全氢罩式退火炉用烧嘴及采用其的废氢引入燃烧方法

摘要

本发明涉及一种全氢罩式退火炉用烧嘴及采用其的废氢引入燃烧方法，主要包括燃烧室、空气配风盘、煤气喷头、空气导管、煤气流通管、双电极；将煤气、废氢燃烧整合于同一烧嘴中，废氢通入时，煤气做长明火使用，引燃废氢，确保废氢燃烧的安全性及稳定性；空气在配风盘处被分为三级进行混合燃烧，煤气采用端面均布射流喷出，加速了煤气、废氢及空气的混合速度，保证烧嘴燃烧的稳定性及点火及火焰监测的可靠性，利用高速烧嘴对废氢进行高速燃烧，在回收利用资源的同时，通过烟气高速对流循环，确保炉膛温度均匀性。

说明书

技术领域

本发明涉及烧嘴技术领域，具体涉及一种应用于全氢罩式退火炉上将废氢引入加热罩燃 烧的高速烧嘴及采用其的废氢燃烧方法。

背景技术

全氢罩式退火炉是将钢卷在100％氢气状态下进行光亮无氧化退火的一种炉型，炉内纯 氢作为保护气体进行强对流循环，该炉型具有生产效率高、产品机械性能均匀，表面光洁度 高等诸多优点，在国内外很多钢铁企业得到了广泛的推广和应用，成为与连续退火炉并驾齐 驱的一种炉型。热吹是全氢罩式炉退火工艺中一个不可缺少的环节，所谓热吹就是将冷轧过 后的钢卷在100％的氢气下加热的同时，为了防止残存在带钢表面的轧制液挥发而造成炉气的 露点上升形成氧化气氛，而采取的防止氧化的工艺措施。该方法是将含有轧制液的高露点纯 氢排除，再补充经过净化的纯氢。

对于这种含有轧制液的废氢，通常有两种处理方式：一种是将其向大气或车间进行直接 排放，这种方法不仅不符合国家环保规定的要求，而且对燃料资源是一种极大的浪费；另一 种方法是对罩式炉加热罩添加氢气烧嘴，通过长明点火烧嘴引燃废氢，使热吹产生的废氢重 新进入加热罩进行燃烧，这种方法虽然能够实现对废氢的回收利用，但需要设置完整的氢气 燃烧管路，同时添加氢气烧嘴和点火烧嘴，燃烧系统配置较为复杂。同时由于废氢产生具有 间断性特点，在燃烧系统配置上氢气烧嘴的加入，影响全氢罩式退火炉加热罩各层之间能力 分配的均匀性，从而对加热罩内炉温均匀性产生影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种全氢罩式退火炉用烧嘴及采用其的废氢引入燃烧 方法，能够实现对热吹废氢的高速燃烧，对废氢进行回收利用的同时，实现对燃烧系统能力 分配的优化，简化燃烧系统配置，提高炉膛温度均匀性。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

全氢罩式退火炉用烧嘴，主要包括燃烧室、空气配风盘、煤气喷头、空气导管、空气壳 体、煤气壳体、煤气流通管、双电极、电极支架、烧嘴支架；燃烧室位于烧嘴出口端，为水 平放置圆筒状柱体，出口直径相对于进口端直径呈收缩状；煤气喷头穿过空气配风盘并与配 风盘固定连接后装配于燃烧室进口端；燃烧室的进口端固定于空气导管的出口端，空气导管 的进口端连接空气壳体，空气壳体进口端与煤气壳体相连，壳体垂直方向上设有空气进口； 煤气壳体水平方向出口端与空气壳体连接，煤气壳体的垂直方向设置煤气进口，煤气壳体进 口端为水平端面；煤气流通管从空气导管中心穿过，出口端与煤气喷头固定，进口端连接固 定于煤气壳体上；双电极沿煤气壳体的电极安装孔穿出，通过电极支架导向，并定位于空气 配风盘端部；电极支架位于空气导管端部靠近配风盘处；烧嘴支架位于煤气流通管靠近燃烧 室侧，采用三角支架焊接结构，通过螺栓固定于煤气流通管上；其特征在于：还设置有废氢 管路，废氢管路从煤气壳体和煤气流通管中心穿出后伸入燃烧室内。

按上述方案，空气配风盘采用耐热钢数控加工成型，配风盘上沿周向均布一圈倾斜通孔， 所述通孔由燃烧室进口方向向出口方向往燃烧室中心偏斜；配风边部周向还均布一圈斜槽型 缺口，各斜槽型缺口的径向槽口均同时顺指针或同时逆时针形成斜坡。

按上述方案，煤气喷头采用耐热钢数控加工成型，煤气喷头侧部开有一圈煤气环孔，煤 气通过环孔喷出被燃烧室边壁打散后与三级助燃空气在燃烧室内混合；煤气喷头端部中心开 有废氢管孔，废氢管路从废氢管孔穿过伸入燃烧室中将废氢与空气、煤气混合在燃烧室内燃 烧；所述煤气喷头与煤气流通管连续焊接固定，煤气流通管进口端设有可调节长度的连接管。

按上述技术方案，废氢管路进口端采用三通连接，与水平废氢管路垂直向上的通口为废 氢进口，水平通口的一端设有带取压嘴孔的堵头，另一端由进到出分为两段，一段与煤气壳 体连接，另一段从煤气壳体的废氢管路安装孔和煤气流通管中心穿出后伸入燃烧室内。

按上述方案，燃烧室整体采用SIC成型，耐温1400℃；燃烧室进出口直径及长度由烧嘴 功率及设定燃烧废氢量大小确定。

按上述方案，空气导管为焊接结构件，端部设有压环及安装底座，尾部设有安装法兰盘， 中间采用导管与安装底座和法兰盘连续焊接固定。

按上述方案，空气壳体为方形柱体，整体采用碳钢精密铸造成型，壳体水平方向两端分 别设有空气导管安装法兰及煤气壳体安装法兰，壳体垂直方向上设有空气进口法兰。

按上述方案，煤气壳体采用精密铸造后加工成型，煤气壳体水平方向出口端设有与空气 壳体连接的方形配对法兰，配对法兰面上设有煤气管安装孔；煤气壳体的垂直方向设置煤气 进口，煤气进口为内螺纹接口，内部采用垂直通道与煤气管安装孔连通。

按上述方案，所述双电极可实现自动点火及火焰监测功能，从煤气壳体上电极孔穿入， 沿煤气流通管两侧依次通过空气壳体、空气导管及电极支架，从配风盘上电极安装孔穿出； 电极端部的打火位置位于配风盘端部，靠近配风盘上打火柱位置。

采用上述烧嘴的废氢引入燃烧方法，其特征在于包含如下步骤：

(1)将烧嘴安装于罩式全氢退火炉加热罩上，然后分别接通烧嘴的煤气、氢气和空气管 道及各管道阀门；

(2)无废氢通入时，仅对该烧嘴供入煤气和空气进行煤气和空气混合的高速燃烧；

(3)废氢通入后，将烧嘴的煤气供入量调小，煤气做长明火使用引燃通入废氢后，煤气、 废氢及空气在燃烧室内部混合燃烧后，烟气从燃烧室内部高速喷出，在加热罩内部做高速对 流循环；

上述步骤(2)和(3)中，助燃空气在空气配风盘处被分为三级，一次空气通过空气配 风盘上周向均布的倾斜通孔形成交叉高速射流，将煤气和废氢打散，加速空燃气混合；二次 空气通过空气配风盘边部周向均布的斜槽型缺口形成高速旋流，加速空气与煤气和废氢的混 合强度；三次空气通过空气配风盘与燃烧室间的环形间隙喷出，冷却燃烧室的同时对火焰形 状进行调整；

煤气通过煤气喷头的环孔喷出被燃烧室边壁打散后与三级助燃空气在燃烧室内混合；废 氢通过管路输送至煤气喷头端部，与空气、煤气混合在燃烧室内燃烧。

采用上述技术方案，具有以下有益效果：

1、既能够对热吹废氢进行回收，利用高速烧嘴对废氢进行高速燃烧，在回收利用资源 的同时，又可以通过烟气高速对流循环，确保炉膛温度均匀性。

2、将煤气、废氢燃烧整合于同一烧嘴中，由于废氢的产生具有间断性特点，无废氢通 入时，“煤气+废氢”高速烧嘴作为普通烧嘴参与燃烧系统控制；废氢通入时，煤气做长明火 使用，引燃废氢，确保废氢燃烧的安全性及稳定性

3、独特的空气配风盘和煤气喷头设计，空气在配风盘处被分为三级进行混合燃烧，煤 气采用端面均布射流喷出，加速了煤气、废氢及空气的混合速度，保证烧嘴燃烧的稳定性及 点火及火焰监测的可靠性。

附图说明：

图1为本发明优选实施例的烧嘴结构示意图(剖视图)

图2为图1的B向侧视放大图；

图3为图1中的空气配风盘及煤气喷头装配放大结构图(透视图)；

图4为图1中的的燃气管路组件结构放大图；

图5为本发明优选实施例的烧嘴与罩式全氢退火炉加热罩安装结构示意图(立体图)。

具体实施方式：

以下结合实施实例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

图1-4所示为根据本发明实施的全氢罩式退火炉用烧嘴内部结构，它包括燃烧室1，燃 烧室1为水平放置筒状柱体，整体采用SIC陶瓷浇注成型，耐温等级可达1400℃，煤气、废 氢及空气在燃烧室1内完成混合、点火及燃烧过程。燃烧室1出口端直径略有收缩，进口端 设有安装压板。燃烧室1进出口直径及长度根据烧嘴功率及设计燃烧废氢量大小确定。空气 配风盘2采用耐热钢数控加工成型，安装于燃烧室1的进口端，空气配风盘2的安装位置根 据火焰长度及形状略有调整。助燃空气在空气配风盘2处被分为三级，一次空气通过空气配 风盘2上周向均布的一圈倾斜通孔(如图3所示)形成交叉高速射流，将煤气和废氢打散， 加速空燃气混合，所述通孔由燃烧室进口方向向出口方向往燃烧室中心偏斜；二次空气通过 空气配风盘2边部周向均布的一圈斜槽型缺口(如图3所示)形成高速旋流，加速空气与煤 气和废氢的混合强度，各斜槽型缺口的径向槽口均同时顺指针或同时逆时针形成斜坡；三次 空气通过空气配风盘2与燃烧室1间的环形间隙喷出，冷却燃烧室1的同时对火焰形状进行 调整；煤气喷头3与空气配风盘2焊接固定，煤气喷头3采用耐热钢数控加工成型，侧部(如 图4所示)开有一圈煤气环孔，煤气通过环孔喷出通过燃烧室1边壁打散后与三级助燃空气 在燃烧室1内混合燃烧，煤气喷头3端部中心开有废氢管孔，废氢通过设置在煤气流通管4 内的废氢管路11输送至煤气喷头3端部，与空气、煤气在燃烧室内1混合燃烧。

煤气喷头3与煤气流通管4连续焊接固定，煤气流通管4进口端设有可调节长度的连接 管5，可调整流通管整体长度，从而调节空气配风盘2及煤气喷头3在燃烧室中1中的位置， 使燃气、废氢及空气混合距离更为合理。连接管5两端为内外螺纹接口，分别与煤气壳体8 及煤气流通管4密封连接。煤气流通管4从空气导管6中心穿过，空气导管6为筒状焊接结 构件，进口端通过空气导管安装法兰与空气壳体7连接，出口端通过卡环和压盖将燃烧室1 固定。空气壳体7为方形柱体，整体采用碳钢精密铸造成型，壳体水平方向一端设置空气安 装法兰，另一端设置与煤气壳体8相连的煤气壳体安装法兰，壳体垂直方向上设有空气进口 法兰9。空气壳体7通过煤气壳体安装法兰与煤气壳体8螺栓连接固定。煤气壳体8采用精 密铸造后加工成型，水平方向一端设有与空气壳体7的煤气壳体安装法兰连接的方形配对法 兰，配对法兰面上设有煤气管安装孔，煤气壳体8的垂直方向设置煤气进口10，煤气进口10 为内螺纹接口，内部采用垂直通道与煤气管安装孔连通。煤气壳体8另一端为水平端面，设 有双电极孔、废氢管路安装孔、窥视孔安装孔、接地螺栓安装孔及取压嘴安装孔。废氢管路 11、双电极13分别穿过煤气壳体8并固定于其上。废氢管路11从煤气壳体8内部煤气通道 穿出，沿煤气流通管4正中心插入到燃烧室1内。废氢管路11进口端采用三通连接，与废氢 管路11垂直向上的通口为废氢进口12，水平通口的一端设有带取压嘴孔的堵头，另一端由 进到出分为两段，一段通过螺纹接口与煤气壳体8连接，另一段从煤气壳体8和煤气流通管 4中心穿出后伸入燃烧室1内。

图4已经表示出双电极13从煤气壳体8上电极孔穿入，沿煤气流通管4两侧依次通过空 气壳体7、空气导管6及电极支架14，从空气配风盘2上电极安装孔穿出。电极支架14位于 煤气流通管4中部，电极支架14上设有电极导管，对双电极13有导向及定位作用。烧嘴支 架15位于煤气流通管4靠近燃烧室1部位，采用三角支架焊接结构，通过螺栓固定于煤气流 通管4上。

图5给出了全氢罩式退火炉用烧嘴在罩式全氢退火炉上的安装及使用的实施方式，在该 实施例中，“煤气+废氢”全氢罩式退火炉用高速烧嘴16通过空气壳体7的空气安装法兰固 定于罩式炉加热罩炉壳17上，空气安装法兰与炉壳17间添加密封垫，并连接空气、煤气接 口；将全氢罩式退火炉内罩产生的废氢通过废氢导管引出与烧嘴的废氢接口连接。

烧嘴16的废氢管道18、煤气管道19上均设有电磁阀20和手阀21，作为废氢管道18 及煤气管道19自动开闭使用；烧嘴16的空气管道22设手阀21一个，烧嘴16采用自动点火 及火焰监测。当无废氢通入时，废氢管道18上电磁阀20关闭，煤气管道19上电磁阀打开， 空气、煤气通入烧嘴，烧嘴16作为普通高速烧嘴使用参与罩式炉燃烧系统控制，通过合理的 配置加热罩各层之间烧嘴数量和能力，保证供热能力均衡，确保炉膛温度均匀性。废氢产生 后，废氢管道18上电磁阀20打开，废氢通入，此时调小烧嘴16煤气量，煤气改做长明火使 用，用于在燃烧室1内引燃废氢，确保废氢燃烧的安全性及稳定性。废氢通入烧嘴后，被煤 气长明火引燃，在燃烧室内完成与煤气、空气混合燃烧过程，从燃烧室1出口高速喷出，在 加热罩内部做高速对流循环，与其余高速烧嘴配合参与燃烧系统控制。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围， 因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。