CN104962677B - 一种蓄热体中煤气与空气旋流卷吸预混燃烧的热风炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蓄热体中煤气与空气旋流卷吸预混燃烧的热风炉，可解决混合速率低、不均匀，燃烧强度低、温度低、不完全问题，燃烧室墙体内有套筒状蓄热块体，下部的煤气进气管接煤气分配环道，环道上的煤气主喷嘴连通煤气调节喷口，煤气调节喷口接煤气混合环道底部，煤气混合环道顶部有环形调节挡板，顶部的空气混合室墙体上的空气进气管与空气分配环道连，空气分配环道上有空气分配喷嘴，空气混合室底部有空气喷口，墙体上有热风出口管，蓄热室墙体与燃烧室墙体套接，砌筑在炉底上，炉底上的支撑柱上有炉箅子，炉箅子上有蓄热块体，炉箅子下部有烟气出口管和冷风进口管，本发明混合均匀，燃烧强度高，气流均匀分布，传热均匀性好，热利用率高。

Description

一种蓄热体中煤气与空气旋流卷吸预混燃烧的热风炉

技术领域

本发明涉及热风炉，特别是用于为热利用设备提供高温鼓风的一种蓄热体中煤气与空气旋流卷吸预混燃烧的热风炉。

背景技术

当前，高炉热风炉出于高效、节能、环保、增产的目的，要求热风炉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。纵观目前使用的各种高炉热风炉,其气体燃烧装置均以煤气与空气在燃烧室混合与预热而着火燃烧为主，蓄热体中燃烧技术也逐步被应用。但在以低热值煤气燃烧来实现高风温的各种燃烧器设计上均难以达到理想的状态。为此，在认真分析热风炉的燃烧、传热传质、与流体流动的理论及其应用技术逐步掌握的基础上，提出一种更能充分利用蓄热体中完成回流预热燃烧的新结构的热风炉。

发明内容

本发明提供一种蓄热体中煤气与空气旋流卷吸预混燃烧的热风炉，可以有效解决煤气与空气混合速率低、混合不均匀，燃烧强度低、燃烧温度低、燃烧不完全等技术问题。

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、煤气进气管、煤气分配环道、煤气主喷嘴、煤气调节喷口、煤气混合环道与环形调节挡板、空气混合室墙体、空气进气管、空气分配环道、空气分配喷嘴、空气混合室和空气喷口，燃烧室墙体为顶部的半球形拱顶与下部的圆筒体同轴连接构成，经托圈支撑固定在蓄热室墙体外炉壳上，燃烧室墙体内为燃烧室，燃烧室内堆砌有套筒状蓄热块体，蓄热室墙体内为蓄热室，蓄热室墙体的收缩段插入燃烧室内，与燃烧室墙体经阶梯式的迷宫密封式结构套接在一起，构成可滑移状同轴相连结构，燃烧室墙体的下部垂直其轴线布置有煤气进气管，煤气进气管垂直连接砌筑在燃烧室墙体内的煤气分配环道，煤气分配环道内侧环墙的上部沿水平径向均布有煤气主喷嘴，煤气主喷嘴转折向上连通置于燃烧室墙体内的煤气调节喷口，煤气调节喷口沿周向倾斜接入煤气混合环道的底部，煤气混合环道的顶部有环形调节挡板，燃烧室墙体的顶部有空气混合室墙体，空气混合室墙体是由上部的半球形拱顶与下部的圆筒体同轴连接在一起构成的组合体，空气混合室墙体内为空气混合室，空气混合室与燃烧室相连通，空气混合室墙体上垂直设置空气进气管，空气进气管与空气混合室墙体内的空气分配环道相连通，空气分配环道内侧环墙的上部均布有多个空气分配喷嘴，空气分配喷嘴水平径向或水平倾斜连通空气混合室，空气混合室的底部同轴设置有与燃烧室相连通的空气喷口，燃烧室墙体上部的外侧墙体上设置有和燃烧室连通的热风出口管，蓄热室墙体砌筑在炉底上，炉底上设置有支撑炉箅子的环形的支撑柱，支撑柱上有铸铁炉箅子，铸铁炉箅子上部的蓄热室内有堆砌至蓄热室顶部的蓄热块体，蓄热块体置于套筒状蓄热块体下面，铸铁炉箅子下部的蓄热室墙体与炉底围成的内部空间为冷风室，铸铁炉箅子下部的蓄热室墙体上有烟气出口管和冷风进口管。

本发明是在现有热风炉炉型结构基础上的创新。由于是采用了煤气沿周向上喷气流与炉顶中心垂直向下喷射的空气进行旋流卷吸混合，且混合过程绝大部分在套筒状蓄热块体中进行，其混合与预热作用极为强烈，能快速实现气流的预混合、预热与燃烧过程，由于在蓄热块体中存在燃烧与热烟气回流，能有效提高燃烧温度，进而提高蓄热块体的温度，为实现高送风温度创造了有利条件。由于煤气为周向旋流向上而空气为中心大流股旋流向下，只要旋流方向相反，就能形成较为均匀地进入蓄热块体中气流的均匀分布，从而提高了蓄热体中热交换的均匀性与蓄热体的热利用率。此外，利用炉箅子的支撑柱的扇形截面的圆周向排列也有效调节烟气出口和冷风进口的气流在冷风室截面上分布的均匀性。因此，该热风炉能借助蓄热室顶部（燃烧室中）套筒状蓄热块体的堆砌，有效实现蓄热块体中煤气与空气的强烈而均匀的混合与在其中的均匀而高强度的稳定燃烧，以及其下的蓄热室中的宽缝隙堆砌的蓄热块体的应用，也进一步促使气流的均匀分布，并能极大地强化其传热均匀性与提高其热利用率。

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。

图3为本发明图1中B-B截面图。

图4为本发明图1中C-C截面图。

图5为本发明图1中D向视图。

图6为本发明图1中E-E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6所示，本发明包括燃烧室墙体1b、燃烧室2、热风出口管13、煤气进气管4、煤气分配环道6、煤气主喷嘴8、煤气调节喷口8a、煤气混合环道10与环形调节挡板10a、空气混合室墙体1a、空气进气管3、空气分配环道5、空气分配喷嘴7、空气混合室9和空气喷口9a，其特征在于，燃烧室墙体1b为顶部的半球形拱顶与下部的圆筒体同轴连接构成，经托圈18支撑固定在蓄热室墙体1c外炉壳上，燃烧室墙体1b内为燃烧室2，燃烧室内堆砌有套筒状蓄热块体11，蓄热室墙体1c内为蓄热室，蓄热室墙体1c的收缩段插入燃烧室2内，与燃烧室墙体经阶梯式的迷宫密封式结构套接在一起，构成可滑移状同轴相连结构，燃烧室墙体的下部垂直其轴线布置有煤气进气管4，煤气进气管4垂直连接砌筑在燃烧室墙体内的煤气分配环道6，煤气分配环道内侧环墙的上部沿水平径向均布有煤气主喷嘴8，煤气主喷嘴转折向上连通置于燃烧室墙体内的煤气调节喷口8a，煤气调节喷口沿周向倾斜接入煤气混合环道10的底部，煤气混合环道的顶部有环形调节挡板10a，燃烧室墙体1b的顶部有空气混合室墙体1a，空气混合室墙体是由上部的半球形拱顶与下部的圆筒体同轴连接在一起构成的组合体，空气混合室墙体内为空气混合室9，空气混合室与燃烧室相连通，空气混合室墙体1a上垂直设置空气进气管3，空气进气管与空气混合室墙体内的空气分配环道5相连通，空气分配环道5内侧环墙的上部均布有多个空气分配喷嘴7，空气分配喷嘴水平径向或水平倾斜连通空气混合室9，空气混合室9的底部同轴设置有与燃烧室相连通的空气喷口9a，燃烧室墙体1b上部的外侧墙体上设置有和燃烧室2连通的热风出口管13，蓄热室墙体1c砌筑在炉底1d上，炉底上设置有支撑炉箅子的环形的支撑柱14b，支撑柱14b上有铸铁炉箅子14a，铸铁炉箅子14a上部的蓄热室内有堆砌至蓄热室顶部的蓄热块体，蓄热块体置于套筒状蓄热块体下面，铸铁炉箅子14a下部的蓄热室墙体1c与炉底1d围成的内部空间为冷风室15，铸铁炉箅子14a下部的蓄热室墙体1c上有烟气出口管16和冷风进口管17。

所述的燃烧室墙体1b和空气混合室墙体1a为金属外壳内壁上砌筑耐高温1300℃～1500℃的耐火材料层构成，耐高温的耐火材料层由抗热震性强的红柱石高铝砖或堇青石-莫来石砖构成的内层、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自内向外组合在一起构成。

所述的热风出口管13为耐高温且性能稳定的红柱石-莫来石砖构成的圆筒状，与燃烧室墙体或空气混合室墙体1a垂直连接。

所述的煤气进气管4和空气进气管3是在金属管内壁上砌筑耐火材料（如高铝砖或粘土砖）构成的圆环形，所述的煤气分配环道6和空气分配环道5的纵截面为矩形。

所述的煤气主喷嘴8、煤气调节喷口8a的横截面均为扇形或矩形，煤气混合环道10的横截面为矩形，煤气混合环道置于燃烧室墙体内，环形调节挡板10a的下端和靠燃烧室墙体的煤气混合环道一侧壁上端相交汇，环形调节挡板径向向内倾斜20°～40°，环形调节挡板与煤气混合环道上方的蓄热室墙体外壁构成喷口状结构，所述的空气分配喷嘴7水平径向或水平倾斜10°～30°连通空气混合室9，煤气主喷嘴8、煤气调节喷口、空气分配喷嘴和空气喷口9a均为红柱石-莫来石或堇青石-莫来石材料制成。

所述的蓄热室墙体1c是在金属外壳内壁上自上到下分别由红柱石质砖、高铝质砖、粘土质砖砌筑构成的圆形，蓄热室墙体的上部为小圆筒体、中部为自下向上呈渐收缩状的圆锥筒体，下部为大圆筒体，上部的小圆筒体和中部的圆锥筒体为蓄热室墙体的收缩段，小圆筒体的截面积为大圆筒体的截面积的1/2～1/3,中部的圆锥筒体的锥角（圆锥筒体的锥面与中心轴之间的夹角）为10°～30°。

所述的蓄热块体是由从上到下依次堆砌在蓄热室中的硅质格子砖12a、红柱石高铝质格子砖12b、红柱石粘土质格子砖12c构成，蓄热块体为均布有上下贯通的通孔的正六边形，构成蜂窝状结构，套筒状蓄热块体11为硅质套筒格子砖（套筒格子砖为现有技术，专利号为201320176659.3），在燃烧室内自下向上依次堆砌呈纵截面为阶梯状递减的锥台形。

所述的烟气出口管16和冷风进口管17为金属管内壁上砌筑耐火材料（如粘土砖）构成圆形通道，烟气出口管和冷风进口管与冷风室相互连通，冷风室中的支撑柱14b自炉底中心向外均布成多圈的环形结构，每一圈中沿支撑柱的纵向和周向均布有通风孔19。

所述的空气喷口9a的上部置于空气混合室9内，下部置于燃烧室墙体1b顶部的半球形拱顶内。

所述的支撑柱14b上有竖直的蜂窝状开孔的铸铁炉箅子14a。

本发明实施时，在燃烧器中煤气与空气通过各自的分配环道内侧引出均布的煤气主喷嘴8和空气分配喷嘴7，分别进入煤气混合环道10和空气混合室9，前者经环形调节挡板10a在燃烧室2中形成旋流向上的气幕，而后者经过空气喷出口9a形成旋流向下的空气流股，相遇后在堆砌的套筒状蓄热块体中进行快速预混并被回流烟气流预热而着火燃烧，由于煤气调节喷口8a的出口动量与角度的变化，煤气混合环道10中的煤气气幕的旋流强度与流速都会发生变化，而空气分配喷嘴7的出口动量与角度的改变也会导致空气喷口9a喷出的空气流股的流速与旋流强度的改变，这就导致进入套筒状蓄热块体的混合后的流场的旋流方向、旋流强度、混合流速发生改变。因此，蓄热块体中气流分布的均匀性、燃烧强度及热交换强度等均会发生改变。总之煤气向上的旋流气幕在向下的旋流空气射流流股的卷吸作用下形成复杂而有规律的向下的均匀气流流场，在其中尤其是在进入套筒状蓄热块体11中，煤气与空气相互混合并受高温回流烟气预热而着火燃烧。由于蓄热块体中的流动、混合及传热过程要数十倍于空气中相同过程，其燃烧速率的提升以及气流的均匀程度都会远好于在空气中相同过程，获得均匀的蓄热块体中的高温是显而易见的。这样的流动、混合、传热与燃烧过程就一定能形成周向与轴向都均匀的高温烟气流场，以及高的蓄热块体温度及对应的高蓄热量。在高温烟气继续向下进入下部堆砌的硅质格子砖、红柱石高铝质格子砖、以及红柱石粘土质格子砖中时，由于硅质格子砖、红柱石高铝质格子砖、红柱石粘土质格子砖均有气流互通结构，使得其气流分布得到进一步的均化，蓄热块体与气流间的热交换变得更加均匀，从而形成从上到下的截面温度均匀分布蓄热体结构。蓄热室墙体1c的收缩段插入燃烧室2内，与燃烧室墙体经阶梯式的迷宫密封式结构套接在一起，呈相互间无应力传递的可滑移状，在烟气流进入冷风室15之前，上部逐渐收缩的蓄热室也使气流的流速得到提高与均化，进而强化了蓄热块体与气流间的传热过程，有效提高蓄热体的利用率。低温烟气最后通过冷风室15进入烟气出口管16而流出，结束热风炉的燃烧与传热过程。在送风阶段，冷风经冷风进口管17进入冷风室15，在扇形的炉箅子的支撑柱14b的作用下气流流场分布的均匀性得到提高，继而通过铸铁炉箅子14a进入蓄热体中，经过蓄热室内蓄热块体格孔互通结构与堆砌缝隙结构的共同作用，冷风气流在逐步被加热的同时气流速度的分布也逐渐变得均匀，加之本已在燃烧过程中得到均匀化的蓄热块体堆砌体与均匀气流的传热作用，就能使冷风的整个加热过程十分均匀，尤其热风在上行过程中蓄热室的逐渐收缩更加有利于气流的均匀与有效强化蓄热块体与气流间的传热，以及热风必须经煤气混合环道10再进入热风出口管13，从而有效防止送风过程中气流的偏析的出现，以及由此引起的热风平均温度的降低。

通过案例结构的实施过程的描述与分析，该发明所述的热风炉是一种能有效解决热风炉燃烧室中堆砌的蓄热块体内流体流动、混合、传热与燃烧过程的可行的技术方案，能有效实现热风炉燃烧装置的均匀混合与均匀流动，以及高效而均匀的稳定燃烧，并极大地强化与均匀传热过程与提高其热利用率。因此，采用该技术方案就能实现热风炉的高效、高热强度与高送风温度，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。本发明的热风炉比现有热风炉相比，其投资费用可下降20%以上，其热风温度可提高50～80℃。同时，该热风炉的废气温度可控制在260℃以下，热风炉的热效率可达80%以上，因燃烧完全程度的提高而使一氧化碳的排放量降到万分之一以下。

Claims (10)

1.一种蓄热体中煤气与空气旋流卷吸预混燃烧的热风炉，包括燃烧室墙体（1b）、燃烧室（2）、热风出口管（13）、煤气进气管（4）、煤气分配环道（6）、煤气主喷嘴（8）、煤气调节喷口（8a）、煤气混合环道（10）与环形调节挡板（10a）、空气混合室墙体（1a）、空气进气管（3）、空气分配环道（5）、空气分配喷嘴（7）、空气混合室（9）和空气喷口（9a），其特征在于，燃烧室墙体（1b）为顶部的半球形拱顶与下部的圆筒体同轴连接构成，经托圈（18）支撑固定在蓄热室墙体（1c）外炉壳上，燃烧室墙体（1b）内为燃烧室（2），燃烧室内堆砌有套筒状蓄热块体（11），蓄热室墙体（1c）内为蓄热室，蓄热室墙体（1c）的收缩段插入燃烧室（2）内，与燃烧室墙体经阶梯式的迷宫密封式结构套接在一起，构成可滑移状同轴相连结构，燃烧室墙体的下部垂直其轴线布置有煤气进气管（4），煤气进气管（4）垂直连接砌筑在燃烧室墙体内的煤气分配环道（6），煤气分配环道内侧环墙的上部沿水平径向均布有煤气主喷嘴（8），煤气主喷嘴转折向上连通置于燃烧室墙体内的煤气调节喷口（8a），煤气调节喷口沿周向倾斜接入煤气混合环道（10）的底部，煤气混合环道的顶部有环形调节挡板（10a），燃烧室墙体（1b）的顶部有空气混合室墙体（1a），空气混合室墙体是由上部的半球形拱顶与下部的圆筒体同轴连接在一起构成的组合体，空气混合室墙体内为空气混合室（9），空气混合室与燃烧室相连通，空气混合室墙体（1a）上垂直设置空气进气管（3），空气进气管与空气混合室墙体内的空气分配环道（5）相连通，空气分配环道（5）内侧环墙的上部均布有多个空气分配喷嘴（7），空气分配喷嘴水平径向或水平倾斜连通空气混合室（9），空气混合室（9）的底部同轴设置有与燃烧室相连通的空气喷口（9a），燃烧室墙体（1b）上部的外侧墙体上设置有和燃烧室（2）连通的热风出口管（13），蓄热室墙体（1c）砌筑在炉底（1d）上，炉底上设置有支撑炉箅子的环形的支撑柱（14b），支撑柱（14b）上有铸铁炉箅子（14a），铸铁炉箅子（14a）上部的蓄热室内有堆砌至蓄热室顶部的蓄热块体，蓄热块体置于套筒状蓄热块体下面，铸铁炉箅子（14a）下部的蓄热室墙体（1c）与炉底（1d）围成的内部空间为冷风室（15），铸铁炉箅子（14a）下部的蓄热室墙体（1c）上有烟气出口管（16）和冷风进口管（17）。

2.根据权利要求1所述的蓄热体中煤气与空气旋流卷吸预混燃烧的热风炉，其特征在于，所述的燃烧室墙体（1b）和空气混合室墙体（1a）为金属外壳内壁上砌筑耐高温1300℃～1500℃的耐火材料层构成，耐高温的耐火材料层由抗热震性强的红柱石高铝砖或堇青石-莫来石砖构成的内层、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自内向外组合在一起构成。

3.根据权利要求1所述的蓄热体中煤气与空气旋流卷吸预混燃烧的热风炉，其特征在于，所述的热风出口管（13）为耐高温且性能稳定的红柱石-莫来石砖构成的圆筒状，与燃烧室墙体垂直连接。

4.根据权利要求1所述的蓄热体中煤气与空气旋流卷吸预混燃烧的热风炉，其特征在于，所述的煤气进气管（4）和空气进气管（3）是在金属管内壁上砌筑耐火材料构成的圆环形，所述的煤气分配环道（6）和空气分配环道（5）的纵截面为矩形。

5.根据权利要求1所述的蓄热体中煤气与空气旋流卷吸预混燃烧的热风炉，其特征在于，所述的煤气主喷嘴（8）、煤气调节喷口（8a）的横截面均为扇形或矩形，煤气混合环道（10）的横截面为矩形，煤气混合环道置于燃烧室墙体内，环形调节挡板（10a）的下端和靠燃烧室墙体的煤气混合环道一侧壁上端相交汇，环形调节挡板径向向内倾斜20°～40°，环形调节挡板与煤气混合环道上方的蓄热室墙体外壁构成喷口状结构，所述的空气分配喷嘴（7）水平径向或水平倾斜10°～30°连通空气混合室（9），煤气主喷嘴（8）、煤气调节喷口、空气分配喷嘴和空气喷口（9a）均为红柱石-莫来石或堇青石-莫来石材料制成。

6.根据权利要求1所述的蓄热体中煤气与空气旋流卷吸预混燃烧的热风炉，其特征在于，所述的蓄热室墙体（1c）是在金属外壳内壁上自上到下分别由红柱石质砖、高铝质砖、粘土质砖砌筑构成的圆形，蓄热室墙体的上部为小圆筒体、中部为自下向上呈渐收缩状的圆锥筒体，下部为大圆筒体，上部的小圆筒体和中部的圆锥筒体为蓄热室墙体的收缩段，小圆筒体的截面积为大圆筒体的截面积的1/2～1/3,中部的圆锥筒体的锥角为10°～30°。

7.根据权利要求1所述的蓄热体中煤气与空气旋流卷吸预混燃烧的热风炉，其特征在于，所述的蓄热块体是由从上到下依次堆砌在蓄热室中的硅质格子砖（12a）、红柱石高铝质格子砖（12b）、红柱石粘土质格子砖（12c）构成，蓄热块体为均布有上下贯通的通孔的正六边形，构成蜂窝状结构，套筒状蓄热块体（11）为硅质套筒格子砖，在燃烧室内自下向上依次堆砌呈纵截面为阶梯状递减的锥台形。

8.根据权利要求1所述的蓄热体中煤气与空气旋流卷吸预混燃烧的热风炉，其特征在于，所述的烟气出口管（16）和冷风进口管（17）为金属管内壁上砌筑耐火材料构成圆形通道，烟气出口管和冷风进口管与冷风室相互连通，冷风室中的支撑柱（14b）自炉底中心向外均布成多圈的环形结构，每一圈中沿支撑柱的纵向和周向均布有通风孔（19）。

9.根据权利要求1所述的蓄热体中煤气与空气旋流卷吸预混燃烧的热风炉，其特征在于，所述的空气喷口（9a）的上部置于空气混合室（9）内，下部置于燃烧室墙体（1b）顶部的半球形拱顶内。

10.根据权利要求1所述的蓄热体中煤气与空气旋流卷吸预混燃烧的热风炉，其特征在于，所述的支撑柱（14b）上有竖直的蜂窝状开孔的铸铁炉箅子（14a）。