相关申请的交叉引用

本申请要求享有于 2013年 09月 24日提交的名称为"一种蓄热式燃烧系统及其控 制方法" 的中国专利申请 CN201310437228.2的优先权， 该申请的全部内容通过引用并入本文中。 狱领域

本发明涉及一种热工设备， 特别是涉及一种递进切换蓄热式燃烧设备及其 控制方法， 可 适用于所有需要热源的工业炉和锅炉。 背景

工业炉窑是工业生产的主要耗能设备， 能耗占到了工业总能耗的 60%， 因此其节能技术 的研究具有极其重要的意义。

国内外各种工业炉窑节能技术的发展大致经历 了烟气余热不利用和烟气余热开始利用的 两个阶段。在最原始的年代，炉子余热不利用 ，烟气带走的热损失很大，炉子的热效率在 30% 以下。 从上世纪六七十年代开始， 国内外较普遍地采用了一种在烟气通道上回收 烟气余热的 装置一空气预热器 (或称空气换热器)来回收排烟带走的热量。 采用这种办法可以在一定程度 上降低排烟温度， 增加进入炉膛的助燃空气的温度， 达到了一定的节能效果， 但存在诸多问 题， 例如寿命较短、 余热回收率有限、 炉子热效率一般在 50%以下、 排放的烟气仍有较高温 二十世纪八十年代初， British Gas公司与 Hot Work公司开发出一种蓄热式燃烧器，产生了 高温空气条件下的 "第一代再生燃烧技术"， 可参见英国专利文献 GB2214625A。 其后， 这种 燃烧器被应用于美国和英国的钢铁和熔铝行业 中， 但是这种燃烧器具有 NC ^^放量较大和系 统可靠性差等突出问题。

进入九十年代， 国内外学术界将蓄热式燃烧器的节能与环保相 抵触的难题提到科技攻关 的地位， 对其进行了深入的基础性研究， 旨在同时达到节能和降低 C0 ₂ NO _x 排放的目的。 日本钢管株式会社 (NKK)和日本工业炉株式会社 (NFK)联合开发了一种新的燃烧技术一蓄 热式高温空气燃烧技术 HTAC(High Temperature Air Combustion), 被称为 "第二代再生燃烧技 术"， 可参见日本专利文献 JP11/248081。 这是目前普遍使用的蓄热式燃烧技术。 HTAC技术 的关键是采用蓄热式燃烧系统， 该系统可以包括多个相同的蓄热式燃烧器， 每两个蓄热式燃 烧器为一对， 成对设置， 其中一个用于燃烧， 则另一个用于排烟， 一个周期后进行换向， 蓄 热体交替蓄热与放热， 如图 1所示。

例如， 中国专利文献 CN101338904A、 CN101338906A、 CN101338907A 以及 CN101338894A 中公开的多种蓄热式冷凝节能锅炉均包括多个 成对布置的蓄热式燃烧器， 每 两个燃烧器为一对， 相互周期性换向燃烧。 每对燃烧器中， 任一个燃烧器燃烧时， 另一个燃 烧器关闭。尽管这种锅炉能够在一定程度上解 决燃烧室内温度较低且温度分布不均匀的问题 ， 但是在炉子加热过程中， 由于炉压过高与不稳定， 极易造成烧嘴回火而影响正常使用， 安全 性能较差。

一方面， 在现有成对分布燃烧器的蓄热式燃烧系统中， 由于提供燃烧用的助燃气体所使 用的管道空间与排烟所使用的烟气管道空间相 等， 而助燃气体与燃料混合燃烧后产生的烟气 体积会增多， 标况烟气量至少是助燃气体量的 1.1-1.3倍。 当排烟温度为 180°C时， 烟气的工 况体积是助燃气体体积的 1.6-1.8倍， 使炉膛处于一个高压、 不安全状态。 目前， 人们已经采 用了如下几种解决方案：

( 1 )加大引风机压力来降低炉压。 由于引风机热态压力下降， 其冷态压力需要加大到助 燃鼓风机的 3-5倍才能形成理论上的炉压平衡， 虽然这种方法可以在一定程度上解决炉压过 高的问题， 但是配置与运行成本过高。

(2)加大烧嘴开孔或者蓄热体的气流通道面积来 降低炉压， 但会出现其他问题， 例如使 得助燃气体与燃料的混合效果较差， 导致助燃气体严重过剩， 燃烧效率下降， 严重影响火焰 形状与刚度， 还使得 NO^nC0 ₂ 的排放量增加。

(3 )在炉体上直接设置辅助管道（又称泄压口）� � 让 30〜40%的高温烟气直接从辅助烟 道排走， 从而降低炉压。 例如专利文献 WO01/16527A1中公开的技术方案就是采用这样的方 法， 但是这会导致总的烟气余热回收率只有 50〜60%， 节能环保效果不理想。 且总排烟温度 过高又会影响设备的安全运行。

由此可见， 排烟不畅、 炉压过高、 总烟气余热回收率较低是目前 HTAC技术中尚未被解 决的技术问题之一。

另一方面， 现有成对设置燃烧器的蓄热式燃烧系统在换向 时炉压波动较大， 不仅容易发 生爆鸣暴炉的现象， 而且还造成了燃料的大量浪费。

出于这种考虑， 本发明的发明人进行了深入研究， 目的是解决相关领域现有技术所暴露 出来的问题， 希望提供一种更加环保、 节能和安全的蓄热式燃烧设备及其控制方法。 发明内容

本发明的发明人通过大量试验和创造性劳动发 现， 在蓄热式燃烧设备上不成对设置至少 5 个蓄热式燃烧器， 使得在任意时刻用于排烟的蓄热式燃烧器的数 量比用于燃烧的蓄热式燃 烧器的数量多； 当燃烧生产时， 在控制器切换任一个蓄热式燃烧器的过程中， 至少有另一个 蓄热式燃烧器保持燃烧工作， 特别是在燃烧生产过程中， 当用于排烟的蓄热式燃烧器的数量 与用于燃烧的蓄热式燃烧器的数量的比率保持 不变时， 一方面大幅提高了烟气余热回收率， 进一步降低了 NOx等污染物的生产量， 达到了节能与环保的双重效益； 另一方面实现了蓄热 式燃烧设备通畅排烟和炉压灵活调节， 大大提高了设备工作的稳定， 确保设备工作的安全性; 再一方面在换向过程中， 有效避免了爆鸣爆炉现象的发生， 安全性能更好， 节能效果更为明 显。

因此， 本发明的一个目的是提供一种递进切换蓄热式 燃烧设备， 其包括至少五个蓄热式 燃烧器， 使得在任意时刻用于排烟的蓄热式燃烧器的数 量比用于燃烧的蓄热式燃烧器的数量 多； 当燃烧生产时， 在控制器切换任一个蓄热式燃烧器的过程中， 至少有另一个蓄热式燃烧 器保持燃烧工作， 不仅克服了本领域技术人员在蓄热式燃烧设备 上成对设置燃烧器的技术偏 见， 而且取得了预料不到的节能与安全技术效果， 有效解决了现有高温空气燃烧技术中换向 时易出现炉压波动大、 爆鸣爆炉以及燃料浪费严重等技术问题。

本发明的另一个目的是提供一种蓄热式燃烧设 备的控制方法。 本发明的方法一方面可以 提高蓄热式燃烧设备的燃烧效率， 保证燃料充分燃烧； 另一方面能够保证蓄热式燃烧设备内 部的炉压稳定， 避免了传统蓄热式燃烧设备控制方法在交替切 换时容易出现的爆鸣爆炉现象 的发生； 再一方面保证炉膛内炉温的稳定。 此外， 本发明的方法使得蓄热式燃烧设备在燃烧 过程中所产生的全部高温烟气均通过蓄热式燃 烧器排出， 总的烟气余热回收率可以提高到 85%以上，比现有技术中蓄热式燃烧系统的控制 方法可以节能至少 25%~30%，节能潜力巨大， 不仅解决了现有技术中总烟气余热回收率较低 的问题， 而且相比于现有技术更加节能、 环保 和安全。 附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案 ， 下面将对实施例描述中所需要使用的附 图做简单地介绍， 显而易见， 下面简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的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。

图 1表示现有技术中成对设置燃烧器的蓄热式燃� �系统示意图。

图 2表示本发明一种递进切换蓄热式燃烧设备在� �个实施例中的结构示意图； 图 3表示本发明一种递进切换蓄热式燃烧设备控� �方法中点火步骤的结构示意图； 图 4表示本发明设备中蓄热式燃烧器的结构示意� �；

图 5表示本发明的一种蓄热式燃烧设备的控制方� �在一个优选实施例中的流程示意图 在图中， 相同的构件由相同的附图标记标示。 附图并未按照实际的比例绘制。 附图标记 的说明如下：

1 炉体

101 炉膛

2、 21、 22、 23、 24、 25蓄热室燃烧器

201 进风口

202 排烟口

203 蓄热体

204 球门

205 篦子砖

206 清灰门

207 积灰室

208 蓄热室

3 烧嘴

401 燃气管路

402 助燃气体管路

403 烟气管路

51 燃气阀

511 第一燃气陶

512 第二燃气陶

513 第三燃气阀

52 助燃气体换向阀

521 第一助燃气体换向陶

522 第二助燃气体换向陶

523 第三助燃气体换向阔

53 烟气换向阀

531 第一烟气换向阀

532 第二烟气换向阀

533 第三烟气换向阀

601 引风机

602 鼓风机 具体实施^ 下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详 细描述， 但是本领域技术人员将会理解， 下列实施例仅用于说明本发明， 而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注 明具体条件者， 按照常规条件或制造商建议的条件进行。 根据本发明的一个方面， 本发明提供了一种递进切换蓄热式燃烧设备， 其包括与炉膛相 连的至少五个蓄热式燃烧器以及用于控制所述 蓄热式燃烧器的控制器， 控制器切换所述蓄热 式燃烧器以交替用于燃烧或用于排烟， 使得在任意时刻用于排烟的蓄热式燃烧器的数 量比用 于燃烧的蓄热式燃烧器的数量多， 并且当燃烧生产时， 在控制器切换任一个蓄热式燃烧器的 过程中， 至少有另一个蓄热式燃烧器保持燃烧工作。

本发明的设备设置有至少 5个蓄热式燃烧器， 控制器控制设备在任意时刻用于排烟的蓄 热式燃烧器的数量比用于燃烧的蓄热式燃烧器 的数量多， 因此其能够将燃烧过程所产生的高 温烟气及时排出， 确保设备的排烟顺畅和生产安全。 由于在燃烧生产过程中， 始终有至少一 个蓄热式燃烧器保持燃烧工作， 一方面可以提高设备的燃烧效率， 保证燃料充分燃烧； 另一 方面能够保证蓄热式燃烧设备内部的炉压稳定 ， 避免了传统成对设置燃烧器的蓄热式燃烧设 备在交替切换时容易出现的炉压波动大、 爆鸣爆炉现象的发生； 再一方面保证炉膛内炉温的 稳定。

根据本发明的一个具体实施例，在控制器切换 任一个蓄热式燃烧器的过程中，至少有两个 蓄热式燃烧器保持排烟工作。 由此进一步提高了设备的排烟能力以及炉压的 稳定。

根据本发明的一个具体实施例，本发明的设备 严格密封，炉膛内的全部烟气通过用于排烟 的蓄热式燃烧器排出。

本发明的设备没有设置用于排烟的辅助管道或 泄压口， 燃烧过程所产生的全部高温烟气 均通过蓄热式燃烧器排出， 蓄热室的排烟温度即为实际排烟温度， 总的烟气余热回收率可以 提高到 85%以上， 可以比现有技术中成对设置燃烧器的蓄热式燃 烧设备节能至少 25%~30%， 节能潜力巨大， 不仅解决了现有技术中总烟气余热回收率较低 的问题， 而且相比于现有技术 更加节能和环保。

本发明的设备也无需加大蓄热式燃烧器的烧嘴 的开孔或者蓄热室内蓄热体的气流通道面 积， 解决了现有技术中助燃气体过剩较多、 燃烧效率偏低、 火焰形状与刚度较差等问题， 极 大降低了烟气中 CO、 C0 ₂ 以及 NO _x 等污染物的生成量。

根据本发明的一个具体实施例， 当燃烧生产时， 用于排烟的蓄热式燃烧器的数量与用于 燃烧的蓄热式燃烧器的数量的比率保持不变。 用于排烟的蓄热式燃烧器与用于燃烧的蓄热式 燃烧器的数量保持恒定， 进一步保证了炉膛内炉压的稳定， 防止生产过程中经常出现炉压剧 烈波动的现象。 根据本发明的一个具体实施例， 用于排烟的蓄热式燃烧器的数量比用于燃烧的 蓄热式燃 烧器的数量多一个。 此时用于排烟的蓄热式燃烧器中的蓄热体吸收 烟气余热的时间更长， 进 一步提高了烟气余热的利用率。

根据本发明的一个具体实施例，控制器切换用 于燃烧的蓄热式燃烧器中的一个用于排烟， 同时切换用于排烟的蓄热式燃烧器中的一个用 于燃烧。 同时切换可以实现烟气余热的极限回 收和助燃气体的高效预热。

根据本发明的一个具体实施例， 控制器顺次地切换一个用于燃烧的蓄热式燃烧 器用于排 烟， 并且顺次地切换一个用于排烟的蓄热式燃烧器 用于燃烧。 由此延长了单个蓄热式燃烧器 用于排烟的工作时间， 使得蓄热体吸热更加充分， 在安全生产的前提下最大限度回收总的高 温烟气的余热， 改善了生产及周边环境， 极大降低了烟气的热量损失， 减少了生产劳动强度。 经本发明的发明人的大量实验验证， 在本发明的设备中， 高温烟气可以以不高于 200°C、 以 不高于 180°C、 以不高于 150°C、 以不高于 120°C或以不高于 100°C的温度经过换向陶排出。 当用于排烟的蓄热式燃烧器经换向后用于燃烧 时， 预热助燃气体的温度效率可以提高到 95% 以上， 助燃气体的预热温度可以比炉膛温度仅低 100°C左右， 从而进一步减小炉膛内压差的 变化， 确保燃烧生产的稳定进行。

根据本发明的一个具体实施例， 控制器周期性切换用于燃烧的蓄热式燃烧器用 于排烟， 并且周期性切换用于排烟的蓄热式燃烧器用于 燃烧。 由此可消除炉膛局部高温区， 使温度分 布更均匀。

根据本发明的一个具体实施例， 控制器按照间隔时间段 T/m逐个切换蓄热式燃烧器以交 替用于燃烧或用于排烟， 其中 m为用于燃烧的蓄热式燃烧器的数量， T为用于燃烧的蓄热式 燃烧器每次用于燃烧的工作时间。

在本发明的设备中， 按照间隔时间段 T/m滚动逐个切换蓄热式燃烧器以交替用于燃烧 或 用于排烟， 不仅有效控制了炉膛压力， 进一步避免了在蓄热式燃烧器换向时炉压剧烈 波动， 而且延长了蓄热式燃烧器用于排烟的时间， 提高了总烟气余热的回收率。

根据本发明的一个具体实施例， 用于燃烧的蓄热式燃烧器每次用于燃烧的工作 时间 T为

15 300秒， 优选 30 200秒。

在本发明的设备中， 控制器切换所述蓄热式燃烧器被控制以交替用 于燃烧或用于排烟。 当所述蓄热式燃烧器用于燃烧时， 其可对助燃气体进行预热； 当所述蓄热式燃烧器用于排烟 时， 其又可吸收燃烧所产生的高温烟气的热量， 准确控制蓄热式燃烧器用于燃烧的时间， 不 仅可以提高烟气余热回收率， 而且可以提高燃烧效率。

根据本发明的一个具体实施例， 各个所述蓄热式燃烧器彼此相同。 由此燃烧与排烟效果 更好。 根据本发明的一个具体实施例， 多个蓄热式燃烧器可以构成一个燃烧器单元， 所述设备 可包括多个燃烧器单元， 控制器切换多个燃烧器单元以交替用于燃烧或 用于排烟， 使得所述 设备在任意时刻用于排烟的燃烧器单元的数量 比用于燃烧的燃烧器单元的数量多。 炉膛内的 高温烟气通过用于排烟的燃烧器单元被全部排 出。

在本发明的设备中， 所述炉体包括炉膛、 炉墙、 炉底、 炉顶和炉门。 其中， 炉膛是由炉 墙、 炉顶和炉底包围起来供燃烧的立体空间， 炉门开设于炉墙上。 炉墙、 炉底和炉顶统称为 炉衬。 在炉子运行过程中， 炉衬不仅能够在高温和荷载条件下保持足够的 强度和稳定性， 且 能够承受炉膛内气体的冲刷和炉渣的腐蚀， 而且还有足够的绝热保温和气密性能。

在本发明的设备中， 所述炉膛具有足够的空间， 并布置足够的受热面。 此外， 还有合理 的形状和尺寸， 便于和燃烧器配合， 组织炉内空气动力场， 使火焰不贴壁、 不冲墙、 充满度 高， 壁面热负荷均匀。

在本发明的设备中， 所述控制器是一种在短时间内， 按照预定的组成程序， 选择和切换 蓄热式燃烧器交替用于燃烧和用于排烟的控制 方式。 执行顺序控制或微机控制的控制器包括 至少一个中央处理单元的可编程控制器， 一个 ROM存储程序， 接口和其它。 在本发明的设 备中， 所述控制器分别与点火装置、 燃气阀、 助燃气体换向陶及烟气换向陶相连， 用于控制 点火装置的点火工作以及控制阀的工作。

在本发明的设备中， 所述助燃气体可以是空气、 富氧或者氧气。

在本发明的设备中， 所述燃料可以是气体燃料或者液体燃料。 可用作本发明的气体燃料 的实例包括但不限于： 天然气、 高炉煤气、 焦炉煤气、 转炉煤气、 发生炉煤气或者混合煤气。

在本发明的设备中， 所述篦子砖可以是金属材料或者非金属材料， 可用作本发明的篦子 砖的材料实例包括但不限于： 耐热铸铁、 耐热钢、 不定形耐火材料或定形耐火材料。

在本发明的设备中， 所述烧嘴是指按一定的比例和一定混合条件将 燃料和助燃气体供入 炉内燃烧或在自身内部实现燃烧的装置。 根据本发明的另一方面， 本发明提供了一种蓄热式燃烧设备的控制方法 ， 其包括如下步 骤：

点火步骤： 使一个蓄热式燃烧器首先进行点火燃烧；

启动步骤： 逐一启动 m-1个蓄热式燃烧器用于燃烧， 直至有 m个蓄热式燃烧器均用于燃 烧， n个蓄热式燃烧器用于排烟， 其中 n>m， 且 n+mS≥5， n和 m均为自然数；

燃烧步骤： 用于燃烧的蓄热式燃烧器进行燃烧工作， 用于排烟的蓄热式燃烧器将炉膛内 的烟气排出；

切换步骤： 切换一个用于燃烧的蓄热式燃烧器用于排烟， 切换一个用于排烟的蓄热式燃 烧器用于燃烧， 使得用于排烟的蓄热式燃烧器的数量比用于燃 烧的蓄热式燃烧器的数量多， 且至少有另一个蓄热式燃烧器保持燃烧工作；

循环步骤： 返回执行燃烧步骤， 直至燃烧工作结束。

将本发明的控制方法应用于蓄热式燃烧设备， 一方面可以提高设备燃烧效率， 保证燃料 充分燃烧， 另一方面能够保证蓄热式燃烧设备内部的炉压 稳定， 避免了传统成对分布燃烧器 的蓄热式燃烧设备在交替切换时容易出现的爆 鸣爆炉现象的发生。 再一方面保证炉膛内炉温 的稳定。 此外， 燃烧过程所产生的全部高温烟气均通过蓄热式 燃烧器排出， 总的烟气余热回 收率可以提高到 85%以上， 比现有技术中成对设置燃烧器的蓄热式燃烧设 备可以节能至少 20%~25%, 节能潜力巨大， 不仅解决了现有技术中总烟气余热回收率较低 的问题， 而且相比 于现有技术更加节能、 环保和安全。

根据本发明的一个具体实施例， 炉膛内的全部烟气通过用于排烟的蓄热式燃烧 器排出。 本发明的方法将燃烧过程所产生的全部高温烟 气均通过用于排烟的蓄热式燃烧器排出， 蓄热室的排烟温度即为实际排烟温度， 总的烟气余热回收率提高到了 85%以上， 相比于现有 技术更加节能。 此外， 本发明的方法还解决了现有技术中蓄热式燃烧 器助燃气体过剩较多， 燃烧效率偏低、 火焰形状与刚度较差等问题， 极大降低了烟气中 CO、 C0 ₂ 以及 NOx等污染物 的生成量。

根据本发明的一个具体实施例，在所述切换步 骤中，至少有两个蓄热式燃烧器保持排烟工 作。 由此进一步提高了设备的排烟能力以及炉压的 稳定。

根据本发明的一个具体实施例， 在所述启动步骤中， 以间隔时间段逐一启动 m-1个蓄热 式燃烧器，直至 m个蓄热式燃烧器均用于燃烧。以间隔时间段� �动式逐一启动蓄热式燃烧器， 由此保证了在启动步骤中至少有另一个蓄热式 燃烧器保持燃烧工作， 有效避免了爆鸣爆炉现 象的发生。

根据本发明的一个具体实施例，在所述切换步 骤中，逐一切换一个用于燃烧的蓄热式燃烧 器用于排烟， 同时逐一切换一个用于排烟的蓄热式燃烧器用 于燃烧。 逐一切换可以实现蓄热 式燃烧器炉压的灵活控制， 进一步提高了设备的安全性能。 同时切换又可以实现烟气余热的 极限回收和助燃气体的高效预热。

根据本发明的一个具体实施例，在所述切换步 骤中，顺次地切换一个用于燃烧的蓄热式燃 烧器用于排烟， 并且顺次地切换一个用于排烟的蓄热式燃烧器 用于燃烧。 由此确保处于排烟 状态的燃烧器的数量比处于燃烧状态的燃烧器 的数量多， 有效延长了单个蓄热式燃烧器用于 排烟的工作时间， 使得蓄热体吸热更加充分， 在安全生产的前提下最大限度回收总的高温烟 气的余热， 改善了生产及周边环境， 极大降低了烟气的热量损失， 减少了生产劳动强度。 此 夕卜， 还进一步了减小炉膛内压差的变化， 确保燃烧生产的稳定进行。 根据本发明的一个具体实施例， 在所述切换步骤中， 周期性地切换用于燃烧的蓄热式燃 烧器用于排烟， 并且周期性地切换用于排烟的蓄热式燃烧器用 于燃烧。 由此可消除炉膛局部 高温区， 使温度分布更均匀。

根据本发明的一个具体实施例， 所述间隔时间段为 T/m， 其中 T为用于燃烧的蓄热式燃 烧器每次用于燃烧的工作时间。

根据本发明的一个具体实施例， 用于燃烧的蓄热式燃烧器每次用于燃烧的工作 时间 T为 15 300秒， 优选 30 200秒。

在本发明的设备中， 控制器切换所述蓄热式燃烧器被控制以交替用 于燃烧或用于排烟。 当所述蓄热式燃烧器用于燃烧时， 其可对助燃气体进行预热； 当所述蓄热式燃烧器用于排烟 时， 其又可吸收燃烧所产生的高温烟气的热量。 准确控制蓄热式燃烧器用于燃烧的时间， 不 仅可以提高烟气余热回收率， 而且可以提高燃烧效率。 下面将结合附图和实施例对本发明的实施方案 作进一步详细描述， 但是本领域技术人员 将会理解， 下列实施例仅用于说明本发明， 而不应视为限定本发明的范围。

作为本发明的一个优选实施例， 如图 2所示。 本实施例中的一种递进切换蓄热式燃烧设 备包括炉体 1、 设于炉体 1内的炉膛 101、 五个蓄热式燃烧器 2、 燃气管路 401、 助燃气体管 路 402、 烟气管路 403和换向阀 5。

所述炉体 1上没有设置与炉膛 101相连通的用于将炉膛内的烟气直接排出的辅 助管道， 具有严格的密封性。

所述炉膛 101的炉膛壁上开孔。第一蓄热式燃烧器 21、第二蓄热式燃烧器 22、第三蓄热 式燃烧器 23、 第四蓄热式燃烧器 24和第五蓄热式燃烧器 25均设置于该炉膛 101的开孔位置 上， 并通过该孔与所述炉膛 101相连通， 从而连接于炉体 1上。

每个蓄热式燃烧器均包括烧嘴 3以及蓄热室 208。烧嘴 3与用于提供燃气的燃气管路 401 连通。 蓄热室 208的一端通过烧嘴 3与炉膛 101连通， 蓄热室 208的另一端通过进风口 201 和排烟口 202分别与用于提供助燃气体的助燃气体管路 402和用于排烟的烟气管路 403相连 通。

蓄热室 208内填充有蓄热体 203。 助燃气体管路 402与蓄热体 203通过助燃气体换向阀 52连通； 烟气管路 403与蓄热体 203通过烟气换向阀 53连通； 燃气管路 401的一端通过燃 气阀 51与所述烧嘴 3连通，燃气管路 401的另一端与燃气源相连。烧嘴 3上设置有点火装置。

燃气陶 51、 助燃气体换向陶 52、 烟气换向阀 53以及点火装置均与控制器相连。 每次切 换时， 控制器就是通过控制燃气阀 51、 助燃气体换向阀 52、 烟气换向阀 53以及点火装置来 实现蓄热式燃烧器 2交替用于燃烧或用于排烟的， 即所述控制器可以控制每个蓄热式燃烧器 2的燃气管路 401、助燃气体管路 402以及烟气管路 403的关闭与导通。优选地， 助燃气体管 路 402的进口端可以连接有鼓风机 602, 烟气管路 403的出口端可以设置有引风机 601。

在本实施例中， 一种递进切换蓄热式燃烧设备的工作原理如下 ：

设定 2个蓄热式燃烧器用于燃烧， 3个蓄热式燃烧器用于排烟， 每个蓄热式燃烧器用于 燃烧的工作时间为 60s， 递进切换的间隔时间为 60s/2=30s。

控制器首先控制第一蓄热式燃烧器 21点火燃烧，此时第一燃气陶 511和第一助燃气体换 向阀 521打开， 第一烟气换向阀 531关闭。

间隔 30s后， 控制器启动第二蓄热式燃烧器 22开始用于燃烧， 同时启动第三蓄热式燃烧 器 23、 第四蓄热式燃烧器 24和第五蓄热式燃烧器 25用于排烟， 此时所述设备进入燃烧生产 工作。 从鼓风机 602出来的常温空气 （助燃气体） 通过助燃气体管路 402由第一助燃气体换 向阀 521进入第一蓄热式燃烧器 21， 同时由第二助燃气体换向阀 522进入第二蓄热式燃烧器 22后， 在经过第一蓄热式燃烧器 21和第二蓄热式燃烧器 22中的蓄热体 203时被加热， 在极 短时间内常温空气被加热到接近炉膛 101的温度， 被加热的高温空气进入炉膛 101后， 卷吸 周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于 21%的稀薄贫氧高温气流， 同时通过燃气管路 401 由第一燃气阀 511和第二燃气阀 512往稀薄高温空气中心注入燃料， 燃料在贫氧 （2%~20%) 状态下实现燃烧， 火焰从烧嘴喷出。 与此同时， 炉膛 101 内燃烧后产生的全部高温烟气通过 烟气管路 403经第三蓄热式燃烧器 23、 第四蓄热式燃烧器 24以及第五蓄热式燃烧器 25及时 排出。 高温烟气在通过第三蓄热式燃烧器 23、 第四蓄热式燃烧器 24以及第五蓄热式燃烧器 25时， 将显热储存在蓄热体 203内， 然后在引风机 601的作用下以不高于 120°C的低温烟气 经过第三烟气换向阀 533、 第四烟气换向阀 534以及第五烟气换向阀 535而排出。

间隔 30s后，第一蓄热式燃烧器用于燃烧的工作时间 满 60s，控制器切换第一蓄热式燃烧 器 21用于排烟， 同时切换第三蓄热式燃烧器 23用于燃烧， 此时第一燃气陶 511和第一助燃 气体换向陶 521关闭， 第一烟气换向阀 531打开， 同时第三燃气陶 513和第三助燃气体换向 陶 523打开， 第三烟气换向阀 533关闭。 由此， 第二蓄热式燃烧器 22和第三蓄热式燃烧器 23用于燃烧，第一蓄热式燃烧器 21、第四蓄热式燃烧器 24和第五蓄热式燃烧器 25用于排烟。

间隔 30s后，第二蓄热式燃烧器用于燃烧的工作时间 满 60s，控制器切换第二蓄热式燃烧 器 22用于排烟， 同时切换第四蓄热式燃烧器 24用于燃烧， 此时第二燃气阀 512和第二助燃 气体换向陶 522关闭， 第二烟气换向阀 532打开， 同时第四燃气陶 514和第四助燃气体换向 陶 524打开， 第四烟气换向陶 534关闭。 由此， 第三蓄热式燃烧器 23和第四蓄热式燃烧器 24用于燃烧，第一蓄热式燃烧器 21、第二蓄热式燃烧器 22和第五蓄热式燃烧器 25用于排烟。 以此实现逐一、 顺次切换五个蓄热式燃烧器分别用于燃烧或用 于排烟， 保证用于排烟的蓄热 式燃烧器的数量与用于燃烧的蓄热式燃烧器的 数量的比率为 1.5 不变， 直至第一蓄热式燃烧 器 21再次用于燃烧时， 即完成了一个周期， 周期时间为 150s。在一个周期中， 单个蓄热式燃 烧器用于燃烧的时间为设定的 60s， 单个蓄热式燃烧器用于排烟的时间却为 90s， 比现有技术 中成对分布燃烧器的蓄热式燃烧系统中切换蓄 热式燃烧设备的排烟时间增加了 0.5倍。 因此， 本实施例的递进切换蓄热式燃烧设备使得蓄热 体吸热更加充分， 在安全生产的前提下最大限 度回收总的高温烟气的余热， 改善了生产及周边环境， 极大降低了烟气的热量损失， 减少了 生产劳动强度。

作为本发明的另一个优选实施例， 蓄热式燃烧器 2包括与炉膛 101相连通的至少一个烧 嘴 3， 每个蓄热式燃烧器所包括的烧嘴的总功率相同 。 优选地， 每个蓄热式燃烧器包括与炉 膛相连通的一个烧嘴 3， 每次同时切换的蓄热式燃烧器所包括的烧嘴的 总功率相同。

在另一个优选实施例中， 蓄热体 203全部位于烧嘴 3的上方。 以第一蓄热式燃烧器 21为 例， 当其用于排烟时， 高温烟气及灰尘自下而上地通过蓄热体 203， 由于重力原因， 灰尘难 以大量聚积在蓄热体上。 当控制器切换第一蓄热式燃烧器 21用于燃烧时， 助燃气体自上而下 地通过蓄热体 203， 又很容易将灰尘吹扫下来。 由于相对于下置式蓄热体的蓄热式燃烧设备 而言， 助燃气体通过蓄热体 203的速度比烟气通过蓄热体的速度高， 因此设备的自吹扫清灰 能力显著增强， 蓄热体 203不易积尘与板结， 延长了蓄热体 203清灰周期及其使用寿命， 极 大地减少了蓄热体的维护工作量与费用。

在另一个优选实施例中， 将本发明的设备用于铝熔炼炉， 蓄热体 203的清灰周期可达到 6个月， 而相同条件下采用下置式蓄热体时， 蓄热体的清灰周期最多只有 3个月。

优选地， 所述蓄热室 208被全部设置于炉体 1的顶部， 这样既节省空间， 又提高了排烟 效率。

优选地， 蓄热体 203的形状为球状， 材质为刚玉。

在另一个优选实施例中， 如图 4所示， 蓄热室 208的内腔被设置有通孔的篦子砖 205分 为上下两部分， 篦子砖 205的形状与蓄热室 208的形状相同， 例如可以为圆柱状或立方体状， 但是在垂直方向上的高度小于蓄热室 205的高度。 蓄热体 203位于篦子砖 205的上部， 蓄热 室 208的顶部开设有连接助燃气体管路 402的进风口 201以及连接烟气管路 403的排烟口 202。 篦子砖 205的下部设置有积灰室 207， 在蓄热室 208上部靠近篦子砖 205的侧壁上设有取放 蓄热体的球门 204， 在蓄热室 208下部靠近底部的侧壁上设有清除灰尘的清灰 门 206。 本发明所提供的一种蓄热式燃烧设备的控制方 法， 其包括点火步骤、 启动步骤、 燃烧步 骤、 切换步骤和循环步骤， 如图 5所示。 下面将详细地描述本发明的一种蓄热式燃烧设 备的 控制方法及其各个步骤。

在一个实施例中， 蓄热式燃烧设备包括 5个蓄热式燃烧器， 其中 2个用于燃烧， 3个用 于排烟。 设定每个蓄热式燃烧器每次用于燃烧的工作时 间为 60s， 则递进切换的间隔时间为 60s/2=30s。

点火步骤包括使一个蓄热式燃烧器首先进行点 火燃烧， 如图 3所示。 在本实施例中， 控 制器控制第一蓄热式燃烧器 21点火燃烧。

启动步骤包括以间隔时间段逐一启动 m-1个蓄热式燃烧器直至有 m个蓄热式燃烧器均用 于燃烧， 启动 n个蓄热式燃烧器用于排烟， 其中， n>m， 且 _n +m 5。 在本实施例中， 间隔 时间 30s后启动第二蓄热式燃烧器 22， 同时启动第三蓄热式燃烧器 23、第四蓄热式燃烧器 24 和第五蓄热式燃烧器 25均用于排烟。

燃烧步骤包括用于燃烧的蓄热式燃烧器进行燃 烧工作， 用于排烟的蓄热式燃烧器将炉膛 内的烟气全部排出。在本实施例中， 控制器将启动步骤中第一蓄热式燃烧器 21和第二蓄热式 燃烧器 22进行燃烧工作， 第三蓄热式燃烧器 23、 第四蓄热式燃烧器 24和第五蓄热式燃烧器 25将炉膛内的烟气全部排出。

在一个优选的实施例中， 所述燃烧步骤中用于排烟的蓄热式燃烧器的数 量与用于燃烧的 蓄热式燃烧器的数量的比率 n/m保持不变。 在本实施例中， 用于排烟的蓄热式燃烧器的数量 与用于燃烧的蓄热式燃烧器的数量的比率 1.5保持不变。

切换步骤包括以间隔时间段逐一切换一个用于 燃烧的蓄热式燃烧器用于排烟， 同时切换 一个用于排烟的蓄热式燃烧器用于燃烧。 在本实施例中， 再次间隔 30s后， 第一蓄热式燃烧 器用于燃烧的工作时间满 60s， 控制器切换第一蓄热式燃烧器 21用于排烟， 同时切换第三蓄 热式燃烧器 23用于燃烧， 此时第二蓄热式燃烧器 22和第三蓄热式燃烧器 23用于燃烧， 第一 蓄热式燃烧器 21、第四蓄热式燃烧器 24和第五蓄热式燃烧器 25用于排烟；再次间隔 30s后， 第二蓄热式燃烧器用于燃烧的工作时间满 60s， 控制器切换第二蓄热式燃烧器 22用于排烟， 同时切换第四蓄热式燃烧器 24用于燃烧， 此时第三蓄热式燃烧器 23和第四蓄热式燃烧器 24 用于燃烧， 第一蓄热式燃烧器 21、 第二蓄热式燃烧器 22和第五蓄热式燃烧器 25用于排烟。 以此实现逐一、 顺次切换五个蓄热式燃烧器分别用于燃烧或用 于排烟， 直至第一蓄热式燃烧 器 21再次用于燃烧时， 即完成了一个周期，周期时间为 150s。此后，开始重新执行燃烧步骤， 循环进行燃烧生产， 直至燃烧生产结束。

在本实施例中， 在所述切换步骤中， 顺次切换用于燃烧的蓄热式燃烧器中的 1个用于排 烟。 由此将用于燃烧的 1个蓄热式燃烧器切换为用于排烟， 同时顺次切换用于排烟的燃烧器 中的 1个用于燃烧， 由此将用于排烟的 1个蓄热式燃烧器切换为用于燃烧， 从而确保设备在 任意时刻用于排烟的蓄热式燃烧器的数量比用 于燃烧的蓄热式燃烧器的数量多。

在本实施例中， 一个周期中， 任一蓄热式燃烧器用于燃烧工作的时间为 60s， 而用于排 烟工作的时间为 90s，有效延长单个蓄热式燃烧器用于排烟的工 作时间，使得蓄热体吸热更加 充分， 在安全生产的前提下最大限度回收总的高温烟 气的余热， 改善了生产及周边环境， 极 大降低了烟气的热量损失， 减少了生产劳动强度。 此外， 本发明的方法还进一步减小了炉膛 内压差的变化， 确保燃烧生产的稳定进行， 避免了爆鸣爆炉现象的发生。 与现有技术相比， 本发明的递进切换蓄热式燃烧设备及方法具有 如下突出技术效果：

( 1 ) 排烟顺畅、 炉压稳定。 燃烧产生的烟气能够及时地被蓄热式燃烧器全 部排出， 确 保设备工作的安全性

(2) 温差小， 加热质量好。 燃烧炉内温度分布均匀， 温差达 ±5°C， 加上炉内较低的含 氧环境， 对加热工件极为有利。 既提高了加热速度和加热质量， 又减少了工件氧化烧损率， 大大提高了炉子产量。

(3 ) 节能效果显著。 总的烟气余热回收率可以提高到了 85%以上， 比现有技术中成对 设置燃烧器的蓄热式燃烧设备可以节能至少 25%~30%。

(4) 污染物排放少。燃烧过程的充分性大大减少了 烟气中 CO、 C0 ₂ 和其他温室气体的 排放； 高温低氧的燃烧环境以及烟气回流的掺混作用 ， 大大抑制了 NOx的生成， 此外， 高温 环境抑制了二恶英的生成， 排放废气迅速冷却， 有效阻止了二恶英的再合成， 故二恶英的排 放大大减少； 火焰在整个炉膛内逐渐扩散燃烧， 燃烧噪音低。 因此本发明的设备或方法属于 环境协调型蓄热式燃烧技术。

(5 ) 安全系数更高。有效避免了传统成对布置燃烧 器的蓄热式燃烧设备及控制方法在 交替切换时容易出现的爆鸣爆炉现象的发生。 应当注意的是， 以上所述的实施例仅用于解释本发明， 并不构成对本发明的任何限制。 通过参照典型实施例对本发明进行了描述， 但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释 性 词汇， 而不是限定性词汇。 可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发 明作出修改， 以及 在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行 修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法 、 材料和实施例， 但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例 ， 相反， 本发明可扩展至其他 所有具有相同功能的方法和应用。