CN101644481A - 一种顶燃式热风炉 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金工业技术领域，特别涉及一种顶燃式热风炉。顶燃式热风炉的燃烧器位于由带热风出口的热风炉蓄热本体之上，是顶燃式热风炉的拱顶部分，燃烧器为三段式结构，第一段为燃烧室，位于燃烧器下部，直接坐在热风炉本体上，其工作内衬上端呈收缩口状部份，垂直伸入中部的煤气旋流预混室内，不与煤气旋流预混室的工作内衬接触，可自由膨胀；第二段为煤气旋流预混室，位于燃烧器中部；第三段为空气室，处于燃烧器上部。本发明的顶燃式热风炉不可能出现空气和煤气互窜、燃烧器拱顶无煤气残余、具有更高旋流强度、燃烧器拱顶砌体具有更好稳定性和寿命的特征。本发明可广泛应用在热风炉上，加热高炉鼓风介质。
Description
技术领域
本发明属于冶金工业技术领域，特别涉及一种顶燃式热风炉。
背景技术
大型高炉配置顶燃式热风炉，始于1979年，为首钢所创。但至2002年之前，仅限于首钢等少数企业在推广使用。然而，自俄罗斯的卡卢金先生在中国公布02157064.7专利并建成示范工程之后，顶燃式热风炉才以其显著的技术优势全面超越内燃式热风炉，得到广泛地推广应用。
卡卢金顶燃式热风炉的燃烧器采用两段式结构：即热风炉的拱顶是燃烧室，为第一段；预混室为第二段。其主要特征是：在预混室内设置了耐材砌筑的上下重叠的空气环道和煤气环道，煤气环道在上，空气环道在下；空气环道部分喷口的中心线与预混室中心线呈夹角，以产生旋流。其问题之一是：在重叠的环道间，用于上下分隔作用的耐材，可能因为燃烧期和送风期所形成的显著温差，在造成预混室内工作层耐材破损后而逐步破损；这将使得在热风炉炉役期内环道间存在窜气的可能性，增加了役龄后期生产的不安全因素；问题之二是：煤气环道在上，使得热风炉燃烧终止期，在燃烧器拱顶将残存煤气，从而衍生：若不使用N2吹扫，可能在送风时产生爆炸；若采用N2吹扫，不仅会增加消耗，还提供了N2被加热到1400℃以上产生NOx的可能性，不利于环保；问题之三是：依靠空气喷口产生的旋流，会因为空气的比重低、数量比煤气少，所形成的旋流强度小，这会造成煤气和空气混合时间长、燃烧的火焰长。上述问题在后续公布的中国专利200420008906.x中同时存在。
与本发明相近的中国专利还有2005200322013.3。该专利的燃烧器采用了两段式结构，在燃烧器预混段内设置了一环空气环道，在燃烧器拱顶部外接了一根煤气管道。该专利的问题是该外接管道是直接与燃烧器拱顶相贯，这造成相贯接口处的砌体近似水平悬挂于煤气出口处，而该处是热风炉燃烧期和送风期所形成的温差最大的位置。该温差超过700℃，即送风期受热辐射温度达到900℃以上，但燃烧期将被煤气冷却至200℃以下。这将造成接口处近似水平悬挂的砌体寿命极大缩短，成为燃烧器的最薄弱环节。同时，该外接管道行走煤气，同样存在上述卡卢金顶燃式热风炉的第二个问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种顶燃式热风炉，它是不可能出现空气和煤气互窜、燃烧器拱顶无煤气残余、具有更高旋流强度、燃烧器拱顶砌体具有更好稳定性和寿命的顶燃式热风炉。
实现上述发明目的的技术方案是：燃烧器为三段式结构，第一段为燃烧室，位于燃烧器下部，直接坐在热风炉本体上，其工作内衬上端呈收缩口状部份，垂直伸入中部的煤气旋流预混室内，不与煤气旋流预混室的工作内衬接触，可自由膨胀；第二段为煤气旋流预混室，位于燃烧器中部；第三段为空气室，处于燃烧器上部。
在第二段，围绕煤气旋流预混室布置了一环耐材砌筑的煤气环道，该环道有煤气管与之相通；煤气旋流预混室的工作内衬是与环道砌体脱离，呈独立向上收缩，其收缩口状部份垂直伸入空气室内，不与空气室的工作内衬接触，可自由膨胀；在环道砌体和工作内衬上，至少均匀分布有两环数目相同或者不同、贯通煤气旋流预混室与煤气环道、中心线与煤气旋流预混室中心线呈不同夹角的煤气喷口。
在第三段，空气室没有设置类似煤气旋流预混室的内置环道和喷口，仅有空气管与之相通，空气管的中心线与空气室的中心线可呈一定夹角；空气室的工作内衬与自下向上垂直伸入的煤气旋流预混室的工作内衬脱离，独立向上收缩成完整的燃烧室拱顶部，并在拱顶中心设置了测温孔。
本发明与现有顶燃式热风炉相比，其有益效果体现在：
1).将燃烧器改为三段式结构，燃烧器中部只设置一环煤气环道，上部设置成单独的空气室，彻底克服了上下重叠的双环道在隔层耐材处可能出现的窜气，提高了热风炉役龄期后期生产的安全性。
2)、将燃烧器中部设置为煤气环道，由多环煤气喷口构成混合气流旋流发生装置，可以获得更大的旋流强度，有利于加强空气和煤气流的混合，缩短混合距离，从而缩短燃烧火焰的长度。这是因为热风炉所使用煤气的比重和数量均大于空气的比重和数量，在同样角度的旋流喷口下，煤气所产生的旋流强度比空气强。
3)、将空气设置在煤气环道之上，可使燃烧终点关闭煤气阀后，在燃烧器拱顶仅残留空气，无需吹扫。这即可降低N2消耗，同时也无NOx产生，利于环保，也确保了热风炉换炉的安全生产。在热风炉燃烧终点，程序控制最后关闭烟道阀，因此在关闭燃烧阀时，如果空气阀尚未关闭，热风炉内始终是处于负压状态，此时进入燃烧器中部的空气是向负压区域流动，不可能进入燃烧器煤气环道，因此改变煤气和空气的位置设置，可以确保安全生产。
4)、将燃烧器的拱顶设置空气室顶部，与卡卢金的燃烧器拱顶相比，缩小了拱顶直径，提高了拱顶的稳定性；同时，因为提高拱顶高度和减小受热面积，使得燃烧器拱顶在送风期内所受辐射热降低，缩小了燃烧器所承受温差，提高了使用寿命。与2005200322013.3专利相比，煤气旋流预混室的工作内衬可自由膨胀，可消化温差所造成的影响；而其独立收缩向上开口的结构，消除了该专利空气管道直接与燃烧器拱顶相贯存在的砌体近似水平悬挂问题，使本发明中的燃烧器从根本上消除了它的薄弱环节。
本发明可广泛应用在大型高炉配置的顶燃式热风炉，加热高炉鼓风介质。
附图说明
图1为本发明立剖面；
图2为图1中I-I横剖面；
图3为图1中II-II横剖面；
图4为图1中III-III横剖面；
图5为图1中IV-IV横剖面。
图中：1为热风炉蓄热本体，2为燃烧室，3为燃烧室工作内衬，4为煤气环道砌体，5为空气环道，6为煤气喷口，7为煤气旋流预混室，8为煤气旋流预混室的工作内衬，9为空气室，10为空气室的工作内衬，11为测温孔，12为空气管道，13为煤气管道，14为燃烧器，15为热风出口，16为煤气旋流预混室中心线，17为煤气喷口的中心线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作具体说明：
本发明的一种顶燃式热风炉，由带热风出口15的热风炉蓄热本体1和燃烧器14组成。该燃烧器14为三段式结构，第一段为燃烧室2，位于燃烧器14下部，是顶燃式热风炉的拱顶部分；第二段为煤气旋流预混室7，位于燃烧器14中部；第三段为空气室9，处于燃烧器14上部。
在第一段，燃烧室2的工作内衬3直接坐在热风炉蓄热本体1上，其工作内衬3上端呈收缩口状部份垂直伸入中部的煤气旋流预混室7内，不与煤气旋流预混室7的工作内衬8接触，可自由膨胀。
在第二段，围绕煤气旋流预混室7布置了一环耐材砌筑的煤气环道5，该环道5有煤气管道13与之相通；煤气旋流预混室7的工作内衬8是与环道砌体4脱离，呈独立向上收缩，其收缩口状部份垂直伸入空气室9内，不与空气室9的工作内衬10接触，可自由膨胀；在环道砌体4和工作内衬8上，至少均匀分布有两环数目相同或者不同、贯通煤气旋流预混室7与煤气环道5、其中心线17与煤气旋流预混室7中心线16呈不同夹角的煤气喷口6。
在第三段，空气室9没有设置类似煤气旋流预混室7的内置环道5和喷口6，仅有空气管道12与之相通，空气管12的中心线与空气室9的中心线可呈一定夹角，如图2所示；空气室9的工作内衬10与自下向上垂直伸入的煤气旋流预混室7的工作内衬8脱离，独立向上收缩成完整的燃烧室14拱顶部，并在拱顶中心设置了测温孔11。
如图3、4、5所示，在一种实施例中，旋流预混室7设置了三环煤气喷口6，该煤气喷口的中心线17和煤气旋流预混室7中心线16呈不同的夹角，各层煤气喷口6的中心线17分别相切于不同直径的一个圆。
本发明可广泛应用在大型高炉配置顶燃式热风炉，加热高炉鼓风介质。
Claims (4)
1、一种顶燃式热风炉，燃烧器位于由带热风出口的热风炉蓄热本体之上，是顶燃式热风炉的拱顶部分，其特征在于：燃烧器为三段式结构，第一段为燃烧室，位于燃烧器下部，直接坐在热风炉本体上，其工作内衬上端呈收缩口状部份，垂直伸入中部的煤气旋流预混室内，不与煤气旋流预混室的工作内衬接触，可自由膨胀；第二段为煤气旋流预混室，位于燃烧器中部；第三段为空气室，处于燃烧器上部。
2、根据权利要求1所述的顶燃式热风炉，其特征在于：在第二段煤气旋流预混室，围绕煤气旋流预混室布置了一环耐材砌筑的煤气环道，该煤气环道有煤气管道与之相通；煤气旋流预混室的工作内衬是与环道砌体脱离，呈独立向上收缩，其收缩口状部份垂直伸入空气室内，不与空气室的工作内衬接触，可自由膨胀；在环道砌体和工作内衬上，至少均匀分布有两环数目相同或者不同、贯通煤气旋流预混室与煤气环道、其中心线与煤气旋流预混室中心线呈不同夹角的煤气喷口；
3、根据权利要求1所述的顶燃式热风炉，其特征在于：在第三段空气室内有空气管道与之相通，空气管的中心线与空气室的中心线可呈一定夹角，空气室的工作内衬与自下向上垂直伸入的煤气旋流预混室的工作内衬脱离，独立向上收口成完整的燃烧室拱顶部，在拱顶中心设置了测温孔。
4、根据权利要求3所述的顶燃式热风炉，其特征在于：旋流预混室至少设置二环煤气喷口，该煤气喷口的中心线和煤气旋流预混室中心线呈不同的夹角，各层煤气喷口的中心线分别相切于不同直径的一个圆。
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