[发明专利]工业炉窑中被加热工件热量循环利用节能技术及应用

说明书

技术领域  该项发明的技术领域是工业炉窑在生产过程中的节能技术。

技术背景  传统工业炉窑节能技术一般都是通过以下几个途径实现：1、利用保温材料提高炉体保温效果，减少热量散失，从而提高能源有效利用率。2、采用新型轻质保温材料减小炉窑本身的蓄热量，从而提高能源有效利用率。3、采用高效率烧嘴，使燃料充分燃烧，从而提高能源有效利用率。4、在燃料炉中，利用排出的高温烟气通过换热装置将燃烧配风温度提高，减少废热损失，从而提高能源有效利用率。5、利用排出物的余压、余温进行发电或作为其它热能需求的热源等，从而提高能源综合利用率。6、在钢铁联合企业的生产中，采用热送热装工艺，提高工件的入炉温度，减少工件的加热能量需求，节约能源。本发明在炉窑能源节约领域开启了全新的技术途径。它适用范围广，并能大幅度提高工业炉窑能源利用率，可产生巨大的经济和社会效益。

发明内容  本发明公开了一种提高工业炉窑能源利用率全新的技术及实现方法。其主要技术特征是：被加热工件在其冷却过程中将其热量进行有效利用，主要是转换到待加热工件中去，从而提高待加热工件的入炉温度，提高能源利用率，且如此往复循环往复，可大幅度降低能源消耗。对待冷却件与待加热件的热量转换主要可通过两种途径来实现，其一是直接热交换法。理论上，这一交换方式的余温能量利用率要小于50％，但它的设备结构简单。如图1、2所示，图1为空气自然循环直接热交换方式。图2为强制空气循环直接热交换方式。另一种是间接换热法。理论上，这一交换方式的余温能量利用率可接近100％。节能效果更显著。如图3所示，间接换热法需设置一个蓄热装置，蓄热装置与换热室通过管道连通成封闭回路，由循环风机提供热风循环动力。蓄热装置可通过并联管道和阀门来实现与多个换热室连通，可利用计算机实现自动控制。换热室即可以利用加热炉本身改造实现，也可以另行新建造。蓄热装置的结构如图4所示，蓄热装置由若干个用保温材料分隔开的蓄热区组成。在换热操作中，可形成温度高低不同的蓄热区，蓄热体吸热时可由高温蓄热区到低温蓄热区逐个与待冷却物体进行热交换；而蓄热体与待加热物体换热时，则由低温蓄热区向高温蓄热区逐个与待加热物体进行换热。这样就可以尽可多地吸取或放出热量，可使节能效果进一步提高。对被加热件热量的利用条件是被加热件的工艺冷却速度不能太快。比如要求淬火的工件。

附图说明  图1为空气自然循环直接热交换方式简图。11-外壳  12-外壳保温层  13-钢架  14-待冷却工件  15-待加热工件  16-带孔底板17-架体间隔层  18-槽钢。图2为强制空气循环直接热交换方式简图。21-外壳  22-热电偶  23-控制仪  24-耐高温风扇  25-保温材料  26-待加热工件  27-待冷却工件  28-分隔板  29-槽钢  210-带孔底板  211-支撑砖垛  图3为间接换热法简图。31-带孔热气汇集管  32-换热室体  33-带孔热气分配管  34-待冷却或加热工件  35-带保温层的热气输送管道  36-耐高温风机  37-蓄热装置室体  38-蓄热体  39-控制仪  310-热电偶311-换热室  312-蓄热装置  313-阀门。图4为蓄热装置结构简图。41-保温层  42-上定位架  43-蓄热体  44-下支撑架  45-分隔板  46-保温基础  47-管道保温层  48-进气管  49-控制阀  410-进气支管  411-带孔热气分配管  412-带孔热气汇集管  413-出气支管  414-出气管。

具体实施方式  空气自然循环直接换热法(见图1)：钢架13主要用于支撑带孔底板16和固定架体间隔层17，外壳保温层12两侧内壁与固定架体间隔层17留有间隙，待冷却工件14置于上面的带孔底板16上待加热工件15置于下面的带孔底板16上。利用热气上浮，冷气下沉为动力，在换热室内形成自然对流热交换。它是以对流热交换为主，辐射换热为辅的热交换模式来完成换热的。

强制空气循环直接换热法(见图2)：待冷却工件26和待加热工件27置于带孔底板210上，并分别在换热室的左、右，中间由分隔板28将其分开，热气在耐高温风扇24的吹动下形成强制对流循环风来完成热量交换；设在室顶和室底的热电偶22将气风的温度信号传输给控制仪23。利用温度差值，可方便地完成对流换热的自动控制。通过对耐高温风扇的转数调整，还可以在一定程度上控制待冷却工件的冷却速度，有利于稳定工件的质量。

间接换热法(见图3)：间接换热法主要由换热室311、蓄热装置312、耐高温风机36、带保温层的热气输送管道35和阀门313组成。换热室311可根据情况由加热炉经改造而成，也可以新建。一个蓄热装置可通过管道并联和阀门的启闭，实现与多个换热室逐一进行热量的交换。通过耐高温风机36可以控制循环风的强弱，在一定范围内调节待冷却及加热工件34的冷却和加热的速度。蓄热装置312的详细结构如图4所示，它主要由保温层41、蓄热体43、分隔板45、进气管48、进气支管410、出气管414、出气支管413和控制阀49组成。蓄热装置中由分隔板45分隔成若干个蓄热区，各蓄热区有温度高、低差别。通过控制阀49的开关状态控制，来实现与换热室需换热物体的相应顺序换热，也可以达到更大的换热率，提高节能效果。