用于热处理炉烟气回送保护方法及其装置与流程

本发明属于冶金技术领域，更具体地说，是涉及用于热处理炉烟气回送保护方法及其装置。

背景技术：

热处理炉需要加入独立的保护气体减少热处理工件被氧化，而为了防止热处理工件在高温加热的过程中被氧化，必须在热处理炉中充入保护气体进行无氧化保护，保护气体一般为氢气、或氮气、或自制的dx气，采用以上气体的目的是控制热处理炉内气氛的稳定。

以上三种保护气体都需要单独设置气源，投资较大；另外，h2和自制的dx气体易燃易爆、系统复杂、控制复杂；n2需要在进入热处理炉之前需要额外增加热能消耗。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供用于热处理炉烟气回送保护方法及其装置，以解决现有技术中保护气体需要单独设置气源的技术问题。

为上述目的，本发明采用的技术方案在于，提供用于热处理炉烟气回送保护方法，包括以下步骤：

1)将含有n2、nox、co2、o2以及h2o组成的离炉烟气排入余热升温装置的内胆中，离炉烟气通过内胆上的离炉烟气出口经连接管道到达明火燃烧除氧装置中；

2)通过明火燃烧除氧装置将离炉烟气中的o2除去；明火燃烧除氧装置是将天然气燃烧装置调整在微还原燃烧状态下工作，燃烧产物中含有co，利用燃烧产物co捕获烟气中的o2，系统设置o2浓度检测，实现天然气燃烧装置供风量连续调节；

3)将除去o2后的离炉烟气排入除水装置中除去烟气中部分h2o；

4)将除去o2和部分h2o的离炉烟气再通过除湿干燥装置将剩余的h2o除去；

5)最后将含有n2、nox以及co2的保护气体排入余热升温装置的夹套中，通过内胆中的离炉烟气对保护气体进行加热，加热后的保护气体通过夹套上的保护气体出口经连接管道到达热处理炉中。

本发明提供的用于热处理炉烟气回送保护方法的有益效果在于：与现有技术相比，通过将离炉烟气进行处理得到保护气体，利用自身产生的离炉烟气作为保护气体，危险性小，不需要厂家另行单独购买氢气源、氮气源、或自制气制备装置，节省了大部分的开支，处理后得到的保护气体利用离炉烟气的余热进行加热，废气再利用，提高废热烟气利用率，节约能源，操作使用安全、可靠，附加的能源较少。

本发明还提供了用于热处理炉烟气回送保护方法的装置，包括明火燃烧除氧装置、除水装置、除湿干燥装置以及余热升温装置。

进一步地，所述余热升温装置包括内胆和夹套，所述夹套设置于所述内胆外壁上，所述内胆底部设有离炉烟气进口、顶部设有离炉烟气出口，所述夹套底部设有保护气体进口、顶部设有保护气体出口。

进一步地，所述离炉烟气进口与热处理炉的烟气出口连接，所述离炉烟气出口与所述明火燃烧除氧装置进口连接，所述明火燃烧除氧装置出口与所述除水装置的进口连接，所述除水装置的出口与所述除湿干燥装置的进口连接，所述除水装置的排液口与储水槽连接，所述除湿干燥装置的出口通过管道与离心风机进口相连，所述离心风机出口通过管道与所述保护气体进口连接，所述保护气体出口与热处理炉的烟气进口连接。

进一步地，所述明火燃烧除氧装置中设有燃烧装置，所述燃烧装置位于所述明火燃烧除氧装置顶部或侧壁。

进一步地，所述除水装置为水冷却器，所述水冷却器用于使离炉烟气中h2o凝结为冷凝水，所述冷凝水从所述排液口排出至所述储水槽中。

进一步地，所述余热升温装置为筒式换热器、列管式换热器以及喷流换热器中的一种。

进一步地，除湿干燥装置中设有用于辅助脱水的干燥剂。

进一步地，所述夹套内设有电阻丝加热装置。

本发明提供的用于热处理炉烟气回送保护方法的装置的有益效果在于：与现有技术相比，可根据不同热处理工艺要求采用灵活组合，特别是对除湿干燥工段，可以由用户选择使用；通过余热升温装置使得离炉烟气的余热对保护气体进行预热，以保证输送到热处理炉内的保护气体达到一定的温度，该装置结构简单、制造成本低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的用于热处理炉烟气回送保护方法的装置的结构示意图；

1、明火燃烧除氧装置；2、除水装置；3、除湿干燥装置；4、余热升温装置；41、内胆；411、离炉烟气进口；412、离炉烟气出口；42、夹套；421、保护气体进口；422、保护气体出口；5、电阻丝加热装置；6、离心风机；7、燃烧装置；8、排液口；9、储水槽；10、热处理炉；11、冷却水出口；12、冷却水进口。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，现对本发明提供的用于热处理炉烟气回送保护方法进行说明。所述用于热处理炉烟气回送保护方法，包括以下步骤：

1)将含有n2、nox、co2、o2以及h2o组成的高温离炉烟气排入余热升温装置4的内胆41中，离炉烟气通过内胆41上的离炉烟气出口412经连接管道到达明火燃烧除氧装置1中；

2)通过明火燃烧除氧装置1将离炉烟气中的o2除去；明火燃烧除氧装置1是将天然气燃烧装置调整在微还原燃烧状态下工作，燃烧产物中含有co，利用燃烧产物co捕获烟气中的o2，系统设置o2浓度检测，实现天然气燃烧装置供风量连续调节；

3)将除去氧气后的离炉烟气排入除水装置2中除去烟气中部分h2o；

4)将除去氧气和部分水分的离炉烟气再通过除湿干燥装置3将剩余的h2o除去；

5)将剩有n2、nox以及co2的离炉烟气作为保护气体排入余热升温装置4经保护气体进口421到达夹套42中，通过最初进入到内胆41中的高温离炉烟气对保护气体进行加热，加热后的保护气体通过夹套42上的保护气体出口422经连接管道到达热处理炉10中。

本发明提供的用于热处理炉烟气回送保护方法的有益效果在于：与现有技术相比，直接将热处理炉天然气燃烧后排放的烟气进行处理得到保护气体，不需要单独的氢气源、氮气源，也不需要制备dx气体的制备装置，处理后得到的保护气体是直接利用天然气燃烧后排放烟气的余热进行加热的，尾气再利用，提高废热烟气利用率，节约能源、降低成本，操作使用安全、可靠，附加的能源较少。以轴承钢管球化退火炉为例，如无可控气氛的球化退火炉工作时导致管坯表面氧化严重，而且表面氧化皮很厚，经过浸水、剥皮、酸洗等工艺处理。有时管坯表面氧化极为严重而不能处理，管坯则直接报废。本发明将在辊道输送连续热处理炉上获得应用，可以取代h2、n2热处理的炉子，操作使用安全、可靠，附加的能源较少。

现对本发明提供的用于热处理炉烟气回送保护方法的装置进行说明。所述用于热处理炉烟气回送保护方法的装置，包括余热升温装置4、明火燃烧除氧装置1、除水装置2、除湿干燥装置3。

本发明提供的用于热处理炉烟气回送保护方法的装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明提供的用于热处理炉烟气回送保护方法的装置，可根据不同热处理工艺要求采用灵活组合的方式，特别是对除湿干燥工段，可以由用户选择使用，节约能源；通过余热升温装置利用废气余热对保护气体进行预热，以保证输送到热处理炉内的保护气体达到一定的温度标准，该装置结构简单、制造成本低廉。

优选的，所述余热升温装置4包括内胆41和夹套42，所述夹套42设置于所述内胆41外壁上，所述内胆41底部设有离炉烟气进口411、顶部设有离炉烟气出口412，所述夹套42底部设有保护气体进口421、顶部设有保护气体出口422。

所述离炉烟气进口411与热处理炉10的烟气出口连接，所述离炉烟气出口412与所述明火燃烧除氧装置1进口连接，所述明火燃烧除氧装置1出口与所述除水装置的进口连接，所述除水装置的出口与所述除湿干燥装置3的进口连接，所述除水装置的排液口与储水槽9连接，所述除湿干燥装置3的出口通过管道与离心风机6进口相连，所述离心风机6出口通过管道与所述保护气体进口421连接，所述保护气体出口422与热处理炉10的烟气进口连接。

优选的，所述明火燃烧除氧装置1中设有燃烧装置7，所述燃烧装置7位于所述明火燃烧除氧装置1顶部或侧壁。燃烧装置7属于现有技术，在此不再赘述，明火燃烧除氧装置1是属于贫氧燃烧，利用贫氧燃烧捕获烟气中的氧气，将烟气中的o2消耗掉。

优选的，所述除水装置2为水冷却器，所述水冷却器用于使离炉烟气中h2o凝结为冷凝水，所述冷凝水从所述排液口8排出至所述储水槽9中。除水装置2为用于使烟气降温至100℃以下的内置冷却水水冷却器，烟气中的水蒸汽通过除水装置2凝结为冷凝水，冷凝水从排液口8排出。工作时，冷却水从冷却水进口12进入，循环后从冷却水出口11出来；水冷却器底部倾斜设置，从而便于将集中冷凝水收集，从排液口8中排出至储水槽9中，排液口8通过管道与储水槽上的进液口连通。

优选的，所述余热升温装置4为筒式换热器；筒式换热器具有结构简单紧凑，成本低，占地面积小，传热效果好等优点。管内是离炉烟气，筒内是处理后的保护气体，筒式换热器在保持传统换热器高效传热的基础上，使管内的离炉烟气保持高流速状态，筒内的保护气体保持折流旋转状态，从而使筒内的保护气体加热效果好，换热器长周期高效运行。

优选的，所述余热升温装置4为列管式换热器；通过离心风机提高列管式换热器的壳程中保护气体的流动速度，增加了保护气体的湍流强度、破坏了层流边界层，使其对列管内外表面的包裹，同时因为保护气体与列管外表面紧密接触，其表面也成了列管的内外传热面，从而将列管内的离炉烟气热量传递给壳程中的保护气体，可以大幅提高列管式换热器的传热速率。

优选的，所述余热升温装置4为喷流换热器。喷流换热器具有更大的换热面积，提高了换热效率，其最高综合传热系数大，安装使用方便，可根据实际需要采用卧式或立式安装，离炉烟气的进口和出口可以根据需要任意选择安装方位，设备使用寿命长的优点，保护气体加热温度较高。

优选的，除湿干燥装置3中设有用于辅助脱水的干燥剂。经过冷凝后的烟气含有微细的水雾粒子，经过离心脱水或旋流脱水后仍然含有少量水雾粒子，再采用干燥剂进行辅助脱水，从而将烟气中的微细的水雾粒子彻底除去，使得最终进入热处理炉10的保护气体中不含水分。干燥剂使得保护气体中的是水分去除更彻底，成本低、效果好。

优选的，所述夹套42内设有电阻丝加热装置5。电阻丝加热装置5可以在离炉烟气热能比较低或者外部环境温度较低的情况下启动该电阻丝加热装置5对保护气体进行加热，从而确保到达热处理炉10内的保护气体可以达到所需温度。

本发明是将天然气的完全燃烧产物经过先除氧、后除湿工艺流程，利用离炉烟气余热将最终得到的保护气体进行加热再升温，然后将加热后的保护气体回送热处理炉内，使热处理炉内处于微正压状态，阻止炉外空气进入炉内。最终送入热处理炉内的烟气仅为保护气体，该保护气体包括n2、nox以及co2。

本工作过程：天然气燃烧后由热处理炉出口10排出，其排出的烟气成分复杂，主要由n2、nox、co2、o2以及h2o组成，此处的o2主要来源是热处理炉10的进、出口及热处理炉10周边缝隙进入的空气以及助燃空气燃烧后剩余的空气，故需要通过明火燃烧除氧装置1中的燃烧装置7除去o2；除去o2后的离炉烟气进入快速水冷的除水装置2中，使离炉烟气进行降温，其中h2o经降温凝结成冷凝水，冷凝水经排液口8排至储水槽9中；此时，离炉烟气主要成分为n2、nox、co2以及少量的h2o，再进入除湿干燥装置3，进一步除去上述烟气中少量的h2o，为了确保彻底除去h2o，在除湿干燥装置3中加入干燥剂进行辅助除水；经过以上工艺段处理后的离炉烟气最终成为保护气体，即保护气体包括n2、nox以及co2，但是此时该保护气体的温度较低，需要利用离炉烟气的余热加热到一定温度，即将保护气体从保护气体进口421排入夹套42内，通过内胆41内的离炉烟气对保护气体进行加热，离炉烟气是从内胆41底部向顶部排出的，而保护气体也是从夹套42的底部排至顶部的，利用离炉烟气的预热对保护气体进行加热，接触面积大，加热效果好；加热后的保护气体经过风机、密闭管道分别送入热处理炉10的各段，使热处理炉10的各段微正压操作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。