CN2729537Y

CN2729537Y - 旋切式顶燃式热风炉燃烧器

Info

Publication number: CN2729537Y
Application number: CN 200420008906
Authority: CN
Inventors: 姜凤山; 张建梁; 王泽慜; 殷宝铎; 全强; 吕宇来; 田家兴
Original assignee: MCC Capital Engineering and Research Incorporation Ltd
Current assignee: MCC Capital Engineering and Research Incorporation Ltd; Zhongye Jingcheng Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2014-03-29

Abstract

本实用新型是关于一种旋切式顶燃式热风炉燃烧器，其置于燃烧室的上部，包括混合室和收缩口，一个以上的环道，一个以上的入口，一个以上的喷口，混合室设在环道的中央区域，混合室的内侧设有喷口，混合室的外侧设有入口和环道，混合室和燃烧室的交界处设有收缩口；其中，环道分为两层，一层为煤气环道，另一层为助燃空气环道；入口包括煤气入口和助燃空气入口；喷口包括煤气喷口和助燃空气喷口。本实用新型具有能够提高热风温度、延长热风炉寿命、减少投资、降低冷却水的消耗量和适应性强的特点。

Description

旋切式顶燃式热风炉燃烧器

技术领域

本实用新型涉及一种钢铁冶金和节能技术领域的热风炉燃烧器，特别是涉及一种能显著节省投资、提高热风炉效率和送风温度的技术的旋切式顶燃式热风炉燃烧器。

背景技术

热风炉是高炉炼铁的辅助设施，其作用是向高炉提供热风。其工作原理是通过热风炉的燃烧器燃烧煤气而产生高温烟气，将热风炉内的蓄热体加热，然后是冷风通过蓄热体，与蓄热体进行热交换而变成热风(高温空气)，根据燃烧器所处位置，可将热风炉分为内燃式、外燃式和顶燃式(包括球式)等多种结构形式。

内燃式热风炉即在一个钢壳内，用耐火材料砌筑成蓄热室和燃烧室，燃烧器安装在燃烧室下部，一般有套筒式、栅格式和旋转式三种。内燃式热风炉具有体积小，占地面积少，材料用量省等特点，但由于自身的结构限制，存在隔墙易倾斜、破损，拱顶稳定性差、气流分布不均匀等固有缺点，对耐火材料的理化性能要求高。针对上述缺点而出现的改进型内燃式热风炉，只对其存在的缺陷进行了改进，采取了预防措施，并未从根本上解决问题。特别是对耐火材料的理化性能提出了更高的要求。

外燃式热风炉将燃烧室与蓄热室分设在两个相对独立的钢壳内，上部用联络管连接。燃烧器安装在燃烧室下部，燃烧器形式主要有套筒式和栅格式。外燃式热风炉又有地得式、考贝式、马琴式、新日铁式四种主要型式，其中新日铁式综合了考贝式和马琴式的优点，具有代表性，应用也较为普遍。新日铁式拱顶对称且尺寸较小，结构稳定性好，燃烧室和蓄热室的不均匀上涨靠联络管上设置的波纹补偿器吸收，较好地解决了内燃式热风炉存在的燃烧室和拱顶的稳定性问题，且提高了气流分布的均匀度。但外燃式热风炉的缺点是占地面积大、钢材和耐火材料消耗量大，拱顶及联络管砌体结构复杂，基建投资比内燃式和顶燃式高。

传统顶燃式热风炉燃烧室与蓄热室在同一钢壳内，燃烧室在蓄热室上部且位于同一中心线上，燃烧器安装在燃烧室侧面，结构形式主要有套筒式和喷射式。顶燃式热风炉吸收了内燃式热风炉和外燃式热风炉的优点，从根本上克服了内燃式和外燃式热风炉的缺点。

但是，传统顶燃式热风炉套筒式燃烧器或喷射式燃烧器是由内燃式或外燃式热风炉的套筒陶瓷燃烧器演化而来，因此，传统顶燃式热风炉燃烧器数量受到一定限制，根据炉容大小不同，一般设置2个或多个。每个燃烧器分担的燃烧煤气量较大，煤气和助燃空气的混合不均匀，燃烧不完全，火焰长度偏长，从而需要燃烧室空间较大，拱顶温度高，稳定性差。特别是大型高炉的热风炉，燃烧器的功率成为限制性因素。

由此可见，上述现有的热风炉燃烧器仍存在有诸多的缺陷，而亟待加以进一步改进。

有鉴于上述现有的热风炉燃烧器存在的缺陷，本设计人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实践经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的旋切式顶燃式热风炉燃烧器，能够改进一般市面上现有常规的热风炉燃烧器结构，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，终于创设出确具实用价值的本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于，克服现有的热风炉燃烧器存在的缺陷，而提供一种新型结构的旋切式顶燃式热风炉燃烧器，所要解决的主要技术问题是通过改进传统顶燃热风炉的拱顶和燃烧器结构，使煤气和助燃空气达到充分混合，并尽可能缩短火焰长度，在有限的燃烧室空间里，使煤气和助燃空气完全燃烧，并提高热风温度，延长热风炉使用寿命，降低投资。

本实用新型的另一目的在于，提供一种旋切式顶燃式热风炉燃烧器，所要解决的技术问题是使其更具有实用性，能适应从不足100m³直至4000m³级以上高炉的需要，并能大大提高经济效益，从而在总体上具有增进的功效，且具有产业上的利用价值。

本实用新型的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种旋切式顶燃式热风炉燃烧器，置于燃烧室的上部，其包括混合室和收缩口，一个以上的环道，一个以上的入口，一个以上的喷口，混合室设在环道的中央区域，混合室的内侧设有喷口，混合室的外侧设有环道和入口，混合室和燃烧室的交界处设有收缩口；其中，环道分为两层，一层为煤气环道，另一层为助燃空气环道；入口包括煤气入口和助燃空气入口；喷口包括煤气喷口和助燃空气喷口。

本实用新型的目的及解决其技术问题还可以采用以下技术措施来进一步实现。

前述的旋切式顶燃式热风炉燃烧器，其中所述的混合室的上部为封闭式拱顶结构。

前述的旋切式顶燃式热风炉燃烧器，其中所述的混合室的上部为半球形的封闭式拱顶结构。

前述的旋切式顶燃式热风炉燃烧器，其中所述的煤气喷口的方向与混合室的径向有一夹角，夹角的大小为0°-90°之间。

前述的旋切式顶燃式热风炉燃烧器，其中所述的煤气喷口的断面形状是矩形和/或正方形和/或圆形，煤气喷口设为一层、两层或多层。。

前述的旋切式顶燃式热风炉燃烧器，其中所述的助燃空气喷口的方向则是沿着混合室的半径方向，助燃空气喷口设为一层、两层或多层。

前述的旋切式顶燃式热风炉燃烧器，其中所述的助燃空气喷口的断面形状是矩形和/或正方形和/或圆形。。

前述的旋切式顶燃式热风炉燃烧器，其中所述的收缩口的内径小于混合室的内径。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述实用新型目的，本实用新型的主要技术内容如下：

本实用新型提出一种旋切式顶燃式热风炉燃烧器，其置于燃烧室的上部，主要有煤气环道、助燃空气环道、煤气喷口、助燃空气喷口、煤气入口、助燃空气入口、混合室，收缩口和燃烧室等部分组成。

环道分为上、下两层，其中一层走煤气，一层走助燃空气。在助燃空气压力高于煤气压力的情况下，一般煤气走上层环道，助燃空气走下层环道，根据需要，也可上层走空气、下层走煤气。煤气和助燃空气分别从入口进入各自的环道内，通过环道将煤气和助燃空气分布到整个圆环上，并从均匀分布在环道上的喷口喷入混合室。

混合室是位于煤气环道和助燃空气环道中央的区域，上部为半球形或其他形状的封闭式拱顶，下部通过收缩口与燃烧室相连，收缩口是可燃混合气体的出口。混合室侧墙上分布着煤气喷口和助燃空气喷口，这些喷口是煤气和助燃空气的入口。煤气和助燃空气在混合室内混合。

煤气喷口方向是沿着混合室内某圆的切线方向，即煤气从喷口喷出的方向与混合室的径向有一夹角，夹角的大小界于0°-90°之间，为了达到控制煤气从喷口喷出的方向，煤气喷口还可以设计成与水平面有0°到60°的夹角。喷口的个数和大小根据燃烧煤气量的多少计算确定，当喷口数量较多，布置一层有困难时，还可以布置成两层或多层，喷口的断面形状可以是矩形、正方形、圆形或其他几何形状。当煤气从喷出口喷出时，由于混合室内圆柱面的导向作用，可以在混合室内形成一个环形流动的流场，即旋流场。由于旋涡作用，流场中心压力比环流区域低。旋流的同时，气流还在压力场的作用下，向着混合室出口即收缩口方向运动。

助燃空气喷口方向则是沿着混合室的半径方向，为了达到控制煤气从喷口喷出的方向，煤气喷口还可以设计成与水平面有0°-60°的夹角。喷口的个数和大小根据助燃空气量的多少进行计算确定，当喷口数量多，一层布置有困难时，也可以布置成两层或多层，喷口的断面形状可以是矩形、正方形、圆形或其他几何形状，当助燃空气从喷出口喷出时，助燃空气流恰好穿过向收缩口运动的煤气旋流区域，向压力较低的煤气旋流场中心流动，形成对煤气旋流的切割。

旋切式燃烧器每一个喷口都可以视为一个小燃烧器，由于煤气喷口和助燃空气喷口数量较传统顶燃式热风炉燃烧器数量多的多，从而每个小燃烧器燃烧的煤气量较小，在煤气旋流和助燃空气的切割作用下，保证了二者的充分混合。

煤气旋流的另一个作用，是使煤气和助燃空气的混合气体从收缩口喷出时保持一定的圆周方向流动，因为煤气旋流经助燃空气切割后，由于惯性作用仍会保持一定周向流动，并带动助燃空气做周向流动。周向流动有利于燃烧产生的烟气在燃烧室内分布均匀，保证进入蓄热室的气流分布均匀。

收缩口位于混合室与燃烧室的连接处，直径比混合室略小，其作用有四个，一是使煤气和助燃空气混合气体从混合室流出前有一个收缩过程，迫使煤气与助燃空气进行进一步充分混合；二是使混合气体流出混合室进入燃烧室时分布更均匀；三是起到点火器的作用，收缩口处温度较高，混合气体流经此处时，被收缩口点燃，使火焰保持稳定，避免产生脱火现象；四是燃烧室耐火材料砌体与上部的燃烧器彻底分开，避免燃烧室气体涨落对燃烧室产生影响。收缩口直径经过计算确定，某种情况下其大小也可以与混合室直径相等。

燃烧室是位于燃烧器混合室出口和蓄热室上方的空间区域，其形状一般为圆台体，也可以是母线为圆、悬链线或其他曲线的回转体。燃烧室的作用是使混合气体燃烧并将燃烧产物-烟气进行分配，保证煤气进入蓄热室以前已经充分燃烧，保证烟气进入蓄热室分布均匀。

本实用新型在使用时完全没有现有的热风炉燃烧器所存在的缺陷，而且可以使得本实用新型结构更加稳固及多变化，因此可达到相当的实用性，并具有产业上的广泛利用价值，兹将本实用新型的优点具体说明如下：

1、本实用新型能够提高热风温度

由于采用旋切式燃烧器的顶燃热风炉煤气和助燃空气混合充分，在很小的过剩空气系数下就可以保证完全燃烧，从而提高了理论燃烧温度和热风温度。经计算，其他条件不变，过剩空气系数由1.10降低到1.05时，热风温度可提高15℃。另外由于烟气分布均匀，可提高热风温度5℃。两项合计可提高热风温度20℃。

2、本实用新型能够延长热风炉寿命

采用旋切式燃烧器的顶燃热风炉，混合室与燃烧室分离，当热风炉由燃烧状态转换为送风状态时，热风不需要流经混合室，混合室只受热风的辐射作用，因此混合室工作温度比内燃或外燃热风炉的燃烧室低的多，在热风炉工作周期中，温度波动也小得多。

相同容积的高炉，采用旋切式燃烧器的顶燃热风炉比传统顶燃热风炉或内燃室热风炉拱顶直径小得多，在同等砌体厚度的情况下，增加了拱顶的厚度与跨度之比，所以拱顶结构更稳定。

采用旋切式燃烧器的顶燃热风炉，其燃烧室是高温区。由于旋切式燃烧器混合效果好，燃烧完全，故在热风炉的燃烧周期中，也能保证其处于高温状态，与送风周期中的热风温度相适应，避免了燃烧-送风转换造成的温度大幅度波动，保证燃烧室长期处于相对稳定的温度下。

所以采用旋切式燃烧器的顶燃热风炉预期寿命更长，预计将由现在的20-25年提高到30年以上。

3、本实用新型能够减少投资

采用旋切式燃烧器的顶燃热风炉，煤气、助燃空气各一个入口，燃烧系统只需要设置一套阀门，且燃烧阀远离高温区，只需选用普通切断阀即可。相应检测、调节和控制点数减少，节省了设备投资。而传统顶燃热风炉燃烧器个数多，需要的阀门个数多，传统顶燃热风炉燃烧阀位于高温区，必须使用带有水冷的阀门，增加了投资。

采用旋切式燃烧器的顶燃热风炉与传统顶燃热风炉相比，混合室和燃烧室用耐火材料少。煤气、助燃空气各采用一个入口，管道、支架布置简化，节省材料投资。

4、本实用新型能够降低冷却水的消耗量

采用旋切式燃烧器的顶燃热风炉，燃烧系统阀门不需要冷却，冷却水消耗量大幅度减低，减少运营成本。

5、本实用新型适应性强

采用旋切式燃烧器的顶燃热风炉，适应各种容积的新建或改造高炉，特别是当现有采用内燃式热风炉的高炉进行扩容改造时，内燃式热风炉改造成顶燃式，仅将内燃式热风炉的燃烧室拆除扩大蓄热室面积一项，就可以增加热风炉蓄热能力25％以上，适应高炉扩容需要。

采用旋切式燃烧器的顶燃热风炉，燃烧系统管道简单，且可以充分利用热风炉的高度进行布置，所以占地面积小，适应场地拥挤的工程。

综上所述，本实用新型特殊结构的旋切式顶燃式热风炉燃烧器，具有上述诸多的优点及实用价值，不论在结构上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的热风炉燃烧器具有增进的多项功效，从而更加实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚阐述本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

图1是本实用新型的剖面结构示意图。

图2是本实用新型沿图1A-A方向的剖面示意图。

图3是本实用新型沿图1B-B方向的剖面示意图。

1、煤气入口 2、助燃空气入口

3、煤气喷口 4、助燃空气喷口

5、混合室 6、煤气环道

7、助燃空气环道 8、收缩口

9、燃烧室

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的旋切式顶燃式热风炉燃烧器其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图1、图2和图3所示，本实用新型较佳实施例的旋切式顶燃式热风炉燃烧器，其主要包括：混合室5和收缩口8，一个以上的环道，一个以上的入口，一个以上的喷口，混合室5设在环道的中央区域，混合室5的内侧设有喷口，混合室的外侧设有入口，混合室5和燃烧室9的交界处设有收缩口8；其中，环道分为上、下两层，一层为煤气环道6，另一层为助燃空气环道7；入口包括煤气入口1和助燃空气入口2；喷口包括煤气喷口3和助燃空气喷口4。

实施例1

新建高炉工程，高炉有效容积450m³，设有四座采用旋切式燃烧器的顶燃式热风炉，与传统顶燃式热风炉燃烧器相比，其性能及阀门变化明细对照见下表1和表2。

表1旋切式燃烧器顶燃热风炉与传统顶燃式热风炉对比表

序号	对比项目	单位	旋切式燃烧器顶燃式	传统顶燃式	变化
序号	对比项目	单位	旋切式燃烧器顶燃式	传统顶燃式	变化	1	燃烧系统设备台数	台	32	64	-32
2	燃烧系统设备总重	t	31	75	-44	1	燃烧系统设备台数	台	32	64	-32
2	燃烧系统设备总重	t	31	75	-44	3	冷却水量	t/h	350	800	-450
4	管道、支架钢结构				约-35％	3	冷却水量	t/h	350	800	-450
4	管道、支架钢结构				约-35％	5	热风炉区占地面积	m²	644	858	-214
6	提高风温	℃			+20	5	热风炉区占地面积	m²	644	858	-214
6	提高风温	℃			+20	7	热风炉寿命	年	30	20-25	+5-10
8	电器控制点数或液压换向阀数量减少	设备台数减少，控制点数相应减少20点(台)，检测点数减少8点，调节点数减少8点。				7	热风炉寿命	年	30	20-25	+5-10

表2阀门变化明细表

序号	设备名称	传统顶燃式		旋切式燃烧器顶燃式
序号	设备名称	传统顶燃式		旋切式燃烧器顶燃式		1	空气燃烧阀	φ600mm，切断碟阀	8台	φ900mm，切断碟阀	4台
2	高炉煤气燃烧阀	φ1100mm，水冷闸阀	8台	φ900mm，切断碟阀	4台	1	空气燃烧阀	φ600mm，切断碟阀	8台	φ900mm，切断碟阀	4台
2	高炉煤气燃烧阀	φ1100mm，水冷闸阀	8台	φ900mm，切断碟阀	4台	3	高炉煤气切断阀	φ600mm，切断碟阀	8台	φ900mm，切断碟阀	4台
4	高炉煤气放散阀	φ200mm，球阀	8台	φ200mm，球阀	4台	3	高炉煤气切断阀	φ600mm，切断碟阀	8台	φ900mm，切断碟阀	4台
4	高炉煤气放散阀	φ200mm，球阀	8台	φ200mm，球阀	4台	5	高炉煤气放散阀	φ200mm，球阀	8台	φ200mm，球阀	4台
6	空气流量调节阀	φ600mm，调节蝶阀	8台	φ900mm，调节蝶阀	4台	5	高炉煤气放散阀	φ200mm，球阀	8台	φ200mm，球阀	4台
6	空气流量调节阀	φ600mm，调节蝶阀	8台	φ900mm，调节蝶阀	4台	7	煤气流量调节阀	φ600mm，调节蝶阀	8台	φ900mm，调节蝶阀	4台
8	流量孔板	φ600mm，	8台	φ900mm	4台	7	煤气流量调节阀	φ600mm，调节蝶阀	8台	φ900mm，调节蝶阀	4台

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何熟悉本项技术的人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1、一种旋切式顶燃式热风炉燃烧器，置于燃烧室的上部，其特征在于其包括混合室和收缩口，一个以上的环道，一个以上的入口，一个以上的喷口，混合室设在环道的中央区域，混合室的内侧设有喷口，混合室的外侧设有入口和环道，混合室和燃烧室的交界处设有收缩口；

其中，环道分为两层，一层为煤气环道，另一层为助燃空气环道；

入口包括煤气入口和助燃空气入口；

喷口包括煤气喷口和助燃空气喷口。

2、根据权利要求1所述的旋切式顶燃式热风炉燃烧器，其特征在于其中所述的混合室的上部为封闭式拱顶结构。

3、根据权利要求1或2所述的旋切式顶燃式热风炉燃烧器，其特征在于其中所述的混合室的上部为半球形的封闭式拱顶结构。

4、根据权利要求1所述的旋切式顶燃式热风炉燃烧器，其特征在于其中所述的煤气喷口的方向与混合室的径向有一夹角，夹角的大小为0°-90°之间。

5、根据权利要求1所述的旋切式顶燃式热风炉燃烧器，其特征在于其中所述的煤气喷口的断面形状是矩形和/或正方形和/或圆形，煤气喷口设为一层、两层或多层。

6、根据权利要求1所述的旋切式顶燃式热风炉燃烧器，其特征在于其中所述的助燃空气喷口的方向则是沿着混合室的半径方向，助燃空气喷口设为一层、两层或多层。

7、根据权利要求1所述的旋切式顶燃式热风炉燃烧器，其特征在于其中所述的助燃空气喷口的断面形状是矩形和/或正方形和/或圆形。

8、根据权利要求1所述的旋切式顶燃式热风炉燃烧器，其特征在于其中所述的收缩口的内径小于混合室的内径。