CN101707893B - 热风炉 - Google Patents

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Abstract

一种热风炉，包括附带内衬(2)的炉壳(1)；格子砖(3)；拱顶(5)；预燃室(6)，它位于拱顶上部、与拱顶同心，包括外壳(7)和以独立支撑(9)自主支撑在外壳(7)上的内衬(8)；砌筑在预燃室(10)里面、垂直大墙上的煤气喷口(11)、空气喷口(12)，它们和内部煤气环道(14)及空气环道(15)连接、同时和煤气来气连接管(16)和助燃空气来气连接管(17)连接；下环道(15)的喷口位于下环道的上部、与水平面的夹角为向上倾斜15°～30°；所有喷口中心线在水平面上的投影与通过喷口出气口(11，12)截面中心的预燃室切线在水平面上的投影均为15°～45°。使用本发明可以减少生产运行开支、优化煤气燃烧。

Description

热风炉
技术领域
本发明属于黑色冶金领域，具体为：一种为高炉鼓风加热的结构装置。
背景技术
已知在拱顶上部设置烧嘴装置或预燃室(俄罗斯专利№2145637，著作者证明文件№602555，日本专利№48-4284，美国专利№3473794)的无燃烧室(顶燃式)热风炉，是一种最有发展前途的热风炉。
从技术实质和装配特征方面来讲，最接近本发明的是俄罗斯专利№2145637，等级C21B9/02所涉及的顶燃式热风炉(发明原型)。这种热风炉包括一个带内衬的外壳、格子砖、拱顶、热风管接管和预燃室；热风炉管接管位于格子砖上部，从格子砖至热风管道中心线的距离不小于热风出口截面直径的长度；预燃室位于拱顶上部，与拱顶同心；预燃室带有外壳及内衬，预燃室内衬独立于拱顶内衬，单独支撑在预燃室外壳上；预燃室内设有煤气环形通道和空气环形通道，煤气和空气环形通道一上一下设置在预燃室外壳和内衬侧墙之间，由隔墙分开；煤气环形通道和空气环形通道带有煤气、空气来管的接管和空气、煤气喷口；空气、煤气喷口设置在预燃室内衬的垂直侧墙上，空气和煤气直接进入预燃室；由于来自下部环形通道上的上排喷口的中心线和预燃室的中心线在水平方向向上倾斜的角度达到30°，而水平方向上所有其他喷口的中心线与预燃室径切线之间的夹角为15°～30°，使得煤气和空气通过这些喷口后形成旋流，这样既可以保证煤气在进入格子砖之前就被完全充分地燃烧，也可保证气流沿格子砖的均匀分布。
高炉热风炉是大型高温装置，建设和运行都需要大量的开支，因此，对于热风炉的主要要求之一是降低动力工程开支。此外，由于热风炉需要燃烧大量的高炉煤气，而高炉煤气中含有有毒成分一氧化碳(CO)，因此，在高炉热风炉的应用中最重要的要求是保证煤气完全燃烧，从而保证生态安全。
基于此，已知的热风炉存在一系列的不足。
形成空气和煤气的旋流可保证空气和煤气在预燃室中良好的混合和燃烧。煤气从预燃室上部引进，煤气的旋流在此形成。为了更好地混合空气和煤气，在已知的热风炉中设计为：下环形通道的上排空气喷口的中心线与预燃室的中心线在水平方向向上倾斜的夹角达到30°。这样，沿径向方向向上移动的空气流需要穿透煤气气流进入预燃室中心部位，从而保证预燃室中心部位煤气的充分燃烧；水平方向上所有其他喷口喷出的空气流与预燃室径向中心线之间保证一定的角度，保证边缘区域煤气流良好的混合和燃烧。然而，在大型高炉的热风炉之中，预燃室拥有庞大的横向剖面尺寸，以便保证空气流克服厚重的旋转煤气流、顺利流向预燃室中心。为此，需要极大的提高空气流的流速，并需要安装大功率空气加压机，而这就增加了动力工程支出。除此之外，还可能产生煤气在预燃室中心部位的不完全燃烧，从而降低热风炉的生态指标。这种情况下，矛盾就产生了。一方面，为了提高上层空气流的穿透力，必须大量提升其速度，因而需要增加环形通道内的压力，这就要求使用大功率空气加压机；另一方面，对于来自水平方向上的所有其他喷口的空气流并不要求更快的速度，因为在预燃室的边缘区域即使在正常流速和旋流的情况下，也可以保证煤气在到达格子砖前的良好混合和充分燃烧。
如此看来，来自同一个环形通道的不同层次的喷口，要求环形通道内具有不同的压力，而这样的要求是不可能满足的。为了保证空气压力，如果在空气环道上安装带有常规支架的空气加压机，那么从上层喷口出来的气流的速度则显不足，进入预燃室中心的空气流量不够，无法保证煤气完全燃烧。后果是，部分煤气不能燃尽并排放到大气中去。这就降低了热风炉的生态保护特性。
发明内容
本发明的基本原则是：通过煤气流和空气流在预燃室中的再分配，降低热风炉的运行开支、优化煤气燃烧。
本发明对已知的顶燃式热风炉进行改进，从而实现了本发明的既定目标。本发明特征为：这种热风炉包括一个带内衬的外壳、格子砖、拱顶、热风管接管和预燃室；热风管接管位于格子砖上部，从格子砖至热风管道中心线的距离不小于热风出口截面直径的长度；预燃室位于拱顶上部，与拱顶同心；预燃室带有外壳及内衬，预燃室内衬独立于拱顶内衬，单独支撑在预燃室外壳上；预燃室内设有煤气环形通道和空气环形通道，煤气和空气环形通道一上一下设置在预燃室外壳和内衬侧墙之间，由隔墙分开；煤气环形通道和空气环形通道都接有煤气、空气来管接管和空气、煤气喷口，空气、煤气喷口设置在预燃室内衬的垂直侧墙上，空气和煤气直接进入预燃室；下部环形通道的喷口位于环形通道的上部，其中心线水平方向向上倾斜的角度为15°～30°；上部环形通道的喷口位于环形通道的下部，其中心线水平方向下倾斜的角度为15°～30°；如此一来，上述喷口中心线在水平方向上的投影和经过喷口出气口截面中心的预燃室切线在水平面上的投影构成15°～45°角。
预燃室内下环道喷口位于环道上部向上倾斜15°～30°角，上环道出气喷口位于环道下部向下倾斜15°～30°角，这使得煤气喷射气流和空气喷射气流能够碰面并互相注入。这样，空气喷射气流不必为了进入预燃室中心而需要克服厚重的旋转煤气气流，因为空气喷射流已经和煤气喷射流向伴随流向预燃室中心。同样，也不再要求空气喷射流的高速运行，不再需要安装带有高支架的空气加压机。在水平方向上，所有喷口中心线在水平面上的投影和预燃室经过喷口出气口截面中心的切线在水平面上的投影的角度都为15°～45°，这样当煤气和空气从喷口喷出时，可以创造必要的高速空气和煤气旋转喷射流。如果一来，一方面可以保证煤气在到达格子砖前的充分燃烧；另一方面可以保证气流在格子砖上的均匀分布。发明这种构造的结果是，无论在大型高炉热风炉，还是在小型高炉热风炉上，都可以保证煤气的充分完全燃烧，保证燃烧生成物在格子砖上的均匀分布，同时可以降低动力工程开支并保证燃烧生成物干净的环保特征。
附图说明
图解说明发明的实质在于：
图1：本结构顶燃式热风炉可能的方案之一的总貌图，立面图，其中煤气和空气来管接管和热风管接管假定设置在同一平面；
图2：图1的立面图I-I
本发明的最佳实施方案
热风炉包括外壳1，内衬2，格子砖3，热风管接管4，拱顶5，设置在拱顶上部的同心预燃室6，预燃室壳7，独立于拱顶内衬的预燃室内衬8，预燃室内衬在外壳上的独立支撑9；热风管道接管4位于格子砖3的上部，距离热风炉管道中心线的距离不小于热风出口截面直径的尺寸；预燃室垂直大墙内煤气喷口11和空气喷口12，他们和内部环道14和15相连，用隔墙13隔开；空气和煤气来管接管16和17；下环道15的喷口12位于环道上部，水平方向向上的角度为α＝15°～30°；上环道14的喷口11位于环道的下部，水平方向向下的角度为β＝15°～30°；所有喷口中心线在水平面上的投影和通过喷口出气口中心的预燃室切线在水平面上的投影均为Φ＝15°～45°。如图1所示，上环道引入煤气，下环道引入空气，也可以相反。
这种热风炉具有本质特征，工作方式如下：
在热风炉加热期，助燃空气沿联接管17进入空气环道15；空气环道15设置在热风炉内部位于预燃室壳体和内衬之间、在煤气环道14的下方，并通过内衬垂直墙10里面的喷口12进入预燃室，从喷口12中喷出的喷射空气流向上运动；煤气沿联接管16进入环道14，它设置在热风炉内部位于预燃室壳体和内衬之间、在空气环道17的上方，并通过内衬垂直墙10里面的喷口11进入预燃室，从喷口11中喷出的喷射煤气流向下运动，和空气喷射流对面相遇。这样，空气喷射流和煤气喷射流互相注入，空气和煤气一起以伴随气流的方式从预燃室边缘向中心运动。如此一来，不再要求空气克服相当厚重的煤气旋流进入预燃室中心，就已经可以和煤气一起向预燃室中心运动。从喷气口出来的两种气流，与热风炉切线的夹角为Φ＝15°～45°，构成同向旋转气流，进一步优化了煤气和空气的混合。煤气流和空气流汇合时，空气和煤气的混合气体被热的预燃室砌体点燃。空气和煤气以同一旋转流强化混合，使得煤气迅速燃尽。燃烧起始于预燃室，结束于拱顶锥体部分进口。
在送风期，冷风从下部进入砖格子3，向上通过砖格子，被砖格子加热。被加热后的热风进入拱顶5，通过热风管接管4送到用户，比如高炉中。在送风期，由于热风的高温，预燃室得以保持内部砌筑体的温度，满足在下一个烧炉期开始时点燃空气和煤气混合气体的需要。
这样，烧炉期间预燃室里面形成煤气和空气的强化混合和燃烧，煤气和空气的喷射流以伴随气流的方式运动，使得无论是大型高炉热风炉还是小型高炉里面煤气在进入格子砖时都能燃尽，既可降低动力工程支出，又可保证燃烧生成物洁净，保护生态环境。
工业使用性
本发明不仅应用于黑色冶金领域高炉鼓风的加热，还可以应用于动力技术，把传热介质(空气、煤气)加热到很高的温度。

Claims (1)

1.一种热风炉，包括附带内衬(2)的炉壳(1)；格子砖(3)；拱顶(5)；热风管道接管(4)，所述热风管道接管(4)位于格子砖(3)的上部，距离热风炉管道中心线的距离不小于热风出口截面直径的尺寸；预燃室(6)，所述预燃室位于拱顶(5)上部、与拱顶同心，并具有预燃室外壳(7)，所述预燃室外壳具有内衬(8)，支撑(9)设置在预燃室外壳(7)的内衬(8)和拱顶(5)的内衬之间，所述支撑(9)与所述预燃室外壳(7)的内衬(8)分离地设置，并且与所述拱顶(5)的内衬分离地设置；煤气环道(14)和空气环道(15)，所述煤气环道和空气环道中间以隔墙(13)隔开，一上一下设置在预燃室外壳(7)和预燃室内衬(8)的侧墙(10)之间，并且具有设置在预燃室(6)的内衬(8)的竖直侧墙(10)中的来气连接管(16，17)和出口喷口(11、12)；其特征在于：空气环道(15)的出口喷口(12)位于空气环道(15)的上部，并且与水平面的夹角为向上倾斜15°～30°，煤气环道(14)的出口喷口(11)位于煤气环道的下部，并且与水平面的夹角为向下倾斜15°～30°；并且煤气环道(14)的出口喷口(11)和空气环道(15)的出口喷口(12)的每一个的轴线在水平面上的投影与预燃室(6)的通过该同一出口喷口的出口截面的中心的半径在水平面上的投影形成15°～45°的角度。
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