CN102051425B - 带空气自预热装置的高风温热风炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带空气自预热装置的高风温热风炉，可有效解决助燃空气预热、煤气与空气混合、燃烧不充分、风温不高、设备装置复杂、能源消耗大的问题，其结构是，燃烧器壁内周向交错布置有煤气喷嘴和空气喷嘴，并与预混环道相连通，在环形燃烧器的墙体中，上部为煤气分配环道，其外壁面上布置有煤气进气管；助燃空气预热装置设置在蓄热室大墙内，上部在燃烧器墙体内，并通过喷嘴进入预混环道，下部连通蓄热室墙体内的助燃空气分配环道，其外壁面上布置有助燃空气进气管；蓄热室下面有冷风室，冷气室墙体上有烟气排出管和冷风进口管；蓄热室中的蓄热体放置在炉箅子上，炉箅子固定在热风炉的刚性底座上，本发明投资省、效率高、节能环保、使用寿命长。

Description

带空气自预热装置的高风温热风炉

一、技术领域

本发明涉及热风炉，特别作为炼铁高炉提供高温高压的鼓风，或为一般工业加热提供工艺所需热风的一种带空气自预热装置的高风温热风炉。

二、背景技术

目前，高炉热风炉已经进入顶燃式热风炉时代，从节能降耗上考虑要求高炉鼓风向高风温方向发展，尤其是在燃烧低热值高炉煤气下获得高热风温度，而且还要达到高的热效率，以最终实现高效、节能、环保、增产的目的。热风炉要实现高效与高风温，关键在于其燃烧过程与传热过程能否达到高强度燃烧与高效率传热，以及二者能否恰当而有效地结合起来。当热风炉以性能优化的燃烧装置与蓄热-换热装置作为实现高风温的基础之后，如何提高煤气与助燃空气的温度就成为继续实现更高风温的主要条件。比如热管预热器的采用、烟气再加热装置的采用、以及空气预热炉的使用。这些装置预热煤气与空气都是要付出较高代价的，包括初投资的增加和运行维扩费用的增加。如果采用四座热风炉系统，采取2烧1送1预热(预热助燃空气)的操作模式，其增加热风炉和管路系统的投资费用。因此，如何研制一种投资省、效率高、不额外占地、管路系统简单、结构稳定的新颖的热风炉呢？

三、发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种带空气自预热装置的高风温热风炉，可有效解决助燃空气预热、煤气与空气混合、燃烧不充分、风温不高、设备装置复杂、能源消耗大等热风炉的问题。

本发明热风炉解决的技术方案是，热风炉整体外形为弹头状结构，包括上部蛋球状拱顶的燃烧室，圆筒形结构的燃烧器，燃烧器壁内周向交错布置有煤气喷嘴和空气喷嘴，煤气喷嘴和空气喷嘴均与燃烧器上部的煤气与空气的预混环道相连通，煤气与空气在预混环道中混合形成向上喷射的预混气流；在环形燃烧器的墙体中，上部为煤气分配环道，其外壁面上布置有煤气进气管；助燃空气预热装置设置在蓄热室大墙内，上部在燃烧器墙体内，并通过喷嘴进入预混环道，而下部连通蓄热室墙体内的助燃空气分配环道，其外壁面上布置有助燃空气进气管；助燃空气预热装置为异型耐火砖砌成的圆筒状结构，每一块砖可为“弓”形结构，也可为“口”形结构，交错堆砌构成通道，以利于空气流动和传热；蓄热室下面有冷风室，冷气室墙体上有烟气排出管和冷风进口管；蓄热室中的蓄热体放置在炉箅子上，炉箅子下有支撑炉箅子的支柱，固定在热风炉的刚性底座上。

本发明热风炉在蓄热室大墙中设置的助燃空气预热装置，该装置环状布置在蓄热室内墙之外从上到下设置垂直通道，空气流经预热装置的通道带走通过蓄热室内层大墙砖传出的热量而被加热升温。之后热空气经喷嘴进入在燃烧器的预混合环道，再与煤气充分混合后进入燃烧室。该装置能有效减少大墙的热损失，且合理的用来预热助燃空气。初步计算表明，可将热风温度预热到300℃以上，而散热损失减少40％以上。此外，热风炉蓄热室大墙的结构因为将一层轻质换成了带用通道的重质砖，其结构的承载能力和结构的稳定性都得到了加强。这无疑是一种投资省、效率高、节能环保、使用寿命长、不额外占地、管路系统简单、结构稳定的新颖的热风炉，经济和社会效益显著。

四、附图说明

图1为本发明的剖面主视图。

图2为本发明图1中B-B处截面图。

图3为本发明图1中A-A处截面图。

五、具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

由图1、图2、及图3所示，本发明所述的热风炉整体外形为弹头状结构，包括上部蛋球状拱顶的燃烧室1，圆筒形结构的燃烧器2，燃烧器壁内周向交错布置有煤气喷嘴3a和空气喷嘴3b，煤气喷嘴和空气喷嘴均与燃烧器上部的煤气与空气的预混环道4相连通，煤气与空气在预混环道4中混合形成向上喷射的预混气流；在环形燃烧器2的墙体中，上部为煤气分配环道5，其外壁面上布置有煤气进气管6；助燃空气预热装置9设置在蓄热室10大墙内，上部在燃烧器2墙体内，并通过喷嘴3b进入预混坏道4，而下部连通蓄热室墙体内的助燃空气分配环道7，其外壁面上布置有助燃空气进气管8；助燃空气预热装置9为“弓”形或“口”形的异型耐火砖交错砌成的圆筒状结构，圆筒内形成交错的通道11，以利于空气流动和传热；蓄热室10下面有冷风室12，冷气室墙体上有烟气排出管13和冷风进口管14；蓄热室中的蓄热体17放置在炉箅子16上，炉箅子下有支撑炉箅子的支柱，固定在热风炉的刚性底座上。

为了保证使用效果，所述的所述的燃烧室1同轴与下面的圆筒状的燃烧器2连接在一起，燃烧器端面有煤气与空气在其中混合的预混环道4，煤气喷嘴3a从环道侧面接入，呈均匀排列状，空气喷嘴3b同预混环道底部相连，另一端连接空气预热装置9；煤气喷嘴与空气喷嘴相互垂直相交，构成煤气与空气在预混环道中的气流对冲混合结构。

所述的蓄热室10与冷风室12间同轴连接，放置蓄热体的炉箅子16是分成若干个独立的块，相互间留有膨胀缝隙，放置在横梁上，燃烧室1侧墙上有热风出口管15。

所述的燃烧室1与其下的燃烧器2构成一个整体，通过固定在炉壳上的托圈将其支撑在炉壳上，并与蓄热室10之间采用无应力的迷宫结构对接在一起，以保证二者之间在轴线方向上均可上下自由滑移，所说的迷宫结构是建筑上的一种常用的砌筑连接结构，是借用古代军事上的阵法，如诸葛亮的八卦阵等，看起来有通道，但不与外部相连通，互相间封闭，建筑上是利用此原理砌筑成内部虽有移动空隙，但并不与外界连通，在保证整体密封的情况下，又保证了整体的刚性和安全性的一种砌筑结构。

所述的蓄热体17为耐火球堆砌构成，耐火球的直径为φ40～φ80mm，蓄热体还可以是由不同孔径的锥孔格子砖堆砌构成，格子砖的格孔为锥形，直径为φ15～φ40mm，格子砖大孔径的一端面互相连通，以保证格子砖的通孔率，且使格子砖间能做到气流互通，以利于起到均压与均流的作用，蓄热体也可为正六边形或梅花形的蜂窝状陶瓷结构。

由上述结构可以看出，本发明可以有效实现空气在预热装置中充分预热，并在预混环道中与煤气相遇而混合，并向上喷射而出，在折返气流的预热下快速着火燃烧，由于助燃空气充分预热后温度较高，有效提高了燃烧温度。由于燃烧后的烟气经回旋折返后形成分布均匀的高温烟气流进入其下的格子砖蓄热体，有效提高了气流的传热效果与格子砖的利用率。由于空气预热装置有效利用了热风炉自身的空间而省去了外设空气预热装置，而预热温度又不受排烟温度的影响，其自调节性能更强，且可通过降低排烟温度而提高热风炉效率。因此，其简单的结构与系统、混合燃烧的强度、气流的热交换效果、热风温度的提升、排烟温度的降低等都会明显优于其他类型的热风炉。

使用上述热风炉时，煤气通过进气管6而助燃空气通过进气管8进入各自的气流分配环道5和7，接着煤气通过分配环道5进入周向均匀分布的煤气喷嘴3a而后喷射进入燃烧器2上部的气流预混环道4；再说进入空气分配环道7的助燃空气向上进入轴向均布空气预热装置9的气流通11在其中吸收通过蓄热室内墙传过来的热量，最后从预热装置9的顶部经空气喷嘴3b进入预混环道4的底部；由于煤气从侧面进入预混环道而空气从底部垂直向上进入预混环道，于是在在相互对冲下实现充分混合，并迅速向上进入燃烧室1，在折返烟气形成的回流涡旋的预热下快速着火燃烧，形成烟气后折返向下，再回流的低压牵引下形成均匀的进入蓄热室的流场，在与蓄热体17充分均匀地换热之后进入冷风室12，由烟气排出管13进入烟道。燃烧过程结束后，进入送风过程；高压冷风从冷风管14进入，经冷风室12后流入蓄热体格子砖17，再流经燃烧室中的，从侧面热风出口管15流出。鉴于助燃空气流经空气预热装置9使其温度得到较大的提升，使得燃烧温度得以提高，直接强化了燃烧过程；再配合优化的燃烧过程与传热过程，得以实现提高燃烧强度与燃烧温度的目的，进而为实现高风温创造了极为有利的条件。

总之，本发明科学地应用蓄热室大墙，在其中设置圆筒形的助燃空气预热装置，使之不仅节省外置的空气预热装置，还将部分散热转变为住热空气携带的热量，其简化系统节省出投资与节约能源的效果十分明显。由于自身的预热装置的预热效果好于外置的空气预热器，燃烧温度和热风温度的提高更加显著。因此，以简单而合理的结构来有效提高助燃空气温度，再配置能使煤气与空气快速均匀混合、迅速高强度燃烧、且燃烧气流速度分布不均匀的燃烧装置，以及能强化传热过程的蓄热体结构，就能有效保证热风炉高效、高温、均速、高热强度、且安全与稳定地运行；继而实现节省燃料、节约投资、降低废气温度与排放量、减少环境污染的良好的经济效益与社会效益。

Claims (4)

1.一种带空气自预热装置的高风温热风炉，热风炉整体外形为弹头状结构，包括上部蛋球状拱顶的燃烧室(1)，圆筒形结构的燃烧器(2)，燃烧器壁内周向交错布置有煤气喷嘴(3a)和空气喷嘴(3b)，其特征在于，煤气喷嘴和空气喷嘴均与燃烧器上部的煤气与空气的预混环道(4)相连通，煤气与空气在预混环道(4)中混合形成向上喷射的预混气流；在圆筒形结构的燃烧器(2)的墙体中，上部为煤气分配环道(5)，其外壁面上布置有煤气进气管(6)；助燃空气预热装置(9)设置在蓄热室(10)大墙内，上部在燃烧器(2)墙体内，并通过空气喷嘴(3b)进入预混环道(4)，而下部连通蓄热室墙体内的助燃空气分配环道(7)，其外壁面上布置有助燃空气进气管(8)；助燃空气预热装置(9)为异型耐火砖砌成的圆筒状结构，每一块砖为“弓”形或“口”形，交错堆砌构成通道(11)，以利于空气流动和传热；蓄热室(10)下面有冷风室(12)，冷风室墙体上有烟气排出管(13)和冷风进口管(14)；蓄热室中的蓄热体(17)放置在炉箅子(16)上，炉箅子下有支撑炉箅子的支柱，固定在热风炉的刚性底座上；所述的燃烧室(1)同轴与下面的圆筒状的燃烧器(2)连接在一起，燃烧器端面有煤气与空气在其中混合的预混环道(4)，煤气喷嘴(3a)从环道侧面接入，呈均匀排列状，空气喷嘴(3b)同预混环道底部相连，另一端连接助燃空气预热装置(9)；煤气喷嘴与空气喷嘴相互垂直相交，构成煤气与空气在预混环道中的气流对冲混合结构。

2.根据权利要求1所述的带空气自预热装置的高风温热风炉，其特征在于，所述的蓄热室(10)与冷风室(12)间同轴连接，放置蓄热体的炉箅子(16)是分成若干个独立的块，相互间留有膨胀缝隙，放置在横梁上，燃烧室(1)侧墙上有热风出口管(15)。

3.根据权利要求1所述的带空气自预热装置的高风温热风炉，其特征在于，所述的燃烧室(1)与其下的燃烧器(2)构成一个整体，通过固定在炉壳上的托圈将其支撑在炉壳上，并与蓄热室(10)之间采用无应力的迷宫结构对接在一起，以保证二者之间在轴线方向上均可上下自由滑移，所说的迷宫结构是建筑上的一种常用的砌筑连接结构，是借用古代军事上的阵法诸葛亮的八卦阵，看起来有通道，但不与外部相连通，互相间封闭，建筑上是利用此原理砌筑成内部虽有移动空隙，但并不与外界连通，在保证整体密封的情况下，又保证了整体的刚性和安全性的一种砌筑结构。

4.根据权利要求1所述的带空气自预热装置的高风温热风炉，其特征在于，所述的蓄热体(17)为耐火球堆砌构成，耐火球的直径为φ40～80mm，蓄热体或是由不同孔径的锥孔格子砖堆砌构成，格子砖的格孔为锥形，直径为φ15～40mm，格子砖大孔径的一端面互相连通，以保证格子砖的通孔率，且使格子砖间能做到气流互通，以利于起到均压与均流的作用，蓄热体或为正六边形或梅花形的蜂窝状陶瓷结构。

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