專利名稱：馬蹄焰爐窯換熱系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型工業爐窯及其換熱系統，尤其涉及一種能夠減少換向時排放 到大氣中的燃燒劑且降低能耗的馬蹄焰爐窯及其換熱系統。
背景技術：
目前，泡花堿生產廠和中小型玻璃生產廠大多采用雙碹縱火焰爐窯或馬蹄焰爐窯 來生產泡花堿或玻璃，這兩種形式的爐窯各有利弊雙碹縱火焰爐窯占地面積小、結構簡 單、造價低，不存在燃燒劑(如煤氣)和空氣的換向，但其爐溫低、產能低、能耗高、內部結構 易燒壞。而馬蹄焰爐窯產能大、能耗低，但根據其蓄熱室格子磚的特性和爐窯溫度，通常每 半小時需要換向一次，而在間歇定時換向過程中，一側蓄熱室中已存有的燃燒劑會隨另一 側反向而來的煙氣一同排放到大氣中，不僅污染環境，而且伴有很大的能源浪費。因此比較 先進的大型泡花堿爐窯均采用馬蹄焰爐窯，但換向時的煤氣排放問題一直是困擾本行業的 技術難題。粗略估算一臺55m2馬蹄焰爐窯每次換向要浪費掉煤氣SOm3 ；二是該部分煤氣成 分排空，會給大氣環境帶來污染。另一方面，本行業中不論是蓄熱式馬蹄焰爐窯，還是換熱式縱焰爐，都是通過煙氣 加(換)熱燃燒劑和/或助燃空氣，在這樣的(蓄)換熱系統中，通常是采用六角形格子磚、 圓形筒子磚、薄壁盒子磚砌成的蓄熱室、風火道、換熱室等耐火材料和結構。從換熱效率來 講，這些耐火材料的熱交換效率不如金屬，但在一定的性價比下，金屬的耐高溫性能達不到 爐窯的溫度要求，因此本行業除了在爐窯的低溫段，有的廠家采用廢熱鍋爐回收煙氣余熱 以外，(蓄)換熱系統通常沒有采用金屬材質的，這也是造成泡花堿生產的熱利用率低、能 耗高的關鍵因素之一。雖然也有部分采用金屬材質的(蓄)換熱系統，但其設備本身往往 造價較高、結構較復雜，實用性不好。對于采用元明粉為原料生產泡花堿的工藝，不論采用蓄熱式馬蹄焰爐窯，還是采 用換熱式縱焰爐，都會有含硫氧化物隨著煙氣排放到大氣中，因此本申請人申報了申請號 為200810138398的發明專利，即通過后續的非穩態制酸裝置將煙氣中的二氧化硫進行回 收利用，形成循環經濟。如果前端爐窯采用換熱式縱焰爐，雖然沒有換向問題的干擾，但與 蓄熱式馬蹄焰爐窯相比，產能提不上去，能耗也降不下來，產品質量也由于爐溫低而得不到 保證。但如果采用蓄熱式馬蹄焰爐窯，就存在換向問題，在換向時夾帶到煙氣中的煤氣中所 含有的一氧化碳會將煙氣中的二氧化硫/三氧化硫還原為低價態的硫，造成煙氣中的二氧 化硫含量瞬時降低和不穩定，對后續制酸的連續、穩定操作造成不利影響。國內曾有人為了將蓄熱式馬蹄焰爐窯與換熱式縱焰窯的優點結合起來，而建造了 換熱式雙馬蹄焰窯，這雖然能解決換向問題，但與蓄熱式馬蹄焰爐窯相比仍然產能低、能耗 高、窯齡短(見楊福盛，“不同馬蹄焰窯型在硅酸鈉生產的應用與探討”2001年，第十屆全國 無機硅化合物技術與信息交流大會論文集，pl-3)。王振國曾發表文章(見“窯爐換向時黃色煤氣的回收利用”，2008年，第十七屆全 國無機硅化合物技術與信息交流大會論文集，P153)，試圖通過不改變馬蹄焰爐窯的基本結構，只是通過在一側的煙道上開孔，用引風機將蓄熱室中的煤氣引到另一側的蓄熱室燃燒， 加以回收利用；或將煤氣回收到氣柜中，逐步加到煤氣管道中回收利用。但這樣做的能耗水 平高，操作難度大，而且經濟性和安全性不能同時得到保證。總之，現有技術都不能從根本 上解決馬蹄焰爐窯經濟運行和環保問題的矛盾
發明內容
本發明的技術效果能夠克服上述缺陷，提供一種馬蹄焰爐窯換熱系統，其從根本 上解決影響爐窯經濟運行與環保問題之間的矛盾，進而提供一種能夠大大減少換向時排放 到大氣中的燃燒劑。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案其包括相互連通的爐窯、蓄熱室，爐 窯、蓄熱室至少設置一個，系統還包括燃燒劑換熱器、空氣換熱器，燃燒劑換熱器的燃燒劑 入口連接燃燒劑輸入管道，燃燒劑出口通過燃燒劑切換器與爐窯連通，燃燒劑換熱器的煙 氣入口 I通過空氣/煙氣切換器與蓄熱室連通，燃燒劑換熱器的煙氣出口 I與空氣換熱器 的煙氣入口 II連通；空氣換熱器的空氣入口連接空氣輸入管道，空氣換熱器的空氣出口通 過空氣/煙氣切換器與蓄熱室連通，空氣換熱器的煙氣出口 II通過煙氣排出管道將煙氣排 出O燃燒劑換熱器采用金屬材質，本發明用耐高溫金屬換熱器替換掉了現有技術馬蹄 焰爐窯中龐大的燃燒劑蓄熱室，并且利用安裝在通向爐窯的燃燒劑支管道上的燃燒劑切換 器的切換作用，使換向時隨煙氣排放掉的燃燒劑近乎為零。煙氣出口 II與煙氣排出管道之間連接廢熱鍋爐。煙氣出口 II與廢熱鍋爐的煙氣 入口 III連通，廢熱鍋爐的煙氣出口 III與煙氣排出管道連接。廢熱鍋爐還設有軟化水入 口和熱水出口，熱水出口通過熱水輸出管道與爐窯連通。本發明增加廢熱鍋爐，以提高整個 系統的熱利用率，降低能耗。 燃燒劑輸入管道中的燃燒劑采用煤氣或者焦化爐氣或者天然氣，本發明中的燃燒 劑與現有技術一樣，而爐窯助燃空氣也是由煙囪抽力產生負壓自吸室內空氣或鼓風機鼓入 常溫空氣。本發明的煙氣系統，是采用煙氣對空氣和燃燒劑進行分段加(換)熱。爐窯包括小爐、配料入口、熔池、終料出口，小爐與燃燒劑切換器連通，熔池的兩側 分別設置配料入口和終料出口。空氣/煙氣切換器采用自動化控制的三通閥、四通閥、蝶閥、閘板閥、或快速切斷 閥，其功能只要能保證當一側蓄熱室處于空氣進入狀態時，另一側蓄熱室處于煙氣排放狀 態；反之當一側蓄熱室處于煙氣排放狀態時，另一側蓄熱室處于空氣進入狀態。燃燒劑切換器采用球閥、蝶閥、或三通閥，當一側支管道上的閥門處于打開狀態 時，另一側支管道上的閥門處于關閉狀態；反之當一側支管道上的閥門處于關閉狀態時，另 一側支管道上的閥門處于打開狀態。本發明的馬蹄焰爐窯系統去掉了龐大的煤氣蓄熱室，而在換熱系統中改用耐高溫 金屬換熱器代替現有技術馬蹄焰爐窯系統中的格子體磚煤氣蓄熱室，這樣一方面能夠減小 占地面積、提高熱交換效率，另一方面從耐高溫金屬燃燒劑換熱器出來的煤氣采用公用管 道輸送至爐窯的小爐下，再用兩條支管道連接到小爐，每條支管道安裝一個燃燒劑切換器， 換向時保持處于燃燒側小爐的燃燒劑切換器開啟、處于回煙氣側小爐的燃燒劑切換器關閉。這樣，換向瞬間被煙氣帶走的燃燒劑幾乎為零，節約了燃燒劑、減少了污染，兼顧了爐窯 生產的經濟性和環保問題。本發明的馬蹄焰爐窯系統僅在給二段空氣加熱時采用格子磚蓄熱室，而給燃燒劑 加熱、一段空氣加熱時全部改為換熱器，而且是金屬換熱器。這樣的技術方案不但能夠將蓄 熱式馬蹄焰爐窯與換熱式縱焰爐的優勢結合起來，減少了占地面積，而且能夠合理地利用 金屬換熱材料的性能、提高了煙氣傳熱的溫差梯度，熱交換的效率大大提高，設備壽命和檢 修周期也大大延長，降低了維修費用和泡花堿生產成本。雖然本發明的一次性投資會增大， 但泡花堿的綜合生產成本會降低。發明巧妙地解決了上述技術難題，使后續的非穩態法制硫酸收率得以提高，為本 行業的技術進步做出了貢獻。而且與解決換向問題的現有技術相比，更安全，能耗更低。本發明所帶來的有益效果是顯而易見的，與傳統的蓄熱式馬蹄焰爐窯比較，這種 新型爐窯系統在經濟性上可使設備使用壽命延長5倍，維修費用降低80% ；減少了換向時 燃燒劑的浪費，折合可節約能源10%以上；整個系統分段逐級進行熱交換，最大限度地提 高了熱利用率，全系統的有效熱利用率可達45-50%，燃煤消耗量平均可降至220公斤/噸 以下。在環保方面由于克服了換向操作時被煙氣夾帶出去的煤氣向大氣中的排放問題，會 產生積極的社會效益。特別對于后續帶有制酸裝置的元明粉法泡花堿工藝，能實現生產節 能、連續、穩定的運行。
圖1為本發明的實施例1結構示意圖；圖2為本發明的爐窯和蓄熱室局部放大圖示意圖；圖3為本發明的實施例2結構示意圖。圖中1.爐窯；2.蓄熱室；3.燃燒劑換熱器；4.空氣換熱器；5.廢熱鍋爐；6.煙 氣排出管道；7.熱水輸出管道；8.空氣輸入管道；9.燃燒劑輸入管道；10.空氣/煙氣切換 器；11.燃燒劑切換器；12.煙氣入口 I;13.煙氣出口 I;14.煙氣入口 II;15.煙氣出口 II; 16.煙氣入口 III ；17.煙氣出口 III ；18.軟化水入口 ；19.熱水出口 ；20.空氣入口 ；21.空 氣出口 ；22.燃燒劑入口 ；23.燃燒劑出口 ；101.終料出口 ；102.熔池；103.配料入口 ； 104. 小爐。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作詳細描述實施例1 本發明的系統包括相互連通的爐窯1、蓄熱室2，爐窯1、蓄熱室2分別設置兩組，系 統還包括燃燒劑換熱器3、空氣換熱器4，燃燒劑換熱器3的燃燒劑入口 22連接燃燒劑輸入 管道9，燃燒劑出口 23通過燃燒劑切換器11與爐窯1連通，燃燒劑換熱器3的煙氣入口 I 12通過空氣/煙氣切換器10與蓄熱室2連通，燃燒劑換熱器的煙氣出口 I 13與空氣換熱 器的煙氣入口 1114連通；空氣換熱器的空氣入口 20連接空氣輸入管道8，空氣換熱器的空 氣出口 21通過空氣/煙氣切換器10與蓄熱室2連通，空氣換熱器的煙氣出口 1115通過煙 氣排出管道6將煙氣排出。
煙氣出口 1115與煙氣排出管道6之間連接廢熱鍋爐5，煙氣出口 1115與廢熱鍋爐 的煙氣入口 III16連通，廢熱鍋爐的煙氣出口 III17與煙氣排出管道6連接。廢熱鍋爐還 設有軟化水入口 18和熱水出口 19，熱水出口 19通過熱水輸出管道7與爐窯1連通。燃燒 劑輸入管道9中的燃燒劑采用煤氣或者焦化爐氣或者天然氣。爐窯1包括小爐104、配料 入口 103、熔池102、終料出口 101，小爐104與燃燒劑切換器11連通，熔池102的兩側分別 設置配料入口 103和終料出口 101。燃燒劑換熱器3采用金屬材質。空氣/煙氣切換器10 采用自動化控制的三通閥，燃燒劑切換器11采用三通閥。本爐窯工作時，通入金屬材質的空氣換熱器4管程的常溫空氣，與從耐高溫金屬 材質的燃燒劑換熱器3來的煙氣間接換熱，空氣由20°C換熱至300°C左右，經過空氣/煙 氣切換器10去二段蓄熱室2。而從一段空氣換熱器4出來的經過降溫的中、低溫煙氣去廢 熱鍋爐5，用于加熱軟化水，為固體泡花堿化料、液體水玻璃提供所需熱水；在二段蓄熱室2 中的耐火材料一耐高溫格子體(磚)經過換向前的1380-1100°C高溫煙氣蓄熱，在換向后 會將由一段空氣換熱器4來的空氣由300°C繼續加熱至750°C左右，然后去泡花堿的爐窯1 的小爐104助燃，而換向后形成的煙氣經空氣/煙氣切換器10去耐高溫金屬的燃燒劑換 熱器3 ；在燃燒劑換熱器3中，通入管程中的煤氣與從二段蓄熱室2來的約1100°C左右煙 氣間接換熱，將由煤氣發生爐來的混合煤氣由350°C換熱至700°C左右，然后通過燃燒劑切 換器11去泡花堿爐窯A的小爐，在高溫空氣助燃劑下燃燒形成馬蹄焰，釋放熱量給泡花堿 的爐窯1的熔池102中的配料，通過連續加、出料來實現泡花堿的連續生產，同時所產生的 1380-1IOCTC高溫煙氣連續去二段蓄熱室2加熱耐高溫格子體(磚)，換向后耐高溫格子體 (磚)再放熱來加熱二段空氣。在爐窯1內，經配比自配料入口 103連續加入的原料(元明粉+石英砂+還原煤 粉)借助燃燒劑(煤氣、焦化爐氣或天然氣)和助燃空氣的燃燒，形成高溫馬蹄焰，使熔池 102溫度達到1350-1450°C，原料在熔池102中被加熱熔融和沉勻后從出料口連續排出爐 夕卜，經冷卻成型后獲得固體泡花堿產品；自熔池102出來的高溫煙氣(1380-110(TC )自小 爐104的爐口被引出，在蓄熱室2首先傳熱給耐高溫材料型磚并進入煙氣及加熱系統。本發明的煙氣流程為自熔池102出來的高溫煙氣(1380-110(TC )傳熱給蓄熱室 2的耐高溫材料型磚，定時換向后耐高溫型磚再加熱二段空氣用于助燃；從蓄熱室2出來的 中、高溫煙氣(1000-85(TC )在耐高溫燃燒劑換熱器3中間接加熱煤氣(或焦化爐氣、天然 氣)；從燃燒劑換熱器3出來的中溫煙氣(700-650°C )在空氣換熱器4中再間接加熱一段 空氣；從空氣換熱器4出來的低溫煙氣(300°C左右)通過廢熱鍋爐5繼續回收余熱，并產出 熱水(用于將固體泡花堿化料成液體水玻璃)，最終低溫煙氣經粉塵凈化等處理步驟以后， 用于非穩態法制硫酸。實施例2爐窯1、蓄熱室2分別設置一組。其它同實施例1。
權利要求
1.一種馬蹄焰爐窯換熱系統，包括相互連通的爐窯(1)、蓄熱室(2)，其特征在于，爐窯(I)、蓄熱室(2)至少設置一個，系統還包括燃燒劑換熱器(3)、空氣換熱器(4)，燃燒劑換熱 器(3)的燃燒劑入口(22)連接燃燒劑輸入管道(9)，燃燒劑出口(23)通過燃燒劑切換器(II)與爐窯⑴連通，燃燒劑換熱器⑶的煙氣入口1(12)通過空氣/煙氣切換器(10)與 蓄熱室(2)連通，燃燒劑換熱器的煙氣出口 1(13)與空氣換熱器的煙氣入口 11(14)連通； 空氣換熱器的空氣入口(20)連接空氣輸入管道(8)，空氣換熱器的空氣出口(21)通過空 氣/煙氣切換器(10)與蓄熱室(2)連通，空氣換熱器的煙氣出口 11(15)通過煙氣排出管 道(6)將煙氣排出。
2.根據權利要求1所述的馬蹄焰爐窯換熱系統，其特征在于，煙氣出口11(15)與煙氣 排出管道(6)之間連接廢熱鍋爐(5)。
3.根據權利要求2所述的馬蹄焰爐窯換熱系統，其特征在于，煙氣出口11(15)與廢熱 鍋爐的煙氣入口 111(16)連通，廢熱鍋爐的煙氣出口 111(17)與煙氣排出管道(6)連接。
4.根據權利要求3所述的馬蹄焰爐窯換熱系統，其特征在于，廢熱鍋爐(5)還設有軟化 水入口(18)和熱水出口(19)，熱水出口(19)通過熱水輸出管道(7)與爐窯⑴連通。
5.根據權利要求2所述的馬蹄焰爐窯換熱系統，其特征在于，燃燒劑輸入管道(9)中的 燃燒劑 采用煤氣或者焦化爐氣或者天然氣。
6.根據權利要求2所述的馬蹄焰爐窯換熱系統，其特征在于，爐窯(1)包括小爐 (104)、配料入口 (103)、熔池(102)、終料出口 (101)，小爐(104)與燃燒劑切換器(11)連 通，熔池(102)的兩側分別設置配料入口(103)和終料出口(101)。
7.根據權利要求5或6所述的馬蹄焰爐窯換熱系統，其特征在于，燃燒劑換熱器(3)采 用金屬材質。
8.根據權利要求7所述的馬蹄焰爐窯換熱系統，其特征在于，空氣/煙氣切換器(10) 采用自動化控制的三通閥、四通閥、蝶閥、間板閥、或快速切斷閥。
9.根據權利要求7所述的馬蹄焰爐窯換熱系統，其特征在于，燃燒劑切換器(11)采用 球閥、蝶閥、或三通閥。
全文摘要
本發明涉及一種新型工業爐窯及其換熱系統。本發明的馬蹄焰爐窯換熱系統，包括相互連通的爐窯、蓄熱室，爐窯、蓄熱室至少設置一個，系統還包括燃燒劑換熱器、空氣換熱器，燃燒劑換熱器的燃燒劑入口連接燃燒劑輸入管道，燃燒劑出口通過燃燒劑切換器與爐窯連通，燃燒劑換熱器的煙氣入口I通過空氣/煙氣切換器與蓄熱室連通，燃燒劑換熱器的煙氣出口I與空氣換熱器的煙氣入口II連通；空氣換熱器的空氣入口連接空氣輸入管道，空氣換熱器的空氣出口通過空氣/煙氣切換器與蓄熱室連通，空氣換熱器的煙氣出口II通過煙氣排出管道將煙氣排出。發明為本行業的技術進步做出了貢獻。而且與解決換向問題的現有技術相比，更安全，能耗更低。
文檔編號C01B33/32GK102042758SQ20101061140
公開日2011年5月4日 申請日期2010年12月29日 優先權日2010年12月29日
發明者李永兆, 陳維芳 申請人:青島美髙集團有限公司