CN201817505U - 一种低矮型高风温顶燃式热风炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低矮型高风温顶燃式热风炉，有效解决热风炉燃烧器煤气与空气混合不均匀、燃烧不完全，烟气流场分布不均匀，拱顶受力结构差的问题，其结构是，拱顶内有燃烧室，拱顶直段上的热风出口与燃烧室相连通；拱顶下部装有燃烧器，燃烧器下部与蓄热室墙体上部相连；蓄热室墙体内装有蓄热体，蓄热体下部有炉箅子，炉箅子下方有冷风室，陶瓷燃烧器的墙体内砌筑有煤气环道与空气环道，在煤气环道和空气环道上分别沿周向布置煤气导管和空气导管，两者呈交错布置，且垂直向上引至燃烧器的上端面的对应的煤气喷嘴与空气喷嘴；煤气环道与煤气入口管相连通，空气环道与空气入口管相连通；拱顶上有上部人孔，本实用新型提高热风温度、节焦增效、节省燃料、节约投资。

Description

一种低矮型高风温顶燃式热风炉

一、技术领域

本实用新型涉及高炉炼铁用的热风炉，特别是一种低矮型高风温顶燃式热风炉。

二、背景技术

高炉热风炉是炼铁厂重要的辅助设备，目前在小型炼铁厂仍然在使用的带套筒燃烧器的顶燃式热风炉，它是将一个套筒燃烧器布置在拱顶的侧墙上，并有一定的旋切角度且略为上翘地安装，煤气与空气通过各自的流道以喷射方式进入燃烧室，且相互混合后经预热而着火燃烧，燃烧后的烟气流以旋转向下的方式进入蓄热室，在加热球床蓄热体之后进入烟道。由于这种热风炉只有一个或两个大的套筒燃烧器，煤气与空气很难通过大流股射流来实现气体间相互的充分混合，而大流股气流进入燃烧室后也很难形成均匀的进入蓄热室气流流场。可以肯定地讲，这种气流的混合方式不具备强预混后高强度燃烧的特征，火焰长度一定很长，不均匀的流场分布也不会与蓄热体间有良好热量传递效果。从七十年代至今一些热风炉上仍然在使用，且改进的程度有限。因此，使用这种燃烧器势必会造成大量煤气与空气在没有完全混合的情况下进入蓄热体内混合燃烧，产生蓄热体局部高温，致使蓄热体在高温下软化变形，对球床而言就会相互粘结，导致部分气流通道堵塞，失去进行热交换的作用，如果严重的话就使送风时间缩短，且风温上不去，而排烟温度却会升高。从结构上讲，倾斜向上的燃烧器喷口砌筑结构的受力状态很差，如果燃烧器喷口垮塌、拱顶势必随之垮塌，这种现象在这类热风炉上无一例外地存在。有鉴于此，很多炼铁厂采取增加一座带预燃室燃烧器的热风炉，或增加一座其它类型的热风炉，以此来改善套筒热风炉因结构问题而带来的后果。但是，带预燃室燃烧器的热风炉经过多年的实践证明，风温并不比原来的套筒式热风炉的风温高，也不是理想的高风温热风炉。由于在国内所有带预燃室的热风炉大都采用煤气、空气双预热，预热温度在180-200度之间，在这样条件下，设计风温仅仅是在1200度上下徘徊。这样的风温水平是由于这种热风炉燃烧器(预燃室)是采取煤气、空气喷嘴各自分层喷射混合，其混合效果并不好，加上气体旋流运动的作用，使烟气进入蓄热体表面时速度分布极不均匀，蓄热体的利用率明显下降，不能充分达到相应的换热与蓄热效果，久而久之，在旋流的作用，靠近炉体大墙环周的耐火球下陷、形成整体的反锅底状，并使局部耐火球板结成块，影响热风炉蓄热体寿命，在流动阻力加大后被迫换球。此外热风炉拱顶的氧化下沉、剥落、托圈氧化等这些较为严重的现象都是实实在在地存在。因此，在同等条件下，带预燃室的热风炉相对于套筒式热风炉并不占优势，某些方面甚至还比套筒热风炉性能还差，如风温水平就不及套筒式热风炉。至于采用内混合燃烧模式的热风炉，其喷嘴采用煤气、空气在喷嘴内部分预混合后从喷嘴90度无旋直喷流进预燃室。这种混合燃烧模式在混合方面比其它混合模式效果好，但由于气流没有旋转，烟气流存在偏斜或不稳定状态，以致蓄热体的热利用率并没有提高。由于两种气体在预燃室内部已实现了良好的混合，即使没有完全燃烧的气体，在运行到锥段燃烧室内也能继续燃烧。这就可以避免空气、煤气进入蓄热体内燃烧而造成蓄热体板结、葡萄球状现象，蓄热体的使用周期也会延长。由于燃烧完全，热风炉的整体效率有所提高，使得同样条件下热风温度会高于分层喷射混合的热风炉。但也存在着带预燃室热风炉的锥型拱顶受力结构不佳、流场分布不均匀、热效率不高等问题。现在看来，顶燃式球床热风炉，由于其结构上的问题，更需要快速均匀的混合与高强度的燃烧和均匀进入球床的气流分布，因而，其结构上的改进与创新势在必行。

三、发明内容

针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本实用新型之目的就是提供一种低矮型高风温顶燃式热风炉，可有效解决现有热风炉燃烧器煤气与空气混合不均匀、燃烧不完全，烟气流场分布不均匀，拱顶受力结构差，使用效果不理想等问题。

本实用新型解决的技术方案是，在原球床热风炉的结构基础上进行改进，包括蓄热室墙体、冷风室炉及炉箅子与支柱、蓄热室及格子砖、陶瓷燃烧器、悬链线拱顶(见图1)，悬链线拱顶内有燃烧室，拱顶的直段上的热风出口与燃烧室相连通；拱顶下部装有陶瓷燃烧器，陶瓷燃烧器下部经迷宫式连接体与蓄热室墙体上部相连；蓄热室墙体内装有蓄热体，蓄热体由小直径的锥孔格子砖堆砌而成(见图2-5)，锥形格孔按正三角形排列，凹槽将格孔连通，或者经水平通道将一排格孔连通，锥孔格子砖上有堆砌定位的凸块，蓄热体下部设置有支撑蓄热体的平面炉箅子，平面炉箅子下方有冷风室，其冷风室壁面上设置有烟道管和下部人孔；陶瓷燃烧器的墙体内砌筑有煤气环道与空气环道，在煤气环道和空气环道上分别沿周向布置煤气导管和空气导管，两者呈交错布置，且垂直向上引至陶瓷燃烧器的上端面的对应的煤气喷嘴与空气喷嘴；煤气环道与煤气入口管相连通，空气环道与空气入口管相连通；蓄热室墙体的内侧耐火砖一直延伸到陶瓷燃烧器的上端面，且与陶瓷燃烧器的内侧之间夹有一层轻质保温砖，拱顶上有上部人孔。

本实用新型的热风炉结构，能使交错上喷的煤气与空气气流很好地预混燃烧，随后烟气经拱顶折返而形成一个夹在两股反向气流中间的烟气回流涡旋，其对上行混合气流的预热功能实现了气流的提前着火与火焰稳定。这样的自激稳定属性保证了整个气流流场的流型稳定。同时，回流涡旋的静压强相对于主气流为低的特征对于向下气流有牵引作用，致使主气流自然趋向于分散流动，而最终形成较为均匀的进入格子砖的气流分布。可见，这样的燃烧室气流流场结构就能有效而巧妙地解决气体燃料燃烧过程中气流混合、气流预热、着火燃烧、气流稳定、气流分布均匀等一系列问题。基于蓄热室中蓄热体是锥形格孔、孔孔互通的结构，能有效提高格子砖的通孔率、显著增强蓄热体与气流间的传热、明显改善蓄热室气流分布的均匀性。因此，这样的热风炉能够完全实现燃烧火焰稳定、提高燃烧强度、防止燃烧震荡、改善传热效果，进而能提升热风炉的效率、增强负荷调节功能、实现安全与稳定的运行，从而达到提高热风温度、节焦增效、节省燃料、节约投资的目标。

四、附图说明

图1为本实用新型的结构剖视图。

图2为本实用新型带水平通道锥孔格子砖堆放图。

图3为本实用新型带水平通道锥孔格子砖堆放侧视图。

图4为本实用新型凹槽连通的锥孔格子砖结构俯视图。

图5为本实用新型凹槽连通的锥孔格子砖堆放侧视图。

图6为本实用新型陶瓷燃烧器空气喷嘴出口结构主视图。

图7为本实用新型陶瓷燃烧器空气喷嘴出口结构侧视图。

五、具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

由图1-7给出，本实用新型包括：蓄热室墙体、冷风室炉及炉箅子与支柱、蓄热室及格子砖、陶瓷燃烧器、悬链线拱顶(见附图1)，悬链线拱顶12内的空间为燃烧室11，拱顶12的直段上的热风出口9与燃烧室11相连通；拱顶下部装有陶瓷燃烧器8，陶瓷燃烧器8下部经迷宫式连接体15与蓄热室墙体2上部相连；蓄热室墙体内装有蓄热体7，蓄热体由小直径的锥孔格子砖21堆砌而成(见图2-5)，锥形格孔22按正三角形排列，凹槽23将7个格孔连通(或者水平通道23将一排格孔连通，凸块24作为堆砌定位之用；蓄热体7下部设置平面炉箅子6，对蓄热体起到支撑作用；平面炉箅子6下方为冷风室1，其壁面上设置烟道管3和下部人孔4；在陶瓷燃烧器8的墙体内砌筑煤气环道14与空气环道17，在煤气环道和空气环道上分别沿周向布置煤气导管18a和空气导管18b，两者呈交错布置，且垂直向上引至陶瓷燃烧器8的上端面的对应喷嘴，即煤气喷嘴20与空气喷嘴19；煤气环道14与煤气入口管13相连通，空气环道17与空气入口管16相连通。为了确保陶瓷燃烧器处于温度较低的区域，蓄热室墙体2的内侧耐火砖5一直延伸到陶瓷燃烧器8的上端面，且与陶瓷燃烧器8的内侧之间夹有一层轻质保温砖。为了保证使用效果和维修方便，所说的拱顶12上有上部人孔10。

所说的煤气喷嘴20、空气喷嘴19、煤气环道14、空气环道17均采用以堇青石-莫来石为原料的抗热震材料(砖)制成；所说的蓄热室墙体2、拱顶12上部采用密度大于2.65t/m³的高铝砖砌成；所说的煤气环道14和空气环道17靠近煤气进口、空气进口向左右延伸两米的连接部位，用0.5毫米的不锈钢板两层重叠密封，谨防空气和煤气之间相互窜气而发生不安全事故，煤气环道14和空气环道17的截面积是沿流动方向逐步减小的结构，以改善煤气喷嘴与空气喷嘴出口速度的不均匀分布；所说的陶瓷燃烧器8的墙体是上下、左右相互咬合的子母扣砖砌筑结构，是为了防止环状砌筑的砖块因周向膨胀与周向收缩造成墙体位移，以使燃烧器在砌筑后牢固连成一体；所说的煤气喷嘴20与空气喷嘴19为实现煤气与空气气流的相互快速混合、进而高强度燃烧、沿煤气环道、空气环道周向有30个以上煤气喷嘴和30个以上空气喷嘴，相互交错排列、首尾相接，形成一个能保证充分混合的链，在喷嘴的上方有用高强低铁莫来石轻质砖砌成的预混环道25(见图4)，其底部有与喷嘴19和20相连通的气流分配装置26，分别将煤气喷嘴与空气喷嘴按一定角度分成两个喷射通道，形成煤气与空气相交喷射混合流动状态，在预混环道25中造成两种气流的充分且快速的混合。

所说的锥孔格子砖21的格孔的孔径为16-22mm之间变动，格孔的锥度在1/20～1/30之间变动，格孔截面为圆形或六边形，或是带锯齿边的圆形；当锥孔格子砖为37孔，其凹槽有7个，每一个与7个格孔相通，若是水平通道则是一排一排的格孔互相连通。所说的平面炉箅子6上方的蓄热室墙体内用于作蓄热体的锥孔格子砖的高度为8～12米，按需设定排烟温度，切实改善炉箅子的工作环境，使其更加安全与稳定。

本实用新型整体结构合理，并经在450m³高炉热风炉上应用，取得了良好的运行效果。由于陶瓷燃烧器被设置在拱顶的下部和蓄热室大墙之外，其热稳定性大大加强，不像原来的套筒燃烧器是完全暴露在燃烧室中的，即使是带预燃室的热风炉结构，其燃烧器暴露在燃烧室中的程度都远大于改造后的燃烧器。因此，本实用新型热风炉及其燃烧器的寿命可以达到12--15年不大修，由于采用环形交错环状布置垂直上喷喷嘴的燃烧器，在与拱顶燃烧室组合后，使煤气与空气实现快速预混、回流预热、稳定而高强度燃烧、烟气流拱顶折返后进入蓄热体的流动燃烧模式，不再会出现燃烧不完全、甚至在砖床蓄热体中燃烧的现象，耐火格子砖不会造成变形、压扁，使用寿命大大延长，据试验和实践，耐火格子砖使用寿命在10年以上。

由上述可以看出，本实用新型与现有热风炉有明显区别，特别是在低矮的球床空间堆砌小孔径锥形格子砖构成新的蓄热体，其蓄热效果、传热效果均大为改善，且使用寿命得到极大的延长，其高效高风温、节能且环保的经济与社会效益是巨大的。

Claims (7)

1.一种低矮型高风温顶燃式热风炉，包括蓄热室墙体、冷风室炉及炉箅子与支柱、蓄热室及格子砖、陶瓷燃烧器、悬链线拱顶，其特征在于，悬链线拱顶(12)内有燃烧室(11)，拱顶(12)的直段上的热风出口(9)与燃烧室(11)相连通；拱顶下部装有陶瓷燃烧器(8)，陶瓷燃烧器(8)下部经迷宫式连接体(15)与蓄热室墙体(2)上部相连；蓄热室墙体内装有蓄热体(7)，蓄热体由小直径的锥孔格子砖(21)堆砌而成，锥形格孔(22)按正三角形排列，凹槽(23)将格孔连通，或者经水平通道将一排格孔连通，锥孔格子砖上有堆砌定位的凸块(24)，蓄热体(7)下部设置有支撑蓄热体的平面炉箅子(6)，平面炉箅子(6)下方有冷风室(1)，其冷风室壁面上设置有烟道管(3)和下部人孔(4)；陶瓷燃烧器(8)的墙体内砌筑有煤气环道(14)与空气环道(17)，在煤气环道和空气环道上分别沿周向布置煤气导管(18a)和空气导管(18b)，两者呈交错布置，且垂直向上引至陶瓷燃烧器(8)的上端面的对应的煤气喷嘴(20)与空气喷嘴(19)；煤气环道(14)与煤气入口管(13)相连通，空气环道(17)与空气入口管(16)相连通；蓄热室墙体(2)的内侧耐火砖(5)一直延伸到陶瓷燃烧器(8)的上端面，且与燃烧器(8)的内侧之间夹有一层轻质保温砖，拱顶(12)上有上部人孔(10)。

2.根据权利要求1所述的低矮型高风温顶燃式热风炉，其特征在于，所说的煤气环道(14)和空气环道(17)靠近煤气进口、空气进口向左右延伸两米的连接部位，有两层重叠密封的0.5毫米的不锈钢板，煤气环道(14)和空气环道(17)的截面沿煤气或空气流动方向呈逐步减小的结构。

3.根据权利要求1所述的低矮型高风温顶燃式热风炉，其特征在于，所说的陶瓷燃烧器(8)的墙体为上下、左右相互咬合的子母扣砖砌筑，能牢固连成一体。

4.根据权利要求1所述的低矮型高风温顶燃式热风炉，其特征在于，所说的煤气喷嘴(20)与空气喷嘴(19)分别沿煤气环道和空气环道周向各有30个以上相互交错排列、首尾相接，形成一个充分混合的链，在喷嘴的上方有用堇青石-莫来石高铝砖砌成的预混环道(25)，其底部有与空气喷嘴(19)和煤气喷嘴(20)相连通的气流分配装置(26)，分别将煤气喷嘴与空气喷嘴按一定角度分成两个喷射通道。

5.根据权利要求1所述的低矮型高风温顶燃式热风炉，其特征在于，所说的锥孔格子砖(21)的格孔的孔径为16-22mm，格孔的锥度为1/20～1/30，格孔截面为圆形或六边形，或是带锯齿边的圆形。

6.根据权利要求1所述的低矮型高风温顶燃式热风炉，其特征在于，所说的锥孔格子砖(21)有37个格孔，凹槽(23)有7个，每一个凹槽与7个格孔相通。

7.根据权利要求1所述的低矮型高风温顶燃式热风炉，其特征在于，所说的平面炉箅子(6)上方的蓄热室墙体内用于作蓄热体的锥孔格子砖的高度为8～12米。

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