热风炉及热风系统的制作方法

1.本文涉及但不限于锅炉技术，尤其涉及热风炉及热风系统。


背景技术：

2.在工业生产中，热风炉是为煅烧和烘干工艺提供热源的设备，主要适用于如天然气的气体燃料，其作为热源，广泛用于化工、建材等行业。
3.参照最新国家标准gb 13271
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2012《锅炉大气污染物排放标准》规定：新建燃气锅炉氮氧化物排放不能超过200mg/m3(100ppm)，重点地区不超过150mg/m3(75ppm)。目前工业上现有的燃气热风炉已经不能满足这一要求。


技术实现要素：

4.以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
5.一方面，本申请实施例提供了一种热风炉，可以减少燃烧过程中氮氧化物的产生。
6.本申请实施例包括一种热风炉，包括：热风炉本体；所述热风炉本体包括壳体；还包括：
7.前回风室，位于所述壳体的前端，且环绕所述壳体前端上设置的安装烧嘴的位置，所述前回风室具有进风口，设置成与外部的第一进风管道连接；
8.多个前回风室内排配风管，以所述壳体的轴向中心线为圆心周向设置，用于联通所述前回风室与所述壳体的内腔，所述多个前回风室内排配风管的延伸方向均与所述壳体的轴向中心线平行，且所述多个前回风室内排配风管的出风口朝向所述壳体的内腔。
9.本申请实施例还提供了一种热风系统，能够有效减少天然气燃烧产生的热力型氮氧化物。
10.本申请实施例还包括一种热风系统，包括燃气阀组、烧嘴、助燃风机、风量控制装置、需热设备和热风管道，热风系统还包括如上所述的热风炉。
11.本申请实施例提供的热风炉及热风系统，达到了节能环保的目的，更加环境友好。
12.本申请实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请实施例的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
13.在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。
附图说明
14.附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
15.图1为一些示例性实施例中安装了烧嘴的热风炉结构示意图；
16.图2为一些示例性实施例中前回风室的结构示意图；
17.图3为一些示例性实施例中前回风室外排配风管角度示意图；
18.图4为一些示例性实施例中后回风室的结构示意图；
19.图5为本申请实施例中热风系统的部分结构示意图；
20.图6为本申请实施例中热风系统的结构原理示意图。
21.附图标记：
22.101
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壳体，102
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前回风室，1021
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前回风室内排配风管，1022
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前回风室外排配风管，1023
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前回风室进风口，103
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后回风室，1031
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后回风室配风管，1032
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均风罩，1033
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后回风室进风口，104
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内保温隔热层，105
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测温测压元件，106
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观火镜，107
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烧嘴固定支架，108
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燃烧区，109
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热风混合区，2
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烧嘴，3
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燃气阀组，4
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助燃风机，5
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混风盒，6
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系统回风流量控制阀，7
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第一蝶阀，8
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第二蝶阀，9
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系统回风进口管，10
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空气流量控制阀，11
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燃气流量控制阀，12
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需热设备，13
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系统风机，14
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第三蝶阀，15
‑
烟囱。
具体实施方式
23.下面将结合附图和以下的示例描述本申请实施例。
24.本申请实施例中的描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
25.本申请实施例包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请实施例中已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请实施例中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。
26.此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。
27.在实际应用中，由于燃用天然气优质燃料的热风炉燃烧温度高，会产生大量的热力型氮氧化物，并且燃烧温度高使得产生的热风温度较高，需要掺入冷风进行降温，这又导致了燃气燃烧不完全、高温热风与冷风混合不均匀等问题。
28.如图1、2所示，本申请实施例提供了一种热风炉，包括：热风炉本体；热风炉本体包括壳体101；还包括：
29.前回风室102，位于壳体101的前端，且环绕壳体101前端上设置的安装烧嘴2的位
置，前回风室102具有进风口1023，设置成与外部的第一进风管道连接；
30.多个前回风室内排配风管1021，以壳体101的轴向中心线为圆心周向设置，用于联通前回风室102与壳体101的内腔，多个前回风室内排配风管1021的延伸方向均与壳体101的轴向中心线平行，且多个前回风室内排配风管1021的出风口朝向壳体101的内腔。
31.本申请实施例及附图中，以壳体101形状为圆筒形为例进行说明，然而在实际应用中，壳体101的形状也可以不为圆筒形，本申请实施例对此不作限制。壳体101可以采用钢板卷制焊接制成。
32.如图1、2所示，前回风室102布置于圆筒形壳体101的前端，在热风炉正常工作时，该前端即为烧嘴2所在一端，在前端上设置有待安装烧嘴2的位置，前回风室环绕设置于安装烧嘴2的位置，为内外圆筒所围成的圆环形风室。如图2所示，前回风室102具有进风口1023，设置为与外部的第一进风管道连接，使得外部的风可以从进风口1023进入到前回风室102中。图2中示出的进风口数量为一个，但本申请实施例对进风口的数量不作限制。
33.如图2所示，多个前回风室内排配风管1021联通前回风室102与壳体101的内腔，且多个前回风室内排配风管1021的出风口朝向壳体101的内腔，当外部的风从进风口1023进入前回风室102后，可以由该多个前回风室内排配风管1021的出风口进入壳体101的内腔，由于前端为烧嘴所在端，因此正常使用时，前回风室内排配风管1021内风的流向与热风炉内热风流向一致；通过设置多个前回风室内排配风管1021的延伸方向均与壳体101的轴向中心线平行，结合前回风室102围绕设置于安装烧嘴2的位置，使得从内排配风管1021排出的低温的风能够包裹烧嘴2喷出的锥形火焰，有助于降低火焰扩散燃烧时的温度，从而降低热力型氮氧化物的产生；并且从内排配风管1021排出的低温的风包裹着烧嘴2喷出的锥形火焰前进，使得燃气在火焰中充分完全燃烧，并且有助于产生的热风与冷风的均匀混合，以得到用于生产的合适温度的热风。
34.一种示例性的实施例中，如图1、2所示，该热风炉还可以包括：多个前回风室外排配风管1022，以壳体101的轴向中心线为圆心周向设置，用于联通前回风室102与壳体101的内腔，多个前回风室外排配风管1022的出风口朝向壳体101的内腔；
35.其中，多个前回风室外排配风管1022在垂直于壳体101的轴向中心线的平面上的投影形成第一圆形，多个前回风室内排配风管1021在垂直于壳体101的轴向中心线的平面上的投影形成第二圆形，第二圆形的半径大于第一圆形的半径。
36.从图1、2中可以看出，前回风室102内以热风炉中心线为圆心设置有两排配风管，多个外排配风管1022所围成的圆的半径大于多个内排配风管1021所围成的圆的半径，从进风口1023进入到前回风室102的风可以从这两排配风管进入到壳体101的内腔。多个外排配风管1022中吹出的风有助于进一步降低炉内热风的温度，并能够有效降低壳体101的内腔壁的温度，有助于延长热风炉的寿命。
37.前回风室102内配风管的出风流向与热风炉内热风流向一致性的设计，既保证了配风混合的均匀性，又不影响锥形火焰的扩散燃烧；当前回风室连接系统回风时，系统回风的低温热风自内排配风管1021吹出，能够使喷嘴2喷出的火焰进行贫氧状态下的扩散燃烧，进一步减少了氮氧化物的产生，并且系统回风相比于空气，与炉内热风的的温差更小，在与炉内热风混合后，温度分布更加均匀。
38.本申请实施例及附图中，设置多个外排配风管以热风炉中心线为圆心呈圆形布
置，在其它实施方式中，当壳体101不为圆筒形，或者当壳体101的内腔不为圆筒形时，该多个外排配风管也可以采用其它排列方式，本申请实施例对此不作限制。
39.一种示例性的实施例中，如图2、3所示，任一个外排配风管1022的延伸方向在从该外排配风管1022所在的直径垂直的平面上的投影，相对于壳体101的轴向中心线在该平面上的投影，均向顺时针或逆时针方向偏移预定角度α；其中，外排配风管1022所在的直径是在和壳体101的轴向中心线垂直的平面上，该外排配风管1022的出风口和壳体101的轴向中心线的投影点之间的连线。
40.如图2、3所示，沿壳体101的直径方向看去，外排配风管1022与壳体101的中心线呈一定角度设置，在一种实施方式中，α可以设置为5
‑
15度，即对于任何一个外排配风管1022，在与该配风管所在的直径垂直的平面上，该配风管和壳体101的中心线的投影成5
‑
15度角，此时由外排配风管1022排出的风紧贴热风炉内壁(即壳体101的内腔壁)做螺旋形前进，形成一层保护风幕，在进行热风混合时有助于保护壳体101的内腔壁，同时有助于减少热风炉外壁的热损失，具备节能的效果。
41.一种示例性的实施例中，前回风室内排配风管1021与前回风室外排配风管1022交错排布；前回风室外排配风管1022的数量多于前回风室内排配风管1021的数量。
42.如图2所示，通过设置内排配风管1021与外排配风管1022交错排布，避免了两排配风管吹出的风之间可能的相互影响，有助于热风炉内火焰燃烧及热风气流的稳定。
43.通过设置外排配风管1022的数量多于内排配风管1021的数量，在一种实施方式中，外排配风管1022的数量可以设置为内排配风管1021的数量的2
‑
3倍，能够使得外排配风管1022吹出的气流气压与内排配风管1021吹出的气流气压之间保持在一个相对平衡的状态，进而有效的保护火焰长度，利于燃气的充分燃烧和热风温度的均匀分布。
44.一种示例性的实施例中，如图1、4所示，该热风炉还可以包括：
45.后回风室103，靠近壳体101的后端，环绕设置于壳体101的侧面，后回风室103具有进风口1033，设置成与外部的第二进风管道连接；
46.多个后回风室配风管1031，以壳体101的轴向中心线为圆心周向设置，用于联通后回风室103与壳体101的内腔，后回风室配风管1031形成一个垂直于壳体101的轴向中心线的平面，出风口朝向壳体101的内腔。
47.如图1所示，后回风室103环绕设置于圆筒形壳体101的侧面，靠近壳体101的后端(即与烧嘴2所在的前端相对的端，热风自后端吹出热风炉)，为前后圆环围成的圆环形风室；如图4所示，外部的风可以从进风口1033进入到后回风室103中，图4中示出的进风口数量为一个，但本申请实施例对进风口的数量不作限制。
48.如图4所示，后回风室103内设置的后回风室配风管1031可以直接焊接于壳体101上，该多个后回风室配风管1031联通后回风室103与壳体101的内腔，且多个后回风室配风管1031形成一个垂直于壳体101的轴向中心线的平面，该多个后回风室配风管1031的出风口均朝向壳体101的内腔，当外部的风从进风口1033进入后回风室103后，可以由该多个后回风室配风管1031的出风口进入壳体101的内腔，从配风管1031吹出的风的流向与热风炉的热风流向相垂直，由于后端为热风流出热风炉的端，垂直流向的设计能够保证炉内热风二次混合的均匀性，通过前、后回风室内配风管的合理设计能够使热风混合更加均匀，从而实现了热风炉出口温度的恒定。
49.后回风室配风管1031的延伸方向所在直线与壳体101的轴向中心线为异面直线。
50.如图4所示，后回风室配风管1031可以设置为与所在直径方向呈一定角度φ，通过设置后回风室配风管1031与所在直径方向倾斜一定角度φ，避免了多个后回风室配风管1031吹风方向相同时可能导致的炉内出风口气流紊乱，利于炉内气体的流动性，热风混合效果更好。
51.一种示例性的实施例中，φ可以设置为10
‑
30度。
52.一种示例性的实施例中，可以在后回风室进风口1033的进口处设置均风罩，如图4所示，该均风罩为圆锥形，通过设置均风罩，使吹入炉内的气流分布更均匀，更有利于炉内气流的稳定运行。
53.一种示例性的实施例中，如图1、4所示，该热风炉还可以包括内保温隔热层104，设置于壳体101的内腔表面；多个前回风室内排配风管1021、多个前回风室外排配风管1022以及多个后回风室配风管1031的出风口位于内保温隔热层靠近热风炉内热风的表面内部，且留设预定距离。
54.内保温隔热层104紧贴壳体101的内腔壁设置，可以对壳体101的内腔壁形成保护，有助于延长热风炉的使用寿命。在一种实施方式中，内保温隔热层104采用陶瓷纤维折叠块，相较于传统的浇筑料或者耐火砖材料来说，施工方便，造价便宜；在保温隔热层104表面涂敷高温固化胶防止冲刷磨损，能够提升保护效果。
55.通过将前回风室内排配风管1021、前回风室外排配风管1022以及后回风室配风管1031埋设于内保温隔热层104内，出风口端头距离内保温隔热层104的内壁留设一定距离，可以有效的对配风管形成保护。在一种实施方式中，留设的距离可以为30
‑
50mm，这一距离兼具了良好的出风效果以及保护效果。
56.一种示例性的实施例中，如图1所示，在壳体101前端与前回风室102内圆筒外壳(即前回风室102与前端接触的截面)之间可以设置有加强筋板(即加强筋)，加强筋板上可以设有烧嘴安装法兰，该烧嘴安装法兰、加强筋板与前回风室内圆筒外壳整体形成烧嘴固定支架107，能够使烧嘴2热风炉本体固定的更加牢固。
57.一种示例性的实施例中，烧嘴2与壳体101可以通过配套法兰采用螺栓固定连接，根据烧嘴2的法兰加工制作热风炉烧嘴固定支架107的法兰，以保证烧嘴2与热风炉的匹配性，同时便于后期进行设备维修。
58.在其它实施方式中，烧嘴2与壳体101之间也可以采用其它的连接方式，本申请实施例对此不作限制。
59.一种示例性的实施例中，如图1、2所示，该热风炉还可以包括测温测压元件105，观火镜106，以便能够对热风炉进行更精准直观的测量和观察。
60.本申请实施例的热风炉适用于大部分的天然气锥形火焰燃烧器，通过配风管的合理设置，能够有效减少天然气燃烧产生热力型氮氧化物；并能使热风混合均匀，实现了热风炉出口温度的恒定；热风炉结构简单易于加工制造，可以有效控制热风温度的均匀性，达到节能环保的目的，具有良好的市场价值，适于推广应用。
61.如图5、6所示，本申请实施例还提供了一种热风系统，包括燃气阀组3、烧嘴2、助燃风机4、风量控制装置、需热设备12和热风管道，热风系统还包括如上所述的热风炉。
62.如图5、6所示，本申请实施例的热风系统中，包括：
63.燃气阀组3，包括燃气管道、配套控制阀门及电气元气件；
64.烧嘴2，本申请实施例适用于大部分天然气烧嘴，对此不做特殊要求；
65.助燃风机4，本申请实施例适用于普通鼓风机，按照参数配套选型即可，对此不做特殊要求；
66.风量控制装置，包括配套流量控制阀(如系统回风流量控制阀6、空气流量控制阀10以及燃气流量控制阀11等)和配套蝶阀(如第一蝶阀7、第二蝶阀8、第三蝶阀14)，本申请实施例中按照参数配套选型，能够保证控制精度即可，对此不作特殊要求；
67.需热设备12，可以根据具体的生产工艺选择适用的烘干煅烧设备，对此不作特殊要求；
68.热风管道，为非标制作，可以按照热风流量配套设置；
69.热风炉，参见上述实施例中的描述。
70.采用了上述实施例中的热风炉，该热风系统能够有效减少天然气燃烧产生热力型氮氧化物，并能使系统热风混合均匀，实现了热风炉出口温度的恒定，可以有效控制热风温度的均匀性，达到节能环保的目的。
71.一种示例性的实施例中，如图5、6所示，前回风室102的进风口、后回风室103的进风口可以与系统回风进口管9连接。
72.如图6所示，通过利用系统回风作为前、后回风室的风力来源，使得烧嘴2的火焰到达热风炉的燃烧区108后，再与系统回风混合进行贫氧状态下的扩散燃烧，有助于进一步降低热力型氧氮化物的产生，并且系统回风为低温热风，利用系统回风在热风混合区109进行二次混合，有助于炉内热流混合后的温度更加均匀，同时对系统回风进行利用，减少了热力系统的排放风量，减少了尾气排放的余热损失，更加节能环保。
73.一种示例性的实施例中，该热风系统还可以包括：
74.混风盒5，混风盒5上设有系统回风进口管9、空气进口管以及连接助燃风机4的出口管；系统回风进口管9和空气进口管相互垂直设置；混风盒5上的进口管处设有网状格栅；
75.由混风盒5混合后的气体，经助燃风机4后到达烧嘴2位置，与燃气一起燃烧。
76.在一种实施方式中，混风盒5为非标制作，可以为钢制长方体或圆筒体，本申请实施例对此不作限制。
77.图6所示为本申请实施例中热风系统的结构原理示意图。空气经空气进口管上的空气流量控制阀10进入混风盒5，系统回风经系统回风进口管9上的系统回风流量控制阀6进入混风盒5，通过设置系统回风进口管9和空气进口管相互呈l形垂直设置，有助于空气和系统回风的均匀混合；并且混风盒5上的进口管处设有网状格栅，进一步保证了系统回风与新鲜空气混合均匀。混风盒5上设置有连接助燃风机4的出口管，混合均匀的气体经助燃风机4后到达喷嘴2处，与燃气管道中经燃气流量控制阀11进入喷嘴2的燃气一起进行燃烧。
78.喷嘴2喷出的火焰在前回风室内排配风管1021吹出的系统回风的包裹下进行贫氧扩散燃烧，在热风混合区109与后回风室103吹出的系统回风二次混合后，混合均匀的热风供应给需热设备12，再由系统风机13将需热设备12使用后的热风由系统回风进口管道9输送给前后回风室及混风盒5，位于烟囱15处的第三蝶阀14，能够在需要的时候开启，排放出一定量的尾气。
79.如图6所示，本申请实施例采用系统内循环工艺设计，整个系统内进风量为新鲜空
气量加天然气量(即燃气量)，标态下的尾气排出风量也等于新鲜空气和天然气的风量。可以根据需热设备12所需热量和温度来确定整个应用系统的循环风量，能够最大程度保证热风系统的循环风量，并保证整个系统内各处循环热风的温度恒定，回风温度的稳定有助于进行回风与空气混合的精确控制；根据所配套天然气烧嘴的最低燃烧要求所需含氧量来确定空气与系统回风的配比；观察燃烧区火焰情况，通过加大系统循环风量和调节系统回风配风，能够尽量降低燃气在燃烧区的热风温度；最终整个应用系统在平衡状态下做到系统循环风量最大，系统各处热风温度符合工艺最低要求，整个系统实现自动循环控制。通过大风量循环控制，整个系统尾气温度控制较低，从而在外排风量和温度上都大大降低，减少了系统尾气余热的外排，达到了节能的目的。
80.本申请实施例通过利用混风盒5及各个流量控制阀，能够调节控制燃气、新鲜空气和系统回风的精确配比，从而控制系统含氧量，通过调节合理的燃气比，可使天然气在烧嘴2内部进行贫氧燃烧；贫氧燃烧的火焰到达热风炉燃烧区108再与系统回风混合进行贫氧状态下的扩散燃烧，由于对系统的含氧量进行了精确控制，因而产生的热力型氮氧化物很少；并且由于采用了大风量循环控制，使系统内热风与火焰接触时间更短，更进一步减少了热力型氮氧化物的生成；因此可以做到氮氧化物的超低排放。通过配风管的合理设置，使系统热风混合均匀，实现了热风炉出口温度的恒定，同时稳定的回风温度也有助于对系统回风与空气的混合进行精确控制，整个系统能够稳定运行并实现自动控制。
81.在一种实施方式中，当壳体101设置为圆筒形时，可以根据系统热负荷确定筒体的直径尺寸；并且，对前、后回风室的截面尺寸不做特殊限定，根据回风量满足一定流速即可。
82.本申请实施例结构简单，加工制作方便，整体投资较少，已在北新集团建材股份有限公司所属生产基地得到成功运用。本发明通过调节系统回风和新鲜空气的配比来调节系统含氧量，在系统氧含量达到14％左右时，氮氧化物折标排放即可达到24mg/m3，低于目前国内环保要求的超低排放标准；需热设备的进口温度波动在
±
2℃以内，易于实现连续自动控制；通过与其他生产基地做对比，该系统运行后，整体综合能耗降低5％以上，具有良好的市场价值，适于推广应用。