CN204550645U - 一种煤气预混气流回旋燃烧的均温均流的热风炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及煤气预混气流回旋燃烧的均温均流的热风炉，有效解决煤气与空气混合速率低、不均匀，燃烧强度低、温度低、不完全，气流分布不均匀问题，燃烧室和燃烧器墙体连一体装在蓄热室墙体上，燃烧器墙体上的煤气和空气进气管连煤气与空气分配环道，煤气分配环道上有上煤气调节喷嘴与下煤气主喷嘴，下煤气主喷嘴和空气分配环道上的空气主喷嘴接通煤气与空气预混合环道，煤气与空气预混合环道和预混气流狭缝式调节喷口相连，燃烧器墙体上有热风出口管，蓄热室墙体下部内有铸铁炉箅子，外壁上有烟气出口管和冷风进口管，本实用新型实现了热风炉的高效、高热强度与高送风温度，节省燃料、节约投资、减少环境污染。

Description

一种煤气预混气流回旋燃烧的均温均流的热风炉

技术领域

    本实用新型涉及热风炉，特别是用于为热利用设备提供高温鼓风的一种煤气预混气流回旋燃烧的均温均流的热风炉。

背景技术

当前，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。这种燃烧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。更主要是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特征难以控制、气流不易稳定且燃烧强度低，进而引起蓄热室中温度与气流速度分布双不均匀，从而降低传热效果与蓄热体的利用率，且不易获取高风温。此外，在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与设计，从而更是整体影响到热风炉的性能和实际的使用效果。因此，在对对热风炉的燃烧、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，结合冶金及化工行业对热工艺气体和稳定高风温的需求，以及国家对高效、节能与环保的高度重视，热风炉领域的技术创新已经呈现出活跃的态势，表现在热风炉的技术发明更加注重燃烧器结构与蓄热体结构的细节改进，并力求通过热风炉整体结构的改进而实现气流流场的均匀分布。

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煤气预混气流回旋燃烧的均温均流的热风炉，可有效解决煤气与空气混合速率低、不均匀，燃烧强度低、温度低、不完全及送风过程中蓄热体中气流分布不均匀等问题。

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、上煤气调节喷嘴、下煤气主喷嘴、空气主喷嘴、煤气与空气预混合环道和预混气流狭缝式调节喷口，燃烧室墙体为顶部圆弧状、周边倾斜状的锥球形拱顶，燃烧室墙体和下部的圆筒体状的燃烧器墙体连成一体支撑在蓄热室墙体的上部，燃烧室墙体内为燃烧室，燃烧器墙体内为燃烧器，蓄热室墙体内为蓄热室，燃烧器墙体上垂直其轴线上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，煤气分配环道在空气分配环道的上方，煤气分配环道内侧环墙的上部和下部分别环形均布有多个上煤气调节喷嘴与下煤气主喷嘴，上煤气调节喷嘴以水平倾斜方向连通燃烧室、与燃烧器墙体内的预混气流狭缝式调节喷口的上口部相交汇，下煤气主喷嘴以水平方向连通在燃烧器墙体内的煤气与空气预混合环道的侧墙下部，空气分配环道内侧环墙的上部环形均布有多个空气主喷嘴，空气主喷嘴以水平转折向上的方式接通在煤气与空气预混合环道的底部、与下煤气主喷嘴在煤气与空气预混合环道内呈垂直对冲状态，煤气与空气预混合环道的顶部和预混气流狭缝式调节喷口的底部相连，燃烧器墙体上部有穿过煤气分配环道和煤气与空气预混合环道的外侧墙相通的热风出口管，燃烧器墙体的下部墙体内壁与蓄热室墙体的上部墙体外壁经阶梯式的迷宫密封连接结构呈相互可滑移状套接在一起；蓄热室墙体的下部墙体横截面呈逐步收缩状，蓄热室墙体下部的收缩状墙体内壁上水平设置有支撑蓄热体的带缝隙通道的铸铁炉箅子，蓄热室墙体装在炉底上，铸铁炉箅子上有堆砌至燃烧室内的蓄热体，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。

本实用新型是在现有热风炉炉型结构基础上的改进与创新，是采用部分对冲内混合与部分旋流外混合的可调节相结合的混合方式，与采用燃烧室中回流自预热燃烧结合部分蓄热体中燃烧的综合燃烧方式，以及采用上喷气流折返回流调节气流均匀性与套筒格子砖调压均流的调节气流均匀性的密切结合的气流调节方式，最后完成热风炉装置的结构设计。因此，该热风炉能有效实现热风炉燃烧装置的均匀而分步骤的混合与均匀而高强度的稳定燃烧，借助蓄热室顶部（燃烧室中）套筒格子砖的堆砌以及其下的缝隙格子砖的应用，就能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。此外，合理的结构设计与砌筑材料的合理选择，有效保证了热风炉在安全与稳定运行的前提下实现热风炉的高效、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。

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截面图。

图3为本实用新型图1中B-B截面图。

图4为本实用新型图1中C-C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4所示，本实用新型包括燃烧室墙体1、燃烧室2、热风出口管19，燃烧器墙体3、煤气进气管4、空气进气管5、煤气分配环道6、空气分配环道7、上煤气调节喷嘴8b、下煤气主喷嘴8a、空气主喷嘴9、煤气与空气预混合环道10和预混气流狭缝式调节喷口11，燃烧室墙体1为顶部圆弧状、周边倾斜状的锥球形拱顶，燃烧室墙体1和下部的圆筒体状的燃烧器墙体3连成一体支撑在蓄热室墙体13的上部，燃烧室墙体1内为燃烧室2，燃烧器墙体3内为燃烧器，蓄热室墙体内为蓄热室，燃烧器墙体3上垂直其轴线上下对应布置有煤气进气管4和空气进气管5，煤气进气管4和空气进气管5分别垂直连接砌筑在燃烧器墙体内的煤气分配环道6与空气分配环道7，煤气分配环道6在空气分配环道7的上方，煤气分配环道6内侧环墙的上部和下部分别环形均布有多个上煤气调节喷嘴8b与下煤气主喷嘴8a，上煤气调节喷嘴8b以水平倾斜方向连通燃烧室2、与燃烧器墙体内的预混气流狭缝式调节喷口11的上口部相交汇，下煤气主喷嘴8a以水平方向连通在燃烧器墙体内的煤气与空气预混合环道10的侧墙下部，空气分配环道7内侧环墙的上部环形均布有多个空气主喷嘴9，空气主喷嘴以水平转折向上的方式接通在煤气与空气预混合环道10的底部、与下煤气主喷嘴8a在煤气与空气预混合环道10内呈垂直对冲状态，煤气与空气预混合环道10的顶部和预混气流狭缝式调节喷口11的底部相连，燃烧器墙体上部有穿过煤气分配环道6和煤气与空气预混合环道10的外侧墙相通的热风出口管19，燃烧器墙体3的下部墙体内壁与蓄热室墙体13的上部墙体外壁经阶梯式的迷宫密封连接结构呈相互可滑移状套接在一起；蓄热室墙体的下部墙体横截面呈逐步收缩状，蓄热室墙体下部的收缩状墙体内壁上水平设置有支撑蓄热体的带缝隙通道的铸铁炉箅子15，蓄热室墙体装在炉底上，铸铁炉箅子上有堆砌至燃烧室内的蓄热体，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16，铸铁炉箅子下部的蓄热室墙体上有烟气出口管17和冷风进口管18。

所述的燃烧室墙体1和燃烧器墙体3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19为耐高温且性能稳定的红柱石-莫来石砖构成的圆形，与燃烧器墙体3垂直连接。

所述的煤气进气管4和空气进气管5是在金属管内壁上砌筑耐火材料（如高铝砖或粘土砖）构成的圆形通道，煤气进气管4和空气进气管5分别设置在燃烧器墙体3的上部与下部，煤气进气管4和空气进气管5分别垂直连接设置在燃烧器墙体3内的矩形截面的煤气分配环道6和空气分配环道7的外侧环墙上。

所述的煤气分配环道6和空气分配环道7均由红柱石高铝砖砌筑构成的环形。

所述的上煤气调节喷嘴8b、下煤气主喷嘴8a和空气主喷嘴9的截面均为扇形或矩形，上煤气调节喷嘴8b以10～45°水平倾斜与预混气流狭缝式调节喷口11上口部交汇、且连通燃烧室。

所述的煤气与空气预混合环道10的纵截面为矩形，是由堇青石-莫来石砖砌筑构成的环形通道，顶部设置的预混气流狭缝式调节喷口11为向内（靠近燃烧器墙体内壁的一侧为内侧，靠近燃烧器墙体外壁的一侧为外侧）倾斜的由堇青石-莫来石砖砌筑构成的平行四边形缝隙。

所述的蓄热室墙体13是在金属外壳内壁上砌筑耐火材料（从上到下分别为红柱石质砖、高铝质砖、粘土质砖）构成的筒体。

所述的蓄热体是由从上到下依次堆砌的防粘附的硅质套筒格子砖12、普型耐高温的硅质格子砖14a、普型热稳定性好的红柱石高铝格子砖14b、普型的红柱石粘土格子砖14c和异形结构的红柱石高铝格子砖14d构成，硅质套筒格子砖12为圆筒形，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；普型耐高温的硅质格子砖14a、普型热稳定性好的红柱石高铝格子砖14b、普型的红柱石粘土格子砖14c均为正六边形、均布通孔的蜂窝状结构，从上到下依次呈咬合式的错位堆砌成带有网状缝隙的六边形；异形结构的红柱石高铝格子砖14d为格孔之间有互通通道的正六边形，以确保格孔被堵塞后气流的通畅，置于铸铁炉箅子上的蓄热室墙体下部的收缩状墙体内。

所述的烟气出口管17和冷风进口管18为金属管内壁上砌筑耐火材料（通常为粘土砖）构成圆形通道，与冷风室16相连通。

上述结构中，普型耐高温的硅质格子砖14a、普型热稳定性好的红柱石高铝格子砖14b、普型的红柱石粘土格子砖14c和异形结构的红柱石高铝格子砖14d为换热与蓄热用的蜂窝状多孔体，防粘附的硅质套筒格子砖12有预热助燃的作用，本实用新型实施时，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下煤气主喷嘴8a和空气主喷嘴9，分别从煤气与空气预混合环道10外侧环墙下部和底部进入，并在其中相互对冲混合形成预混气流，经预混气流狭缝式调节喷口11而向上喷射进入燃烧室并与上煤气调节喷嘴8b水平倾斜喷射进入燃烧室的煤气气流相遇，且相互混合并形成旋流向上的混合气流。在此，预混气流受高温回流烟气预热而着火燃烧，继续向上经拱顶折返形成回流涡旋结构。在这样的流动与燃烧过程中就能形成较为均匀的烟气流，而进入堆砌于燃烧室内的硅质套筒格子砖12中，经其调节作用与助燃作用而形成更为均匀的气流分布与温度分布。在高温烟气继续向下进入下部堆砌的普型耐高温的硅质格子砖14a、普型热稳定性好的红柱石高铝格子砖14b、普型的红柱石粘土格子砖14c和异形结构的红柱石高铝格子砖14d中时，由于普型耐高温的硅质格子砖14a、普型热稳定性好的红柱石高铝格子砖14b、普型的红柱石粘土格子砖14c和异形结构的红柱石高铝格子砖14d的互通结构，使得其气流分布得到进一步的均化，格子砖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。烟气流在进入冷风室16之前，逐渐收缩的下部蓄热室结构也使气流的流速得到提高与均化，进而强化了格子砖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16进入烟气出口管17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18进入冷风室16，继而通过铸铁炉箅子15进入蓄热体中，经过逐渐扩展的蓄热室下段，再经过蓄热室内格子砖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格子砖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，不易出现气流的偏析以及由此引起的热风平均温度的降低。此外，热风出口管19不是直接与燃烧室连通而是通过煤气与空气的预混合环道10，因而使得热风出口的侧墙设置造成的气流分布不均匀的影响降低到了比较低的水平，这也为提高热风炉的热利用率和提高热风温度提供了一种新的结构（或解决方案）。

由上述可知，本实用新型是一种更为综合性的创新结构的顶燃式热风炉，其做法是在热风炉拱顶部下部设置一个新结构的预混合环道，它能使在煤气与空气射流在预混环槽中快速对冲预混，并从其上部设置的环形均布的垂直向上喷嘴快速喷出，继而与周向环形均布的煤气射流相遇，形成向上的回旋气流，并被其自身折返的燃烧后的回流烟气预热而着火燃烧，形成整体旋流与折返回流相结合的复杂的自预热燃烧状态。在此过程中形成分布均匀的高温烟气流而进入燃烧室中锥台形堆砌的硅质套筒格子砖中，在完成燃烧过程的同时也进一步整理了气流流场的分布，以实现蓄热体中气流流速分布与温度分布的双均匀，其后进入蓄热室内堆砌的大量的格子砖中，在完成与蓄热体之间的热交换后以较低的烟气温度离开热风炉本体。由于该热风炉将热风出口管也设置在新结构的预混合环道的侧墙上，因而能将从蓄热体进入燃烧室的热气流均匀收集后从其侧墙进入热风管道，有效克服了送风过程中蓄热体中气流分布不均匀的致命缺陷。这样的热风炉就不仅能有效解决了因燃烧器结构不合理导致的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、燃烧不完全等问题，也有效解决燃烧室空间大导致的燃烧强度低和空间利用率低的问题，还能有效解决热风炉在送风周期热风气流分布不均导致的蓄热体利用率低、传热效果差与热风温度低的问题。由于不论在燃烧过程还是在送风过程均能做到气流速度与温度分布的双均匀，因而也就能实现在低燃烧温度下的高效与高风温，并彻底避免了送风过程中的温度偏析与气流偏析等热风炉普遍存在的问题。

通过案例结构的实施过程的描述与分析，该实用新型正如前所述是一种能有效解决热风炉内流体流动、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。

Claims (10)

1.一种煤气预混气流回旋燃烧的均温均流的热风炉，包括燃烧室墙体（1）、燃烧室（2）、热风出口管（19），燃烧器墙体（3）、煤气进气管（4）、空气进气管（5）、煤气分配环道（6）、空气分配环道（7）、上煤气调节喷嘴（8b）、下煤气主喷嘴（8a）、空气主喷嘴（9）、煤气与空气预混合环道（10）和预混气流狭缝式调节喷口（11），其特征在于，燃烧室墙体（1）为顶部圆弧状、周边倾斜状的锥球形拱顶，燃烧室墙体（1）和下部的圆筒体状的燃烧器墙体（3）连成一体支撑在蓄热室墙体（13）的上部，燃烧室墙体（1）内为燃烧室（2），燃烧器墙体（3）内为燃烧器，蓄热室墙体内为蓄热室，燃烧器墙体（3）上垂直其轴线上下对应布置有煤气进气管（4）和空气进气管（5），煤气进气管（4）和空气进气管（5）分别垂直连接砌筑在燃烧器墙体内的煤气分配环道（6）与空气分配环道（7），煤气分配环道（6）在空气分配环道（7）的上方，煤气分配环道（6）内侧环墙的上部和下部分别环形均布有多个上煤气调节喷嘴（8b）与下煤气主喷嘴（8a），上煤气调节喷嘴（8b）以水平倾斜方向连通燃烧室（2）、与燃烧器墙体内的预混气流狭缝式调节喷口（11）的上口部相交汇，下煤气主喷嘴（8a）以水平方向连通在燃烧器墙体内的煤气与空气预混合环道（10）的侧墙下部，空气分配环道（7）内侧环墙的上部环形均布有多个空气主喷嘴（9），空气主喷嘴以水平转折向上的方式接通在煤气与空气预混合环道（10）的底部、与下煤气主喷嘴（8a）在煤气与空气预混合环道（10）内呈垂直对冲状态，煤气与空气预混合环道（10）的顶部和预混气流狭缝式调节喷口（11）的底部相连，燃烧器墙体上部有穿过煤气分配环道（6）和煤气与空气预混合环道（10）的外侧墙相通的热风出口管（19），燃烧器墙体（3）的下部墙体内壁与蓄热室墙体（13）的上部墙体外壁经阶梯式的迷宫密封连接结构呈相互可滑移状套接在一起；蓄热室墙体的下部墙体横截面呈逐步收缩状，蓄热室墙体下部的收缩状墙体内壁上水平设置有支撑蓄热体的带缝隙通道的铸铁炉箅子（15），蓄热室墙体装在炉底上，铸铁炉箅子上有堆砌至燃烧室内的蓄热体，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（16），铸铁炉箅子下部的蓄热室墙体上有烟气出口管（17）和冷风进口管（18）。

2.根据权利要求1所述的煤气预混气流回旋燃烧的均温均流的热风炉，其特征在于，所述的燃烧室墙体（1）和燃烧器墙体（3）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所述的煤气预混气流回旋燃烧的均温均流的热风炉，其特征在于，所述的热风出口管（19）为耐高温且性能稳定的红柱石-莫来石砖构成的圆形，与燃烧器墙体（3）垂直连接。

4.根据权利要求1所述的煤气预混气流回旋燃烧的均温均流的热风炉，其特征在于，所述的煤气进气管（4）和空气进气管（5）是在金属管内壁上砌筑耐火材料构成的圆形通道，煤气进气管（4）和空气进气管（5）分别设置在燃烧器墙体（3）的上部与下部，煤气进气管（4）和空气进气管（5）分别垂直连接设置在燃烧器墙体（3）内的矩形截面的煤气分配环道（6）和空气分配环道（7）的外侧环墙上。

5.根据权利要求1所述的煤气预混气流回旋燃烧的均温均流的热风炉，其特征在于，所述的煤气分配环道（6）和空气分配环道（7）均由红柱石高铝砖砌筑构成的环形。

6.根据权利要求1所述的煤气预混气流回旋燃烧的均温均流的热风炉，其特征在于，所述的上煤气调节喷嘴（8b）、下煤气主喷嘴（8a）和空气主喷嘴（9）的截面均为扇形或矩形，上煤气调节喷嘴（8b）以10～45°水平倾斜与预混气流狭缝式调节喷口（11）上口部交汇、且连通燃烧室。

7.根据权利要求1所述的煤气预混气流回旋燃烧的均温均流的热风炉，其特征在于，所述的煤气与空气预混合环道（10）的纵截面为矩形，是由堇青石-莫来石砖砌筑构成的环形通道，顶部设置的预混气流狭缝式调节喷口（11）为向内倾斜的由堇青石-莫来石砖砌筑构成的平行四边形缝隙。

8.根据权利要求1所述的煤气预混气流回旋燃烧的均温均流的热风炉，其特征在于，所述的蓄热室墙体（13）是在金属外壳内壁上砌筑耐火材料构成的筒体。

9.根据权利要求1所述的煤气预混气流回旋燃烧的均温均流的热风炉，其特征在于，所述的蓄热体是由从上到下依次堆砌的防粘附的硅质套筒格子砖（12）、普型耐高温的硅质格子砖（14a）、普型热稳定性好的红柱石高铝格子砖（14b）、普型的红柱石粘土格子砖（14c）和异形结构的红柱石高铝格子砖（14d）构成，硅质套筒格子砖（12）为圆筒形，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；普型耐高温的硅质格子砖（14a）、普型热稳定性好的红柱石高铝格子砖（14b）、普型的红柱石粘土格子砖（14c）均为正六边形、均布通孔的蜂窝状结构，从上到下依次呈咬合式的错位堆砌成带有网状缝隙的六边形；异形结构的红柱石高铝格子砖（14d）为格孔之间有互通通道的正六边形，置于铸铁炉箅子上的蓄热室墙体下部的收缩状墙体内。

10.根据权利要求1所述的煤气预混气流回旋燃烧的均温均流的热风炉，其特征在于，所述的烟气出口管（17）和冷风进口管（18）为金属管内壁上砌筑耐火材料构成圆形通道，与冷风室（16）相连通。