CN102191347A - 逆燃式热风炉及其烧炉方法和烧炉温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的逆燃式热风炉，是在现有顶燃式热风炉内设置加热助燃空气的蓄热体，其蓄热和换热是在热风炉烧炉过程中分步进行。助燃空气自下至上通过该蓄热体加热至600～1000℃后，与从热风炉顶部预燃室内冲下来的、正燃烧着的空气和煤气的混合气体在燃烧室内相向相遇，进行逆向燃烧，从而获得超高的燃烧温度。本发明还提出了逆燃式热风炉的烧炉方法和烧炉温度控制方法。本发明无外部预热设施，仅靠单一的高炉煤气作燃料获得1250～1300℃的超高温热风。它具有不增加占地、投资少、工艺设备和操作简单、能耗低、寿命长、NOx污染少、可减少炉壳晶间应力腐蚀等特点。它是性能卓越的新一代超高温热风炉。

Description

逆燃式热风炉及其烧炉方法和烧炉温度控制方法

技术领域

本发明涉及高炉炼铁技术领域，尤其是涉及一种逆燃式热风炉，它是一种新型的超高温热风炉，还涉及它的烧炉方法和烧炉温度控制方法。

背景技术

近年来，随着高炉现代化和大型化的不断发展，已逐步将获得1250～1300℃的风温作为21世纪炼铁技术进步的重要发展目标之一。与此同时，伴随高炉装备现代化水平和综合冶炼技术水平的不断提高，高炉的综合燃料比得以显著降低，使高炉煤气的发热值已经逼近3000kJ/m³的低水平。这样，在传统的热风炉上，仅靠单一的高炉煤气作为燃料，其理论燃烧温度将低于1300℃，热风炉可给高炉实际提供的风温不足1100℃。为此，如何靠单一的高炉煤气作为燃料获得高风温，已经成为炼铁技术领域开展技术竞争和技术创新的一个交点。

现在，已将能够获得1250～1300℃热风温度的热风炉，称为超高温热风炉。到达超高温热风炉的必要条件是：煤气燃烧能够获得大致1420～1450℃以上的理论燃烧温度。

早期的超高温热风炉，主要是采用配加高热值煤气的方法来实现的。比如宝钢的外燃式热风炉，即是通过在高炉煤气中配加5～10％的焦炉煤气，来使理论燃烧温度达到1420℃以上，从而实现年均热风温度1250～1270℃。但这种方法，不仅燃料成本高，而且在焦炉或者转炉煤气不足的钢铁企业是无法实现的。

现今的超高温热风炉，主要是通过将助燃空气、高炉煤气分别预热到600℃和180℃，来使理论燃烧温度高于1450℃，保证高炉稳定地获得1250℃及其以上的风温。比如首钢曹妃甸5500m³高炉和迁钢4000m³高炉的热风炉。它们分别是在4座顶燃式热风炉和4座高温改造型内燃式热风炉的基础上，再配加2座小热风炉来预热助燃空气至600℃，并依靠传统的烟气余热利用技术来预热高炉煤气至180℃。但这种方法，不仅大幅度地增加了小热风炉系统的额外投资，也大幅度地增加了整个热风炉系统的占地面积，而且也显著提高了热风炉系统的工艺复杂性，和显著增加了工艺装备的散热损失。

与本技术发明意图相近的传统技术，是助燃空气自循环预热技术。传统的助燃空气自循环预热技术，是将助燃空气先送入一座送风终止后的热风炉内进行预热，之后再通过管道送入另一座热风炉内进行烧炉，其预热过程随换炉作业而循环进行。由此可见，该技术不仅必须要有4座热风炉才能实施助燃空气的自循环预热操作，而且，送风终止后再投入预热助燃空气的那座热风炉，因为带走的热量过多，需要烧炉的时间延长，后续的蓄热量不足，也会造成热风温度降低的矛盾。因此，该技术至今未能实际普及和推广应用。

旨在实现助燃空气自预热的现有技术，尚有中国专利ZL01269171.2。它是借用蓄热式烧嘴的技术原理，在顶燃式热风炉各烧嘴处设置蓄热体和换向阀，靠频繁的换向操作来加热蓄热体和进行助燃空气的预热。该技术仍然是靠设置在热风炉外部的蓄热装置来预热助燃空气，其蓄热体和换向阀系统的复杂性将远远超过设置两座小热风炉，不具备实用性。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的各种不足，提出一种逆燃式热风炉，它属于超高温热风炉，它能在无外部加热设施的情况下，依靠单一的高炉煤气作为燃料，获得1250～1300℃的超高温热风。它具有不增加占地、投资少、工艺设备和操作系统简单、能耗低、寿命长、NOx污染少、可减少炉壳晶间应力腐蚀的特点。本发明还提出了逆燃式热风炉的烧炉方法及其烧炉温度控制方法，并同时提出了一种顶燃式热风炉的燃烧器。

一种逆燃式热风炉，属于超高温热风炉，具有顶燃式热风炉的技术特征，至少由带耐材的炉壳、预燃室、燃烧室、蓄热室、蓄热井、废气室和热风出口短管组成，它是在现有顶燃式热风炉内，一个用于加热助燃空气的蓄热井垂直竖立在热风炉的中心区域，其墙体坐落于炉底，其顶部高出蓄热室内格子砖的顶面，其轴线与热风炉中心线基本重合；在蓄热井内，自下至上依次设置了小支柱、小炉箅、蓄热体、喷口装置，该蓄热体是专用于加热助燃空气；在蓄热井外，热风炉的蓄热室和废气室是呈环形，在此环形空间内，自下至上依次设置了大支柱、大炉箅、格子砖，该格子砖是专用于加热送给高炉的热风；在蓄热井下部，一根废气管道和一根助燃空气管道分别从炉外穿过带耐材的炉壳、跨越大支柱所在空间、在废气室内与蓄热井交汇贯通，它们与炉壳及其耐材、与蓄热井的钢壳及其墙体间是保持密实接触和密封，因此，它们与蓄热井贯通后形成的整个内部空间，除蓄热井顶部喷口装置的出口之外，均保持了与废气室和蓄热室相隔离；在热风炉外，露于炉外的废气管道上至少安装了一个废气阀，而露于炉外的助燃空气管道上至少同时安装了一个助燃空气阀和一个调节阀。

上述的蓄热井，其不同高度的横截面是圆形或者是多边形，其中心纵截面呈矩形或者梯形或者二者的组合形状。

上述的蓄热井内填充的蓄热体，是格子砖或者是耐火球。

上述的喷口装置，是一段带一个或者多个喷口的柱状或者锥台状的耐火材料砌体，该砌体是与蓄热井的墙体共筑为一体。

上述蓄热井的墙体，从里至外，至少有部分是由两层相互脱开的耐火砖砌筑而成，在两层脱开的耐火砖之间，填充有一层不锈钢薄板。

上述蓄热井的钢壳是包裹在墙体外面、或者包覆在墙体内面、或者镶嵌在墙体中间，它的高度与其距离最近的炉箅高度相当。

上述的蓄热井内，在炉底的中心有一口沉井，沉井的井底位于炉底地平面以下的混凝土基础中，一根废气管道和一根助燃空气管道分别是从炉外开始被埋入回填土层和混凝土基础内、并在混凝土基础中与沉井交汇贯通。

上述的一根废气管道和一根助燃空气管道，是通过一根共用管道与蓄热井交汇贯通的。

上述的露于炉外的废气管道上，在安装的废气阀后安装了一台引风机。

上述的露于炉外的助燃空气管道上，在安装的助燃空气阀和调节阀前安装了一台加压风机。

一种逆燃式热风炉的烧炉方法，是按现有顶燃式热风炉的烧炉方法进行烧炉，其主要差别在于：将烧炉期分为前半期和后半期，前半期为蓄热体的加热期，后半期为蓄热体的放热期；其中：

在前半期，助燃空气阀是关闭的，废气阀是打开的。此时，助燃空气全部通过预燃室的空气集管喷出，与预燃室的煤气集管喷出的全部煤气一起，在燃烧室内向下旋流、混合并燃烧，所生成的高温废气，其理论燃烧温度大致在1300～1350℃左右，其大部分流经蓄热室加热格子砖，之后从废气室的烟气管道外排，而小部分则从蓄热井上部的喷口装置进入蓄热井，在加热蓄热体后从废气管道中外排。因此，在前半期，蓄热体是加热过程。

在后半期，首先是关闭废气阀，再打开助燃空气阀和调节阀。此时，蓄热井内高温废气停止流动，蓄热体的加热过程被迫终止，同时，一部分助燃空气从助燃空气主管分配至蓄热井中，与蓄热体发生热交换，被加热到600～1000℃甚至以上，然后从喷口装置向上冲入燃烧室中心。在预燃室和燃烧室内，前半期开始的燃烧过程仍在继续进行，只是分配至空气集管的助燃空气量已经减少，不能使煤气完全燃烧，所生成的高温废气中仍含有未燃尽煤气。在燃烧室中心，含有未燃尽煤气的高温废气将与上述冲入燃烧室中心的高温助燃空气相遇，形成相向流动，因此出现逆向燃烧反应过程，所生成的高温废气可达到1420～1500℃的超高理论燃烧温度，并围绕在蓄热井所处的燃烧室中心区域。在蓄热室内，逆向燃烧反应生成的超高温废气，将全部流经蓄热室继续加热格子砖，使格子砖的蓄热温度在前半期蓄热后的温度水平基础上进一步提高。而在废气室内，废气全部通过顶燃式热风炉现有的烟气管道外排。因此，在后半期，蓄热体在前半期所蓄的热量被助燃空气换热，是放热过程。

上述前半期与后半期的转换，是在蓄热体蓄热达到设定条件后进行的。其转换操作的程序是：首先关闭废气阀，之后打开助燃空气阀和调节阀。可见，完成转换操作十分简便、容易。

上述的预燃室，其内部的空气集管是一层或者紧邻的多层，本发明优选设置为紧邻的上下两层，煤气集管在上，紧邻的上下两层空气集管在下；或者紧邻的上下两层空气集管在上，煤气集管在下。在设置两层空气集管的情况下，前后半期的转换操作是：在关闭废气阀、打开助燃空气阀和调节阀后，再关闭该两层空气集管中任何一层上的空气阀。其好处是：在完成转换的同时，保持烧炉作业稳定正常，减少调节蓄热井助燃空气分配比例所耗费的时间。

上述设置了紧邻的上下两层空气集管的预燃室，在现有顶燃式热风炉系列专利技术中，是一种顶燃式热风炉燃烧器的实用新型。在现有技术中，顶燃式热风炉的预燃器也称为燃烧器。

上述的助燃空气管道上接入了一根返回气管道，该管道上至少安装了一个返回气阀和一个调节阀。该管道中的返回气，来源于从热风炉烟气管道内抽来的热废气，或者是直接采用富余的余热锅炉蒸汽。

一种逆燃式热风炉的烧炉温度控制方法，在烧炉后半期，在关闭废气阀、打开助燃空气阀和调节阀的同时，再打开返回气管道上的返回气阀和调节阀，此时，从热风炉烟气管道中抽来的热废气，从返回气管道中掺混进入助燃空气管道内，使助燃空气的含氧量降低；随烧炉进行，逐步调节返回气管道上的调节阀，减少热废气掺混进入助燃空气的数量，使助燃空气的含氧量逐步提高；该调节阀起始的开度，决定了助燃空气起始降低的含氧量，它以逆向燃烧反产物达到规定的理论燃烧温度为准；调节阀关闭的速度，决定了助燃空气的含氧量提高速度，它以保持逆向燃烧反应产物的理论燃烧温度稳定为准。

本发明的有益效果是：

(1)本发明在现有顶燃式热风炉中内置蓄热井，并通过其中填充的蓄热体来加热助燃空气，可将助燃空气加热到600～1000℃，仅依靠单一的高炉煤气作为燃料，就可获得高于1420℃以上的理论燃烧温度。因此，本发明的逆燃式热风炉是一种超高温热风炉。

(2)本发明在现有顶燃式热风炉内设置蓄热井，可以通过增加热风炉的高度来解决现有各类热风炉改造问题，也可以通过适当扩大热风炉的直径来新建热风炉。与设置小热风炉的现有技术相比，这几乎实现不新增加占地。

(3)本发明在现有顶燃式热风炉内增加蓄热井，只需增加部分耐火材料和相应的管道、阀门等必要设备，十分简单，因此，实现了用最少投资来兑现超高风温这一21世纪炼铁技术进步的重要目标。

(4)本发明沿用现有顶燃式热风炉的烧炉方法，其转换操作简单，几乎不改变现有热风炉炉系统的操作方式，最大限度的保持了对现有顶燃式热风炉操作系统的继承性，因此简便、易行。

(5)本发明在现有顶燃式热风炉内增加蓄热井，无外设工艺管道和其他散热设备，与设置小热风炉或者采用外燃式热风炉来实现超高温热风炉相比，本发明的散热损失最小，能耗水平最低。

(6)本发明在现有顶燃式热风炉内增加蓄热井，使高温助燃空气从蓄热井向上冲入下行的旋流空煤气混合流股的旋涡中，逆向燃烧产生的高温集中在热风炉燃烧室空间的中心区域；而燃烧室拱顶墙体表面及其附近的煤气燃烧，仍以预燃器上部进入的低温空气为主，因此燃烧温度低，对热风炉拱顶的寿命延长十分有利，这将比现有各类超高温热风炉的拱顶都具有更长的使用寿命。

(7)本发明采用的高温空气逆向燃烧技术，使逆向燃烧产生的高温集中在热风炉燃烧室空间的中心区域，缩短了超高温出现的时间和行程，因此可减少NOx生成的数量。同时，由于高温空气中掺混了部分热风炉的热废气，使本发明实际上是采用了更为先进的高温低氧空气燃烧技术，它可以大幅度的增加火焰长度，提高热风炉的均热水平，并具有抑制NOx生成的作用。因此，本发明在获得超高温的同时，将最大程度地减少NOx的生成数量。此外，在热风炉燃烧室径向的外沿，煤气燃烧的温度低，不足以产生NOx，使热风炉的高温区域的炉壳不能接触到NOx，所以，本发明也可以最大程度的减少和防止晶间应力腐蚀对超高温热风炉炉壳的危害，一举多得。

(8)本发明具有两种不同的运行模式，其一是传统顶燃式热风炉的运行模式，其二是超高温运行模式。两种模式可以快速、灵活的相互转换，这对高炉生产应对不同原燃料条件的变化具有积极意义。

(9)本发明首次将高温空气逆向燃烧技术应用于热风炉，为世界首创。

特别说明的是：正是由于本发明主要技术特征是在热风炉内实现了逆向燃烧，并因此而获得比实现超高风温更为重要的、超过现有超高温热风炉的全面而系统的关键性能和技术经济综合指标，为此本发明被命名为“逆燃式热风炉”。在现有技术中，逆向燃烧也被简称为“逆燃”。这将成为与现有“内燃式”、“外燃式”、“顶燃式”热风炉并列的一种新型热风炉。

综上所述，本发明的逆燃式热风炉，是属于超高温热风炉，它具有不增加占地、投资少、工艺设备和操作简单、能耗低、寿命长、NOx污染少、可减少炉壳晶间应力腐蚀等特点。因此，毫无疑问，逆燃式热风炉是性能卓越的新一代超高温热风炉。

附图说明

图1为本发明典型实施例1的剖面视图。

图2为本发明典型实施例2的剖面视图。

图3为图1的I-I截面视图，为具体实施例1附图。

图4为本发明具体实施例2的I-I截面视图。

图5为本发明具体实施例3的I-I截面视图。

如图中，1为炉壳，2为耐材，3为预燃室，4为燃烧室，5为蓄热室，6为蓄热井；7为废气室，8为热风出口短管，9为格子砖，10为小支柱、11为小炉箅、12为蓄热体、13为喷口装置、14大支柱、15为大炉箅、16为墙体、17为炉底、18为废气管道、19为助燃空气管道、20废气阀、21为助燃空气阀、22为调节阀、23助燃空气主管、24为煤气集管、25为上空气集管、26为下空气集管、27为空气管道、28为调节阀、29为空气阀、30为不锈钢薄板、31为冷风管道、32为钢壳、33为烟气管道、34为引风机、35为加压机、36为共用管道、37为三通管道、38为混凝土基础、39为回填土，40为沉井，41为井底、42为返回气管道、43为返回气阀、44为调节阀。

具体实施方式

典型实施例1

如图1所示，逆燃式热风炉，具有顶燃式热风炉的技术特征。它至少由带耐材2的炉壳1、预燃室3、燃烧室4、蓄热室5、蓄热井6、废气室7和热风出口短管8组成。在一个现有顶燃式热风炉内，一个用于加热助燃空气的蓄热井6垂直竖立在热风炉的中心区域，其墙体16坐落于炉底17，其顶部高出蓄热室5内格子砖9的顶面，其轴线与热风炉中心线基本重合。在蓄热井6内，自下至上依次设置了小支柱10、小炉箅11、蓄热体12、喷口装置13，该蓄热体12是专用于加热助燃空气。在蓄热井6外，热风炉的蓄热室5和废气室7是呈环形，在此环形空间内，自下至上依次设置了大支柱14、大炉箅15、格子砖9，该格子砖9是专用于加热送给高炉的热风。在蓄热井6下部，一根废气管道18和一根助燃空气管道19分别从炉外穿过带耐材2的炉壳1、跨越大支柱15所在空间、在废气室7内与蓄热井6交汇贯通，它们与炉壳1及其耐材2、与蓄热井6的钢壳32及其墙体16之间是保持密实接触和密封，因此，它们与蓄热井6贯通后形成的整个内部空间，除蓄热井6顶部喷口装置13的出口之外，均保持了与废气室7和蓄热室5相隔离。在热风炉外，露于炉外的废气管道18上至少安装了一个废气阀20，之后可接入热风炉的主烟道；而露于炉外的助燃空气管道19上，至少同时安装了一个助燃空气阀21和一个调节阀22，之后再与热风炉的助燃空气主管23相连。

如图3、5中，蓄热井6在不同高度的横截面是圆形，如图1、2中，蓄热井6的中心纵截面是矩形或者矩形和梯形的组合形状。如图4所示，在蓄热井6的横截面是正六边形。这时，蓄热井6内外的格子砖9可以实现规则的排列和砌筑，尤其是显著提高蓄热室5的填充率。

如图1中，蓄热井6内填充的蓄热体12是格子砖或者是耐火球。在蓄热井6尺寸较小、容积不足时，宜采用耐火球。

如图1、2中，喷口装置13是一段带一个喷口的柱状或者锥台状耐火材料砌体，该砌体是与蓄热井6的墙体16共筑为一体。在大直径的热风炉内，喷口装置13或者是一个带多个喷口的锥台状或者柱状耐火材料砌体。

如图1、2中，蓄热井6的墙体16，有部分从里到外都是由两层相互脱开的耐火砖砌筑而成的，在两层脱开的耐火砖之间，填充有一层不锈钢薄板30，起到防止蓄热井6与蓄热室5相互间串气和泄漏的作用。

如图1、2中，蓄热井6的钢壳32是包裹在墙体16外面，主要作用是防止蓄热井6与废气室7间出现互相串气和泄漏，同时起到蓄热井6与助燃空气管道19和废气管道18间的固定和密封作用。可起到相同作用的其他实施方式是：该钢壳包覆在墙体16内面，或者镶嵌在墙体16中间。本发明优选钢壳32安装的高度为：与其距离最近的大炉箅14或者小炉箅11的高度相当。

典型实施例2

如图2所示，在典型实施例2中，在炉箅以上的部分是完全和典型实施例1相同。在废气室内，烟气管道33和冷风管道31的布置，是与现有顶燃式热风炉的布置完全相同的。它适合于新建热风炉时采用。它的优势是：最大程度的继承现有顶燃式热风炉在蓄热室和废气室内气流的流动特性。典型实施例2与典型实施例1所不同的是：所述的蓄热井6内，在炉底17的中心有一口沉井40，沉井40的井底41位于炉底17地平面以下的混凝土基础38中，一根废气管道18和一根助燃空气管道19分别是从炉外开始被埋入回填土39层和混凝土基础38内、并在混凝土基础38中与沉井40交汇贯通。

上述典型实施例有各种具体实施例。具体实施例是根据废气室7内外诸多管道的不同布置方式和不同设备配置来确定的。以下具体实施例仅是比照典型实施例1的I-I截面视图来说明。之所以存在众多具体实施例，是因为调整所述的管道布置方式和设备配置，可以使本发明满足对现有各类热风炉进行技术改造的要求，或者满足新建热风炉时各类业主条件变化或者其他方面的需求。以下就3种有代表性的情况具体分述如下：

具体实施例1

在如图3中，两个烟气管道33和蓄热井6的废气管道18位于同一侧，两个冷风管道31和蓄热井6的助燃空气管道19位于另一侧。本具体实施例布置形式，适合于对现有只有一个主烟道的热风炉进行超高温热风炉的技术改造。

具体实施例2

如图4中，两个烟气管道33和两个冷风管道31是与废气管道18及助燃空气管道19分置于热风炉的两侧，呈轴对称关系，适合于新建热风炉。该例需要设置两个主烟道，这方便空气和煤气分别进行烟气预热。在如图4中，还反映了另一种完全利用现有设备来实现超高温热风炉改造的方式，即：废气管道18上不仅安装了一个废气阀20，而且后面还安装了一台引风机34，同时在助燃空气管道19安装的助燃空气阀21和调节阀22前，也增加了一台加压风机35。其目的是：在所利用的助燃风机能力不足或者利用的现有烟道抽力不足的情况下，通过加压风机35来提高助燃空气的压力，通过引风机34来增加废气管道18的吸力。当然，在实际设计时，多座热风炉可以共用一台引风机34或者加压风机35。

具体实施例3

如图5所示，两个烟气管道33和冷风管道31位于左侧，与现有热风炉的状况完全相同。而与蓄热井6交汇贯通的一根共用管道36位于右侧。此例是实施超高温热风炉的技术改造，对现有热风炉已有设施变动最小的技术方案。此时，蓄热井6是与一根共用管道36进行交汇贯通。实际上，这相当于把前述废气管道18和助燃空气管道19在炉内的部分合二为一，变为一根共用管道36。而共用管道36露于热风炉外的管口，是与一个三通管道37连接，三通上的另外两个接口，一个再连接助燃空气管道19，另一个再连接废气管道18。

上述具体实施例用于说明典型实施例2的情况时，只是废气管道18及助燃空气管道19是埋入地下的，所配置的阀门或者其他设备位于地面以上。除此之外，其他情况均可相同。

以下综合上述各实施例，对逆燃式热风炉的烧炉方法予以说明。

逆燃式热风炉的烧炉方法，是按现有顶燃式热风炉的烧炉方法进行烧炉，但其主要差别在于：将烧炉期分为前半期和后半期，前半期为蓄热体12的加热期，后半期为蓄热体12的换热期，其中：

在前半期内，与蓄热井6连接的助燃空气管道19上的助燃空气阀21是关闭的，而与蓄热井6连接的废气管道18上的废气阀20是打开的。此时，在热风炉内，从预燃室3内部的煤气集管24和上空气集管25、下空气集管26分别喷出的全部的煤气和全部的助燃空气，在燃烧室4内向下旋转流动，并形成混合和燃烧；所生成的高温废气，其理论燃烧温度大致在1300～1350℃左右。该高温废气中的大部分流进蓄热室5内，在加热格子砖9后进入废气室7，然后由烟气管道33排出炉外；而小部分将通过蓄热井6上部的喷口装置13进入蓄热井6内，在加热蓄热体12后，再从蓄热井6下的废气管道18中排出炉外。因此，在前半期烧炉时间内，蓄热井6内的蓄热体12是处于加热过程中。

在后半期内，首先是关闭与蓄热井6连接的废气管道18上的废气阀20，之后再打开与蓄热井6连接的助燃空气管道19上的助燃空气阀21和调节阀22。此时，在热风炉内，蓄热井6内高温废气停止流动，蓄热体12的加热过程被迫终止。由于助燃空气阀21和调节阀22均被打开，因此，一部分助燃空气将从助燃空气主管23分配至蓄热井中，会被蓄热体加热到600～1000℃甚至以上，然后再从喷口装置13向上冲入燃烧室4中心。在燃烧室4内，前半期开始的燃烧过程仍在继续进行，只是分配至上空气集管25和下空气集管26的助燃空气流量已经减少，不能使煤气完全燃烧，所生成的高温废气中仍含有未燃尽煤气。在燃烧室4中心，含有未燃尽煤气的高温废气将与上述冲入燃烧室4中心的高温助燃空气相遇，形成相向流动，因此出现逆向燃烧反应过程，所生成的高温废气可达到1420～1500℃的超高理论燃烧温度，并围绕在蓄热井6所处的燃烧室4中心区域。在蓄热室5内，逆向燃烧反应生成的高温废气，将全部流经蓄热室5继续加热格子砖，使格子砖9的蓄热温度在前半期蓄热后的温度水平基础上进一步提高。而在废气室7内，废气全部通过顶燃式热风炉现有的烟气管道33外排。因此，在后半期，蓄热体12在前半期所蓄的热量被助燃空气换热，是处于放热过程中。

在上述烧炉方法中，含有未燃尽煤气的高温废气的温度，是由上空气集管25和下空气集管26内所分配到的助燃空气比例决定的。在实际生产中，该温度可根据不同的操作需要进行人为控制，比如在蓄热井6分配50％的助燃空气时，另外的50％从上下空气集管25、26中喷出，此时，含有未燃尽煤气的高温废气的温度将在800～1000℃左右。

上述的烧炉方法中，前半期与后半期的转换是在蓄热体12达到设定蓄热条件后进行，其转换操作十分简便、容易。如图1、2所示，首先是关闭废气阀20，之后打开助燃空气阀21和调节阀22即可。

如图1、2所示，预燃室3的上空气集管25和下空气集管26是重叠在一起的。在此情况下，本发明优选的最佳转换操作程序是：先关闭废气阀20，后打开助燃空气阀21和调节阀22，同时关闭上空气集管25或下空气集管26中任何一层的空气阀29。这样操作的优势在于：在完成前半期向后半期烧炉转换的同时，也能够保持烧炉作业稳定正常，缩短后续助燃空气的调节时间。实际上，预燃室3内部的空气集管有多种配置方案，比如，设置为一层或者紧邻的多层；再比如，如图1、2中的煤气集管24在上、紧邻的上空气集管25和下空气集管26在下，或者改变为：紧邻的上空气集管25和下空气集管26在上，煤气集管24在下。上述具有紧邻的上空气集管25和下空气集管26的预燃室，在现有顶燃式热风炉系列专利技术中，是一种热风炉燃烧器的实用新型，为本发明的优选设置。

在上述逆燃式热风炉的烧炉方法中，根据各类热风炉的烧炉操作常识，通过蓄热井6加热的助燃空气的温度是随时间的延长而逐步减低，必然也导致上述逆向燃烧产物的理论温度降低，这与现有热风炉技术的传统习惯不符。保持燃烧反应过程的理论燃烧温度稳定，是习惯操作中方便通过烧炉时间来衡量烧炉终点的必要条件。为此，本发明提出一种满足上述传统要求的实施例和逆燃式热风炉的烧炉温度控制方法。该实施例是在上述的助燃空气管道19上，接入了一根返回气管道42，该管道上至少安装了一个返回气阀43和一个调节阀44。该管道中的返回气，来源于从热风炉烟气管道33内抽来的热废气。在不方便获得热废气时，该返回气或者直接采用富余的余热锅炉蒸汽，以节约投资。

一种逆燃式热风炉的烧炉温度控制方法，是在烧炉后半期，在关闭废气阀20、打开助燃空气阀21和调节阀22的同时，再打开返回气管道42上的返回气阀43和调节阀44。此时，从热风炉烟气管道33中抽来的热废气，从返回气管道42中掺混进入助燃空气管道29内，使助燃空气的含氧量降低。随烧炉进行，逐步调节返回气管道42上的调节阀44，减少热废气掺混进助燃空气中的数量，使助燃空气的含氧量逐步提高。该调节阀44起始的开度，决定了助燃空气起始降低的含氧量，它以逆向燃烧反产物达到规定的理论燃烧温度为准；调节阀44关闭的速度，决定了助燃空气的含氧量提高速度，它以保持逆向燃烧反应产物的理论燃烧温度稳定为准。

特别补充说明的是，如图1、2所示，分配给上空气集管25、下空气集管26和蓄热井6的助燃空气比例，是由与上空气集管25和下空气集管26连接的空气管道29上的调节阀28、和与蓄热井6交汇贯通的助燃空气管道19上的调节阀22共同控制的。通常分配给蓄热井6的助燃空气比例大致在40～70％范围内。但当此分配比例为0时，即说明后半期不打开助燃空气阀21。此时，本发明实际上就相当于一座传统的顶燃式热风炉。因此，即使本发明在超高温运行中出现内部故障时，仍可继续按照现有顶燃式热风炉的模式来运行，不会影响到高炉生产的正常进行。由此可见，本发明具有两种不同的运行模式，其一是传统顶燃式热风炉的运行模式，其二是超高温运行模式，两种模式可以快速、灵活的相互转换，对高炉生产应对不同原燃料条件的变化具有积极意义。

本发明不止于上述具体实施例。凡是基于调整废气室7内外各种管道的不同布置方式的其他实施例，均为本发明范围。

说明书附图1为摘要附图。

Claims (14)

1.一种逆燃式热风炉，属于超高温热风炉，具有顶燃式热风炉的技术特征，至少由带耐材的炉壳、预燃室、燃烧室、蓄热室、蓄热井、废气室和热风出口短管组成，其特征在于：在现有顶燃式热风炉内，一个用于加热助燃空气的蓄热井垂直竖立在热风炉的中心区域，其墙体坐落于炉底，其顶部高出蓄热室内格子砖的顶面，其轴线与热风炉中心线基本重合；在蓄热井内，自下至上依次设置了小支柱、小炉箅、蓄热体、喷口装置，该蓄热体是专用于加热助燃空气；在蓄热井外，热风炉的蓄热室和废气室是呈环形，在此环形空间内，自下至上依次设置了大支柱、大炉箅、格子砖，该格子砖是专用于加热送给高炉的热风；在蓄热井下部，一根废气管道和一根助燃空气管道分别从炉外穿过带耐材的炉壳、跨越大支柱所在空间、在废气室内与蓄热井交汇贯通，它们与炉壳及其耐材、与蓄热井的钢壳及其墙体间是保持密实接触和密封，因此，它们与蓄热井贯通后形成的整个内部空间，除蓄热井顶部喷口装置的出口之外，均保持了与废气室和蓄热室相隔离；在热风炉外，露于炉外的废气管道上至少安装了一个废气阀，而露于炉外的助燃空气管道上至少同时安装了一个助燃空气阀和一个调节阀。

2.上述权利要求1所述的逆燃式热风炉，其特征在于：所述的蓄热井，其不同高度的横截面是圆形或者是多边形，其中心纵截面呈矩形或者梯形或者二者的组合形状。

3.上述权利要求1所述的逆燃式热风炉，其特征在于：所述的蓄热井内填充的蓄热体，是格子砖或者是耐火球。

4.上述权利要求1所述的逆燃式热风炉，其特征在于：所述的喷口装置，是一段带一个或者多个喷口的柱状或者锥台状的耐火材料砌体，该砌体是与蓄热井的墙体共筑为一体的。

5.上述权利要求1所述的逆燃式热风炉，其特征在于：所述蓄热井的墙体，至少有部分是从里向外由两层相互脱开的耐火砖砌筑而成，在两层脱开的耐火砖之间填充有一层不锈钢薄板。

6.上述权利要求1所述的逆燃式热风炉，其特征在于：所述蓄热井的钢壳是包裹在墙体外面、或者包覆在墙体内面、或者镶嵌在墙体中间，它的高度与其距离最近的炉箅高度相当。

7.上述权利要求1所述的逆燃式热风炉，其特征在于：所述的蓄热井内，在炉底的中心有一口沉井，沉井的井底位于炉底地平面以下的混凝土基础中，一根废气管道和一根助燃空气管道分别是从炉外开始被埋入回填土层和混凝土基础内、并在混凝土基础中与沉井交汇贯通。

8.上述权利要求1、7所述的逆燃式热风炉，其特征在于：所述的一根废气管道和一根助燃空气管道是通过一根共用管道与蓄热井交汇贯通的。

9.上述权利要求1、7、8所述的逆燃式热风炉，其特征在于：所述的露于炉外的废气管道上安装了一台引风机。

10.上述权利要求1、7、8所述的逆燃式热风炉，其特征在于：所述的露于炉外的助燃空气管道上安装了一台加压风机。

11.一种逆燃式热风炉的烧炉方法，是按顶燃式热风炉的现有烧炉方法进行烧炉，其特征在于：将烧炉期分为前半期和后半期，前半期为蓄热体的加热期，后半期为蓄热体的放热期；其中：

在前半期，助燃空气阀是关闭的，废气阀是打开的，此时，助燃空气全部通过预燃室的空气集管喷出，与预燃室的煤气集管喷出的全部煤气一起，在燃烧室内向下旋流、混合并燃烧；所生成的高温废气，其理论燃烧温度大致在1300～1350℃左右，其大部分流经蓄热室加热格子砖，之后从废气室的烟气管道外排，而小部分则从蓄热井上部的喷口装置进入蓄热井，在加热蓄热体后从废气管道中外排；因此，在前半期，蓄热体是加热过程；

在后半期，首先是关闭废气阀，再打开助燃空气阀和调节阀，此时，蓄热井内高温废气停止流动，蓄热体的加热过程被迫终止；同时，一部分助燃空气从助燃空气主管分配至蓄热井中，与蓄热体发生热交换，被加热到600～1000℃甚至以上，然后从喷口装置向上冲入燃烧室中心；在预燃室和燃烧室内，前半期开始的燃烧过程仍在继续进行，只是分配至空气集管的助燃空气量已经减少，不能使煤气完全燃烧，所生成的高温废气中仍含有未燃尽煤气；在燃烧室中心，含有未燃尽煤气的高温废气将与上述冲入燃烧室中心的高温助燃空气相遇，形成相向流动，因此出现逆向燃烧反应过程，所生成的高温废气可达到1420～1500℃的超高理论燃烧温度，并围绕在蓄热井所处的燃烧室中心区域；在蓄热室内，逆向燃烧反应生成的超高温废气，将全部流经蓄热室继续加热格子砖，使格子砖的蓄热温度在前半期蓄热后的温度水平基础上进一步提高；而在废气室内，废气全部通过烟气管道外排；因此，在后半期，蓄热体在前半期所蓄的热量被助燃空气换热，是放热过程。

12.上述权利要求1、7所述的逆燃式热风炉，其特征在于：所述的预燃室内部的空气集管，是一层或者紧邻的多层，本发明优选设置为紧邻的上下两层。

13.上述权利要求1、7、8、10所述的逆燃式热风炉，其特征在于：所述的助燃空气管道上，接入了一根返回气管道，该管道上至少安装了一个返回气阀和一个调节阀。

14.一种逆燃式热风炉的烧炉温度控制方法，在烧炉后半期，在关闭废气阀、打开助燃空气阀和调节阀的同时，其特征在于：再打开返回气管道上的返回气阀和调节阀，此时，从热风炉烟气管道中抽来的热废气，从返回气管道中掺混进入助燃空气管道内，使助燃空气的含氧量降低；随烧炉进行，逐步调节返回气管道上的调节阀，减少热废气掺混进入助燃空气的数量，使助燃空气的含氧量逐步提高；该调节阀起始的开度，决定了助燃空气起始降低的含氧量，它以逆向燃烧反产物达到规定的理论燃烧温度为准；调节阀关闭的速度，决定了助燃空气的含氧量提高速度，它以保持逆向燃烧反应产物的理论燃烧温度稳定为准。

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