CN103627832B - 一种带引射预混旋流稳焰装置与蓄热体助燃的热风炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带引射预混旋流稳焰装置与蓄热体助燃的热风炉，有效解决煤气与空气混合速率低、燃烧不完全的问题，其结构是，燃烧室内锥形堆放有助燃陶瓷多孔体，燃烧室墙体和燃烧器墙体连成一体支撑在炉壳上，其内填充有蓄热体，燃烧器墙体的圆筒体有预混气连接管，砌筑在燃烧器墙体内的预混气分配环道上，其内侧环墙上有预混气喷嘴通道，从预混气旋流稳焰环道的侧墙进入，外壳与煤气喷射管之间构成空气进气管连接的环形空气喷嘴通道；圆筒形的蓄热室墙体下部水平设置支撑蓄热体的多孔板状的炉箅子，蓄热室内有多孔蓄热体；炉箅子下部的蓄热室墙体及炉底之间的内部空间构成冷风室，本发明节省燃料、节约投资、降低废气温度与有害气体的排放量。

Description

一种带引射预混旋流稳焰装置与蓄热体助燃的热风炉

技术领域

本发明涉及热风炉，特别是用于为高炉提供高温鼓风的一种带引射预混旋流稳焰装置与蓄热体助燃的热风炉。

背景技术

当前，高炉热风炉从节能降耗上考虑要求在燃烧低热值高炉煤气下获得高性能和高风温，而最终达到高效、节能、环保、增产的目的。为此，在热风炉中必须实现优化的燃烧过程与强化的传热过程相结合炉内过程。这就涉及到燃烧装置的结构、蓄热体结构与布置、以及气流流场的组织。纵观目前使用的各种热风炉,其气体燃烧装置均以煤气与空气在燃烧空间中混合、预热、着火燃烧模式为主，这种模式总是存在混合不均、燃烧不完全、燃烧室空间大、燃烧器结构复杂等问题；而燃烧室与蓄热室中的气流组织安排不当（流速选择、气流分配与控制、旋流与回流状态的应用等），导致燃烧室中燃烧气流的特征变化大、气流不稳定、燃烧强度低，进而引起蓄热室中气流分布不均，降低传热效果与蓄热体的利用率；由于蓄热体的结构与布置均难以按照流场结构和负荷状态选取，从而整体影响热风炉的性能和实际使用效果。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明提供一种带引射预混旋流稳焰装置与蓄热体助燃的热风炉，其做法是在热风炉外设置引射混合装置形成预混或半预混的气流进入燃烧室下部的预混气分配环道，进而切向进入旋流稳焰环道中形成稳定的无焰燃烧状态，继而旋流上行并折返进入燃烧室中堆砌的助燃多孔体中，这样既强化了燃烧过程又增加了上部蓄热体的高温蓄热量，同时使得气流分布与温度分布能达到双均匀的状态，为热风炉实现稳定的高风温创造了切实可行的环境，由于拱顶的大量高温蓄热，使得进入的预混气流温度的高低对燃烧过程的影响十分有限，更不可能导致高温区域的向下移动而出现下部蓄热体燃烧的现象。显然，这样的热风炉就具备了有效解决煤气与空气混合速率低、混合不均匀，燃烧时间长、燃烧温度低、燃烧不完全、燃烧室空间大和燃烧器结构不合理等问题。

本发明解决的技术方案是，包括燃烧室墙体、燃烧室、热风出口管，射流混合器、煤气进气管、空气进气管、预混气连接管、燃烧器墙体、预混气分配环道、预混气喷嘴通道、预混气旋流稳焰环道、气流阻挡调节环、蓄热室墙体、蓄热室、蓄热体、炉箅子及支撑、冷风室、冷风进口管、烟气出口管和炉底，燃烧室墙体是球形拱顶状，燃烧室内锥形堆放有助燃陶瓷多孔体，燃烧室墙体和其下部的圆筒体状的燃烧器墙体连成一体支撑在炉壳上，燃烧器墙体内的空间为蓄热室一部分，其内填充有蓄热体，燃烧器墙体的圆筒体上垂直其轴线对应布置有预混气连接管，以水平倾斜连通砌筑在燃烧器墙体内的预混气分配环道上，其内侧环墙上环形均布有多个矩形截面的预混气喷嘴通道，预混气喷嘴通道离开预混气分配环道的内侧环墙后，以水平倾斜从预混气旋流稳焰环道的侧墙进入，预混气旋流稳焰环道截面为上部开口的矩形，上部的燃烧室环墙上设置有多个突出的阻流调节环；预混气连接管的另一端与由耐热铸铁制成的射流混合器连接，中心置有与煤气进气管连接的锥形煤气喷射管，外壳与煤气喷射管之间构成垂直于空气进气管连接的环形空气喷嘴通道；燃烧室墙体球形顶部的轴线上设置有热风出口管，燃烧器墙体的下部圆筒体内侧设置有与圆筒形蓄热室墙体外侧套接滑移的阶梯缝式迷宫密封连接结构；圆筒形的蓄热室墙体下部水平设置支撑蓄热体的多孔板状的炉箅子，蓄热室内有自炉箅子向上由格子砖或耐火球堆砌至燃烧器上端面构成的多孔蓄热体；炉箅子下部的蓄热室墙体（即冷风室墙体）及炉底之间的内部空间构成冷风室，冷风室墙体上有与之相通垂直其轴线的烟气出口管和冷风进口管，冷风室墙体是圆筒状蓄热室墙体的延伸，炉底是冷风室下端部封头。

本发明结构新颖独特，是在现有热风炉炉型结构基础上的创新，能有效实现热风炉的高效、高温、均速、高热强度、且安全与稳定地运行，继而达到节省燃料、节约投资、降低废气温度与有害气体的排放量、减少环境污染的良好效果。

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A-A截面图。

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。

如图1、图2所示，本发明包括燃烧室墙体1a、燃烧室2、热风出口管17，射流混合器5、煤气进气管3、空气进气管4、预混气连接管6、燃烧器墙体1b、预混气分配环道7、预混气喷嘴通道8、预混气旋流稳焰环道9、气流阻挡调节环9a、蓄热室墙体1c、蓄热室10、蓄热体12、炉箅子及支撑13、冷风室14、冷风进口管15、烟气出口管16和炉底1d，燃烧室墙体1a是球形拱顶状，燃烧室内锥形堆放有助燃陶瓷多孔体11，燃烧室墙体1a和其下部的圆筒体状的燃烧器墙体1b连成一体支撑在炉壳上，燃烧器墙体1b内的空间为蓄热室一部分，其内填充有蓄热体12，燃烧器墙体1b的圆筒体上垂直其轴线对应布置有预混气连接管6，以水平倾斜连通砌筑在燃烧器墙体1b内的预混气分配环道7上，其内侧环墙上环形均布有多个矩形截面的预混气喷嘴通道8，预混气喷嘴通道8离开预混气分配环道7的内侧环墙后，以水平倾斜从预混气旋流稳焰环道9的侧墙进入，预混气旋流稳焰环道9截面为上部开口的矩形，上部的燃烧室环墙上设置有多个突出的阻流调节环9a；预混气连接管6的另一端与由耐热铸铁制成的射流混合器5连接，中心置有与煤气进气管3连接的锥形煤气喷射管，外壳与煤气喷射管之间构成垂直于空气进气管4连接的环形空气喷嘴通道；燃烧室墙体1a球形顶部的轴线上设置有热风出口管17，燃烧器墙体1b的下部圆筒体内侧设置有与圆筒形蓄热室墙体1c外侧套接滑移的阶梯缝式迷宫密封连接结构18；圆筒形的蓄热室墙体1c下部，水平设置支撑蓄热体12的多孔板状的炉箅子13，蓄热室10内有自炉箅子向上由格子砖或耐火球堆砌至燃烧器上端面构成的多孔蓄热体12；炉箅子13下部的蓄热室墙体1c（即冷风室墙体）及炉底1d之间的内部空间构成冷风室14，冷风室墙体上有与之相通垂直其轴线的烟气出口管16和冷风进口管15，冷风室墙体是圆筒状蓄热室墙体的延伸，炉底1d是冷风室下端部封头。

所述的燃烧室墙体1a和燃烧器墙体1b为金属外壳内壁上砌筑耐高温1300℃～1500℃的耐火材料层构成，耐火材料层由重质耐火材料低蠕变高铝砖或红柱石高铝砖构成的内层、优质轻质耐火材料构成的外层，以及外层外面的陶瓷纤维棉与喷涂层组合在一起构成的复合层，上部锥形堆放由高温抗热震性能好、防粘附的砖形格子组成的助燃陶瓷多孔体11，助燃陶瓷多孔体11下部在蓄热室10中有连接的第一蓄热体12a组成相互能实现格子砖通孔（格孔）间的互通或气流间的互通结构，热风出口管17与燃烧室球顶垂直连接，热风出口管采用耐高温且性能稳定的耐火材料（如低蠕变高铝砖、红柱石刚玉砖等）砌筑而成。

所述的预混气连接管6以水平倾斜的方位连接砌筑在燃烧器墙体1b内的预混气分配环道7上，其内侧环墙上环形均布有多个矩形截面的预混气喷嘴通道8，预混气喷嘴通道8离开预混气气分配环道7的内侧环墙后，以水平倾斜进入预混气旋流稳焰环道9内，预混气旋流稳焰环道9上部开口，截面为矩形，上部的燃烧室环墙上设置有多个突出的、截面为矩形的阻流调节环9a，而上述部位的材料均由抗热震性能良好的耐火制品砌筑。

所述的射流混合器5，是由耐热铸铁制成的圆筒状，煤气进气管3、空气进气管4以及预混气连接管6均是在金属管内壁上砌筑耐火材料高铝砖或粘土砖构成的圆形通道。

所述的蓄热室墙体1c是在金属外壳内壁上从上到下分别砌筑耐火材料硅质砖或红柱石质砖、高铝质砖、粘土质砖构成的圆筒体；所述的多孔蓄热体12为不同格子砖从上到下依次排列堆放于蓄热室中的第一蓄热体12a、第二蓄热体12b和第三蓄热体12c构成，格子砖的格孔为锥形圆孔，格孔与格孔之间有互通的沟槽，堆砌蓄热体的炉箅子13是由耐热铸铁制成的多孔体，置于耐热铸铁制成的支撑柱上，支撑柱固定在炉底内上面，第一蓄热体12a为硅质格子砖（或硅质耐火球），第二蓄热体12b为红柱石高铝格子砖（或致密高铝耐火球），第三蓄热体12c为红柱石粘土格子砖（或高铝耐火球）。

所述的烟气出口管16和冷风进口管15均为金属管内壁上砌筑耐火材料（通常为粘土砖）构成，并与蓄热室下部墙体1c连成一体，蓄热室墙体1c与圆盘形的炉底1d固定在一起，炉底内设置有加强稳定性的井字形槽工字钢。

实施时，煤气与空气通过射流混合器5和预混气连接管6进入燃烧器中的预混气分配环道7，再从均布的预混气喷嘴通道8倾斜进入预混气旋流稳焰环道9，在其中回旋预热着火燃烧，同时垂直向上喷出而进入燃烧室2成为周向分布较为均匀的旋转上行的气流，且燃烧过程继续进行，再经拱顶回流折返进入堆放在燃烧室中锥形的陶瓷多孔体10中最后完成燃烧过程；燃烧后的大部分高温烟气向下进入蓄热室10内堆砌的蓄热体12中，在进行均匀地热交换之后从烟气出口16管流出。热风炉采用这种流动燃烧方式后，就有效解决了低热值煤气燃烧不稳定、燃烧速率低、燃烧温度低等关键问题。将煤气与空气间的边混合边燃烧的占用大量燃烧空间的燃烧方式改变为喷射混合与环道内旋流预热而着火燃烧、且经适当的阻挡与调节后形成均匀的旋流上喷、再经折返的蓄热体中完成燃烧过程的燃烧方式，尤其是燃烧室助燃多孔体的应用，既提高了燃烧的完全程度又缩小了燃烧室空间，还使得燃烧室进入蓄热室的气流分布得到较好的调整，其分布的均匀性大为提高，还因燃烧室能够维持高温与高储热，使得燃烧过程得以有效地缩短，在提高燃烧室局部燃烧温度的同时又有效避免下部蓄热体燃烧现象的出现。因此，相对于采用其他气体燃烧装置的热风炉而言，由于本发明提出的燃烧装置是通过射流混合器而实现快速预混、借助预混气旋流稳焰环道实现气流的预热、稳焰与高强度燃烧，以及均匀进入燃烧室中的助燃陶瓷多孔体中完成燃烧过程，并且有效改变蓄热体中气流分布有利于实现热风炉蓄热室中的高效率传热，这就能极大地改善采用本燃烧装置的热风炉的热工性能，使得热风炉能在燃烧低热值煤气的条件下，在煤气与空气均不预热的条件下，具备了高效、高风温、与节能环保的功能。此外，结构的进一步紧凑不仅会带来了投资费用的节省，也为热风炉结构的稳定提供了基础条件。

Claims (6)

1.一种带引射预混旋流稳焰装置与蓄热体助燃的热风炉，包括燃烧室墙体（1a）、燃烧室（2）、热风出口管（17），射流混合器（5）、煤气进气管（3）、空气进气管（4）、预混气连接管（6）、燃烧器墙体（1b）、预混气分配环道（7）、预混气喷嘴通道（8）、预混气旋流稳焰环道（9）、气流阻挡调节环（9a）、蓄热室墙体（1c）、蓄热室（10）、蓄热体（12）、炉箅子及支撑（13）、冷风室（14）、冷风进口管（15）、烟气出口管（16）和炉底（1d），燃烧室墙体（1a）是球形拱顶状，燃烧室内锥形堆放有助燃陶瓷多孔体（11），燃烧室墙体（1a）和其下部的圆筒体状的燃烧器墙体（1b）连成一体支撑在炉壳上，其特征在于，燃烧器墙体（1b）内的空间为蓄热室一部分，其内填充有蓄热体（12），燃烧器墙体（1b）的圆筒体上垂直其轴线对应布置有预混气连接管（6），以水平倾斜连通砌筑在燃烧器墙体（1b）内的预混气分配环道（7）上，其内侧环墙上环形均布有多个矩形截面的预混气喷嘴通道（8），预混气喷嘴通道（8）离开预混气分配环道（7）的内侧环墙后，以水平倾斜从预混气旋流稳焰环道（9）的侧墙进入，预混气旋流稳焰环道（9）截面为上部开口的矩形，上部的燃烧室环墙上设置有多个突出的阻流调节环（9a）；预混气连接管（6）的另一端与由耐热铸铁制成的射流混合器（5）连接，中心置有与煤气进气管（3）连接的锥形煤气喷射管，外壳与煤气喷射管之间构成垂直于空气进气管（4）连接的环形空气喷嘴通道；燃烧室墙体（1a）球形顶部的轴线上设置有热风出口管（17），燃烧器墙体（1b）的下部圆筒体内侧设置有与圆筒形蓄热室墙体（1c）外侧套接滑移的阶梯缝式迷宫密封连接结构（18）；圆筒形的蓄热室墙体（1c）下部，水平设置支撑蓄热体（12）的多孔板状的炉箅子（13），蓄热室（10）内有自炉箅子向上由格子砖或耐火球堆砌至燃烧器上端面构成的多孔蓄热体（12）；炉箅子（13）下部的蓄热室墙体（1c）及炉底（1d）之间的内部空间构成冷风室（14），冷风室墙体上有与之相通垂直其轴线的烟气出口管（16）和冷风进口管（15）。

2.根据权利要求1所述的带引射预混旋流稳焰装置与蓄热体助燃的热风炉，其特征在于，所述的燃烧室墙体（1a）和燃烧器墙体（1b）为金属外壳内壁上砌筑耐高温1300℃～1500℃的耐火材料层构成，耐火材料层由重质耐火材料低蠕变高铝砖或红柱石高铝砖构成的内层、优质轻质耐火材料构成的外层，以及外层外面的陶瓷纤维棉与喷涂层组合在一起构成的复合层，上部锥形堆放由高温抗热震性能好、防粘附的砖形格子组成的助燃陶瓷多孔体（11），助燃陶瓷多孔体（11）下部在蓄热室（10）中有连接的第一蓄热体（12a）组成相互能实现格子砖通孔间的互通或气流间的互通结构，热风出口管（17）与燃烧室球顶垂直连接。

3.根据权利要求1所述的带引射预混旋流稳焰装置与蓄热体助燃的热风炉，其特征在于，所述的预混气连接管（6）以水平倾斜的方位连接砌筑在燃烧器墙体（1b）内的预混气分配环道（7）上，其内侧环墙上环形均布有多个矩形截面的预混气喷嘴通道（8），预混气喷嘴通道（8）离开预混气气分配环道（7）的内侧环墙后，以水平倾斜进入预混气旋流稳焰环道（9）内，预混气旋流稳焰环道（9）上部开口，截面为矩形，上部的燃烧室环墙上设置有多个突出的、截面为矩形的阻流调节环（9a）。

4.根据权利要求1所述的带引射预混旋流稳焰装置与蓄热体助燃的热风炉，其特征在于，所述的射流混合器（5），是由耐热铸铁制成的圆筒状，煤气进气管（3）、空气进气管（4）以及预混气连接管（6）均是在金属管内壁上砌筑耐火材料高铝砖或粘土砖构成的圆形通道。

5.根据权利要求1所述的带引射预混旋流稳焰装置与蓄热体助燃的热风炉，其特征在于，所述的蓄热室墙体（1c）是在金属外壳内壁上从上到下分别砌筑耐火材料硅质砖或红柱石质砖、高铝质砖、粘土质砖构成的圆筒体；所述的多孔蓄热体（12）为不同格子砖从上到下依次排列堆放于蓄热室中的第一蓄热体（12a）、第二蓄热体（12b）和第三蓄热体（12c）构成，格子砖的格孔为锥形圆孔，格孔与格孔之间有互通的沟槽，堆砌蓄热体的炉箅子（13）是由耐热铸铁制成的多孔体，置于耐热铸铁制成的支撑柱上，支撑柱固定在炉底内上面。

6.根据权利要求1所述的带引射预混旋流稳焰装置与蓄热体助燃的热风炉，其特征在于，所述的烟气出口管（16）和冷风进口管（15）均为金属管内壁上砌筑耐火材料构成，并与蓄热室下部墙体（1c）连成一体，蓄热室墙体（1c）与圆盘形的炉底（1d）固定在一起，炉底内设置有加强稳定性的井字形槽工字钢。