CN202519284U - 预燃室内均布喷嘴对冲喷射燃烧回流预热稳焰的热风炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及预燃室内均布喷嘴对冲喷射燃烧回流预热稳焰的热风炉，可有效解决混合速率低、不均匀及需要的燃烧室空间大和燃烧器结构复杂的问题，预燃室墙体内为预燃室，预燃室墙体的圆筒体上的煤气和空气进气管接煤气与空气分配环道，煤气与空气分配环道上的煤气与空气喷嘴与对冲混合喷嘴对接，预燃室墙体与燃烧室墙体套接，燃烧室墙体上有热风出口管，内部的燃烧室下部有蓄热室，蓄热室下部有置于热风炉墙体内的炉箅子及支撑柱，蓄热室内有蓄热体，炉箅子下部的热风炉墙体内为冷风室，冷风室上有烟气出口管和冷风进口管，热风炉墙体和燃烧室墙体套接，该热风炉高效率传热，改善了热风炉的热工性能，结构简化与紧凑。

Description

预燃室内均布喷嘴对冲喷射燃烧回流预热稳焰的热风炉

技术领域

本实用新型涉及用于为高炉提供高温鼓风的一种预燃室内均布喷嘴对冲喷射燃烧回流预热稳焰的热风炉。

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效益，而最终达到高效、节能、环保、增产的目的。为此，在热风炉中完成强化的燃烧过程与高效的传热过程，并使之有机地结合起来就是达到上述目标的必要条件，这就涉及到燃烧装置性能、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；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）、这会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，也会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；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，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种预燃室内均布喷嘴对冲喷射燃烧回流预热稳焰的热风炉，可有效解决煤气与空气混合速率低、混合不均匀及由此导致的燃烧强度低、燃烧不完全以及需要的燃烧室空间大和燃烧器结构复杂等问题。

本实用新型解决的技术方案是，包括预燃室墙体、预燃室、燃烧室墙体、燃烧室、煤气进气管、空气进气管、煤气分配环道、空气分配环道、煤气喷嘴、空气喷嘴和蓄热体，蓄热体由第一蓄热体、第二蓄热体、第三蓄热体及第四蓄热体构成，预燃室墙体是上面的球形拱顶和下面的圆筒体组合构成，预燃室墙体内的空间为预燃室，预燃室墙体的圆筒体上垂直其轴线自上向下分别设置有煤气进气管和空气进气管，煤气进气管和空气进气管分别垂直或倾斜连接砌筑在预燃室墙体内上部的煤气分配环道与下部的空气分配环道，煤气分配环道与空气分配环道截面均为矩形，各自的内侧环墙上分别对应设置有数十个矩形截面的煤气喷嘴与空气喷嘴，煤气喷嘴弯曲向下而空气喷嘴弯曲向上与沿预燃室的内环墙水平径向均匀布置的对冲混合喷嘴对接，燃烧室墙体由上端的小圆筒体、下端的大圆筒体和中部的锥形筒体连接在一起构成，上端和下端与锥形筒体间经弧形面过渡连接，大圆筒体上有热风出口管，预燃室墙体的圆筒体内侧与燃烧室墙体上端的小圆筒体外侧呈可相互滑移状套接在一起，燃烧室墙体内的燃烧室下部在圆筒形的热风炉墙体内有蓄热室，蓄热室的下部有置于热风炉墙体内的炉箅子及支撑柱，蓄热室内有自炉箅子向上面堆砌至燃烧室内的第一蓄热体、第二蓄热体、第三蓄热体及第四蓄热体，炉箅子下部的热风炉墙体内为冷风室，冷风室的侧墙上有烟气出口管和冷风进口管，热风炉墙体和燃烧室墙体之间呈相互滑移状套接在一起。

使用该热风炉能实现在预燃室中煤气与空气通过各自的分配环道内侧均布喷嘴转折流进与各自喷嘴相互对接的对冲混合喷嘴而形成预混气流，并从开口于预燃室内侧墙体上的该对冲混合喷嘴沿水平径向方向进入预燃室，完成充分预混合的气体经回流高温烟气预热后在预燃室中部相遇，且在对冲中快速稳定地燃烧，燃烧后的高温烟气大部分向下进入其下的燃烧室，小部分向上形成回流涡旋再折返向下，经对从对冲混合喷嘴喷射的预混气流预热（实为热质交换过程）后再向下汇入对冲燃烧过程中向下流动的气流之中。 热风炉采用这种燃烧器后，就有效解决了低热值煤气燃烧不稳定、燃烧强度弱、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长焰燃烧方式改变为回流预热预混气流的快速与高强度燃烧方式。鉴于燃烧过程基本上集中在预燃室内完成，其下的燃烧室2a的锥形筒体内就可以充分堆放蓄热体。如果采用锥形堆放蓄热体，还可以使向下的类似于射流的气流流场变为进入蓄热体的均匀的气流流场。采用这种无焰燃烧方式既提高了燃烧的完全程度又缩小了燃烧室空间，且借助预燃室内的对冲向上气流形成的回流涡旋回旋实现火焰(燃烧)的稳定。如果残存的未燃气流进入放置在燃烧室中的蓄热体后，还可一定程度实现超焓燃烧而有效提高燃烧温度和上部格子砖的温度，为提供高风温创造了极为有利的条件。如果蓄热体采用格孔互通的结构，因其对气流的调压均流作用比较强，能有效提高了蓄热体的利用率和增强热交换过程，蓄热室的空间高度也会因此而降低。尤其是在热风炉的送风阶段，蓄热体的调压均流作用对于改善冷风气流分布的均匀性效果更为明显。因此，相对于采用其他气体燃烧装置的热风炉而言，该热风炉通过喷嘴内对冲混合与水平径向喷射而实现回流预热稳焰与对冲高强度燃烧，并在燃烧室堆放蓄热体以做到一定程度实现超焓燃烧，以及蓄热室中的蓄热体与气流间的高效率传热，就能极大地改善了热风炉的热工性能，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，结构的进一步的简化与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。

附图说明

图1为本实用新型的剖面主视图。

图2为本实用新型图1中A-A部截面图。

图3为本实用新型图1中B-B部截面图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

如图1-图3所示，本实用新型包括预燃室墙体、预燃室、燃烧室墙体、燃烧室、煤气进气管、空气进气管、煤气分配环道、空气分配环道、煤气喷嘴、空气喷嘴和蓄热体，蓄热体由第一蓄热体8a、第二蓄热体8b、第三蓄热体8c及第四蓄热体8d构成，预燃室墙体1是上面的球形拱顶和下面的圆筒体组合构成，预燃室墙体内的空间为预燃室2，预燃室墙体1的圆筒体上垂直其轴线自上向下分别设置有煤气进气管3和空气进气管4，煤气进气管和空气进气管分别垂直或倾斜连接砌筑在预燃室墙体1内上部的煤气分配环道5a与下部的空气分配环道5b，煤气分配环道与空气分配环道截面均为矩形，各自的内侧环墙上分别对应设置有数十个矩形截面的煤气喷嘴6a与空气喷嘴6b，煤气喷嘴弯曲向下而空气喷嘴6b弯曲向上与沿预燃室的内环墙水平径向均匀布置的对冲混合喷嘴6c对接，燃烧室墙体1a由上端的小圆筒体、下端的大圆筒体和中部的锥形筒体连接在一起构成，上端和下端与锥形筒体间经弧形面过渡连接，以避免结构的应力集中，大圆筒体上有热风出口管14，预燃室墙体1的圆筒体内侧与燃烧室墙体1a上端的小圆筒体外侧呈可相互滑移状套接在一起，燃烧室墙体1a内的燃烧室2a下部在圆筒形的热风炉墙体7内有蓄热室8，蓄热室的下部有置于热风炉墙体7内的炉箅子9及支撑柱9a，蓄热室8内有自炉箅子9向上面堆砌至燃烧室2a内的第一蓄热体8a、第二蓄热体8b、第三蓄热体8c及第四蓄热体8d，炉箅子9下部的热风炉墙体7内为冷风室10，冷风室的侧墙上有烟气出口管13和冷风进口管12，热风炉墙体7和燃烧室墙体1a之间呈相互滑移状套接在一起。

所述的预燃室墙体1和燃烧室墙体1a为金属外壳内壁上砌筑耐高温（1300℃～1500℃）的耐火材料层构成，耐火材料层由重质耐材（如低蠕变高铝砖或红柱石高铝砖）内层、轻质耐材（轻质高铝砖或高铝聚轻砖）外层和外层外面的陶瓷纤维棉与喷涂层组合在一起构成；所述的预燃室2是呈蘑菇形空间的蘑菇头形状； 所述的煤气进气管3和空气进气管4为金属管内壁上用耐火材料（如高铝砖或粘土砖）砌筑成的圆形通道，煤气进气管3置于空气进气管4的上部，煤气进气管和空气进气管分别沿预燃室墙体1的圆筒体周向均匀布置有1～3个； 所述的煤气进气管3和空气进气管4均以0～30°的角度分别连接煤气分配环道5a和空气分配环道5b，煤气分配环道5a内侧环墙下部有数十个沿环道周向均匀分布的煤气喷嘴6a，空气分配环道5b内侧环墙上部有数十个沿环道周向均匀分布的空气喷嘴6b，煤气喷嘴弯曲向下垂直接入对冲混合喷嘴6c，空气喷嘴弯曲向上垂直接入对冲混合喷嘴6c，煤气喷嘴、空气喷嘴和对冲混合喷嘴数量相同,截面均为矩形，对冲混合喷嘴的开口呈水平径向置于预燃室2的内环墙上； 所述的燃烧室墙体1a的锥形筒体的锥面与水平面间的夹角≥60°； 所述的炉箅子9是由耐热铸铁制成的多孔体，置于同为耐热铸铁制成的支撑柱9a上，支撑柱置于冷风室10内； 所述的热风炉墙体7是在金属外壳内壁上由耐火材料（从上到下分别为硅质砖或红柱石质砖、高铝质砖及粘土质砖等）砌筑而成的圆筒体； 所述的预燃室墙体1与燃烧室墙体1a之间有第一迷宫连接结构15、燃烧室墙体1a与热风炉墙体之间有第二迷宫连接结构15a； 所述的蓄热体为格子砖，第一蓄热体8a为硅质格子砖，第二蓄热体8b为红柱石高铝格子砖，第三蓄热体8c为红柱石粘土格子砖，第四蓄热体8d为粘土格子砖，格子砖的格孔为锥形圆孔，格孔与格孔之间有互通的沟槽，第一蓄热体呈圆锥形或圆台形堆放在燃烧室2a中，第二蓄热体8b、第三蓄热体8c及第四蓄热体8d呈和蓄热室形状大小相配应的圆柱形； 所述的烟气出口管13和冷风进口管12为金属管内壁上用耐火材料（通常为粘土砖）砌筑的与热风炉墙体7联成一体的结构，热风炉墙体7与圆盘形的炉底11固定在一起，炉底上有井字形槽工字钢，用以加强结构的稳定性，井字形槽工字钢上固定有置于炉箅子9下部的支撑柱9a；所述的热风出口管14为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。

使用该热风炉时，煤气与空气分别进入各自的进气管后，从上下分别进入煤气分配环道5a和空气分配环道5b，经各自的喷嘴6a而在对冲混合喷嘴6c 中以对冲的方式相遇且迅速相互混合，再由对冲混合喷嘴形成高速水平径向的喷射气流进入预燃室2，经高温回流烟气预热后在预燃室中心汇集而产生沿预燃室轴线相互冲击后的上下气流，由于受空间结构的约束，主要的气流是向下流动直接进入燃烧室2a，一部分向预燃室2上部流动，经拱顶折返再从对冲混合喷嘴6c之间的缝隙流进燃烧室2a，随着上喷气流的折返，预燃室2的上部空间就形成一个带涡环结构的气流流场，成为气流进行热质交换的场所，起到快速预热喷射气流、迅速着火与保持燃烧稳定的环境；随着气流向下进入燃烧室2a，经锥形堆放的蓄热体8a完成燃烧过程并产生较高的燃烧温度后，烟气以均匀分布的流场状态依次进入蓄热室8中的第二蓄热体8b、第三蓄热体8c及第四蓄热体8d,待完成热交换之后进入冷风室10,并通过烟气出口管13离开热风炉。热风炉完成燃烧过程阶段之后进入送风阶段，此时冷鼓风从冷风进口管12进入冷风室10，再通过炉箅子9依次进入蓄热室8中的第四蓄热体8d、第三蓄热体8c、第二蓄热体8b及第一蓄热体8a中，并与之进行热交换，吸收热量之后逐步变成热鼓风，并进入燃烧室2a，再通过热风出口管14送往高炉。上述的燃烧阶段与送风阶段在一座热风炉中交替地进行，形成周期性的运行状态。当两座以上的热风炉交替地完成燃烧阶段与送风阶段时，可以实现连续不断地向高炉输送热鼓风。通常热风炉是三座或四座组成一个连续向高炉送风的热风炉系统，以更稳定的方式向高炉提供热鼓风。

由上述可知，对于燃烧室中气流混合燃烧的模式，关键是快速均匀的混合、回流预热而迅速地对冲燃烧，使燃烧过程得以在燃烧装置（预燃室和燃烧室）中完成，使得完成燃烧的空间得到进一步缩小；在此基础上进一步选择蓄热体，通常是用格子砖，可通过格子砖的结构改进来调整其中的气流流动特征，实现蓄热体中均匀的气流分布和增强传热-蓄热过程。

总之，本实用新型所述的热风炉采用紧凑而独特的燃烧室结构，实现煤气与空气在对冲混合喷嘴中快速均匀预混后从环形均布喷嘴水平喷射进入预燃室，在其中对冲燃烧并借助对冲气流形成的回流涡旋结构，造成回流稳焰与高强度燃烧的环境，随后进入燃烧室并在其锥形堆放的蓄热体中完成燃烧过程，并因锥形堆放结构而使喷射而下气流形成均流、均温、与高速的进入蓄热室的烟气流。蓄热室中的蓄热体采用小直径大孔间距且格孔与格孔互通的新型格子砖，以便于进一步调整气流分布和增强气流与之的热交换过程。使用这种结构的热风炉能够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。

Claims (10)

1.一种预燃室内均布喷嘴对冲喷射燃烧回流预热稳焰的热风炉，包括预燃室墙体、预燃室、燃烧室墙体、燃烧室、煤气进气管、空气进气管、煤气分配环道、空气分配环道、煤气喷嘴、空气喷嘴和蓄热体，其特征在于，蓄热体由第一蓄热体（8a）、第二蓄热体（8b）、第三蓄热体（8c）及第四蓄热体（8d）构成，预燃室墙体（1）是上面的球形拱顶和下面的圆筒体组合构成，预燃室墙体内的空间为预燃室（2），预燃室墙体（1）的圆筒体上垂直其轴线自上向下分别设置有煤气进气管（3）和空气进气管（4），煤气进气管和空气进气管分别垂直或倾斜连接砌筑在预燃室墙体（1）内上部的煤气分配环道（5a）与下部的空气分配环道（5b），煤气分配环道与空气分配环道截面均为矩形，各自的内侧环墙上分别对应设置有数十个矩形截面的煤气喷嘴（6a）与空气喷嘴（6b），煤气喷嘴弯曲向下而空气喷嘴（6b）弯曲向上与沿预燃室的内环墙水平径向均匀布置的对冲混合喷嘴（6c）对接，燃烧室墙体（1a）由上端的小圆筒体、下端的大圆筒体和中部的锥形筒体连接在一起构成，上端和下端与锥形筒体间经弧形面过渡连接，大圆筒体上有热风出口管（14），预燃室墙体（1）的圆筒体内侧与燃烧室墙体（1a）上端的小圆筒体外侧呈可相互滑移状套接在一起，燃烧室墙体（1a）内的燃烧室（2a）下部在圆筒形的热风炉墙体（7）内有蓄热室（8），蓄热室的下部有置于热风炉墙体（7）内的炉箅子（9）及支撑柱（9a），蓄热室（8）内有自炉箅子（9）向上面堆砌至燃烧室（2a）内的第一蓄热体（8a）、第二蓄热体（8b）、第三蓄热体（8c）及第四蓄热体（8d），炉箅子（9）下部的热风炉墙体（7）内为冷风室（10），冷风室的侧墙上有烟气出口管（13）和冷风进口管（12），热风炉墙体（7）和燃烧室墙体（1a）之间呈相互滑移状套接在一起。

2.根据权利要求1所述的预燃室内均布喷嘴对冲喷射燃烧回流预热稳焰的热风炉，其特征在于，所述的预燃室墙体（1）和燃烧室墙体（1a）为金属外壳内壁上砌筑耐高温的耐火材料层构成，耐火材料层由重质耐材内层、轻质耐材外层和外层外面的陶瓷纤维棉与喷涂层组合在一起构成。

3.根据权利要求1所述的预燃室内均布喷嘴对冲喷射燃烧回流预热稳焰的热风炉，其特征在于，所述的煤气进气管（3）和空气进气管（4）为金属管内壁上用耐火材料砌筑成的圆形通道，煤气进气管（3）置于空气进气管（4）的上部，煤气进气管和空气进气管分别沿预燃室墙体（1）的圆筒体周向均匀布置有1～3个。

4.根据权利要求1所述的预燃室内均布喷嘴对冲喷射燃烧回流预热稳焰的热风炉，其特征在于，所述的煤气进气管（3）和空气进气管（4）均以0～30°的角度分别连接煤气分配环道（5a）和空气分配环道（5b），煤气分配环道（5a）内侧环墙下部有数十个沿环道周向均匀分布的煤气喷嘴（6a），空气分配环道（5b）内侧环墙上部有数十个沿环道周向均匀分布的空气喷嘴（6b），煤气喷嘴弯曲向下垂直接入对冲混合喷嘴（6c），空气喷嘴弯曲向上垂直接入对冲混合喷嘴（6c），煤气喷嘴、空气喷嘴和对冲混合喷嘴数量相同，截面均为矩形，对冲混合喷嘴的开口呈水平径向置于预燃室（2）的内环墙上。

5.根据权利要求1所述的预燃室内均布喷嘴对冲喷射燃烧回流预热稳焰的热风炉，其特征在于，所述的燃烧室墙体（1a）的锥形筒体的锥面与水平面间的夹角≥60°。

6.根据权利要求1所述的预燃室内均布喷嘴对冲喷射燃烧回流预热稳焰的热风炉，其特征在于，所述的炉箅子（9）是由耐热铸铁制成的多孔体，置于同为耐热铸铁制成的支撑柱（9a）上，支撑柱置于冷风室（10）内。

7.根据权利要求1所述的预燃室内均布喷嘴对冲喷射燃烧回流预热稳焰的热风炉，其特征在于，所述的热风炉墙体（7）是在金属外壳内壁上由耐火材料砌筑而成的圆筒体。

8.根据权利要求1所述的预燃室内均布喷嘴对冲喷射燃烧回流预热稳焰的热风炉，其特征在于，所述的预燃室墙体（1）与燃烧室墙体（1a）之间有第一迷宫连接结构（15）、燃烧室墙体（1a）与热风炉墙体之间有第二迷宫连接结构（15a）。

9.根据权利要求1所述的预燃室内均布喷嘴对冲喷射燃烧回流预热稳焰的热风炉，其特征在于，所述的蓄热体为格子砖，第一蓄热体（8a）为硅质格子砖，第二蓄热体（8b）为红柱石高铝格子砖，第三蓄热体（8c）为红柱石粘土格子砖，第四蓄热体（8d）为粘土格子砖，格子砖的格孔为锥形圆孔，格孔与格孔之间有互通的沟槽，第一蓄热体呈圆锥形或圆台形堆放在燃烧室（2a）中，第二蓄热体（8b）、第三蓄热体（8c）及第四蓄热体（8d）呈和蓄热室形状大小相配应的圆柱形。

10.根据权利要求1所述的预燃室内均布喷嘴对冲喷射燃烧回流预热稳焰的热风炉，其特征在于，所述的烟气出口管（13）和冷风进口管（12）为金属管内壁上用耐火材料砌筑的与热风炉墙体（7）联成一体的结构，热风炉墙体（7）与圆盘形的炉底（11）固定在一起，炉底上有井字形槽工字钢，井字形槽工字钢上固定有置于炉箅子（9）下部的支撑柱（9a）。

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