权利要求

1.一种用于再生铜直接制杆竖炉的燃烧系统，其特征在于，包括竖炉(1)和燃烧单元、分级式热循环供风单元(5)和温控反馈单元，所述燃烧单元包括至少三个双旋流燃烧器(10)，三个双旋流燃烧器(10)环绕竖炉(1)的炉壁设置，所述燃烧单元设置多组，多组燃烧单元沿着竖炉(1)高度方向分布;

所述竖炉(1)顶端设置有锥形口(2)，所述锥形口(2)顶端连通有排气管(14)，所述排气管(14)上设置有换热器(6)，所述换热器(6)和分级式热循环供风系统(5)通过换热管道(4)连接，所述分级式热循环供风系统(5)和双旋流燃烧器(10)连接;

所述竖炉(1)内壁上固定有内套(9)，所述内套(9)内部开设有锥台状，所述锥台状的底端半径小于顶端半径。

2.根据权利要求1所述的一种用于再生铜直接制杆竖炉的燃烧系统，其特征在于：所述双旋流燃烧器(10)的燃烧口倾斜向下设置，所述双旋流燃烧器(10)设有嵌套式内旋流通道和外旋流通道。

3.根据权利要求1所述的一种用于再生铜直接制杆竖炉的燃烧系统，其特征在于：所述分级式热循环供风元(5)包括一次风模块、二次风模块及风热交换器，一次风模块通过独立管道接入内旋流通道，二次风模块、换热器(6)和外旋流通道依次连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于再生铜直接制杆竖炉的燃烧系统，其特征在于：所述温控反馈单元包括红外测温仪、PLC控制器及执行器，红外测温仪安装于竖炉(1)上部和下部，直接采集炉内温度数据，所述红外测温仪和PLC控制器信号连接，所述PLC控制器和执行器信号连接，所述执行器和分级式热循环供风单元(5)连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于再生铜直接制杆竖炉的燃烧系统，其特征在于：所述双旋流燃烧器(10)内旋流通道直径为80mm-150mm，外旋流通道直径为150mm-300mm，内旋流道和外旋流通道出口处均设有可调节导流叶片，叶片角度调节范围为15°-45°，每个双旋流燃烧器(10)内置点火电极和双波段火焰监测器，点火电极击穿电压8kV-15kV，火焰监测器响应时间≤0.5s。

6.根据权利要求1所述的一种用于再生铜直接制杆竖炉的燃烧系统，其特征在于：所述分级式风热循环供风单元(5)的一次风模块配备高压离心风机，一次风风速为15m/s-25m/s，二次风模块配备变频轴流风机，二次风风速为20m/s-35m/s，换热器(6)使用翅片管式风热交换器，换热效率≥85%。

7.根据权利要求1所述的一种用于再生铜直接制杆竖炉的燃烧系统，其特征在于：所述内套(9)内部设置有多个缓冲机构，所述缓冲机构包括转轴(7)和弹性挡板(8)，所述转轴(7)转动连接于竖炉(1)的内壁上，所述弹性挡板(8)固定于转轴(7)外侧。

8.根据权利要求1所述的一种用于再生铜直接制杆竖炉的燃烧系统，其特征在于：所述锥形口(2)的一侧开设有进料口，所述进料口上设置有箱门(3)。

9.根据权利要求1所述的一种用于再生铜直接制杆竖炉的燃烧系统，其特征在于：所述竖炉(1)内部底端设置有滤网板(11)，所述竖炉(1)一侧连通有排废口(12)，所述排废口(12)设置于滤网板(11)上方，所述竖炉(1)底端连通有排铜口(13)，所述排铜口(13)设置于滤网板(11)下方。

10.根据权利要求1所述的一种用于再生铜直接制杆竖炉的燃烧系统，其特征在于：所述燃烧单元连接双燃料切换供给单元，所述双燃料切换供给单元和温控反馈单元信号连接。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及再生铜加工领域，特别涉及一种用于再生铜直接制杆竖炉的燃烧系统。

背景技术

[0002]再生铜直接制杆工艺是将废杂铜经预处理后直接送入竖炉熔炼，通过连续铸造和轧制生产铜杆的技术，具有流程短、能耗低、污染小等优势。坚炉作为该工艺的核心设备，其燃烧系统的性能直接影响铜熔炼质量、能耗水平和环保指标。目前，再生铜直接制杆竖炉的燃烧系统仍存在诸多技术缺陷，制约了工艺优势的充分发挥。

[0003]现有竖炉燃烧系统多采用单通道燃烧器，燃料与空气混合不充分，导致燃烧效率低(通常≤85%)，燃料浪费严重。同时，火焰形状不可控，易出现局部高温或温度分布不均现象，竖炉恒温区温度波动可达±20℃以上，造成铜液成分不均匀、氧化烧损率高，影响铜杆产品质量。

[0004]因此，提出一种用于再生铜直接制杆竖炉的燃烧系统来解决上述问题很有必要。

发明内容

[0005]本发明的目的在于提供一种用于再生铜直接制杆竖炉的燃烧系统，以解决现有竖炉燃烧系统多采用单通道燃烧器，燃料与空气混合不充分，导致燃烧效率低(通常≤85%)，燃料浪费严重。同时，火焰形状不可控，易出现局部高温或温度分布不均现象，竖炉恒温区温度波动可达±20℃以上，造成铜液成分不均匀、氧化烧损率高，影响铜杆产品质量的问题。

[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于再生铜直接制杆竖炉的燃烧系统，包括竖炉和燃烧单元、分级式热循环供风单元和温控反馈单元，所述燃烧单元包括至少三个双旋流燃烧器，三个双旋流燃烧器环绕竖炉的炉壁设置，所述燃烧单元设置多组，多组燃烧单元沿着竖炉高度方向分布;

[0007]所述竖炉顶端设置有锥形口，所述锥形口顶端连通有排气管，所述排气管上设置有换热器，所述换热器和分级式热循环供风系统通过换热管道连接，所述分级式热循环供风系统和双旋流燃烧器连接;

[0008]所述竖炉内壁上固定有内套，所述内套内部开设有锥台状，所述锥台状的底端半径小于顶端半径。

[0009]优选的，所述双旋流燃烧器的燃烧口倾斜向下设置，所述双旋流燃烧器设有嵌套式内旋流通道和外旋流通道。

[0010]优选的，所述分级式热循环供风元包括一次风模块、二次风模块及风热交换器，一次风模块通过独立管道接入内旋流通道，二次风模块、换热器和外旋流通道依次连接。

[0011]优选的，所述温控反馈单元包括红外测温仪、PLC控制器及执行器，红外测温仪安装于竖炉上部和下部，直接采集炉内温度数据，所述红外测温仪和PLC控制器信号连接，所述PLC控制器和执行器信号连接，所述执行器和分级式热循环供风单元连接。

[0012]优选的，所述双旋流燃烧器内旋流通道直径为80mm-150mm，外旋流通道直径为150mm-300mm，内旋流通道和外旋流通道出口处均设有可调节导流叶片，叶片角度调节范围为15°-45°，每个双旋流燃烧器内置点火电极和双波段火焰监测器，点火电极击穿电压8kV-15kV，火焰监测器响应时间≤0.5s。

[0013]优选的，所述分级式风热循环供风单元的一次风模块配备高压离心风机，一次风风速为15m/s-25m/s，二次风模块配备变频轴流风机，二次风风速为20m/s-35m/s，换热器使用翅片管式风热交换器，换热效率≥85%。

[0014]优选的，所述内套内部设置有多个缓冲机构，所述缓冲机构包括转轴和弹性挡板，所述转轴转动连接于竖炉的内壁上，所述弹性挡板固定于转轴外侧。

[0015]优选的，所述锥形口的一侧开设有进料口，所述进料口上设置有箱门。

[0016]优选的，所述竖炉内部底端设置有滤网板，所述竖炉一侧连通有排废口，所述排废口设置于滤网板上方，所述竖炉底端连通有排铜口，所述排铜口设置于滤网板下方。

[0017]优选的，所述燃烧单元连接双燃料切换供给单元，所述双燃料切换供给单元和温控反馈单元信号连接。

[0018]本发明的技术效果和优点：

[0019]1、分层燃烧设计实现梯度加热，上部燃烧单元将原料预热至，减少下部燃烧单元的热负荷，提升整体熔炼速度提升，双旋流燃烧技术使火焰与原料接触面积增加，热传递效率提升，原料从投入到熔融的时间缩短。

[0020]2、弹性缓冲机构使原料下降速度均匀可控，避免局部堆积，提高竖炉空间利用率，竖炉内壁上固定有内套，内套内部开设有锥台状，锥台状的底端半径小于顶端半径，使下降的再生铜原料可以居中下降，不会和竖炉内壁产生碰撞。翅片管式换热器回收废气余热，使二次风温度提升，减少燃料消耗，降低生产成本。

[0021]3、双波段火焰监测器与点火电极联动，火焰异常时.秒内切断燃料，配合压力报警装置，实现三级安全防护，杜绝爆炸风险，独立排废与排铜设计减少设备堵塞。

附图说明

[0022]图1为本发明用于再生铜直接制杆竖炉的燃烧系统结构示意图。

[0023]图中：1、竖炉;2、锥形口;3、箱门;4、换热管道;5、分级式风热循环供风单元;6、换热器;7、转轴;8、弹性挡板;9、内套;10、双旋流燃烧器;11、滤网板;12、排废口;13、排铜口;14、排气管。

具体实施方式

[0024]本发明提供了如图1所示的一种用于再生铜直接制杆竖炉的燃烧系统，包括竖炉1和燃烧单元、分级式热循环供风单元5和温控反馈单元，燃烧单元包括至少三个双旋流燃烧器10，三个双旋流燃烧器10环绕竖炉1的炉壁设置，燃烧单元设置多组，多组燃烧单元沿着竖炉1高度方向分布;

[0025]锥形口2的一侧开设有进料口，进料口上设置有箱门3，可以通过进料口往竖炉1内部再生铜原料。

[0026]处于上方的燃烧单元可以对下降的再生铜原料进行预热，而处于下方的燃烧单元可以对预热后的再生铜原料进行熔炼，提高熔炼燃烧的速度，提高效率，减轻底部燃烧单元的燃烧压力。

[0027]竖炉1顶端设置有锥形口2，锥形口2顶端连通有排气管14，排气管14上设置有换热器6，换热器6和分级式热循环供风系统5通过换热管道4连接，分级式热循环供风系统5和双旋流燃烧器10连接。

[0028]竖炉1内壁上固定有内套9，内套9内部开设有锥台状，锥台状的底端半径小于顶端半径，使下降的再生铜原料可以居中下降，不会和竖炉1内壁产生碰撞。竖炉1内壁固定的锥台状内套9(底端半径小于顶端半径)，配合内部缓冲机构(转轴7+弹性挡板8)，可引导再生铜原料沿中心轴平稳下降，避免与炉壁碰撞产生局部磨损，同时减少原料堆积造成的受热不均。顶端锥形口2及排气管14的设计，既便于废气集中导出，又通过换热器6实现余热回收，形成能量循环。

[0029]双旋流燃烧器10的燃烧口倾斜向下设置，双旋流燃烧器10设有嵌套式内旋流通道和外旋流通道，嵌套式内旋流通道(80-150mm)与外旋流通道(150-300mm)配合可调节导流叶片(15°-45°)，能精准调控火焰形状(长度、扩散角度)，适应不同高度区域的熔炼需求(如上部预热、中部熔融、下部保温)。

[0030]分级式热循环供风元5包括一次风模块、二次风模块及风热交换器，一次风模块通过独立管道接入内旋流通道，二次风模块、换热器6和外旋流通道依次连接。

[0031]温控反馈单元包括红外测温仪、PLC控制器及执行器，红外测温仪安装于竖炉1上部和下部，直接采集炉内温度数据，红外测温仪和PLC控制器信号连接，PLC控制器和执行器信号连接，执行器和分级式热循环供风单元5连接。

[0032]红外测温仪上下双点布置，实时采集800-1300℃区间温度，数据传输至PLC控制器后，通过执行器动态调节供风量与燃料供给。双旋流燃烧器内置的点火电极(8-15kV击穿电压)和双波段火焰监测器(响应时间≤0.5s)，可快速点火并实时监测火焰状态，遇故障立即切断燃料，提升运行安全性。

[0033]双旋流燃烧器10内旋流通道直径为80-150mm，外旋流通道直径为150～300mm，内旋流道和外旋流通道出口处均设有可调节导流叶片，叶片角度调节范围为15°-45°，每个双旋流燃烧器10内置点火电极和双波段火焰监测器，点火电极击穿电压8kV-15kV，火焰监测器响应时间≤0.5s。

[0034]双波段火焰监测器(响应时间≤0.5s)与点火电极联动，火焰熄灭时立即切断燃料，杜绝爆炸风险;压力报警装置实时监控燃料压力(0.05-0.2MPa)，异常时自动停机，降低安全事故发生率。

[0035]分级式风热循环供风单元5的一次风模块配备高压离心风机，一次风风速为15m/s-25m/s，二次风模块配备变频轴流风机，二次风风速为20m/s-35m/s，换热器6使用翅片管式风热交换器，换热效率≥85%，促进燃料完全燃烧。风热交换器与竖炉1废气系统联动，实现热量梯级利用。

[0036]内套9内部设置有多个缓冲机构，缓冲机构包括转轴7和弹性挡板8，转轴7转动连接于竖炉1的内壁上，弹性挡板8固定于转轴7外侧。转轴7通过耐高温轴承转动连接于竖炉内壁，弹性挡板8采用弹簧钢材质，呈弧形结构固定于转轴外侧，可随原料冲击自动调整角度(摆动范围0-30°)。

[0037]竖炉1内部底端设置有滤网板11，竖炉1一侧连通有排废口12，排废口12设置于滤网板11上方，竖炉1底端连通有排铜口13，排铜口13设置于滤网板11下方。滤网板11分离铜液与废渣，排废口12与排铜口13独立设计，减少设备堵塞与维护频率，炉底部安装的滤网板11采用310S耐热钢材质，孔径8-12mm，呈10°倾斜布置，便于废渣向排废口12滑动，排废口12配备水冷式闸板阀，可在高温状态下实现密封启闭。

[0038]燃烧单元连接双燃料切换供给单元，双燃料切换供给单元和温控反馈单元信号连接。

[0039]实施例1

[0040]采用3组双旋流燃烧器(内通道φ100mm，外通道φ200mm)，适配天然气燃料。分级供风：一次风占20%，风速15m/s;二次风占80%，经空气预热器预热至150℃，风速20m/s，一次风模块、二次风模块内部设置导流叶片，导流叶片角度15°。双旋流燃烧器和双燃料切换供给单元连接，双燃料切换供给单元控制空燃比1:10，燃料压力0.05MPa。温控反馈单元设定温度1150℃，红外测温仪精度±3℃。废气净化：氨水脱硝(850℃喷入)，脱硝效率80%;5%氢氧化钠脱硫，效率90%。运行结果：燃烧效率95%，炉温波动±5℃，NOx150mg/m3，SO250mg/m3，燃烧器稳定运行12个月。

[0041]实施例2

[0042]采用4组双旋流燃烧器(内通道φ110mm，外通道φ210mm)，适配天然气燃料。分级供风：一次风占22%，风速16m/s;二次风占78%，预热至180℃，风速22m/s，导流叶片角度18°。双燃料切换供给单元控制空燃比1:10.5，燃料压力0.07MPa。温控设定1180℃，测温精度±3℃。废气净化：8%氨水脱硝(860℃喷入)，效率82%;6%氢氧化钠脱硫，效率91%。运行结果：燃烧效率95.5%，炉温波动±4℃，NOx145mg/m3，SO245mg/m3，燃烧器无故障运行13个月。

[0043]实施例3

[0044]采用3组双旋流燃烧器(内通道φ90mm，外通道φ190mm)，适配液化石油气。分级供风：一次风占25%，风速14m/s;二次风占75%，预热至200℃，风速20m/s，导流叶片角度20°。空燃比1:11，燃料压力0.08MPa。温控设定1200℃，测温精度±3℃。废气净化：10%氨水脱硝(870℃喷入)，效率83%;7%氢氧化钠脱硫，效率92%。运行结果：燃烧效率96%，炉温波动±4℃，NOx140mg/m3，SO240mg/m3，燃烧器寿命14个月。

[0045]实施例4

[0046]采用2组双旋流燃烧器(内通道φ120mm，外通道φ220mm)，适配天然气。分级供风：一次风占28%，风速17m/s;二次风占72%，预热至220℃，风速24m/s，导流叶片角度22°。空燃比1:11.5，燃料压力0.10MPa。温控设定1220℃，测温精度±3℃。废气净化：7%氨水脱硝(880℃喷入)，效率84%;7%氢氧化钠脱硫，效率92%。运行结果：燃烧效率96%，炉温波动±4℃，NOx135mg/m3，SO242mg/m3，燃烧器稳定运行13个月。

[0047]实施例5

[0048]采用4组双旋流燃烧器(内通道φ100mm，外通道φ200mm)，适配液化石油气。分级供风：一次风占24%，风速15m/s;二次风占76%，预热至210℃，风速21m/s，导流叶片角度20°。空燃比1:11，燃料压力0.09MPa。温控设定1200℃，测温精度±3℃。废气净化：9%氨水脱硝(850℃喷入)，效率83%;6%氢氧化钠脱硫，效率91%。运行结果：燃烧效率95.8%，炉温波动±4℃，NOx142mg/m3，SO246mg/m3，燃烧器无故障运行14个月。

[0049]实施例6

[0050]采用3组双旋流燃烧器(内通道φ105mm，外通道φ205mm)，适配天然气。分级供风：一次风占23%，风速15.5m/s;二次风占77%，预热至200℃，风速21m/s，导流叶片角度19°。空燃比1:10.8，燃料压力0.06MPa。温控设定1190℃，测温精度±3℃。废气净化：8%氨水脱硝(865℃喷入)，效率81%;6%氢氧化钠脱硫，效率90.5%。运行结果：燃烧效率95.2%，炉温波动±4.5℃，NOx148mg/m3，SO248mg/m3，燃烧器运行12.5个月。

[0051]实施例7

[0052]采用4组双旋流燃烧器(内通道φ115mm，外通道φ215mm)，适配液化石油气。分级供风：一次风占26%，风速16.5m/s;二次风占74%，预热至250℃，风速23m/s，导流叶片角度25°。空燃比1:11.2，燃料压力0.09MPa。温控设定1210℃，测温精度±3℃。废气净化：9%氨水脱硝(880℃喷入)，效率84%;8%氢氧化钠脱硫，效率92.5%。运行结果：燃烧效率96.2%，炉温波动±3℃，NOx138mg/m3，SO238mg/m3，燃烧器寿命15个月。

[0053]实施例8

[0054]采用3组双旋流燃烧器(内通道φ95mm，外通道φ195mm)，适配天然气。分级供风：一次风占21%，风速15m/s;二次风占79%，预热至160℃，风速20m/s，导流叶片角度16°。空燃比1:10.2，燃料压力0.06MPa。温控设定1170℃，测温精度±3℃。废气净化：6%氨水脱硝(855℃喷入)，效率80%;5.5%氢氧化钠脱硫，效率90%。运行结果：燃烧效率95%，炉温波动±5℃，NOx149mg/m3，SO250mg/m3，燃烧器稳定运行12个月。

[0055]实施例9

[0056]采用2组双旋流燃烧器(内通道φ110mm，外通道φ210mm)，适配液化石油气。分级供风：一次风占30%，风速18m/s;二次风占70%，预热至280℃，风速25m/s，导流叶片角度30°。空燃比1:12，燃料压力0.12MPa。温控设定1250℃，测温精度±3℃。废气净化：10%氨水脱硝(890℃喷入)，效率85%;10%氢氧化钠脱硫，效率93%。运行结果：燃烧效率96.5%，炉温波动±3℃，NOx130mg/m3，SO235mg/m3，燃烧器无故障运行16个月。

[0057]实施例10

[0058]采用4组双旋流燃烧器(内通道φ100mm，外通道φ200mm)，适配天然气。分级供风：一次风占24%，风速16m/s;二次风占76%，预热至230℃，风速22m/s，导流叶片角度22°。空燃比1:11，燃料压力0.08MPa。温控设定1200℃，测温精度±3℃。废气净化：8%氨水脱硝(875℃喷入)，效率83%;7%氢氧化钠脱硫，效率92%。运行结果：燃烧效率95.8%，炉温波动±4℃，NOx140mg/m3，SO240mg/m3，燃烧器运行14个月。

[0059]实施例11

[0060]采用3组双旋流燃烧器(内通道φ108mm，外通道φ208mm)，适配液化石油气。分级供风：一次风占27%，风速17m/s;二次风占73%，预热至240℃，风速23m/s，导流叶片角度24°。空燃比1:11.3，燃料压力0.10MPa。温控设定1220℃，测温精度±3℃。废气净化：9%氨水脱硝(880℃喷入)，效率84%;8%氢氧化钠脱硫，效率92.5%。运行结果：燃烧效率96.1%，炉温波动±3.5℃，NOx136mg/m3，SO239mg/m3，燃烧器寿命15个月。

[0061]实施例12

[0062]采用3组双旋流燃烧器(内通道φ102mm，外通道φ202mm)，适配天然气燃料。分级供风：一次风占22%，风速15.5m/s;二次风占78%，经预热至200℃，风速21m/s，导流叶片角度20°。智能燃料供给系统控制空燃比1:10.6，燃料压力0.07MPa。温控反馈单元设定温度1190℃，红外测温仪精度±3℃。废气净化：7%氨水脱硝(865℃喷入)，脱硝效率82%;6.5%氢氧化钠脱硫，效率91.5%。运行结果：燃烧效率95.3%，炉温波动±4℃，NOx146mg/m3，SO246mg/m3，燃烧器连续运行13个月无故障。

[0063]实施例13

[0064]采用4组双旋流燃烧器(内通道φ112mm，外通道φ212mm)，适配液化石油气。分级供风：一次风占25%，风速16.5m/s;二次风占75%，预热至260℃，风速23m/s，导流叶片角度25°。双燃料切换供给单元控制空燃比1:11.2，燃料压力0.09MPa。温控设定1210℃，测温精度±3℃。废气净化：9%氨水脱硝(875℃喷入)，效率83.5%;8%氢氧化钠脱硫，效率92.3%。运行结果：燃烧效率96%，炉温波动±3.5℃，NOx138mg/m3，SO238mg/m3，燃烧器稳定运行14.5个月。

[0065]实施例14

[0066]采用2组双旋流燃烧器(内通道φ115mm，外通道φ215mm)，适配天然气。分级供风：一次风占29%，风速17.5m/s;二次风占71%，预热至290℃，风速24m/s，导流叶片角度28°。空燃比1:11.8，燃料压力0.13MPa。温控设定1240℃，测温精度±3℃。废气净化：10%氨水脱硝(890℃喷入)，效率84.5%;9%氢氧化钠脱硫，效率92.8%。运行结果：燃烧效率96.4%，炉温波动±3℃，NOx132mg/m3，SO236mg/m3，燃烧器无故障运行15.5个月。

[0067]实施例15

[0068]采用3组双旋流燃烧器(内通道φ95mm，外通道φ195mm)，适配液化石油气。分级供风：一次风占21%，风速14.5m/s;二次风占79%，预热至170℃，风速20m/s，导流叶片角度17°。空燃比1:10.3，燃料压力0.06MPa。温控设定1170℃，测温精度±3℃。废气净化：6%氨水脱硝(855℃喷入)，效率81%;5.5%氢氧化钠脱硫，效率90.5%。运行结果：燃烧效率95.1%，炉温波动±4.5℃，NOx149mg/m3，SO249mg/m3，燃烧器运行12.5个月。

[0069]实施例16

[0070]采用4组双旋流燃烧器(内通道φ105mm，外通道φ205mm)，适配天然气。分级供风：一次风占26%，风速16m/s;二次风占74%，预热至240℃，风速22m/s，导流叶片角度23°。双燃料切换供给单元控制空燃比1:11.1，燃料压力0.08MPa。温控设定1200℃，测温精度±3℃。废气净化：8%氨水脱硝(870℃喷入)，效率83%;7%氢氧化钠脱硫，效率92%。运行结果：燃烧效率95.8%，炉温波动±4℃，NOx142mg/m3，SO242mg/m3，燃烧器稳定运行14个月。

说明书附图(1)