CN201288198Y - 多切圆旋流顶燃式热风炉 - Google Patents
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Abstract
一种多切圆旋流顶燃式热风炉，属于钢铁工业炼铁高炉的热风炉辅助设备技术领域。包括炉顶、燃烧室、侯口、格子砖和热风出口，炉顶的上部是拱顶，下部是燃烧室，炉顶的内墙布置两环道，各管道有一环道相连，两排环道交错布置燃烧室炉墙内，一环道在外，一环道在里，外环道为凹形设计，里环道为凸形设计，每个通道喷口分2～4排上下布置，并形成不同环道的喷口相间交错布置，每环道的各排喷口中心线与其交径形成不同的切圆，其中外环道的不同排喷口形成不同切圆的入口，而内环道的单排的喷口与中心半径成不同的交角喷出，形成S形渐开线。优点在于，具有燃烧效率高、炉顶炉墙温度较低、流场均匀、结构紧凑和投资少。
Description
技术领域
本实用新型属于钢铁工业炼铁高炉的热风炉辅助设备技术领域，特别是涉及一种多切圆旋流顶燃式热风炉，可在高温预热空气和煤气的情况下使用。
技术背景
热风炉是炼铁生产过程的重要设备，其投资约占高炉的50～60％，其原理是利用蓄热技术将冷空气变成高炉需要的热风。根据热风炉的结构可以分为外燃式、内燃式和顶燃式等多种形式。
外燃式热风炉类型有地得型、马琴型和新日铁型3种，这些外燃式热风炉的特征，主要表现在拱顶及其连接的方式上。地得型外燃式热风炉的拱顶由半个截头圆锥体联结2个半径不同的接近1/4的球形拱顶组成，整个拱顶整体结构呈半卵形；马琴型外燃式热风炉的蓄热室顶部具有圆锥形的缩口，蓄热室顶部直径与燃烧室相同，拱顶由2个半径相同的1/4球形拱顶和大半个圆柱体组成。外燃式热风炉普遍用于3000m3以上大型高炉上，但存在投资较高，耐材耗量大，砌砖和拱顶钢结构复杂等缺点。
内燃式热风炉一般有套筒式、栅格式和旋转式，其中以霍戈文内燃式热风炉为代表，其安装陶瓷矩形燃烧器，在燃烧室隔墙内夹砌绝热砖和耐热钢板，以及在炉顶加蘑菇形大帽子的办法，克服了旧有内燃式热风炉的结构缺陷，但它仍无法克服内燃式热风炉在气体力学上的固有缺陷，即火井偏在一侧使气流分布不均匀而限制了进一步扩大直径。
顶燃式热风炉可分为套筒式和喷射式，其把燃烧室移到热风炉拱顶，提高了格子砖的使用面积，减少占地面积，与外燃式、内燃式热风炉比较，具有投资成本相对较低的优点。
顶燃式热风炉主要有首钢式、卡卢金式等热风炉，传统的首钢顶燃式热风炉燃烧器，采用金属套筒燃烧器，存在预热温度较低，单烧嘴负荷偏大，燃烧空间较大，无法满足高风温需要等问题，卡卢金顶燃式热风炉存在炉墙过厚、中心具有回流区等问题。
为克服现有热风炉存在的缺陷，本设计人提出一种新型顶燃式热风炉结构，采用非预混、空气、煤气相间交错布置、多切圆旋流，冷空气旋流和凹形格子砖等相结合的结构，使其流场、温度场得到改善。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种多切圆旋流顶燃式热风炉，克服现有的不同类型的热风炉存在缺陷，改进热风炉的燃烧器结构、格子砖布置等，使煤气和空气充分混合燃烧，尽可能减少和消除旋流引起的中心负压区，满足格子砖均匀换热、降低炉顶、炉墙等温度，实现提高风温，延长热风炉使用寿命和降低成本。
本实用新型多切圆旋流顶燃式热风炉包括炉顶、侯口、格子砖、烟气出口、热风出口、冷风入口。炉顶的上部是拱顶，下部是燃烧室，炉顶的内墙布置两环道，各管道有一环道相连，两环道交错布置燃烧室炉墙内，一环道在外，一环道在里，外环道为凹形设计，内环道为凸形设计，每个通道喷口分2～4排上下布置，并形成不同环道的喷口相间交错布置，每环道的各排喷口中心线与其交径形成不同的切圆，其中外环道的不同排喷口形成不同切圆的入口，而内环道的单排的喷口与中心半径成不同的交角喷出，形成S形渐开线。
前述的多切圆旋流顶燃式热风炉，其中燃烧室的炉墙内通道主要由煤气环道、空气环道、煤气喷口、空气喷口、煤气入口、空气入口部分组成。
前述的多切圆旋流顶燃式热风炉，其中所述的炉顶直径为格子砖直径的0.3～0.7，拱顶为锥形或半球形结构。
前述的多切圆旋流顶燃式热风炉，其中煤气喷口有一段指向圆心，到内层后其喷口的中心线与其交径形成的不同直径切圆为2个，其切圆半径范围为燃烧室内径的1/3至2/3。
前述的多切圆旋流顶燃式热风炉，其中空气喷口的中心线与其燃烧室径向的夹角，在水平截面的0～180°的半园，以6°～30°额定值在80°～0°范围递减变化，另一半圆夹角变化同上，形成S形渐开线。
前述的多切圆旋流顶燃式热风炉，其中每排喷口的数量为6～24之间，喷口为条形或圆形。
前述的多切圆旋流顶燃式热风炉，其中两环道交错距离两环道水平距离为环道宽度的2～4倍，空气与煤气喷口交错布置，水平方向距离为2～4倍喷口直径，煤气喷口为水平旋流喷出，空气喷口与水平交角为5～15°之间。
前述的多切圆旋流顶燃式热风炉，其中格子砖下部冷空气切向入口，其切圆直径是格子砖外径的1/3至2/3。
前述的多切圆旋流顶燃式热风炉，其顶部格子砖为凹型设计，格子砖由边缘向中心以每两～六排降低一层的方式变化。
本实用新型多切圆旋流顶燃式热风炉结构在卡卢金顶燃式热风炉和传统的顶燃式热风炉的基础上改进，具有的优点如下：
1 高预热空煤气温度的适应性
由于煤气与空气环道均布置在炉墙内，故由于现代高风温的需要进行预热空气600℃以上和煤气400℃以上的要求，现有的炉墙材料可以满足此要求。
2 具有炉顶、炉墙温度低，炉内温度高的特点
由于采用非预混，故其空煤气喷出后在燃烧室中间切圆混合燃烧，炉顶为煤气没有充分空气混合，温度较低，炉墙由于外旋为小股空气，故其受空气冷却作用可以保存炉墙温度不超温。由于燃烧在炉内，故较高温度区在炉内中间。
3 格子砖寿命长
由于混合燃烧的烟气能经不同切圆旋流均匀进入格子砖，阻力与旋流对应分布，故可保证格子砖换热均匀，从而延长了格子砖寿命。
4 能源的合理利用和安全
空气在里环，煤气在外环，使炉墙传热先加热预热较高温度的空气，在炉墙传热较低的煤气，仅体现了能源的梯级利用和安全的特点。
5 投资较省
由于采用小炉顶结构和取消了外围的空气与煤气环道，与传统的顶燃式热风炉相比，空煤气管道只需一套切断装置，其投资相对减少。
附图说明
图1为本实用新型多切圆旋流顶燃式热风炉结构示意图。其中，拱顶1、煤气喷口2、煤气环道3、煤气入口4、空气入口5、空气环道6、空气喷口7、煤气喷口8、空气喷口9、燃烧室10、侯口11、热风出口12、格子砖13、烟道出口、冷空气入口14、切圆15、S形渐开线16。其中，
图2为本实用新型多切圆旋流顶燃式热风炉煤气上排喷口中心位置A-A水平方向剖面图。
图3为本实用新型多切圆旋流顶燃式热风炉空气上排喷口中心位置B-B水平方向剖面图。
图4为本实用新型多切圆旋流顶燃式热风炉煤气下排喷口中心位置C-C水平方向剖面图。
图5为本实用新型多切圆旋流顶燃式热风炉空气下排喷口中心位置D-D水平方向剖面图。
图6为本实用新型多切圆旋流顶燃式热风炉沿空气环道中心面E-E圆周方向剖面图。
图7为本实用新型多切圆旋流顶燃式热风炉沿煤气环道中心面F-F圆周方向剖面图。
图8为本实用新型多切圆旋流顶燃式热风炉系统实施示意图。其中，热风炉17、热风出口18、换热器19、煤气总管20、阀门21、热空气总管22、空气预热装置23。
具体实施方式
图1～图8为本实用新型的一种具体实施方式。
本实用新型多切圆旋流顶燃式热风炉由拱顶1、燃烧室10、侯口11、格子砖13、炉墙、烟道出口、冷空气入口14和热风出口12组成，其中燃烧室的炉墙内主要由煤气环道3、空气环道6、煤气喷口2、8、空气喷口7、9、煤气入口4、空气入口5组成。
环道分外环道与内环道，其中内环道是空气环道6，外环道是煤气环道3，其布置的好处是空气环道6的空气可以对高温炉墙起隔热和高温炉墙对空气预热较高温度作用，外环道布置煤气可以保证炉墙较较厚，不易烧坏，同时高温炉墙对煤气起低温预热作用。
煤气环道3外侧上部与煤气入口4水平相连，内侧分上下层的煤气喷口2、8水平相连，上下排煤气喷口有一段指向圆心，到内层后，上排煤气喷口2与燃烧室径向的交角为40°～55°，下排煤气喷口8与燃烧室径向的交角为20°～35°，喷口的个数和大小根据燃烧煤气流量计算确定，喷口可以条形、圆形。当煤气由煤气环道3进入上下排喷口2、8时，沿着不同切圆的旋转流动，经侯口11向下运动。
空气环道6的外侧下部与空气入口5水平相连，内侧分上下层的空气喷口7、9与水平向下5°～15°交角相连，与垂直切面的夹角，在水平截面的0～180°的半园，以6°～30°额定值在80°～0°范围递减变化，另一半圆夹角变化同上，形成S形渐开线。具体设计时根据每排空气喷口的数量决定，如喷口为6个，则递减角为26°，喷口为24个，则递减角为6°。这样每排空气喷口形成多个切圆旋流运动，与上面空气切圆细股形成上下和左右的多处交错混合，强化了其混合燃烧效果。
上述旋流混合中，最外侧旋流的为空气股，可以对炉墙起环冷作用，最里侧旋流的也是空气股，可以缓解中心负压，同时空气向下旋流带动混合气体向下运动，减少了炉顶压力，空煤气的旋流交错混合促使燃烧产生的烟气通过侯口11后分布均匀，保证了格子砖的气流分布均匀。
针对旋流热风炉，边缘气流速度大，中心气流速度小，负压不可避免的缺陷，采用格子砖凹型设计以减少热风炉中心阻力损失，这样保持烟气向下流动进入格子砖的阻力与其速度对应，冷风旋流布置的作用也是确保流速与阻力一致，保证格子砖均匀换热。
热风炉有17一对一同工作，一个燃烧，一个送风，在燃烧期的尾部大部分烟气通过分离式热管换热器19与煤气总管20煤气进行热交换，预热后的煤气进入煤气入口4、煤气环道3和煤气喷口2和8进入燃烧室10，其中煤气喷口2和8与煤气环道3相连的通道指向切圆圆心，到距离空气环道6直径后，其喷口的中心线与其交径形成特定交角喷入炉内，其喷口通道由砌砖完成。部分烟气与空气预热装置23(自身预热或附加预热炉预热或换热器等)预热后热空气22进入空气入口5、空气环道6和空气喷口7和9进入燃烧室10，混合燃烧，燃烧后烟气与格子砖13进行热交换，送风期，热风从热风出口18送出。
Claims (8)
1、一种多切圆旋流顶燃式热风炉，包括炉顶、燃烧室、侯口、格子砖和热风出口，其特征在于，炉顶的上部是拱顶，下部是燃烧室，炉顶的内墙布置两环道，各管道有一环道相连，两环道交错布置燃烧室炉墙内，一环道在外，一环道在里，外环道为凹形设计，内环道为凸形设计，每个通道喷口分2～4排上下布置，并形成不同环道的喷口相间交错布置，每环道的各排喷口中心线与其交径形成不同的切圆，其中外环道的不同排喷口形成不同切圆的入口，而内环道的单排的喷口与中心半径成不同的交角喷出，形成S形渐开线；所述燃烧室的炉墙内由煤气环道、空气环道、煤气喷口、空气喷口、煤气入口、空气入口组成。
2、根据权利要求1所述的多切圆旋流顶燃式热风炉，其特征在于，炉顶直径为格子砖直径的0.3～0.7，拱顶为锥形或半球形结构。
3、根据权利要求1所述的多切圆旋流顶燃式热风炉，其特征在于，煤气喷口有一段指向圆心，到内层后其喷口的中心线与其交径形成的不同直径切圆为2个，其切圆半径范围为燃烧室内径的1/3至2/3。
4、根据权利要求1所述的多切圆旋流顶燃式热风炉，其特征在于，空气喷口的中心线与其燃烧室径向的夹角，在水平截面的0～1800的半园，以60～300额定值在800～00范围递减变化，另一半圆夹角变化同上，形成S形渐开线。
5、根据权利要求1所述的多切圆旋流顶燃式热风炉，其特征在于，每排喷口的数量为6～24之间，喷口为条形或圆形。
6、根据权利要求1所述的多切圆旋流顶燃式热风炉，其特征在于，两环道水平距离为环道宽度的2～4倍，空气与煤气喷口交错布置，水平方向距离为2～4倍喷口直径，煤气喷口为水平旋流喷出，空气喷口与水平交角为5～150之间。
7、根据权利要求1所述的多切圆旋流顶燃式热风炉，其特征在于，格子砖下部冷空气切向入口，其切圆直径是格子砖外径的1/3至2/3。
8、根据权利要求1所述的多切圆旋流顶燃式热风炉，其特征在于，顶部格子砖为凹型设计，格子砖由边缘向中心以每两～六排降低一层的方式变化。
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