CN101196298B - 一种紊流长火焰顶燃式热风炉燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紊流长火焰顶燃式热风炉燃烧器，属于钢铁厂炼铁领域。其技术方案是，由耐火材料制成的燃烧器设于燃烧室的上部，燃烧器的预混室与燃烧室之间设有狭部，在预混室侧墙上分布着多个独立的煤气喷口和独立的空气喷口，煤气喷口在燃烧器径向有一定的旋转角度，特征在于，空气喷口在燃烧器轴向有一向上的倾角，煤气喷口和空气喷口个数相同，上下对应。与现有技术相比，本发明可使空气与煤气进入预混室后形成紊流，边混合边燃烧，火焰较长，保证大部分燃烧位置在狭部以下，并且到达格子砖之前燃烧完全；通过喷射口的设计角度实现煤气与空气充分混合，保证气流分布均匀，使得贴近燃烧室内壁处空气浓度大于CO浓度，减少高温CO对炉壁的腐蚀作用。

Description

一种紊流长火焰顶燃式热风炉燃烧器

技术领域

本发明涉及钢铁厂炼铁领域顶燃式热风炉燃烧器，特别涉及能保护热风炉炉壁、延长热风炉寿命与提高热风温度的一种紊流长火焰顶燃式热风炉燃烧器。

背景技术

热风炉是向炼铁高炉输送热风的一种设备，该设备的好坏直接关系到炼铁成本，例如风温提高，可以节约焦炭，增加铁水产量；如果燃烧气流分布均匀，还可以延长热风炉使用寿命，增加炼铁厂效益。热风炉的工作原理是通过热风炉燃烧器燃烧高炉煤气(或配加焦炉煤气)而产生大量的高温烟气，高温烟气在下行过程中加热蓄热体，而后停止烧炉，送冷风(空气)，冷风在上行过程中带走蓄热体的热量，变为热风进入高炉。

按热风炉燃烧器位置，可以把热风炉主要分为内(外)燃式和顶燃式结构形式，内燃式热风炉是较早广泛应用的热风炉结构形式，它的燃烧室位于炉壳内部，炉体下部，与蓄热室并列存在。从结构分析，内燃式热风炉燃烧室占据炉体内一定空间，减少了蓄热面积；从使用寿命看，炉体大墙不稳定，火墙容易烧穿，热风管道三岔口处容易塌陷，拱顶稳定性不好；从燃烧器分析，中心通煤气，外环走空气，煤气与空气边扩散边燃烧，由于气体混合差，火焰非常长，燃烧不够充分。

顶燃式热风炉与内燃式相比在结构形式与火焰形状上都有很大改进，顶燃式热风炉的燃烧室在炉体顶部，燃烧器在燃烧室周围炉壁上。最初的顶燃式热风炉是ZSD(套管)式，燃烧室环壁上有多个套管，每个套管由中央的煤气管和周围空气环管组成。煤气和空气在燃烧室内预先混合，而后燃烧，属于预混火焰。这种燃烧方式保证了煤气与空气充分混合，完全燃烧，实践证明，该结构热风炉送风温度较内燃式有很大提高。但是，因为燃烧器是套管结构，煤气与空气的混合流程短，所以火焰非常短，导致整个穹顶温度都很高，且由于喷射口的角度设计不合理，致使高温烟气沿燃烧室内壁下行，导致热风炉燃烧室部位炉皮温度很高，经常开裂，影响了热风炉的使用寿命。为提高风温，国内对顶燃式热风炉燃烧器结构的研究越来越多，象旋切式热风炉[专利号：200420008906.X]，它的燃烧器结构有了很大改进，这对提高热风温度、降低冷却水的消耗、减少投资等具有一定的作用。但是，上述方案实际中仍存在很大的不足，例如：针对不同的炉径，如何合理组织燃烧火焰，如何使高温烟气流分布均匀，如何保护燃烧室内壁不受高温CO侵蚀，如何使拱顶在送风和烧炉期间的温差最小，从而使热风炉的寿命更长等等。这些参数不仅关系到热风温度，更重要的是影响到热风炉的使用寿命。

发明内容

本发明的技术任务是针对上述现有技术中的不足提供一种紊流长火焰顶燃式热风炉燃烧器，该种紊流长火焰顶燃式热风炉燃烧器可保证气流分布均匀，保护燃烧室炉壁，延长热风炉使用寿命，提高送风温度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该种紊流长火焰顶燃式热风炉燃烧器，由耐火材料制成的燃烧器设于燃烧室的上部，燃烧器的预混室与燃烧室之间设有狭部，在预混室侧墙上分布着多个独立的煤气喷口和独立的空气喷口，煤气喷口在燃烧器径向有一定的旋转角度，其特征在于，空气喷口在燃烧器轴向有一向上的倾角，煤气喷口和空气喷口个数相同，上下对应。

在紊流长火焰顶燃式热风炉燃烧器中，所述的预混室侧墙上分布着12-24个煤气喷口和12-24个空气喷口。

在紊流长火焰顶燃式热风炉燃烧器中，所述的空气喷口在轴向上的倾角大小为30°。

在紊流长火焰顶燃式热风炉燃烧器中，所述的煤气喷口喷出的煤气与空气喷口喷出的空气在燃烧室的中心相交。

在紊流长火焰顶燃式热风炉燃烧器中，所述的炉子大小不同，煤气喷射口和空气喷射口在炉壁的轴向间距也不同。煤气喷射口和空气喷射口的径向与轴向角度也不同。

本发明的有益效果是：和现有技术相比，本发明具有以下突出的效果：设计合理、结构简单、使用方便、保证气流分布均匀，保护燃烧室炉壁，延长热风炉使用寿命，提高送风温度等。

这种结构的燃烧器最大特点就是空气与煤气进入预混室后形成紊流，边混合边燃烧，火焰较长，保证大部分燃烧位置在狭部以下，进格子砖之前完全燃烧，保证最高温度在格子砖上部，提高了热风温度；通过煤气和空气喷口角度和距离的设计，使喷射口出来的煤气与空气恰好相交在燃烧室中心，使预混室存在少部分混合气体燃烧，在烧炉期间加热穹顶，使烧炉期间穹顶温度不至于太低，与送风期间穹顶温度相差不多，减少穹顶的热应力，提高穹顶的寿命；且燃烧的火焰长度和气流分布可以有效的保护炉壁(使得贴近燃烧室内壁处空气浓度大于CO浓度，减少高温CO对炉壁的腐蚀作用)，延长热风炉寿命。

附图说明

附图1是一种紊流长火焰顶燃式热风炉燃烧器的结构示意图；

附图2是附图1中所示煤气喷口A-A水平剖面图；

附图3是附图1中所示空气喷口B-B水平剖面图；

附图标记说明：1外围煤气管道，2外围助燃空气管道，3煤气喷口，4空气喷口，5预混室，6煤气环道，7空气环道，8狭部，9燃烧室。

具体实施方式

参照说明书附图对本发明的一种紊流长火焰顶燃式热风炉燃烧器作以下详细地说明。

本发明的一种紊流长火焰顶燃式热风炉燃烧器，由耐火材料制成的燃烧器设于燃烧室的上部，燃烧器的预混室5与燃烧室9之间设有燃烧室狭部8，在预混室5侧墙上分布着12-24个独立的煤气喷口3和12-24个独立的空气喷口4。如图2所示，煤气喷口3在燃烧器径向有一定的旋转角度，煤气喷口3的个数决定于热风炉直径大小；如图3，空气喷口在燃烧器轴向有一向上的倾角，煤气喷口和空气喷口个数相同，上下对应。

空气喷口轴向倾角范围0-30°(不包括零倾角)，煤气喷口径向旋转角度范围0-90°。

高炉煤气由外围煤气管道1进入煤气环道6，经煤气环道6均匀分配后的煤气进入煤气喷口3。助燃空气由外围助燃空气管道2进入空气环道7，经空气环道7均匀分配后的空气进入空气喷口4。炉子大小不同，煤气喷口和空气喷口的径向与轴向角度也不同，对应的煤气喷口和空气喷口在炉壁的轴向间距也不同。

他们之间的关系可表示为：

$\sin \mathrm{\θ}+\frac{h}{R}\·\frac{1}{\mathrm{tg\α}}=1$

其中：R表示炉径，θ表示径向旋转角度，α表示轴向角度，h＝(0～1)H，H表示煤气喷射口和空气喷射口的轴向间距。

空气与煤气进入预混室后形成紊流，边混合边燃烧，火焰较长，保证大部分燃烧位置在狭部以下，进格子砖之前完全燃烧，保证最高温度在格子砖上部，提高了热风温度；通过煤气和空气喷口角度和距离的设计，使喷射口出来的煤气与空气恰好相交在燃烧室中心，使预混室存在少部分混合气体燃烧，在烧炉期间加热穹顶，使烧炉期间穹顶温度不至于太低，与送风期间穹顶温度相差不多，减少穹顶的热应力，提高穹顶的寿命；且燃烧的火焰长度和气流分布可以有效的保护炉壁(使得贴近燃烧室内壁处空气浓度大于CO浓度，减少高温CO对炉壁的腐蚀作用)，延长热风炉寿命。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (1)

1.一种紊流长火焰顶燃式热风炉燃烧器，由耐火材料制成的燃烧器设于燃烧室的上部，燃烧器的预混室与燃烧室之间设有狭部，在预混室侧墙上分布着多个独立的煤气喷口和独立的空气喷口，煤气喷口在燃烧器径向有一定的旋转角度，其特征在于，空气喷口在燃烧器轴向有一向上的倾角，煤气喷口和空气喷口个数相同，上下对应；预混室侧墙上分布着12-24个煤气喷口和12-24个空气喷口；空气喷口在轴向上的倾角大小为30°；煤气喷口喷出的煤气与空气喷口喷出的空气在燃烧室的中心相交。

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