱段安裝蓄熱式圓燒嘴，由于圓形火焰的沖刷能力較強，對整個加熱段的氣體擾動、氣流紊亂度增強了，不利于爐內氣氛的保證和爐內溫度的均勻性，容易造成爐內料層被co2和h2o再次氧化，同時蓄熱體容易被煙氣中的粉塵堵塞，造成換熱效率低，蓄熱體損壞等問題，降低了燒嘴的燃燒效率，為生產帶來了較大的安全隱患。

三、該種類型燒嘴的布置方法，采用在轉底爐的還原段和均熱段安裝爐頂供熱輻射式平焰燒嘴，由于爐頂平焰燒嘴安裝在爐頂，燒嘴噴口噴出的氣流垂直于物料層表面，高速噴出的氣流對下方垂直的物料層造成較大的沖刷，擾動了爐內的co層，不利于爐內還原氣氛的保證，同時爐頂平焰燒嘴的對物料的熱輻射能力小于側墻扁平焰燒嘴的熱輻射能力，因此，爐頂平焰燒嘴的燃料消耗較大，熱效率低，造成了燃料的浪費。

四、該種類型燒嘴的布置方法，使得爐內氣氛可控范圍小，基本不能調節。

技術實現要素：

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明提出一種燃燒爐，所述燃燒爐具有能源利用率高、節能環保的優點。

根據本發明實施例的燃燒爐，包括：內側爐壁；外側爐壁，所述外側爐壁外套在所述內側爐壁上且與所述內側爐壁限定出爐膛；兩個間隔開的間隔板，兩個所述間隔板設在所述爐膛內且沿所述外側爐壁的周向方向將所述爐膛劃分為氧化焙燒區和還原焙燒區；氧化燒嘴組件，所述氧化燒嘴組件位于所述氧化焙燒區內；還原燒嘴組件，所述還原燒嘴組件位于所述還原焙燒區內；和用于遮擋所述爐膛下端的爐底，所述爐底可轉動地設在所述爐膛下端以將位于爐底上的物料帶入到所述氧化焙燒區內或所述原焙燒區內。

根據本發明實施例的燃燒爐，通過在內側爐壁和外側爐壁之間設置兩塊間隔板，可以將爐膛劃分為氧化焙燒區和還原焙燒區，且位于爐膛底部的爐底可以轉動，當爐底轉動時，可以將爐底上的物料帶入到氧化焙燒區和還原焙燒區，從而使銅渣還原煉鐵工藝過程中的氧化焙燒和還原焙燒的工藝過程相結合，解決了銅渣還原煉鐵工藝過程中所需要的特殊氣氛環境與溫度條件相適應的問題。

根據本發明的一個實施例，所述氧化燒嘴組件包括：多個扁平焰燒嘴，部分所述扁平焰燒嘴位于所述內側爐壁上，部分所述扁平焰燒嘴位于所述外側爐壁上；和多個補風燒嘴，部分所述補風燒嘴位于所述內側爐壁上，部分所述補風燒嘴位于所述外側爐壁上。

根據本發明的一個實施例，位于所述內側爐壁上的所述扁平焰燒嘴和所述補風燒嘴交替分布；位于所述外側爐壁上的所述扁平焰燒嘴和所述補風燒嘴交替分布。

根據本發明的一個實施例，所述扁平焰燒嘴具有燃氣通道和空氣通道，所述燃氣通道和所述空氣通道連通，所述燃氣通道的噴口的長徑比比值為1.5-2，所述空氣通道的進口的長徑比比值為2-2.5。

根據本發明的一個實施例，所述補風燒嘴的噴口通徑為150mm-250mm；所述燃氣通道的噴口通徑為20mm-30mm，所述空氣通道的進口徑為50mm-60mm。

根據本發明的一個實施例，所述還原燒嘴組件包括：多個扁平焰燒嘴，部分所述扁平焰燒嘴位于所述內側爐壁上，部分所述扁平焰燒嘴位于所述外側爐壁上；和多個空氣蓄熱式燒嘴，部分所述空氣蓄熱式燒嘴位于所述內側爐壁上，部分所述空氣蓄熱式燒嘴位于所述外側爐壁上。

根據本發明的一個實施例，位于所述內側爐壁上的所述扁平焰燒嘴和所述空氣蓄熱式燒嘴交替分布；位于所述外側爐壁上的所述扁平焰燒嘴和所述空氣蓄熱式燒嘴交替分布。

根據本發明的一個實施例，所述空氣蓄熱式燒嘴內部設有陶瓷球式蓄熱體，所述陶瓷球式蓄熱體的直徑為15mm-20mm。

根據本發明的一個實施例，所述空氣蓄熱式燒嘴的空氣進口的長徑比比值為2-2.5，所述空氣蓄熱式燒嘴的噴口通徑為80mm-100mm。

根據本發明的一個實施例，所述空氣蓄熱式燒嘴的噴口包括多個支噴口，每個所述支噴口的通徑為20mm-30mm。

附圖說明

圖1是根據本發明實施例的燃燒爐的結構示意圖；

圖2是根據本發明實施例的燃燒爐的俯視圖；

圖3是根據本發明實施例的燃燒爐的外側爐壁展開圖；

圖4是根據本發明實施例的燃燒爐的補風燒嘴的主視圖；

圖5是圖4中所示的補風燒嘴的俯視圖；

圖6是圖4中所示的補風燒嘴的左視圖；

圖7是根據本發明實施例的燃燒爐的扁平焰燒嘴的主視圖；

圖8是圖7中所示的扁平焰燒嘴的俯視圖；

圖9是圖7中所示的扁平焰燒嘴的左視圖；

圖10是根據本發明實施例的燃燒爐的空氣蓄熱式燒嘴的主視圖；

圖11是圖10中所示的空氣蓄熱式燒嘴的俯視圖；

圖12是圖10中所示的空氣蓄熱式燒嘴的左視圖。

附圖標記：

燃燒爐100，

內側爐壁10，

外側爐壁20，

爐膛30，氧化焙燒區310，還原焙燒區320，

間隔板40，

氧化燒嘴組件50，扁平焰燒嘴510，燃氣通道511，空氣通道512，補風燒嘴520，

還原燒嘴組件60，空氣蓄熱式燒嘴610

爐底70。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接或彼此可通訊；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系，除非另有明確的限定。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

下面參考圖1-圖12描述根據本發明實施例的燃燒爐100。需要說明的是，燃燒爐100可以應用于銅渣還原煉鐵工藝。

如圖1-圖12所示，根據本發明實施例的燃燒爐100，燃燒爐100包括：內側爐壁10、外側爐壁20、間隔板40、氧化燒嘴組件50、還原燒嘴組件60和爐底70。

具體而言，如圖1-圖3所示，外側爐壁20外套在內側爐壁10上且與內側爐壁10限定出爐膛30，例如，圖1和圖2中所示，外側爐壁20外套在內側爐壁10上，且內側爐壁10與外側爐壁20間隔設置，外側爐壁20與內側爐壁10間限定出爐膛30。兩個間隔板40設在爐膛30內且沿外側爐壁20的周向方向將爐膛30劃分為氧化焙燒區310和還原焙燒區320。例如圖2中的示例所示，在外側爐壁20和內側爐壁10之間間隔設置有兩塊間隔板40，兩塊間隔板40將爐膛30劃分為氧化焙燒區310和還原焙燒區320。氧化燒嘴組件50位于氧化焙燒區310內，還原燒嘴組件60位于還原焙燒區320內。爐底70設置在爐膛30的下端，用于遮擋爐膛30，且爐底70可轉動以將位于爐底70上的物料帶入到氧化焙燒區310內或還原焙燒區320內。

根據本發明實施例的燃燒爐100，通過在內側爐壁10和外側爐壁20之間設置兩塊間隔板40，可以將爐膛30劃分為氧化焙燒區310和還原焙燒區320，且位于爐膛30底部的爐底70可以轉動，當爐底70轉動時，可以將爐底70上的物料帶入到氧化焙燒區310和還原焙燒區320，從而使銅渣還原煉鐵工藝過程中的氧化焙燒和還原焙燒的工藝過程相結合，解決了銅渣還原煉鐵工藝過程中所需要的特殊氣氛環境與溫度條件相適應的問題。

根據本發明的一個實施例，如圖3所示，氧化燒嘴組件50可以包括：多個扁平焰燒嘴510和多個補風燒嘴520，其中，部分扁平焰燒嘴510位于內側爐壁10上，部分扁平焰燒嘴510位于外側爐壁20上。部分補風燒嘴520位于內側爐壁10上，部分補風燒嘴520位于外側爐壁20上。換言之，在外側爐壁20和內側爐壁10上可以設置有多個扁平焰燒嘴510和多個補風燒嘴520。例如，圖3中的示例所示，在外側爐壁20上設置有4個補風燒嘴520和3個扁平焰燒嘴510。扁平焰燒嘴510的應用可以使燃燒火焰面加大，提高了火焰的傳熱效率，使物料受熱及爐膛30內氣氛更加均勻，補風燒嘴520的應用使煙氣中co與補風燒嘴520噴入的空氣進行反映，降低了出爐煙氣中co含量，使物料內帶入的c部分燃燒，同時使得物料中所含的s元素從分氧化得到s的氧化物，從而實現對物料中s元素的脫出。

進一步地，位于內側爐壁10上的扁平焰燒嘴510和補風燒嘴520交替分布，位于外側爐壁20上的扁平焰燒嘴510和補風燒嘴520交替分布。例如，圖3中的示例所示，位于外側爐壁20上的扁平焰燒嘴510和補風燒嘴520交替分布，即每兩個補風燒嘴520之間夾設有一個扁平焰燒嘴510。同樣，位于內側爐壁10上的扁平焰燒嘴510和補風燒嘴520可以交替分布。采用補風燒嘴520和扁平焰燒嘴510交替布置的方式，可以充分利用煙氣熱量加熱剛進入爐膛30內的物料，確保還原冶煉過程中所需的溫度。例如，在銅渣還原煉鐵的過程中，外側爐壁20和內側爐壁10上交替間隔布置的多個補風燒嘴520和扁平焰燒嘴510可以使氧化焙燒區310內的溫度達到700～900℃。

在本發明的一些實施例中，如圖7-圖9所示，扁平焰燒嘴510可以具有燃氣通道511和空氣通道512，燃氣通道511和空氣通道512連通。例如，圖8所示，扁平焰燒嘴510包括間隔設置的燃氣通道511和空氣通道512，燃氣通道511與空氣通道512連通。燃氣通道511的噴口的長徑比比值可以為1.5-2，空氣通道512的進口的長徑比比值可以為2-2.5。經過試驗驗證，當燃氣通道511的噴口的長徑比比值可以為1.5-2，空氣通道512的進口的長徑比比值可以為2-2.5時，扁平焰燒嘴510可以為氧化焙燒區310提供足夠的熱源，保證工藝所需的溫度。

根據本發明的一個實施例，如圖4-圖6所示，補風燒嘴520的噴口通徑為150mm-250mm，燃氣通道511的噴口通徑為20mm-30mm，空氣通道512的進口徑為50mm-60mm。需要說明的是，補風燒嘴520的主要功能是為氧化焙燒區310煙氣產生的co和物料中帶入的部分c的反應提供適量的氧氣，其中補風燒嘴520內燃氣通道511和空氣通道512連通。經過試驗測試，當補風燒嘴520的噴口通徑為150mm-250mm時，可以使物料中的c得到良好的燃燒，并可以使物料中所含的s元素充分氧化得到s的氧化物，從而實現對物料中s元素的脫出。而扁平焰燒嘴510的主要功能是為氧化焙燒區310提供熱源，保障工藝要求溫度，經過試驗驗證，當燃氣通道511的噴口通徑為20mm-30mm，空氣通道512的進口徑為50mm-60mm時，可以有效使氧化焙燒區310內的溫度維持在700～900℃之間，以滿足冶煉工藝中改的溫度要求。

根據本發明的一個實施例，如圖3所示，還原燒嘴組件60可以包括：多個扁平焰燒嘴510和和多個空氣蓄熱式燒嘴610，其中，部分扁平焰燒嘴510位于內側爐壁10上，部分扁平焰燒嘴510位于外側爐壁20上。部分空氣蓄熱式燒嘴610位于內側爐壁10上，部分空氣蓄熱式燒嘴610位于外側爐壁20上。換言之，在還原焙燒區320的內側爐壁10和外側爐壁20上可以設置有多個扁平焰燒嘴510和多個空氣蓄熱式燒嘴610。例如，圖3中的示例所示，在還原焙燒區320的外側爐壁20上設置有多個扁平焰燒嘴510和多個蓄熱式扁平焰燒嘴510。

需要說明的是，在還原焙燒區320通過控制燃燒器的空氣過剩系數在0.8～1.0之間來制造還原性氣氛，扁平焰燒嘴510可以使物料上方形成較為穩定的火焰面，同時也有利于還原性氣氛的生成。通過在還原焙燒區320內設置多個空氣蓄熱式燒嘴610可以增加爐內氣體的攪拌以得到更加理想的爐內氣氛，防止死區的產生，同時也能夠使爐內溫度迅速提高，除此之外也可以將還原段的煙氣直接通過空氣蓄熱式燒嘴610進行排煙。在還原焙燒工藝段中可以將物料中反應生成的含有氧化鉛、氧化鋅的煙氣收集進行后續工藝處理。

根據本發明的一個實施例，位于內側爐壁10上的扁平焰燒嘴510和空氣蓄熱式燒嘴610交替分布，位于外側爐壁20上的扁平焰燒嘴510和空氣蓄熱式燒嘴610交替分布。換句話說，位于外側爐壁20上和內側爐壁10上的扁平焰燒嘴510和空氣蓄熱式燒嘴610可以采用交替排布，例如圖3中的示例所示，在還原焙燒區320的外側爐壁20上，扁平焰燒嘴510與空氣蓄熱式燒嘴610交替分布，即兩個空氣蓄熱式燒嘴610之間夾設有一個扁平焰燒嘴510。同樣，在還原焙燒區320的內側爐壁10上，扁平焰燒嘴510與空氣蓄熱式燒嘴610交替分布。采用扁平焰燒嘴510與空氣蓄熱式燒嘴610交替分布的排列方式，既可以保證工藝溫度要求，同時也加強了爐內氣體的擾動氛圍，有利于還原焙燒區320內含鋅和含鉛煙氣的排放。

進一步地，空氣蓄熱式燒嘴610內部設有陶瓷球式蓄熱體(圖中未示出)，陶瓷球式蓄熱體的直徑為15mm-20mm。通過在空氣蓄熱式燒嘴610內設置陶瓷球式蓄熱體，可以利用陶瓷球式蓄熱體回收煙氣中的余熱，從而降低預熱的排出時的溫度，并提高了助燃空氣的溫度。經過測試，當陶瓷球式蓄熱體的直徑為15mm-20mm時，可以使助燃空氣的溫度達到1000℃以上(僅比爐溫少100℃)，煙氣排放的溫度可以降低至＜180℃。從而，極大的提高了能源利用率和燃燒效率，起到了節能環保的效果。

在本發明的一些實施例中，如圖10-圖12所示，空氣蓄熱式燒嘴610的空氣進口的長徑比比值為2-2.5，空氣蓄熱式燒嘴610的噴口通徑為80mm-100mm。經過試驗驗證，當空氣蓄熱式燒嘴610的空氣進口的長徑比比值為2-2.5，空氣蓄熱式燒嘴610的噴口通徑為80mm-100mm時，有利于保證還原焙燒區320工藝所需溫度，并可以使還原焙燒區320具有良好的氣體擾動氛圍，從而可以得到較高的還原率。

根據本發明的一個實施例，空氣蓄熱式燒嘴610的噴口包括多個支噴口(圖中未示出)，每個支噴口的通徑為20mm-30mm。例如，空氣蓄熱式燒嘴610的噴口可以包括4個支噴口，每個支噴口的通徑為20-30mm，4個支噴口與空氣蓄熱式燒嘴610的噴口平行。值得理解的是，這里所述的4個支噴口與空氣蓄熱式噴嘴的噴口平行可以指支噴口與空氣蓄熱式噴嘴的噴口位于同一周向平面上。由此，可以進一提高強化還原焙燒區320的熱源，以更好的維持工藝所需溫度，并且同時加強了爐膛30內氣體擾動氛圍。經過試驗驗證，當支噴口的通徑為20-30mm滿足15mm-20mm時，可以為還原焙燒區320提供更佳的氣體擾動氛圍并有利于維持還原焙燒區320所需的溫度條件。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。