CN113606574B - 一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉，包括悬链线式拱顶，所述拱顶内部设有燃烧室，所述拱顶下方的炉体上设有基座，所述基座上设有燃烧器，所述燃烧器内部呈环形矩阵设有多个独立的空腔结构的增压预热室，把所述增压预热室依次划分为相交替排列的第一空腔和第二空腔，所述第一空腔上方的第一通道内设有第一耐火球，所述第二空腔上方的第二通道内设有第二耐火球；初始状态时，所述第一空腔底部的第一耐火球和所述第二空腔底部的第二耐火球分别密封住相对应的第一通道和第二通道。在对空气和煤气进行预热后，调节混合气体的压力值，调节燃烧产生火焰的长度，以得到长火焰和短火焰相互配合的燃烧方式，进而降低氮氧化合物的排放。

Description

一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉

技术领域

本发明涉及热风炉技术领域，更具体地说，特别涉及一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉。

背景技术

在高炉生产中，高炉热风炉烟气中往往带有氮氧化合物有害物质，容易对环境造成污染，因此降低高炉热风炉燃烧产物中的氮氧化合物日益受到了钢铁企业及钢铁科研单位的重视。氮氧化合物主要由热风炉内燃烧的高温热空气生成，目前控制氮氧化合物产生的技术措施主要是一方面降低热风炉拱顶温度；但因为较高热风炉拱顶温度是提高热风炉送风风温的基本前提，因此就必须要降低热风炉拱顶温度与送风风温之间的差值，即要提高热风炉的换热效率，优化热风炉内部的烟气流场分布状态；另一方面为降低过剩空气系数α。

现有的降低氮氧化合物排放的热风炉多如专利申请号CN111964056A中一种陶瓷燃烧器及顶燃式热风炉，该顶燃式热风炉所配低NOx燃烧器通过内部结构形式的改变，将空煤气在水平面上分成多份交错旋流混合，或在垂直方向上实现空煤气的交错旋流混合，使得在相同的燃烧空间内，混合更均匀，燃烧更充分，燃烧效率得到提高。通过局部的空煤气非化学当量配比，采用浓淡燃烧技术可实现降低燃烧烟气中NOx的含量，以满足国家环保及热风炉技术发展的要求；而减少燃烧烟气中NOx的排放，可以降低高温区炉壳的应力腐蚀、以及换热器低温段的露点腐蚀，从而提高热风炉及其设备的使用寿命。

但上述现有类似低氮氧化合物排放热风炉及相对应的燃烧器在使用过程中，缺少对助燃空气和煤气的预热，无法得到较高的燃烧温度，热能利用率有待进一步提高；同时不便控制供给的助燃空气和煤气的配比量，造成不易控制燃烧过程中氮氧化合物的排放量。

于是，有鉴于此，针对现有的热风炉的结构予以研究改良，提供一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉，以期达到对助燃空气和煤气进行预热，提高燃烧温度和热能利用率，控制燃烧助燃空气和煤气的配比量，降低氮氧化合物排放量的目的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉，以解决现有的热风炉缺少对助燃空气和煤气的预热，无法得到较高的燃烧温度，热能利用率有待进一步提高；同时不便控制供给的助燃空气和煤气的配比量，造成不易控制燃烧过程中氮氧化合物的排放量的问题。

由以下具体技术手段所达成：一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉，一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉，包括悬链线式拱顶，所述拱顶内部设有燃烧室，所述拱顶下方的炉体上设有基座，所述基座上设有燃烧器，所述燃烧器内部呈环形矩阵设有多个独立的空腔结构的增压预热室，把所述增压预热室依次划分为相交替排列的第一空腔和第二空腔，所述第一空腔和所述第二空腔上部通过所述燃烧器上的燃烧喷嘴与所述燃烧室相连通；所述第一空腔上端通过第一通道与相对应的燃烧喷嘴相连通，所述第一空腔下端通过管道与第一增压预热机构相连通；所述第二空腔上端通过第二通道与相对应的燃烧嘴相连通，所述第二空腔的下端通过管道与第二增压预热机构相连通；所述第一空腔上方的第一通道内设有第一耐火球，所述第二空腔上方的第二通道内设有第二耐火球；初始状态时，所述第一空腔底部的第一耐火球和所述第二空腔底部的第二耐火球分别密封住相对应的第一通道和第二通道；

所述第一增压预热机构包括相互独立的第一助燃空气预热室和第一煤气预热室，所述第一助燃空气预热室顶部的第三通道内设有第三耐火球，所述第一煤气预热室顶部的第四通道内设有第四耐火球；所述第三耐火球和所述第四耐火球的质量都小于所述第一耐火球的重量；所有的第一助燃空气预热室通过管道与第一空气入口相连通；所有的第一煤气预热室通过管道与第一煤气入口相连通；初始状态时，所述第三耐火球密封住所述第三通道，所述第四耐火球密封住所述第四通道；

所述所述第二增压预热机构包括相互独立的第二助燃空气预热室和第二煤气预热室，所述第二助燃空气预热室顶部的第五通道内设有第五耐火球，所述第二煤气预热室顶部的第六通道内设有第六耐火球，所述第五耐火球和所述第六耐火球的质量都小于所述第二耐火球的重量；所有的第二助燃空气预热室通过管道与第二空气入口相连通；所有的第二煤气预热室通过管道与第二煤气入口相连通；初始状态时，所述第五耐火球密封住所述第五通道，所述第六耐火球密封住所述第六通道；

所述燃烧器下方的炉体内设有蓄热室，所述蓄热室内设有蓄热体，所述蓄热体设于炉篦上；所述炉篦通过多根支柱固定在炉体的刚性底座上；所述蓄热室下方设有冷风室，所述冷风室上设有进入口，所述拱顶下方设有热风排出口。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明中本采用悬链线式拱顶，悬链线式拱顶的高度与截面的直径之间的比值设定为 1.1以上，并配合本装置中的环形栅格式低氮陶瓷燃烧器，使得采用本发明中悬链线式拱顶的热风炉，一方面在拱顶内能获得较为理想的理论燃烧温度，另一方面使得蓄热室的横断面上气流分布均匀程度大大提高，进而优化了热风炉的性能。

2.本发明中设有多个独立的空腔结构的增压预热室，一方面用于对一次混合后的助燃空气和煤气进行二次混合，以使得燃烧时更加充分；另一方面，进入增压预热室内的混合气体，能被燃烧室内燃烧后下行的高温烟气快速二次预热，增压预热室内被二次预热成高温的混合气体，进入到燃烧室内燃烧时能显著提高煤气燃烧温度；再者，进入到增压预热室内的混合气体能进行二次增压，在进入到燃烧时内时产生高压混合气体喷射效果，通过调节混合气体的压力值，调节喷射后燃烧产生火焰的长度，以得到长火焰和短火焰相互配合的燃烧方式，为降低氮氧化合物的产生创造条件；同时喷射的高压混合气体，不仅能加剧拱顶内燃烧混合气体的涡流效应，以提升燃烧室内的燃烧效果，而且高压混合气体在冲击到拱顶上并反折向下运动时，能更好的带动燃烧后的高温烟气向下快速运动至蓄热室内，进而提蓄热室内蓄热体的热交换速率。如此，一方面提高炉内煤气的燃烧温度，另一方面提高了炉内的换热效率，实现了热风炉提供高热风性能。

3.本发明中第一耐火球的重量大于第二耐火球的重量，使得第一空腔内混合气体顶起第一耐火球的压力大于第二空腔内混合气体顶起第二耐火球的压力，以使得第一空腔内的高压混合气体被点燃后形成长火焰；第二耐火球被顶起后，第二空腔内的低压混合气体被点燃后形成短火焰，长火焰和短火焰混合在燃烧室内燃烧，长火焰和短火焰相互配合的燃烧方式，混合气体燃烧时能降低氮氧化合物生成量；通过控制第一耐火球的重量及充入第一空腔内混合气体量，可以使第一耐火球周期性的上升和下降，进而使得第一通道被周期性的打开和关闭；周期性喷射并燃烧的高压混合气体在提高拱顶内燃烧温度的同时，也能在喷射并燃烧的间隙，降低拱顶内的超高燃烧温度，防止拱顶内形成超高的燃烧温度，导致燃烧过程中拱顶内产生过量的氮氧化合物，把氮氧化合物的生成量控制在要求的标准范围内，使得热风炉成为节能环保型热风炉。

4.本发明中通过对第三耐火球重量的选择和控制，使得第三耐火球周期性的上升和下降，能使第一助燃空气预热室内的高温高压空气周期性的通过第三通道进入到第一空腔内，形成脉动的高温高压助燃空气；同理，对第四耐火球重量的选择和控制，使得第一煤气预热室内的高温高压煤气周期性的通过第四通道进入到第一空腔内，形成脉动的高温高压煤气；脉动的高温高压助燃空气和脉动的高温高压煤气在进入到第一空腔内时，能产生更好的混合效果，更加利于后续的充分燃烧，有效控制氮氧化合物的生成量；同时通过对第三耐火球和第四耐火球重量的控制以及助燃空气和煤气的压力的控制，能有效调节助燃空气量和煤气量的比例，使燃烧能在不同的阶段进行缺氧燃烧或者富氧燃烧，以有效控制氮氧化合物的排放。

5.本发明中通过调节第三耐火球和第四耐火球的重量比例，进而调节进入第一空腔内助燃空气和煤气的比例，进而控制过剩助燃空气系数α；同理，调节第五耐火球和第六耐火球的重量比例，进而调节进入第二空腔内助燃空气和煤气的比例，进而控制过剩助燃空气系数α；通过上述调节方式，控制第一空腔和第二空腔内的过剩助燃空气系数α趋近与1，以使燃烧室2内燃烧温度趋近最大理论燃烧温度，最终能有效提高热交换率，降低氮氧化合物的排放量。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明的热风炉剖面结构示意图。

图2是本发明的燃烧器结构示意图。

图3是本发明的第一空腔及第一增压预热机构立体剖面结构示意图。

图4是本发明的第一空腔及第一增压预热机构平面结构示意图。

图5是本发明的第二空腔及第二增压预热机构立体剖面结构示意图。

图6是本发明的第二空腔及第二增压预热机构平面结构示意图。

图7时本发明图3中A处局部放大图。

图8是本发明图3中B处局部放大图。

图中，部件名称与附图编号的对应关系为：

1.悬链式拱顶；2.燃烧室；3.基座；4.燃烧器；5.增压预热室；501、第一空腔；502.第二空腔；503.第一耐火球；504.第二耐火球；505.第一通道；506.第二通道；6.燃烧喷嘴；7.第一增压预热机构；701.第一助燃空气预热室；702.第一煤气预热室；703.第三耐火球；704.第四耐火球；705.第三通道；706.第一空气入口；707、第四通道；708.第一煤气入口；8.第二增压预热机构；801.第二助燃空气预热室；802.第二煤气预热室；803.第五耐火球；804.第六耐火球；805.第五通道；806.第二空气入口；807.第六通道；808.第二煤气入口；9.蓄热室；10.蓄热体；11.炉篦；12.冷风室；13.热风排出口；14.冷风进入口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

如附图1至附图8所示：

本发明提供一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉，包括悬链线式拱顶1；热风炉送风温度是衡量热风炉技术指标的重要参数，在对热风炉性能进行优化时，一方面是提高热风炉中煤气的理论燃烧温度，采取的措施为提高热风炉的拱顶温度，因此拱顶的结构设计对提高热风炉内的燃烧温度有着决定性的作用；基于上述原因，本发明采用悬链线式拱顶，悬链线式拱顶1的高度与截面的直径之间的比值设定为1.1以上，并配合本装置中的环形栅格式低氮陶瓷燃烧器，使得采用本发明中悬链线式拱顶1的热风炉，一方面在拱顶1内能获得较为理想的理论燃烧温度，另一方面使得蓄热室9的横断面上气流分布均匀程度大大提高。

同时，为了获得更高的拱顶温度，需要对助燃空气和煤气进行预热。根据生产经验显示，当空气和燃气温度均被加热到400℃时，比空气和燃气温度均为25℃时，理论燃烧温度能提高约200℃，理论燃烧温度能达到1580℃。为了更好的对助燃空气和煤气进行预热，按着以下方式对目前热风炉内部的结构进行了进一步优化。具体的，如图1-8所示：拱顶1内部设有燃烧室2，拱顶1下方的炉体上设有基座3，基座3上设有燃烧器4，燃烧器4采用环形栅格式低氮陶瓷燃烧器，以提高燃烧效果，降低氮氧化合物的生成。燃烧器4内部呈环形矩阵设有多个独立的空腔结构的增压预热室5，增压预热室5一方面用于对一次混合后的助燃空气和煤气进行二次混合，使得两者更好的混合，以使得燃烧时更加充分；另一方面，进入增压预热室5内的混合气体，能被燃烧室2内燃烧后下行的高温烟气快速二次预热，增压预热室5内被二次预热成高温的混合气体，进入到燃烧室2内燃烧时，能显著提高煤气燃烧温度，进而为实现高风温创造条件；再者，进入到增压预热室5内的混合气体能进行二次增压，在进入到燃烧时2内时，产生高压混合气体喷射效果，通过调节混合气体的压力值，调节喷射后燃烧产生火焰的长度，以得到长火焰和短火焰相互配合的燃烧方式，为降低氮氧化合物的产生创造条件；同时喷射的高压混合气体，不仅能加剧拱顶1内燃烧混合气体的涡流效应，以提升燃烧室2内的燃烧效果，而且高压混合气体在冲击到拱顶1上并反折向下运动时，能更好的带动燃烧后的高温烟气向下快速运动至蓄热室9内，进而提蓄热室9内蓄热体10的热交换速率。如此，通过增压预热室5的设计，一方面提高炉内煤气的燃烧温度，另一方面提高了炉内的换热效率，实现了热风炉提供高热风性能。

为了使增压预热室5内具备预热不同压力混合气体，以在混合气体燃烧时获得长火焰和短火焰而形成长短火焰混合，把空腔结构5依次划分为相交替排列的第一空腔501和第二空腔502，第一空腔501和第二空腔502用以实现对不同压力的助燃空气和煤气的混合，进而获得不同压力的混合气体；具体的，第一空腔501和第二空腔502上部通过燃烧器4上的燃烧喷嘴6与燃烧室2相连通，以使得第一空腔501和第二空腔502内的燃气通过燃烧喷嘴6喷射到燃烧室2内进行充分燃烧；第一空腔501和第二空腔502采用耐火格子砖堆砌并形成密封的空腔结构，与炉体内部不直接连通，以保证两者内部气体的充分混合和增压；同时在高温烟气下行过程中能对堆砌第一空腔501和第二空腔502的格子砖进行加热，以对第一空腔501和第二空腔502内的混合气体进行二次预热，使得两者内部被二次预热的混合气体在燃烧时能获得更高的燃烧温度。

在本发明中，第一空腔501用以提供高压力的助燃空气和煤气的混合气体，以形成燃烧长火焰；第二空腔502用以提供低压力的助燃空气和煤气的混合气体，以形成燃烧短火焰，进而实现长火焰和短火焰的混合，提高燃烧温度，减少氮氧化合物的生成。

其中，第一空腔501上端通过第一通道505与相对应的燃烧喷嘴6相连通，以使高压混合气体通过燃烧喷嘴6喷入燃烧室2内进行燃烧；第一空腔501下端通过管道与第一增压预热机构7相连通，第一增压预热机构7用以对助燃空气进行一次增压和一次预热；第二空腔 502上端通过第二通道506与相对应的燃烧嘴相连通，以使低压混合气体通过燃烧喷嘴6喷入燃烧室2内进行燃烧；第二空腔502的下端通过管道与第二增压预热机构8相连通，第二增压预热机构8用于对煤气进行一次增压和一次预热。

第一空腔501上方的第一通道505内设有第一耐火球503，第二空腔502上方的第二通道506内设有第二耐火球504；初始状态时，第一空腔501底部的第一耐火球503和第二空腔501底部的第二耐火球504分别密封住相对应的第一通道505和第二通道506；其中，第一耐火球503的重量大于第二耐火球504的重量，使得第一空腔501内混合气体顶起第一耐火球503的压力大于第二空腔502内混合气体顶起第二耐火球504的压力，第一耐火球503 被顶起后，第一空腔501内的高压混合气体被点燃后形成长火焰；第二耐火球504被顶起后，第二空腔502内的低压混合气体被点燃后形成短火焰，长火焰和短火焰混合在燃烧室2内燃烧，长火焰和短火焰相互配合的燃烧方式，混合气体燃烧时能降低氮氧化合物生成量；同时从第一空腔501内喷射的高压混合气体，不仅能加剧拱顶1内燃烧混合气体的涡流效应，以提升燃烧室2内的燃烧效果，而且高压混合气体在冲击到拱顶1上并反折向下运动时，能带动燃烧后的高温烟气向下快速运动至蓄热室9内，进而提蓄热室9内蓄热体10的热交换速率。通过控制第二耐火球504的重量及充入第二空腔502内混合气体量，可以使第二耐火球504 被持续顶起，实现通过第二空腔502持续喷射出低压的混合气体，使低压的混合气体持续进行燃烧，以保证拱顶1处保持较高的燃烧温度；通过控制第一耐火球503的重量及充入第一空腔501内混合气体量，可以使第一耐火球501周期性的上升和下降，进而使得第一通道505 被周期性的打开和关闭；当第一通道505被周期性的打开时，第一空腔501内高压混合气体通过第二通道及对应的燃烧喷嘴6喷射到燃烧室2内，周期性喷射并燃烧的高压混合气体在提高拱顶1内燃烧温度的同时，也能在喷射并燃烧的间隙，降低拱顶1内的超高燃烧温度，防止拱顶1内形成超高的燃烧温度，导致燃烧过程中拱顶1内产生过量的氮氧化合物；根据生产经验获得的数据，过高的拱顶温度会导致其内部燃烧时增加氮氧化合物的产生，拱顶温度越高，氮氧化合物的产生量越高；因此通过上述周期性向拱顶1内喷射高压混合气体并燃烧，能使拱顶1获得较高的理想燃烧温度的同时，也能有效控制拱顶1内的温度，防止燃烧温度超高，导致氮氧化合物生成量的增加，把氮氧化合物的生成量控制在要求的标准范围内。同时，周期性喷射和燃烧的高压混合气体，冲击到拱顶1上并反折向下运动时，能带动燃烧后的高温烟气向下快速运动至蓄热室9内，进而提蓄热室9内蓄热体10的热交换速率，进而能提高热风的温度，优化热风炉的整体性能。

具体的，第一耐火球503的直径大于第一通道505的直径，第一通道505下端为漏斗形；在初始状态时，第一耐火球503位于第一通道505下部，能对第一通道505形成密封；在通入一定压力的混合气体后，具有压力的混合气体能顶起第一耐火球503，使得第一通道505打开，高压喷射的混合气体最终喷射到燃烧室2内进行燃烧；第一耐火球503对应的炉壁上设有连通外部的检修口，一方面检修口便于第一耐火球503在长时间使用后破裂、损坏时进行更换；另一方面，可根据不同的生产条件，更换不同质量的第一耐火球503，以获得不同喷射压力的混合气体，对应的获得相对应的燃烧温度和热量交换效率。

具体的，第二耐火球504的直径大于第二通道506的直径，第二通道506下端为漏斗形；在初始状态时，第二耐火球504位于第二通道506下部，能对第二通道506形成密封；第二耐火球504对应的炉壁上设有连通外部的检修口。在通入一定压力的混合气体后，具有压力的混合气体能顶起第二耐火球504，使得第二通道506打开，相对高压喷射的混合气体最终喷射到燃烧室2内进行燃烧；第二耐火球504对应的炉壁上设有连通外部的检修口，一方面检修口便于第二耐火球504在长时间使用后破裂、损坏时进行更换；另一方面，可根据不同的生产条件，更换不同质量的第二耐火球504，以获得不同喷射压力的混合气体，对应的获得相对应的燃烧温度和热量交换效率。

其中，如图3-4所示，第一增压预热机构7包括相互独立的第一助燃空气预热室701和第一煤气预热室702，第一助燃空气预热室701对后续进入到第一空腔501内的助燃空气进行一次预热和一次增压；第一煤气预热室702对后续进入到第一空腔501内的煤气进行一次预热和一次增压

具体的，第一助燃空气预热室701顶部的第三通道705内设有第三耐火球703，初始状态时，第三耐火球703密封住第三通道705；在外部助燃空气进入到第一助燃空气预热室701 内后，由于第三耐火球703的重力作用，对第三通道705进行密封，进入到第一助燃空气预热室701内的助燃空气会逐步形成高压助燃空气；同时由拱顶1进入到蓄热室9内的高温烟气经过第一助燃空气室预热室701时，对其内部的助燃空气进行一次预热，提高后续燃烧温度；同理，第一煤气预热室702顶部的第四通道707内设有第四耐火球704；初始状态时，第四耐火球704密封住第四通道707；在外部煤气进入到第一煤气预热室702内后，由于第四耐火球704的重力作用，对第四通道707进行密封，进入到第一煤气预热室702内的煤气会逐步形成高压煤气；同时由拱顶1进入到蓄热室9内的高温烟气经过第一煤气预热室702 时，对其内部的煤气进行一次预热，提高后续燃烧温度；同时，通过对第三耐火球703重量的选择和控制，使得第三耐火球703被充入第一助燃空气预热室701内的高压空气顶起，第一助燃空气预热室701内的高压助燃空气顶起第三耐火球703并通过第三通道705进入到第一空腔501内，然后由于第一助燃空气预热室701内的压力减小，第三耐火球703下落，重新对第三通道705形成密封，如此反复，第三耐火球703周期性的上升和下降，能使第一助燃空气预热室701内的高温高压空气周期性的通过第三通道705进入到第一空腔501内，形成脉动的高温高压助燃空气；同理，对第四耐火球704重量的选择和控制，使得第一煤气预热室702内的高温高压煤气周期性的通过第四通道707进入到第一空腔501内，形成脉动的高温高压煤气；脉动的高温高压助燃空气和脉动的高温高压煤气在进入到第一空腔501内时，能产生更好的混合效果，更加利于后续的充分燃烧，有效控制氮氧化合物的生成量；同时通过对第三耐火球703和第四耐火球704重量的控制以及助燃空气和煤气的压力的控制，能有效调节助燃空气量和煤气量的比例，使燃烧能在不同的阶段进行缺氧燃烧或者富氧燃烧，以有效控制氮氧化合物的排放。

具体的，第三耐火球703和第四耐火球704的质量都小于第一耐火球503的重量，以保证第三耐火球703被顶起和/或第四耐火球704被顶起后，进入到第一空腔501内的高温高压助燃空气和/或高温高压煤气不会直接顶起第一耐火球503而进入到燃烧室2进行燃烧；如此可保证高温高压助燃空气和高温高压煤气能在第一空腔501内进行充分的混合，并在进行二次增压的同时，被进入到蓄热室9内的高温烟气进行二次加热，为高温燃烧做好准备。所有的第一助燃空气预热室701通过管道与第一空气入口706相连通，以通过第一空气入口706 向所有的第一助燃空气预热室701提供助燃空气；所有的第一煤气预热室702通过管道与第一煤气入口708相连通，以通过第一煤气入口708向第一煤气预热室702内提供煤气。

如图5-6所示，第二增压预热机构8包括相互独立的第二助燃空气预热室801和第二煤气预热室802，第二助燃空气预热室801对后续进入到第二空腔502内的助燃空气进行一次预热和一次增压；第二煤气预热室802对后续进入到第二空腔502内的煤气进行一次预热和一次增压；第二助燃空气预热室801顶部的第五通道805内设有第五耐火球803；初始状态时，第五耐火球803密封住第五通道805，在外部助燃空气进入到第二助燃空气预热室801内后，由于第五耐火球803的重力作用，对第五通道805进行密封，进入到第二助燃空气预热室801内的助燃空气会逐步形成高压助燃空气；同时由拱顶1进入到蓄热室9内的高温烟气经过第二助燃空气室预热室801时，对其内部的助燃空气进行一次预热，提高后续燃烧温度；同理，第二煤气预热室802顶部的第六通道807内设有第六耐火球804；初始状态时，第六耐火球804密封住第六通道807；在外部煤气进入到第二煤气预热室802内后，由于第六耐火球804的重力作用，对第六通道807进行密封，进入到第二煤气预热室802内的煤气会逐步形成高压煤气；同时由拱顶1进入到蓄热室9内的高温烟气经过第二煤气预热室802 时，对其内部的煤气进行一次预热，提高后续燃烧温度；同时，通过对第五耐火球803重量的选择和控制，使得第五耐火球803被充入第二助燃空气预热室801内的高压空气顶起，第二助燃空气预热室801内的高压助燃空气顶起第五耐火球803并通过第五通道805进入到第二空腔502内，然后由于第二助燃空气预热室801内的压力减小，第五耐火球803下落，重新对第五通道805形成密封，如此反复，第五耐火球803周期性的上升和下降，能使第二助燃空气预热室801内的高温高压空气周期性的通过第五通道805进入到第二空腔502内，形成脉动的高温高压助燃空气；同理，对第六耐火球804重量的选择和控制，使得第二煤气预热室802内的高温高压煤气周期性的通过第六通道807进入到第二空腔502内，形成脉动的高温高压煤气；脉动的高温高压助燃空气和脉动的高温高压煤气在进入到第二空腔502内时，能产生更好的混合效果，更加利于后续的充分燃烧，有效控制氮氧化合物的生成量；同时通过对第五耐火球803和第六耐火球804重量的控制以及助燃空气和煤气的压力的控制，能有效调节助燃空气量和煤气量的比例，使燃烧能在不同的阶段进行缺氧燃烧或者富氧燃烧，以有效控制氮氧化合物的排放。

第五耐火球803和第六耐火球804的质量都小于第二耐火球504的重量，以保证第五耐火球803被顶起和/或第六耐火球804被顶起后，进入到第二空腔502内的高温高压助燃空气和/或高温高压煤气直接顶起第二耐火球504并进入到燃烧室2进行燃烧；如此可保证高温高压助燃空气和高温高压煤气能在第二空腔502内进行充分的混合，并在进行二次增压的同时，被进入到蓄热室9内的高温烟气进行二次加热，为高温燃烧做好准备。所有的第二助燃空气预热室801通过管道与第二空气入口806相连通，以通过第二空气入口806向所有的第二助燃空气预热室801提供助燃空气；所有的第二煤气预热室802通过管道与第二煤气入口808 相连通，以通过第二煤气入口808向第二煤气预热室802内提供煤气。

为了保证进一步保证第一空腔501内能更快更好的获得比第二空腔502内压力和温度更高的混合气体，通过选择和控制，使第三耐火球703的重量大于第五耐火球803的重量，以使得停留在第一助燃空气预热室701内的时间更长，进一步使得第一助燃空气预热室701内的助燃空气能比第二助燃空气预热室801内的助燃空气获得更高的一次增压压力和一次预热温度；同理，第四耐火球704的重量大于第六耐火球804的重量，以使得停留在第一燃气预热室702内的时间更长，进一步使得第一燃气预热室702内的煤气能比第二煤气预热室802 内的煤气获得更高的一次增压压力和一次预热温度；对应的，经过一次增压、一次预热的助燃空气和煤气进入到第一空腔501后并充分混合后，经过一次增压、一次预热的助燃空气和煤气进入到第二空腔502后并充分混合后，第一空腔501内的混合气体的初始压力和初始温度高于第二空腔502内的混合气体的初始压力和初始温度，进而为第一空腔501内混合气体燃烧产生长火焰，第二空腔502内混合气体燃烧产生短火焰，最终形成长短火焰混合燃烧，以降低氮氧化合物的排放创造条件。

具体的，第三耐火球703和第五耐火球803对应的炉壁上分别设有连通外部的检修口；一方面检修口便于第三耐火球703和第五耐火球803在长时间使用后破裂、损坏时进行更换；另一方面，可根据不同的生产条件，更换不同质量的第三耐火球703和不同质量的第五耐火球803，以获得不同喷射压力的助燃空气和煤气，对应的获得相对应的燃烧温度和热量交换效率。

具体的，第四耐火球704和第六耐火球804对应的炉壁上分别设有连通外部的检修口；一方面检修口便于第四耐火球704和第六耐火球804在长时间使用后破裂、损坏时进行更换；另一方面，可根据不同的生产条件，更换不同质量的第四耐火球704和不同质量的第六耐火球804，以获得不同喷射压力的助燃空气和煤气，对应的获得相对应的燃烧温度和热量交换效率。

为进一步提高拱顶1内的燃烧温度，提高热交换效率，降低氮氧化合物的排放量，根据实际生产积累的经验，调节第三耐火球703和第四耐火球704的重量比例，进而调节进入第一空腔501内助燃空气和煤气的比例，进而控制过剩助燃空气系数α；同理，调节第五耐火球803和第六耐火球804的重量比例，进而调节进入第二空腔502内助燃空气和煤气的比例，进而控制过剩助燃空气系数α；通过上述调节方式，控制第一空腔501和第二空腔502内的过剩助燃空气系数α趋近与1，以使燃烧室2内燃烧温度趋近最大理论燃烧温度，最终能有效提高热交换率，降低氮氧化合物的排放量。

燃烧器4下方的炉体内设有蓄热室9，蓄热室9内设有蓄热体10，蓄热体10设于炉篦11 上；蓄热室9内设有三段不同材质等截面同轴对接的传热孔孔互通高利用率高效蓄热的格子砖，格子砖结构为横向之间有空空相连接的水平气流通道和纵向气流通道，在一定差异压力和差异阻力作用下实现不均匀的烟气和冷风流场自行调节，达到高效蓄热换热的目的。炉篦11 通过多根支柱固定在炉体的刚性底座上；蓄热室9下方设有冷风室12，冷风室12上设有冷风进入口14，拱顶1下方设有热风排出口13。

第一增压预热机构和第二增压预热机构为异形耐火砖切成的圆筒形空腔结构且两者呈环形设置于蓄热室9上部的炉壁内侧，在拱顶1内的高温烟气下行进入蓄热室9的过程中，能通过异形耐火砖对第一增压预热机构和第二增压预热机构进行加热，使其内部的助燃空气和煤气进行一次预热，为后续提高燃烧温度创造条件。

蓄热室9与冷风室12相同轴且两者截面积相等；蓄热室9内的蓄热体10之间设有热膨胀间隙；当由拱顶1内的高温烟气下行进入蓄热室9内后，高温烟气的热量对蓄热体10进行加热蓄能。蓄热体10为耐火球或格子砖，耐火球的直径为φ40～80mm；格子砖为锥孔形格子砖且锥孔直径为φ15～40mm的十九孔或三十七孔格子砖，格子砖为正六边形或梅花形的蜂窝状陶瓷结构。当采用十九孔格子砖时，十九孔格子砖一个平面底部设计有十五毫米深的联接格孔的联通凹槽，孔孔互通格子砖的互联互通结构，使得格子砖能依靠压力和流速自行调节烟气流场和冷风流场均匀分布，当气流通过格子砖第十九个孔径，即中心孔径时，由于流动的阻力和压力的作用，其气流会在联通的十八个凹槽区域做均匀调节作用，放大到整个蓄热室9，形成互联互通的均压均流床平面状态，优化了蓄热室烟气流场和冷风流场分布状态，提高了热风炉换热效率,降低了热风炉拱顶温度与送风温度之间的差值，解决了普通格子砖格孔错台、错位影响气流通过的弊端，在提高热风炉送风风温与降低氮氧化物排放中发挥了关键作用，使得热风炉成为节能型环保热风炉。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉，其特征在于：包括悬链线式拱顶，所述拱顶内部设有燃烧室，所述拱顶下方的炉体上设有基座，所述基座上设有燃烧器，所述燃烧器内部呈环形矩阵设有多个独立的空腔结构的增压预热室，把所述增压预热室依次划分为相交替排列的第一空腔和第二空腔，所述第一空腔和所述第二空腔上部通过所述燃烧器上的燃烧喷嘴与所述燃烧室相连通；所述第一空腔上端通过第一通道与相对应的燃烧喷嘴相连通，所述第一空腔下端通过管道与第一增压预热机构相连通；所述第二空腔上端通过第二通道与相对应的燃烧嘴相连通，所述第二空腔的下端通过管道与第二增压预热机构相连通；所述第一空腔上方的第一通道内设有第一耐火球，所述第二空腔上方的第二通道内设有第二耐火球；初始状态时，所述第一空腔上方的第一耐火球和所述第二空腔上方的第二耐火球分别密封住相对应的第一通道和第二通道；

所述第一增压预热机构包括相互独立的第一助燃空气预热室和第一煤气预热室，所述第一助燃空气预热室顶部的第三通道内设有第三耐火球，所述第一煤气预热室顶部的第四通道内设有第四耐火球；所述第三耐火球和所述第四耐火球的质量都小于所述第一耐火球的重量；所有的第一助燃空气预热室通过管道与第一空气入口相连通；所有的第一煤气预热室通过管道与第一煤气入口相连通；初始状态时，所述第三耐火球密封住所述第三通道，所述第四耐火球密封住所述第四通道；

所述第二增压预热机构包括相互独立的第二助燃空气预热室和第二煤气预热室，所述第二助燃空气预热室顶部的第五通道内设有第五耐火球，所述第二煤气预热室顶部的第六通道内设有第六耐火球，所述第五耐火球和所述第六耐火球的质量都小于所述第二耐火球的重量；所有的第二助燃空气预热室通过管道与第二空气入口相连通；所有的第二煤气预热室通过管道与第二煤气入口相连通；初始状态时，所述第五耐火球密封住所述第五通道，所述第六耐火球密封住所述第六通道；

所述燃烧器下方的炉体内设有蓄热室，所述蓄热室内设有蓄热体，所述蓄热体设于炉篦上；所述炉篦通过多根支柱固定在炉体的刚性底座上；所述蓄热室下方设有冷风室，所述冷风室上设有冷风进入口，所述拱顶下方设有热风排出口。

2.如权利要求1所述一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉，其特征在于：所述第一耐火球的重量大于所述第二耐火球的重量，使得所述第一空腔内混合气体顶起所述第一耐火球的压力大于所述第二空腔内混合气体顶起所述第二耐火球的压力，所述第一耐火球被顶起后，所述第一空腔内的高压混合气体被点燃后形成长火焰；所述第二耐火球被顶起后，所述第二空腔内的低压混合气体被点燃后形成短火焰，长火焰和短火焰混合在所述燃烧室内燃烧。

3.如权利要求1所述一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉，其特征在于：所述第三耐火球的重量大于所述第五耐火球的重量；所述第三耐火球和所述第五耐火球对应的炉壁上分别设有连通外部的检修口。

4.如权利要求1所述一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉，其特征在于：所述第四耐火球的重量大于所述第六耐火球的重量；所述第四耐火球和所述第六耐火球对应的炉壁上分别设有连通外部的检修口。

5.如权利要求1所述一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉，其特征在于：所述第一耐火球的直径大于所述第一通道的直径，所述第一通道下端为漏斗形，所述第一耐火球位于所述第一通道下部；所述第一耐火球对应的炉壁上设有连通外部的检修口。

6.如权利要求1所述一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉，其特征在于：所述第二耐火球的直径大于所述第二通道的直径，所述第二通道下端为漏斗形，所述第二耐火球位于所述第二通道下部；所述第二耐火球对应的炉壁上设有连通外部的检修口。

7.如权利要求1所述一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉，其特征在于：所述第一增压预热机构和第二增压预热机构为异形耐火砖切成的圆筒形空腔结构且两者呈环形设置于所述蓄热室上部的炉壁内侧。

8.如权利要求1所述一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉，其特征在于：所述燃烧器采用环形栅格式低氮陶瓷燃烧器。

9.如权利要求1所述一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉，其特征在于：所述蓄热室与所述冷风室相同轴且两者截面积相等；所述蓄热室内的蓄热体之间设有热膨胀间隙。

10.如权利要求1所述一种高温低氮高效预热节能型环保热风炉，其特征在于：所述蓄热体为耐火球或格子砖，所述耐火球的直径为φ40～80mm；所述格子砖为锥孔形格子砖且锥孔直径为 φ15 ～ 40mm的19孔或37孔格子砖，所述格子砖为正六边形或梅花形的蜂窝状陶瓷结构。