CN1017627B - 带气流疏导装置的热风炉鼓风室 - Google Patents

Abstract

本发明利用在鼓风室内不同部位的气疏导装置，对进入鼓风室的集中气流进行分散和疏导，使室内静压趋于接近，提高总的配气均匀程度，由原有的62%左右提高到75～81%，增产节焦，延长炉子的寿命。该疏导气流装置简单、投资少，易制作安装，可使用15～20年。本发明使鼓风时的阻力及排出废气时的阻力均有减少。

Description

本发明带气流疏导装置的热风炉鼓风室，属高炉炼铁领域。

热风炉是为高炉炼铁提供热风的设备。在燃烧期，高温烟气通过耐火格子砖砌成的蓄热室，使热量在蓄热室存储;在送风期，冷风由送风管鼓入热风炉，与已被加热的蓄热室进行热交换，温度升高。同时蓄热室冷却，如此周而复始不断为高炉提供所必须的热风。

热风炉经加热转入送风后，冷风从热风炉下部鼓入炉内，自下而上通过蓄热室被加热到高温，冷风在蓄热室横截面上分配的均匀与否，对炉内换热的好坏，热风温度的高低以及炉子寿命的长短都有重要的影响。就目前国内外的外燃式、顶燃式和其它形式的热风炉而言，其鼓入冷风在蓄热室内的分配严重不均，因而影响了热风温度的提高，降低了热风炉的效率，并使格子砖遭到破坏。目前，国内外研究的注意力均集中在燃烧期高温烟气在蓄热室横截面上分配的均匀性，但对冷风在蓄热室内的分配却不被人注意。事实上，烟气和冷风在蓄热室内分配的均匀与否，对热风炉影响的结果是同样的。所不同的，从过程上讲，前者是对格子砖加热，后者是对格子砖冷却。

鼓入热风炉内冷风配气的严重不均匀是热风炉鼓风室的固有结构造成的。鼓风室的大小与冷风管尺寸相比，悬殊极大是主要原因;而支柱的多少、形状、布置方式以及冷风管路的设置位置等也是极重要的影响因素。鼓入炉内的冷风，在鼓风室内形成了数量、大小和强度不同的旋流区域，由于旋流区域内各处压力分布的固有特性和进入格孔内的冷风量，主要取决于其入口处冷风的静压力的大小，所以原有送风方式造成严重配气不均。

由于国内外同行们对冷风在鼓风室内的流动状况和影响冷风分配不均的主要原因尚不甚了解，所以虽然采取了一些措施，主观上以为可以改善气流分配，但事实上却不然。如苏联主要想通过增进加鼓风管数量改善冷风分配，他们的5000立方米高炉热风炉上，变单管鼓风为三管鼓风;中国有厂家在100立方米的小型试验高炉热风炉上，采用环形风箱配气方法进行试验，但是这两种方法都将造成鼓风室中心区域的冷风分配量大为增加，形成极大峰值，而在外围所造成的众多的旋流区域的冷风量大为减少，因此总的配气均匀程度很难有多大改善。尤其“环形风箱”的配气方法还会给热风炉的正常工作带来一系列的严重不利影响。在美国专利No.2768822中，提出企图在炉内设置众多系列的呈阶梯状（水平或竖直）布置的弧形导板、导体，将冷风入口进行全封闭的具有阻流格子或筛孔的半球面，或通过改变热风炉的结构（如用导板代替支柱、改变支柱的布置方法，变单个燃烧室和蓄热室为两个燃烧室和蓄热室以及改单管鼓风为双管对称鼓风）等方法，以期提高冷风气流分布的均匀性。由于下述原因，采用上述方法不仅不能明显提高冷风气流分布的均匀性，而且还会给热风炉的正常工作和寿命带来严重后果：冷风由气管引入热风炉要转两个90°弯，在布置紧凑的冷风引入管内，冷风气流均产生严重偏斜，而该专利提出的在入口管内设置的几种形式的呈错落状布置的导板，均不能将严重偏斜的入口气流加以整流，使其“改邪归正”，结果会使其对称设置在炉内的导板失去作用;另外，从其炉内的导板布置状况可知，大量的冷风气流仍会冲至燃烧室隔板附近及其两端的角落处，因此，其冷风气流分布的均匀性不会有明显改善;在炉内设置大量导板、导体等，会使系统阻力大大增加，加上导板之间的间隙小， 且有的导板还呈水平布置，久之，由蓄热室上部掉落下来的大量砖屑杂物，会将其间隙堵塞，这样当热风炉由送风转入燃烧时，会因阻力无法克服而从根本上破坏了热风炉的的工作。文献中提出改变热风炉的结构，这不仅无益于冷风气流分配均匀性的改善，相板，会造成由于两根送风管进入之冷风量和供给两个燃烧室的煤气量以及伴之而来的进入两个蓄热室的高温烟气量等的必然不均，结果，热风炉作为一个整体，会由于各处冷却和加热强度不同以及随着管道的增加使热风炉上开孔增多，都将使热风炉的寿命受到严重影响。

为了大幅度提高入炉冷风气流分布的均匀性，以改善炉内换热，达到提高风温，延长热风炉寿命又不增加系统阻力的目的，本发明人在研究掌握了入炉冷风在鼓风室内的流动状况及影响冷风分配均匀性的一般规律之基础上，提出了本发明热风炉新型结构鼓风室，实践证明，本发明克服了现有诸种技术上的种种严重缺陷，效果十分显著，技术作用稳定。

发明人在研究了鼓入热风炉内的冷风在鼓风室内的流动状况及影响冷风分配不均的一般规律基础，提出了本发明热风炉新型结构鼓风室。

本发明是在鼓风室的不同部位，设置形状、大小、数量不同的气流疏导装置，以便对进入鼓风室的集中气流进行分散和疏导，使原来狭窄的气流流域变得宽阔起来，由于气流流域变宽，流速减小，从而使原来静压高的区域静压下降，而原来静压低的地方，静压提高;由于消除了鼓风室内强大的旋流，从而使原来处于旋流中心区域的静压力提高，因而能造成一个静压趋于接近的鼓风室，提高总的配气均匀程度，由于气流疏导装置是安装在蓄热室炉篦子以下支柱之间的空间 内，在燃烧末期要经受较高的温度气流冲击，故选择制做装置的材料时，需满足抗氧化剥蚀的要求，且材料应具有足够的刚度。用于排烟温度较低的热风炉时，可选用有一定抗氧化性能的合金钢甚至用普通碳素钢，在排烟温度较高的热风炉，必须选用抗氧化性较好的合金钢或耐热铸铁。疏导装置迎气流表面一定要光滑，降低阻力。对于结构特殊的鼓风室进风偏斜时，还可采取其它相应措施，如在冷风支管内设置气流稳定装置，以提高配气均匀程度。

本发明带气流疏导装置的热风炉鼓风室，显著提高配气均匀度。现有结构鼓风室配气均匀度约63%左右，本发明鼓风室达75～81%。由于配气均匀程度的提高，将改善炉内换热效果，提高热风温度，使炉子热效率提高，不仅增产节焦效益明显，且对延长炉子寿命也是有益的。

本发明之鼓风室疏导气流装置简单，投资少，容易制作和安装，不消耗动力，不需维护，选材合理，可使用15～20年。设置该装置的数量依具体的对象可能会有不同，但均匀配气的原理不变。

对本发明的鼓风室，设置疏导气流的装置以后的气流通过阻力变化作了测定。

1、鼓风时的阻力变化。通过多次试验测定，本结构的鼓风室，在送风时其阻力系数略有增加，单管鼓风时，阻力系数ξ，增加约0.4，△ξ＝0.4，如图4所示;而双管鼓风时△ξ＝0.1左右，如图5所示。即安装上鼓入冷风的均匀配气装置以后，采用单管鼓风较双管鼓风，鼓风室的阻力增加相对较大。然而，即使以△ξ＝0.4和冷风入口速度以40米/秒计算，其阻力增另值亦不过294帕。显然，这对于具有几十万帕的鼓风压力来讲，是可以忽略不计的。

2、排出废气时的阻力变化。实际上这个问题较鼓风时阻力的变化显得重要。因为，燃烧期废气的排出所赖之动力，是助燃风机的压力和煤气的压力以及烟囱的自然抽力。对于前者，国内煤气压力较高的厂，其值也不过6864～7845帕，低者只有1961～2942帕，而烟囱的抽力却只有几十毫米水柱。如果安装上均匀配气装置，造成排气阻力增加，以致需要加高烟囱，或需要对煤气进行加压，或需要换为高压风机，那么变会影响本发明的使用价值。经过多次试验获得的结论是：安装上这些装置后，对单管鼓风的情况，排气时其阻力系数没有变化，如图6。而对双管鼓风时的情况，排气时其阻力系数ξ，值还略有减小，其减小值△ξ＝0.15左右，如图7。这表明新型结构鼓风室至少不会影响废气的排出。对采用双管鼓风的新型结构的鼓风室，排气时其阻力的减小，是由于废气在鼓风室内尤其在废气管入口处被理顺的结果。

图1表示了本发明的基本装置。图中的1、2、3和4是导流装置，5是冷风入口，6是炉篦支柱。一对弧形导流板1，顶部有一月牙形盖板，导流板高度与其所设位置处的冷风管上沿平齐。其作用是将集中送入的冷风气流，按最佳比例向两侧各分出一部分，顶部的月牙形盖板，是防止被导气流向上，造成处于此区域的格孔内流量过大。2是直形挡板，板的平面与进入气流轴线垂直，其顶部也有一水平向前伸出的盖板。挡板的作用，是避免有过多的气流流向入口对面，并且把被阻挡的一部分气流，通过挡板两侧与支柱间的空隙，向2～3之间的区域分送一定量的气流。它将因鼓风室的具体结构有一最佳值。导流板3是两块尺寸较大的弧形板，其顶部的月牙形盖板，彼此相向水平伸出。由于1、2导板分向两侧的气流，如不受到阻挡，将会直 冲向侧壁，而后沿侧壁向前流动，这样，在2、3、4导板之间及其以后的较大区域，气的流量就会大大减少，结果，将使处于该区域的格孔的冷风进入量大大减少。因此此时就需靠导板3来阻挡一部分气流向侧壁流去，而沿着弧形导板末端切线的方向向前流动。一对4号直形导板，向两侧分流出一定量气量，这部分气流将与离开导流板3的气流汇合，而后以合运动的方向向前运动，导流板4分向两侧的气量要适当，以使此合运动的方向与入口主气流平行。至此，在鼓风室内设置了这些导流装置以后，便可以将集中鼓入的一股气流，分成多股的彼此间近似平行的向前流动的气流，鼓风室内的旋流自然被消除。同时，由于气流流域扩大，流速将大大减小，因此，支柱导流作用的影响亦将大大减轻。气流在流动过程中的能量损失由动压的减小而予以弥补，鼓风室各处的静压趋于接近，结果使冷风的配气均匀程度提高。

图2是双管鼓风新型结构鼓风室内部导流装置的布置情况，两根鼓风管入口处导板的布置情况相同，并彼此以O-O轴线对称，其实现均匀配气的原理与单管鼓风相同。不过从图中可以看出，从各入口分向O-O轴线一侧的气量，要较另一侧少得多。

图3是单管鼓风时加在冷风入口管内的气流整流装置，目的在于保证气流疏导装置的实际效果。

图4～7是通过试验所确定的新型结构鼓风室与现有结构鼓风室的阻力变化情况。

图4为单管鼓风的情况。

图5为双管鼓风的情况。

图6是进行双管排气（单管鼓风）时的情况。

图7是进行双管排气（双管鼓风）时的情况。

实施例

按本发明的新型结构鼓风室，在某钢厂五高炉的每一热风炉内，都安装有7个气流疏导装置，冷风管中且装有气流稳定装置。在工业实施中取得了显著的效果。

按本发明实施与使用原有设备的比较数据如下：

配    配气    测定时格孔    格孔中实    格孔中实    大小    具有极

气    均匀    中的平均流    测的最大    测的最小    速    值速度

装    程度    速ωCP    流速    流速    度    的区域

置    %    米/秒    米/秒    米/秒    比

安

装    62.5    2.6389    7.52    0.44    17.09    大

前

安

装    75.2    2.6055    4.59    0.94    4.99    明显

后    缩小

Claims (2)

1、一种热风炉鼓风室，该鼓风室内具有炉篦支柱6和气流疏导装置，其特征在于在鼓风室内冷风入口5的两侧设置两块带有月芽形盖板的弧形导流板1，在冷风进气的垂直方向设置一块顶部有水平前伸盖板的直形挡板2，并在鼓风室内冷风入口正面挡板2的后部，垂直于冷风口中心轴线所截小于1/2鼓风室圆面积的空间内，设置一对一定导向的直形导流板4和一对顶部有月芽形盖板的弧形导流板3。

2、根据权利要求1所述的鼓风室，其特征在于在冷风入口管内设置气流整流装置。

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