WO2010048795A1 - 顶燃式热风炉 - Google Patents

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WO2010048795A1
WO2010048795A1 PCT/CN2009/070682 CN2009070682W WO2010048795A1 WO 2010048795 A1 WO2010048795 A1 WO 2010048795A1 CN 2009070682 W CN2009070682 W CN 2009070682W WO 2010048795 A1 WO2010048795 A1 WO 2010048795A1
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blast stove
burner
distribution loop
wall
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刘世聚
陈维汉
刘力铭
范剑超
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郑州豫兴耐火材料有限公司
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    • C21B9/00—Stoves for heating the blast in blast furnaces
    • C21B9/02—Brick hot-blast stoves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B9/00—Stoves for heating the blast in blast furnaces
    • C21B9/14—Preheating the combustion air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B9/00—Stoves for heating the blast in blast furnaces
    • C21B9/16—Cooling or drying the hot-blast
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L15/00—Heating of air supplied for combustion
    • F23L15/02—Arrangements of regenerators
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/32—Technologies related to metal processing using renewable energy sources

Definitions

  • the invention relates to a top-fired hot blast stove for fuel combustion and flow heat transfer in the field of thermal energy engineering. Background technique
  • the hot blast stove is an indispensable auxiliary equipment in blast furnace iron making. It is a combination of a combustion device (consisting of a burner and a combustion chamber) and a heat transfer-heat storage device (consisting of a regenerator and a lattice brick inside it).
  • the relative position of the two devices can be divided into internal combustion type (two devices placed in parallel and in one cylinder device), external combustion type (two devices placed in parallel and each placed in a cylindrical device) and top-fired type (The two devices are placed up and down, and the burning device is on top)
  • the burner is usually composed of a ceramic burner and a vaulted combustion chamber.
  • the object of the present invention is to provide a top-fired hot blast stove to improve the rationality and stability of the fluid flow of the hot blast stove, the sufficiency and uniformity of the mixing of different fluids, thereby improving the combustion intensity and flame stability, and The airflow velocity and temperature distribution after combustion are uniform, enhancing the heat transfer effect and improving the utilization of the heat accumulator.
  • a top-fired hot blast stove of the present invention comprises a burner, a dome and a furnace body, wherein the burner comprises a gas distribution loop, an air distribution loop, and an annular premixing tank. And a plurality of current sharing-flow blocking devices, the pre-mixing channel is in communication with the gas distribution loop and the air distribution loop, and the plurality of current-flow blocking devices are disposed in the pre-mixing channel;
  • the burner In the upper part of the burner, the The upper portion of the burner and the dome constitute a combustion chamber, and gas flowing out from the premixing channel is burned in the combustion chamber; the burner is placed at an upper portion of the furnace body, and the furnace body further includes a storage portion below the combustion chamber Hot room.
  • the function of the flow blocking device is to make the airflow into the combustion chamber more uniform and well mixed, so that the hot air furnace forms high-intensity combustion, so that the velocity distribution and the temperature distribution are uniform; this is also the core and uniqueness of the recoil premixed preheating combustion technology of the present invention
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an entire embodiment of a hot blast stove of the present invention.
  • Figure 2 is a partial cross-sectional view of the burner of the embodiment of Figure 1.
  • Fig. 3 is a structural view showing three kinds of grid bricks in the embodiment shown in Fig. 1.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing another embodiment of the burner of the present invention.
  • the top-fired hot blast stove comprises a dome 2, a furnace body 3 and a burner 4, the dome 2 is placed on the upper part of the burner 4, and the burner 4 is placed on the upper part of the furnace body 3, the furnace body 3
  • the lower part has a furnace 20, the lower part of the furnace 20 is a cold air chamber 19, and the side of the cold air chamber 19 has a flue gas outlet pipe 21 and a cold air inlet pipe 18, and the upper straight portion 40 of the burner 4 and the vault 2 constitute a combustion chamber 1.
  • the straight portion 40 has a hot air outlet pipe 16 that communicates with the combustion chamber 1.
  • the dome 2 is constructed of refractory bricks built into the casing by an inverted catenary rotating around the central axis of the hot blast stove.
  • the burner 4 has a cylindrical structure and is composed of an outer wall 41 and an inner wall 42.
  • the inner wall 42 of the burner 4 and the upper portion of the outer wall 41 form an annular premixing channel 7 and the outer wall of the burner 4
  • a distribution loop having a rectangular cross section is constructed, and the distribution loop is symmetrically divided by the inclined loop partition wall 5c into a stepwise contracting upper loop chamber and a lower loop chamber.
  • the upper chamber of the loop is a gas distribution loop 5a, and the upper portion thereof leads out a gas nozzle tube 6a uniformly distributed in the circumferential direction, and the gas nozzle tube 6a is taken up and reaches the discharge port at the bottom of the annular air premixing tank 7.
  • the lower chamber of the loop is an air distribution duct 5b, and the lower portion thereof leads out an air nozzle tube 6b uniformly distributed in the circumferential direction, and the air nozzle tube 6b is led out to reach the discharge port at the lower portion of the annular air premixing tank 7, gas and air.
  • the discharge ports are staggered in a ring shape.
  • the annular airflow premixing channel 7 is made of refractory material, the bottom of which is connected with the nozzle tube, and the upper part is placed with a triangular cross-section current-flow obstruction baffle 8 directly above the outlet of the nozzle tube, and the flow-flow block
  • the baffle 8 provides enhanced airflow premixing.
  • the outer diameter of the premixing channel 7 is smaller than the inner diameter of the straight portion 23 of the combustion chamber, and the gas jet of the burner and the annular jet flow from the air nozzle tube enter the dome combustion chamber 1; the respective distribution loops 5a of the gas and air 5b, the gas inlet pipe 14 and the air inlet pipe 15 are respectively connected to the respective maximum sections.
  • the gas and air distribution passages 5a and 5b are separately arranged separately so that the gas inlet pipe 15 and the air inlet pipe are accessed from any position, which is only two loops in The relative displacement is performed on the axis and/or in the circumferential direction, and the arrangement and arrangement of the nozzle tubes are not changed.
  • the furnace body 3 of the regenerator 9 is provided coaxially coupled to the combustor 4.
  • the inner wall of the furnace body 3 is integrated with the inner wall 42 of the burner 4.
  • the furnace body 3 further includes an outer wall 17 and a lattice brick disposed inside the inner wall 43.
  • the outer wall 41 of the burner 4 is placed on the outer support ring plate 13 at the upper portion of the outer wall 17 of the furnace body 3.
  • a labyrinth seal structure 12 is disposed between the lower end of the outer wall 41 of the burner 4 and the outer wall 17 of the furnace body 3.
  • the furnace body 3 and the burner 4 constitute an assembly which is not related to the state of thermal stress by means of the labyrinth seal structure 12.
  • the regenerator chamber 9 is composed of a furnace body 3 and heat transfer-heat storage lattice bricks placed in the inner wall 43. From top to bottom, three different heat transfer-heat storage grids l la, l ib, 11c are stacked, and their specifications are different.
  • the middle lattice brick l ib is composed of a plurality of stacked bricks b as shown in FIG. 3, and the lattice brick b is a common lattice brick having a plurality of through holes.
  • the upper lattice brick 11a is composed of a plurality of stacked lattice bricks as shown in FIG.
  • the lattice brick a is a lattice brick having a plurality of through holes, and the through holes are characterized by a large and small aperture, and each through hole There is a laterally uniform flow path between the bottoms.
  • the lower lattice brick 11c is composed of a plurality of stacked bricks c as shown in FIG. 3, and the lattice brick c is a lattice brick having a plurality of through holes, and the through hole is characterized in that the aperture is large and small, and the bottom of the through hole is There is a laterally uniform flow path, and the aperture of the lattice brick c in FIG.
  • the regenerators 9 may all be stacked from grids a, b or c as in FIG.
  • the lattice bricks a, b and c in Fig. 3 are both porous (X-hole) regular hexagonal prisms, and the lattice bricks a, b and c stacked together are coaxially positioned by the through holes, since the aperture design of the lattice brick is
  • the upper and lower tapered hole structure allows the small aperture end of the upper lattice brick through hole to be placed at the upper end of the larger aperture of the lower lattice brick through hole, which effectively ensures the through hole ratio of the lattice brick stacking.
  • the static force and dynamic force of the main structure of the invention are very good, the bearing capacity of the inverted chain arch of the combustion chamber is strong and the masonry is only subjected to pressure and bears relatively small shear stress.
  • the integral connection to the outer wall of the burner enhances the stability of the vault foundation. Because the burner is placed outside the inner wall of the regenerator, the overall temperature level is low and the thermal stress of the burner is relatively good, which makes the combustion chamber and burner combination more stable. Based on the different stress states of the regenerator and the combustion chamber, they are connected with a labyrinth seal that can slide to each other, so as to ensure that there is no stress between them and sufficient sealing of the whole structure.

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Description

顶燃式热风炉 技术领域
本发明涉及热能工程领域的燃料燃烧与流动传热的顶燃式热风炉。 背景技术
热风炉是高炉炼铁中不可缺少的重要附属设备， 是燃烧装置 （由燃烧器和燃 烧室构成） 与传热-蓄热装置 （由蓄热室及其内的格子砖构成） 的组合， 按照两个 装置的相对位置的不同可分为内燃式 （两装置平行放置且在一个圆筒装置中） 、 外燃式 （两装置平行放置且各自分放在一个圆筒装置中） 和顶燃式 （两装置上下 放置， 且燃烧装置在上面） 三种大的结构形式。 仅就顶燃式热风炉而言， 其燃烧 装置通常是由陶瓷燃烧器和与之配合的拱顶燃烧室构成， 不同的结构形式与不同 的搭配又能分出很多种型号与名称。 纵观现有的热风炉燃烧装置， 在结构与组合 上都存在着不同程度的问题， 常常会出现热风炉内煤气与空气混合不佳 （燃烧器 问题） 和 （或） 气流分布不均匀 （燃烧器与拱顶间的组合问题） ， 从而导致燃烧 不完全或燃烧不稳定、 负荷调节性能差等问题。 如果燃烧装置与传热 -蓄热装置的 配合上也存在结构上问题， 就会造成热风炉传热效果差与蓄热体利用率低的现 象。 这样的热风炉显然不能满足高炉对热风的风量与风温的要求， 更谈不上热风 炉的高效、 节能与环保， 也做不到高热风温度下的安全稳定地运行。 因此， 改进 燃烧装置结构和与传热-蓄热装置间的布局就成为提高热风炉性能的有效途径。 发明内容
本发明目的在于提供一种顶燃式热风炉， 以提高热风炉流体流动的合理性与 稳定性、 不同流体混合的充分性与均匀性， 从而提高燃烧强度与火焰稳定性， 且 能够做到使燃烧后的气流速度与温度分布均匀， 增强传热效果和提高蓄热体利用 率。
为了实现前述目的， 本发明的顶燃式热风炉， 包括一燃烧器、 一拱顶以及一 炉体， 其中， 燃烧器包括一煤气分配环道、 一空气分配环道、 一环形的预混合槽 道以及多个均流 -阻流装置， 该预混合槽道与该煤气分配环道、 该空气分配环道相 通， 该多个均流-阻流装置设置在该预混合槽道中； 拱顶置于该燃烧器的上部， 该 燃烧器的上部与该拱顶构成燃烧室， 从上述预混合槽道流出的气体在该燃烧室燃 烧； 该燃烧器置于该炉体的上部， 该炉体还包括位于该燃烧室下方的蓄热室。
煤气与空气分别从其入口进入各自的气流分配环道， 之后经由各自的喷嘴管 进入环形预混合槽， 在此做初步的混合后经过均流-阻流装置进入燃烧室着火燃 烧， 燃烧后烟气经燃烧室拱顶的阻挡而折返向下进入蓄热室； 在此过程中上升的 混合气流与下降的烟气流之间会形成一个回流涡旋， 在其作用下下降气流会向四 周分开而形成类似于管内流动的速度分布进入蓄热室， 也能使上升混合气流得到 加热而提前着火； 此外， 分配环道截面的收缩会使得喷嘴管出口流速趋于均匀， 再加上均流 -阻流装置的作用， 使进入燃烧室气流更加均匀与混合良好， 使热风炉 形成高强度燃烧， 使得速度分布与温度分布双均匀； 这也是本发明反冲预混预热 燃烧技术的核心和独特之处。 附图概述
本发明的具体特征、 性能由以下的实施例及其附图进一步给出。
图 1为本发明的热风炉的一实施例整体剖面图。
图 2为图 1所示实施例中的燃烧器部分剖面图。
图 3为图 1所示实施例中的三种规格格子砖的结构视图。
图 4是本发明的燃烧器的另一实施例的剖面图。 本发明的最佳实施方式
图 1、 图 2和图 3显示了本发明的一实施例， 图 4显示了本发明的另一实施例。 由图 1和图 2所示， 顶燃式热风炉包括拱顶 2、 炉体 3和燃烧器 4， 拱顶 2置于燃 烧器 4上部， 燃烧器 4置于炉体 3上部， 炉体 3下部有炉箅 20， 炉箅 20下部为冷风室 19， 冷风室 19侧壁上有烟气出口管 21和冷风进口管 18， 燃烧器 4上部直筒部分 40与 拱顶 2间构成燃烧室 1， 直筒部分 40上有与燃烧室 1相通的热风出口管 16。
拱顶 2由倒置悬链线绕热风炉的中心轴线旋转而成的壳体内砌筑耐火砖构 成。
燃烧器 4为圆筒形结构， 是由外墙 41与内墙 42组成， 燃烧器 4的内墙 42与外墙 41上部间构成环形的预混槽道 7， 且燃烧器 4的外墙内砌筑有矩形截面的分配环 道， 分配环道由倾斜环道隔墙 5c对称分隔成逐步收缩的环道上腔室和环道下腔 室， 环道上腔室为煤气分配环道 5a， 其上部引出沿周向均匀分布的煤气喷嘴管 6a， 该煤气喷嘴管 6a引出后向上抵达环形气流预混槽道 7底部的喷出口。 环道下腔 室为空气分配环道 5b， 其下部引出沿周向均匀分布的空气喷嘴管 6b， 空气喷嘴管 6b引出后向上抵达环形气流预混槽道 7下部的喷出口， 煤气与空气的喷出口呈交错 排列成环状。 环形气流预混槽道 7由耐火材料砌筑而成， 其底部和喷嘴管相通， 而 上部则在喷嘴管出口的正上方安放三角形截面的均流-阻流挡板 8， 均流-阻流挡板 8提供增强气流预混和的作用。 预混槽道 7外直径小于燃烧室直筒部分 23的内直 径， 燃烧器的煤气、 空气喷嘴管喷出的环形上喷气流进入拱顶燃烧室 1内； 煤气与 空气各自的分配环道 5a与 5b， 在各自最大截面处分别接入煤气入口管 14和空气入 口管 15。
在图 4所示的另一实施例中， 煤气与空气的分配环道 5a与 5b分开独立布置， 以 便于煤气入口管 15和空气入口管从任意位置接入， 这仅仅是两个环道在其轴线上 和 /或周向上进行相对位移， 而喷嘴管的布置及排列方式没有改变。
继续参照图 1和图 2， 提供蓄热室 9的炉体 3与燃烧器 4共轴线联接。 炉体 3的内 墙与燃烧器 4的内墙 42联接成一体。 炉体 3还包括外墙 17和设置在内墙 43内的格子 砖。 燃烧器 4的外墙 41置于炉体 3的外墙 17上部的外支撑环板 13上。 在燃烧器 4的外 墙 41的下端和炉体 3的外墙 17之间设置有迷宫式密封结构 12。 借助迷宫式密封结构 12将炉体 3与燃烧器 4构成热应力状态不相关的组合体。
蓄热室 9由炉体 3和放置在内墙 43内的传热-蓄热的格子砖组成。 从上到下由三 种不同规格的传热 -蓄热格子砖 l la、 l ib, 11c堆砌而成， 其规格各不相同。 中段 格子砖 l ib由多个堆放的如图 3中的格子砖 b组成， 格子砖 b为具有多个通孔的普通 格子砖。 上段格子砖 11a由多个堆放的如图 3中的格子砖 a组成， 格子砖 a为具有多 个通孔的格子砖， 其通孔的特点是孔径上大下小， 且每个通孔的底部之间具有横 向均匀流道。 下段格子砖 11c由多个堆放的如图 3中的格子砖 c组成， 格子砖 c为具 有多个通孔的格子砖， 其通孔的特点是孔径上大下小， 且通孔的底部之间具有横 向均匀流道， 且图 3中的格子砖 c的孔径要大于或等于格子砖 a或格子砖 b的孔径， 或者格子砖 c的孔径内有齿槽， 以扩展传热表面， 使得当量孔直径增加， 这样格子 砖 c的孔径可以设置成与格子砖 b的孔径相同。 将蓄热室 9内的格子砖分成三段设置 的目的在于改善蓄热体内气流速度分布的均匀性， 以提高整体的利用率和换热效 果， 以及提高蓄热量分配的合理性。 在本发明的一些实施例中， 蓄热室 9可以全部 由如图 3中的格子砖 a、 b或 c堆放而成。
图 3中的格子砖 a、 b和 c都是多孔 （X孔） 的正六边形棱柱体， 堆放在一起的 格子砖 a、 b和 c是通孔同轴定位， 由于格子砖的孔径设计为上大下小的锥孔结构， 使得上层格子砖通孔的小孔径端放置在下层格子砖通孔的较大孔径的上端， 这就 有效地保证了格子砖堆放的通孔率。
从结构力学上分析， 本发明主体结构的静态受力和动态受力都十分良好， 燃 烧室倒悬链线拱顶承载能力强且保证砌体只承受压力而承受相对较小剪切应力， 拱顶与燃烧器外墙整体连接会使拱顶基础稳定性加强。 又因燃烧器放置在蓄热室 内墙的外面， 整体温度水平较低而使得燃烧器的热应力状况比较良好， 这也使得 燃烧室与燃烧器组合更加稳定。 基于蓄热室与燃烧室不同的受力状态， 他们之间 采用能相互滑移的迷宫式密封连接方式， 这样既保证相互间没有应力作用又能做 到整体结构的足够的密封。

Claims

权利要求
1. 一种顶燃式热风炉， 包括：
一燃烧器 （4) ， 包括一煤气分配环道、 一空气分配环道、 一环形的预混合槽 道以及多个均流 -阻流装置， 该煤气分配环道和该空气分配环道通过各自的喷嘴管 与该预混合槽道相通， 该多个均流-阻流装置设置在该预混合槽道中；
一拱顶 （2 ) ， 置于该燃烧器的上部 （3 ) ， 该燃烧器 （4) 的上部 （3 ) 与该 拱顶 （2 ) 构成燃烧室 （1 ) ， 从该预混合槽道流出的气体在该燃烧室燃烧； 以及 一炉体 （3 ) ， 该燃烧器置于该炉体的上部， 该炉体包括位于该燃烧室下方的 蓄热室 （9) 。
2. 如权利要求 1所述的顶燃式热风炉， 其中， 炉体的下部设置有炉箅 （20) ， 炉箅下部为冷风室 （19) ， 冷风室侧壁上有烟气出口管 （21 ) 和冷风进口管
( 18) 。
3. 如权利要求 1所述的顶燃式热风炉， 其中， 所述燃烧器 （4) 为圆筒形结构， 所述燃烧器 （4) 、 拱顶 （2 ) 和炉体 （3 ) 同轴线设置。
4. 如权利要求 1所述的顶燃式热风炉， 其中， 所述燃烧室， 其热风出口管
( 16) 设置在所述燃烧室 （1 ) 的直筒形状的墙体上 （40) 。
5. 如权利要求 1所述的顶燃式热风炉， 其中， 所述的燃烧器还包括内墙与外 墙， 内墙与外墙之间为煤气分配环道与空气分配环道， 其上端有预混合槽 道。
6. 如权利要求 1所述的顶燃式热风炉， 其中， 所述炉体 （3 ) 包括外墙与内墙 和， 其内放置传热 -蓄热用的格子砖， 炉体的外墙上部与燃烧器的外墙的下 部之间设置迷宫式密封结构 （12 ) ， 使炉体的内墙与燃烧器的内墙联接成一 体， 所述格子砖设置在所述内墙内。
7. 如权利要求 5所述的顶燃式热风炉， 其中， 从该煤气分配环道的第一侧至最 远的该煤气分配环道的第二侧， 该煤气分配环道的横截面的面积逐渐缩小， 从该空气分配环道的第一侧至最远的该空气分配环道的第二侧， 该空气分配 环道的横截面的面积逐渐缩小。
8. 如权利要求 7所述的顶燃式热风炉， 其中， 所述空气分配环道或所述空气分 配环道的横截面是矩形。
9. 如权利要求 7所述的顶燃式热风炉， 其中， 煤气分配环道的第一侧设有煤气 入口管 （14) ， 空气分配环道的第一侧设有空气入口管 （15) ， 空气分配环 道 （5b) 经空气喷嘴管 （6b) 同预混槽道 （7) 相连通， 煤气分配环道
(5a) 经煤气喷嘴管 （6a) 同预混槽道 （7) 相连通， 煤气喷嘴管口与空气 喷嘴管口交错均匀地分布在燃烧器的圆周方向上。
10.如权利要求 1所述的顶燃式热风炉， 其中， 拱顶 （2) 是倒置悬链线绕该热风 炉的中心轴线旋转而成的壳体内砌筑耐火砖构成。
11.根据权利要求 9所述的顶燃式热风炉， 其中， 所述预混槽道 （7) 由耐火材料 砌筑而成， 其底部和所述喷嘴管相通， 均流-阻流装置设置在所述预混槽道
(7) 的上部， 分别对着所述喷嘴管的出口。
12.根据权利要求 11所述的顶燃式热风炉， 其中， 所述均流 -阻流装置是具有三 角形截面的均流-阻流挡板 （8) 。
13.根据权利要求 7所述的顶燃式热风炉， 其中， 煤气分配环道和空气分配环道 独立地布置， 使之能沿燃烧器的轴向和 /或周向产生相对移动， 使得煤气入 口管 （14) 与空气入口管 （15) 的接入位置可以按要求改变。
14.根据权利要求 6所述的顶燃式热风炉， 其中， 所述格子砖堆放在蓄热室 （9) 中， 格子砖分上、 中、 下三段布置， 每段格子砖都是具有多个通孔的正六棱 柱体， 其每一通孔的上端孔径大于其下端孔径， 上、 下段每块格子砖的底部 在通孔之间设置有横向均匀流道， 下段的格子砖通孔的孔径或当量孔径大于 上、 中段格子砖的通孔的孔径， 堆放在一起的所述格子砖层与层之间的通孔 同轴定位。
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