CN203653595U - 一种带高速旋流预混蓄热自预热燃烧装置的热风炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及带高速旋流预混蓄热自预热燃烧装置的热风炉，有效解决煤气与空气混合速率低、燃烧强度低的问题，其结构是，煤气与空气旋流预混合环道内侧的气流调节环槽顶部开有预混气扇形狭缝喷口的气流缓冲环槽，燃烧室墙体通过托圈支撑在炉壳上，燃烧器圆筒体上的煤气进气管和空气进气管垂直连接煤气分配环道与空气分配环道，煤气分配环道的内侧环墙下部有煤气喷嘴通道，空气分配环道的内侧环墙上部有空气喷嘴通道，燃烧器墙体上有热风出口管，燃烧器墙体的内层圆筒墙体下部与蓄热室墙体的内层锥筒墙体上部圆弧过渡相连，蓄热室墙体的上部由圆锥筒墙体圆弧连接大圆筒墙体，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。

Description

一种带高速旋流预混蓄热自预热燃烧装置的热风炉

技术领域

    本实用新型涉及热风炉，特别是用于为高炉提供高温鼓风的一种带高速旋流预混蓄热自预热燃烧装置的热风炉。

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高炉热风炉,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。因此，随着人们对燃烧、传热传质、以及流体流动的理论及其应用技术认识的提高和应用实践的深入，以及炼铁工艺对于稳定高风温的需求和冶金行业高效、节能与环保的重视，热风炉领域的技术创新呈现出活跃的态势，尤其是热风炉的技术实用新型主要集中在燃烧器的改进与蓄热体结构的改进上。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本实用新型提供一种带高速旋流预混蓄热自预热燃烧装置的热风炉，其做法是在热风炉顶部设置能实现强旋流快速预混合，预混气流分散膜状垂直上喷，经多孔蓄热体回流自预热后高速燃烧的燃烧器，在完成燃烧过程并使这部分多孔蓄热体完成高温蓄热之后进入其下的堆砌大量蓄热体的蓄热室在完成与其的热热交换之后以较低的烟气温度离开热风炉本体。这样的热风炉能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、燃烧室空间大和燃烧器结构不合理等问题。

本实用新型解决的技术方案是，包括燃烧室墙体、燃烧室、热风出口管，燃烧器墙体、煤气进气管、空气进气管、煤气分配环道、空气分配环道、煤气喷嘴通道、空气喷嘴通道和煤气与空气旋流预混合环道，煤气与空气旋流预混合环道内侧的气流调节环槽顶部开有预混气扇形狭缝喷口以及其上的气流缓冲环槽，燃烧室墙体是球形拱顶状，燃烧室墙体和其下部的圆筒体状的燃烧器墙体连成一体构成燃烧室，燃烧室内充分堆砌预热助燃陶瓷多孔体，燃烧室墙体通过其底部的托圈支撑在炉壳上，燃烧器墙体的圆筒体上垂直其轴线从上到下对应布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连接砌筑在燃烧器墙体内的煤气分配环道与空气分配环道，煤气分配环道的内侧环墙下部，环形均布有多个矩形截面的煤气喷嘴通道，其离开煤气分配环道的内侧环墙，以水平倾斜方向与砌筑在燃烧器墙体内的煤气与空气旋流预混合环道相连通，空气分配环道的内侧环墙上部，环形均布有多个矩形截面的空气喷嘴通道，其离开空气分配环道的内侧环墙，以水平倾斜方向与砌筑在燃烧器墙体内的煤气与空气旋流预混合环道相连通，煤气与空气旋流预混合环道为矩形截面，内侧环墙面从上到下设置有多个调节气流的矩形截面的开口环槽，开口环槽顶部为连通煤气与空气旋流预混合环道的预混气扇形狭缝喷口，扇形狭缝喷口上面有连通的矩形截面的、上端开口的气流缓冲环槽；燃烧器墙体的圆筒体上部设置有占据煤气分配环道的部分空间的热风出口管，并与煤气与空气预混合环道相通；燃烧器墙体的内层圆筒墙体下部与蓄热室墙体的内层锥筒墙体上部圆弧过渡相连，与其相邻的一层圆筒墙体之间采用第一阶梯缝式迷宫密封连接结构，相互滑移地套接在一起；蓄热室墙体的上部是由圆锥筒墙体圆弧连接大圆筒墙体而构成，并由炉壳上的托圈支撑在炉壳上，其大圆筒墙体的内层与蓄热室墙体的下部圆筒墙体内层之间采用第二阶梯缝式迷宫密封连接结构，相互滑移地套接在一起；在蓄热室墙体的下部圆筒体内水平设置支撑蓄热体的带有缝隙通道的炉箅子，炉箅子置于炉底上面的多根支撑横梁上，蓄热室墙体内炉箅子上部的空间构成蓄热室，其内有自炉箅子向上堆砌至燃烧器的第一蓄热体、第二蓄热体、第三蓄热体和带横向通孔的铸铁格子砖；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，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，炉底构成端部封头。

本实用新型是在现有热风炉炉型结构基础上的改进与创新，旋流内混合与多孔体中高速回流自预热稳焰的燃烧装置设计，有效实现热风炉燃烧装置的快速均匀混合与高速高强度的稳定燃烧，燃烧与蓄热并用的格子砖的蓄热室与燃烧室的堆砌，极大地强化其传热效率与提高其热利用率，合理的结构设计与砌筑材料的合理选择，保证了热风炉在安全与稳定前提下的高效、高热强度与高送风温度的运行，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为本实用新型的剖面主视图。

图2为本实用新型图1中B-B截面图。

图3为本实用新型图1中A-A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2及图3所示，本实用新型的包括燃烧室墙体1a、燃烧室2、热风出口管17，燃烧器墙体1b、煤气进气管3、空气进气管4、煤气分配环道5、空气分配环道6、煤气喷嘴通道7、空气喷嘴通道8和煤气与空气旋流预混合环道9a，煤气与空气旋流预混合环道9a内侧的气流调节环槽9b顶部开有预混气扇形狭缝喷口10a以及其上的气流缓冲环槽10b，燃烧室墙体1a是球形拱顶状，燃烧室墙体1a和其下部的圆筒体状的燃烧器墙体1b连成一体构成燃烧室2，燃烧室内充分堆砌预热助燃陶瓷多孔体12a，燃烧室墙体1a通过其底部的托圈支撑在炉壳上，燃烧器墙体1b的圆筒体上垂直其轴线从上到下对应布置有煤气进气管3和空气进气管4，煤气进气管3和空气进气管4分别垂直连接砌筑在燃烧器墙体内的煤气分配环道5与空气分配环道6，煤气分配环道5的内侧环墙下部，环形均布有多个矩形截面的煤气喷嘴通道7，其离开煤气分配环道5的内侧环墙，以水平倾斜方向与砌筑在燃烧器墙体内的煤气与空气预混合环道9相连通，空气分配环道6的内侧环墙上部，环形均布有多个矩形截面的空气喷嘴通道8，其离开空气分配环道6的内侧环墙，以水平倾斜方向与砌筑在燃烧器墙体内的煤气与空气旋流预混合环道9a相连通，煤气与空气旋流预混合环道9a为矩形截面，内侧环墙面从上到下设置有多个调节气流的矩形截面的开口环槽9b，开口环槽9b顶部为连通煤气与空气旋流预混合环道9a的预混气扇形狭缝喷口10a，扇形狭缝喷口10a上面有连通的矩形截面的、上端开口的气流缓冲环槽10b；燃烧器墙体1b的圆筒体上部设置有占据煤气分配环道5的部分空间的热风出口管17，并与煤气与空气旋流预混合环道9a相通；燃烧器墙体1b的内层圆筒墙体下部与蓄热室墙体1c的内层锥筒墙体上部圆弧过渡相连，与其相邻的一层圆筒墙体之间采用第一阶梯缝式迷宫密封连接结构18，相互滑移地套接在一起；蓄热室墙体1c的上部是由圆锥筒墙体圆弧连接大圆筒墙体而构成，并由炉壳上的托圈支撑在炉壳上，其大圆筒墙体的内层与蓄热室墙体1c的下部圆筒墙体内层之间采用第二阶梯缝式迷宫密封连接结构19，相互滑移地套接在一起；在蓄热室墙体1c的下部圆筒体内水平设置支撑蓄热体12的带有缝隙通道的炉箅子13a，炉箅子置于炉底1d上面的多根支撑横梁13b上，蓄热室墙体1c内炉箅子上部的空间构成蓄热室11，其内有自炉箅子向上堆砌至燃烧器的第一蓄热体12b、第二蓄热体12c、第三蓄热体12d和带横向通孔的铸铁格子砖12e；炉箅子13a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，冷风室墙体是圆筒状蓄热室墙体1c的延伸，炉底1d构成端部封头。

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、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一体结构，燃烧室内堆满由高温抗热震性能好、防粘附的套筒格子砖构成的助燃陶瓷多孔体12a，与蓄热室11上部锥形圆筒体中堆放的第一蓄热体12b，相互实现格子砖通孔或格孔间的互通或气流间的互通，热风出口管17与燃烧器墙体1b上部垂直连接，热风出口管17与燃烧器墙体1b均采用耐高温且性能稳定的红柱石-莫来石砖砌筑而成。

所述的煤气进气管3和空气进气管4是在金属管内壁上砌筑高铝砖或粘土砖耐火材料构成的圆形通道，煤气进气管3、空气进气管4分别设置在燃烧器墙体1b的上部与下部，煤气进气管3和空气进气管4分别垂直连接设置在燃烧器墙体1b内由红柱石高铝砖砌筑而成的矩形截面的煤气分配环道5和空气分配环道6的外侧环墙上。

所述的煤气分配环道5和空气分配环道6内侧环墙上分别设置有多个环形周向均匀分布的水平接出的煤气喷嘴通道7和空气喷嘴通道8，其截面均为扇形或矩形，均以水平倾角0～45°从煤气与空气旋流预混合环道9a的外侧环墙接入。

所述的煤气与空气旋流预混合环道9a其横截面为矩形，内侧环墙上从上到下均布等宽度的矩形截面的开口环槽9b，上部设置有预混气扇形狭缝喷口10a，该喷口为等宽度垂直向上的扇形缝隙，该缝隙长与高之间的比值用以确定气流上行的旋流强度，预混气扇形狭缝喷口与开口环槽均由堇青石-莫来石砖砌筑而成。

所述的蓄热室墙体1c是在金属外壳内壁从上到下分别砌筑耐火材料红柱石质砖、高铝质砖、粘土质砖构成的筒体，其内堆放蜂窝状有垂直通孔的格子砖，从上到下依次排列的是硅质格子砖的第一蓄热体12b、红柱石高铝格子砖的第二蓄热体12c、红柱石粘土格子砖的第三蓄热体12d和带横向通孔的铸铁格子砖12e，格子砖的格孔均为锥形圆孔，格孔与格孔之间有互通的沟槽，或堆砌成缝隙互通。

所述的烟气出口管16和冷风进口管15为金属管内壁上砌筑耐火的粘土砖构成，并与蓄热室下部墙体1c相连构成一体结构，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工字钢，炉箅子支撑横梁13b置于井字形工字钢上。

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喷嘴通道7和空气喷嘴通道8，分别从煤气与空气旋流预混合环道9a外侧环墙下部和上部水平倾斜进入，并在其中相互快速旋流混合形成预混气流，经均布的开口环槽9b的调节作用使之混合更为均匀，再经预混气扇形缝隙喷口10a而喷射进入气流缓冲环槽10b，之后进入堆砌于燃烧室2中的预热助燃陶瓷多孔体12a（用套筒格子砖堆砌而成）；这样的预混气流就成为周向分布较为均匀的弱旋流的薄膜状上行气流，在经高温烟气回流自预热后折返进入堆放在燃烧室中充分堆放的陶瓷多孔体12a中完成燃烧过程；燃烧后的大部分高温烟气向下进入蓄热室内堆砌的蓄热体中，在均匀进行热交换之后从烟气出口管流出。热风炉采用这种高速旋流预混蓄热体自预热稳焰燃烧的流动燃烧方式后，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燃烧方式改变为这种环道内快速强旋流预混合、经绕流柱群后形成均匀环形射流而垂直上喷，经折返的弱旋流回流预热，而高强度燃烧的燃烧方式，以及燃烧室内堆砌助燃多孔体的高速燃烧模式的应用，既提高了燃烧的完全程度又缩小了燃烧室空间，且借助气流上行折返形成的一部分处在助燃陶瓷多孔体中的回流涡旋，既能实现火焰(燃烧)的稳定又能达到强化预热煤气与空气预混气流而提高局部燃烧温度的目的，蓄热室上部横截面积小于下部，其目的在于强化高温区段的热交换能力，有利于燃烧初期热风炉上部温度的快速提升，同时也有利于送风阶段热风温度的提高。因此，相对于采用其他气体燃烧装置的热风炉而言，由于本实用新型提出的燃烧装置是通过旋流喷射预混合环道中快速混合而实现煤气与空气的快混与均混，并借多孔体（蓄热体）中回流自预热、高流速火焰稳定来实现高强度燃烧，以及通过蓄热体均匀进入蓄热体中气流分布而实现热风炉蓄热室中的高效与均匀的传热，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 (7)

1.一种带高速旋流预混蓄热自预热燃烧装置的热风炉，包括燃烧室墙体（1a）、燃烧室（2）、热风出口管（17），燃烧器墙体（1b）、煤气进气管（3）、空气进气管（4）、煤气分配环道（5）、空气分配环道（6）、煤气喷嘴通道（7）、空气喷嘴通道（8）和煤气与空气旋流预混合环道（9a），其特征在于，煤气与空气旋流预混合环道（9a）内侧的气流调节环槽（9b）顶部开有预混气扇形狭缝喷口（10a）以及其上的气流缓冲环槽（10b），燃烧室墙体（1a）是球形拱顶状，燃烧室墙体（1a）和其下部的圆筒体状的燃烧器墙体（1b）连成一体构成燃烧室（2），燃烧室内充分堆砌预热助燃陶瓷多孔体（12a），燃烧室墙体（1a）通过其底部的托圈支撑在炉壳上，燃烧器墙体（1b）的圆筒体上垂直其轴线从上到下对应布置有煤气进气管（3）和空气进气管（4），煤气进气管（3）和空气进气管（4）分别垂直连接砌筑在燃烧器墙体内的煤气分配环道（5）与空气分配环道（6），煤气分配环道（5）的内侧环墙下部，环形均布有多个矩形截面的煤气喷嘴通道（7），其离开煤气分配环道（5）的内侧环墙，以水平倾斜方向与砌筑在燃烧器墙体内的煤气与空气旋流预混合环道（9a）相连通，空气分配环道（6）的内侧环墙上部，环形均布有多个矩形截面的空气喷嘴通道（8），其离开空气分配环道（6）的内侧环墙，以水平倾斜方向与砌筑在燃烧器墙体内的煤气与空气旋流预混合环道（9a）相连通，煤气与空气旋流预混合环道（9a）为矩形截面，内侧环墙面从上到下设置有多个调节气流的矩形截面的开口环槽（9b），开口环槽（9b）顶部为连通煤气与空气旋流预混合环道（9a）的预混气扇形狭缝喷口（10a），扇形狭缝喷口（10a）上面有连通的矩形截面的、上端开口的气流缓冲环槽（10b）；燃烧器墙体（1b）的圆筒体上部设置有占据煤气分配环道（5）的部分空间的热风出口管（17），并与煤气与空气旋流预混合环道（9a）相通；燃烧器墙体（1b）的内层圆筒墙体下部与蓄热室墙体（1c）的内层锥筒墙体上部圆弧过渡相连，与其相邻的一层圆筒墙体之间采用第一阶梯缝式迷宫密封连接结构（18），相互滑移地套接在一起；蓄热室墙体（1c）的上部是由圆锥筒墙体圆弧连接大圆筒墙体而构成，并由炉壳上的托圈支撑在炉壳上，其大圆筒墙体的内层与蓄热室墙体（1c）的下部圆筒墙体内层之间采用第二阶梯缝式迷宫密封连接结构（19），相互滑移地套接在一起；在蓄热室墙体（1c）的下部圆筒体内水平设置支撑蓄热体（12）的带有缝隙通道的炉箅子（13a），炉箅子置于炉底（1d）上面的多根支撑横梁（13b）上，蓄热室墙体（1c）内炉箅子上部的空间构成蓄热室（11），其内有自炉箅子向上堆砌至燃烧器的第一蓄热体（12b）、第二蓄热体（12c）、第三蓄热体（12d）和带横向通孔的铸铁格子砖（12e）；炉箅子（13a）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），冷风室墙体是圆筒状蓄热室墙体（1c）的延伸，炉底（1d）构成端部封头。

2.根据权利要求1所述的带高速旋流预混蓄热自预热燃烧装置的热风炉，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、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一体结构，燃烧室内堆满由高温抗热震性能好、防粘附的套筒格子砖构成的助燃陶瓷多孔体（12a），与蓄热室（11）上部锥形圆筒体中堆放的第一蓄热体（12b），相互实现格子砖通孔或格孔间的互通或气流间的互通，热风出口管（17）与燃烧器墙体（1b）上部垂直连接，热风出口管（17）与燃烧器墙体（1b）均采用耐高温且性能稳定的红柱石-莫来石砖砌筑而成。

3.根据权利要求1所述的带高速旋流预混蓄热自预热燃烧装置的热风炉，其特征在于，所述的煤气进气管（3）和空气进气管（4）是在金属管内壁上砌筑高铝砖或粘土砖耐火材料构成的圆形通道，煤气进气管（3）、空气进气管（4）分别设置在燃烧器墙体（1b）的下部与上部，煤气进气管（3）和空气进气管（4）分别垂直连接设置在燃烧器墙体（1b）内由红柱石高铝砖砌筑而成的矩形截面的煤气分配环道（5）和空气分配环道（6）的外侧环墙上。

4.根据权利要求1所述的带高速旋流预混蓄热自预热燃烧装置的热风炉，其特征在于，所述的煤气分配环道（5）和空气分配环道（6）内侧环墙上分别设置有多个环形周向均匀分布的水平接出的煤气喷嘴通道（7）和空气喷嘴通道（8），其截面均为扇形或矩形，均以水平倾角0～45°从煤气与空气旋流预混合环道（9a）的外侧环墙接入。

5.根据权利要求1所述的带高速旋流预混蓄热自预热燃烧装置的热风炉，其特征在于，所述的煤气与空气旋流预混合环道（9a）其横截面为矩形，内侧环墙上从上到下均布等宽度的矩形截面的开口环槽（9b），上部设置有预混气扇形狭缝喷口（10a），该喷口为等宽度垂直向上的扇形缝隙，预混气扇形狭缝喷口与开口环槽均由堇青石-莫来石砖砌筑而成。

6.根据权利要求1所述的带高速旋流预混蓄热自预热燃烧装置的热风炉，其特征在于，所述的蓄热室墙体（1c）是在金属外壳内壁从上到下分别砌筑耐火材料红柱石质砖、高铝质砖、粘土质砖构成的筒体，其内堆放蜂窝状有垂直通孔的格子砖，从上到下依次排列的是硅质格子砖的第一蓄热体（12b）、红柱石高铝格子砖的第二蓄热体（12c）、红柱石粘土格子砖的第三蓄热体（12d）和带横向通孔的铸铁格子砖（12e），格子砖的格孔均为锥形圆孔，格孔与格孔之间有互通的沟槽，或堆砌成缝隙互通。

7.根据权利要求1所述的带高速旋流预混蓄热自预热燃烧装置的热风炉，其特征在于，所述的烟气出口管（16）和冷风进口管（15）为金属管内壁上砌筑耐火的粘土砖构成，并与蓄热室下部墙体（1c）相连构成一体结构，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工字钢，炉箅子支撑横梁（13b）置于井字形工字钢上。

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