专利名称：采用环形气流上喷预混燃烧回流加热的顶燃式热风炉的制作方法
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一种采用环形气流上喷 预混燃烧回流加热的顶燃式热风炉。
二背景技术：
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-蓄热装置体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。
三
发明内容
基于上述情况，为克服现有技术之不足，本发明目的在于提供一种采用环 形气流上喷预混燃烧回流加热的顶燃式热风炉，有效解决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，且燃烧后的气流能够做到速度与温度的均匀分布，以增强传热效果和提高 蓄热体利用率的问题，其解决的技术方案是，包括有拱顶、燃烧室、炉体和燃 烧器，拱顶置于燃烧器上部，燃烧器置于炉体上部，炉体下部有炉箅，炉箅下 部为冷风室，冷风室侧壁上有烟气出口管和冷风进口管，所说的燃烧器上部直
筒部分与拱顶间构成燃烧室，直筒部分上有与燃烧室相通的热风出口管，燃烧 器由外墙与内墙组成，下部有蓄热室，构成蓄热室的炉体上部同轴插入燃烧器 内，与燃烧器内墙对接，燃烧器外墙置于炉体上部外支撑环板上，由迷宫式密 封连接将炉体内蓄热室与燃烧器构成稳定的组合体，燃烧器内有斜坡状的矩形 环道，矩形环道由倾斜环道隔墙对称隔置成向内出口逐步收縮的煤气分配环道 和空气分配环道，煤气分配环道最大截面外端有煤气入口管，空气分配环道最 大截面外端有空气入口管，燃烧器内墙与外墙上部间构成环形气流预混槽道， 空气分配环道经空气喷嘴管同环形气流预混槽道相连通，煤气分配环道经煤气 喷嘴管同环形气流预混槽道相连通，煤气喷嘴管口与空气喷嘴管口向燃烧室交 错环形均匀分布在燃烧器周壁上，环形气流预混槽道上部同燃烧室间置有均流-阻流挡板组成反冲燃烧结构，构成蓄热室的炉体由外墙体及其内的三种规格的 传热蓄热格子砖组成三段等截面同轴对接而成。本发明结构独特，使用效果好， 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-阻流档块进入燃烧室着火燃
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式，也能使上升混合气 流得到加热而提前着火；此外，分配通道收縮会使得喷嘴管出口流速趋于均匀， 再加上均流-阻流挡板的作用，使进入燃烧室气流更加均匀与混合良好，使热风 炉形成高强度燃烧和均匀的速度温度双均匀的作用，也是本发明反冲预混预热 燃烧技术的核心和独特之处。
速度温度双均匀的高温气流进入蓄热室，必须与格子砖组合的格孔的方向 一致，格子砖等截面同轴对接，以保持速度分布状态不变，达到提高传热效率 和蓄热体利用率的目的；传热-蓄热格子砖的三种配置是为了提高高温区的蓄热 能力和低温区的传热能力，使得格子砖的整体温度水平得到一定程度的提高； 上下两段的格子砖设置有水平通道其目的是增强气流分布的均匀程度，做到不 仅在燃烧加热阶段，还是在送风冷却阶段都能发挥均匀气流的作用。
总之，本发明以简单而合理的结构，有效地解决喷射气流混合不佳、燃烧
不充分、燃烧气流速度温度分布不均、传热-蓄热效果差、结构不稳定等热风炉 的关键问题，有效地保证了热风炉高效、高温、安全、稳定地运行，进而产生 节省燃料、节约投资、降低废气温度与排放量、减少环境污染的良好的经济和 社会效益。
四
图1为本发明热风炉整体剖面图。
图2为本发明热风炉燃烧器部分剖面图。
图3为本发明上段lla、中段llb、下段llc三段所用的三种规格格子砖a、 b、 c结构主视图。
五具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式
作详细的描述。
由图l、图2所示，本发明包括有拱顶、燃烧室、炉体和燃烧器，拱顶置于 燃烧器上部，燃烧器置于炉体上部，炉体下部有炉箅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，所说的燃烧器4上部直筒部分 3与拱顶2间构成燃烧室1，直筒部分上有与燃烧室相通的热风出口管16，燃烧 器由外墙与内墙组成，下部有蓄热室9，构成蓄热室的炉体上部同轴插入燃烧器 4内，与燃烧器内墙对接，燃烧器外墙置于炉体上部外支撑环板13上，由迷宫 式密封连接12将炉体内蓄热室9与燃烧器4构成稳定的组合体，燃烧器内有斜 坡状的矩形环道，矩形环道由倾斜环道隔墙5c对称隔置成向内出口逐步收縮的 煤气分配环道5a和空气分配环道5b，煤气分配环道最大截面外端有煤气入口管 14，空气分配环道最大截面外端有空气入口管15，燃烧器内墙与外墙上部间构 成环形气流预混槽道7，空气分配环道5b经空气喷嘴管6b同环形气流预混槽道 7相连通，煤气分配环道5a经煤气喷嘴管6a同环形气流预混槽道7相连通，煤 气喷嘴管口与空气喷嘴管口向燃烧室交错环形均匀分布在燃烧器周壁上，环形 气流预混槽道7上部同燃烧室间置有均流-阻流挡板8组成反冲燃烧结构，构成 蓄热室9的炉体由外墙体17及其内的三种规格的传热蓄热格子砖组成lla、 llb、 llc三段等截面同轴对接而成。
燃烧室1由倒置悬链线绕热风炉轴线旋转而成的壳体内砌筑耐火砖构成拱
顶2，再与下部燃烧器4的直筒部分3—起构成。
燃烧器4为圆筒形结构，在拱顶燃烧室l的下部，其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对称分隔成逐步收縮的环道上腔室和环 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，该管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，该管引出 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， 而上部则在喷管出口的正上方安放三角形截面的均流-阻流挡板8;环形气流预 混槽道外直径小于燃烧室直筒部分3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 。
由拱顶2、燃烧室1和置于拱顶下面的燃烧器4 一起组成热风炉的燃烧装置， 被支撑在热风炉钢结构外壳的外支承环板13上，并与下述的蓄热室9之间有迷 宫式密封连接12,建立稳定的炉体结构。
蓄热室9由炉体的圆筒形外墙体17和放置外墙体内的传热-蓄热的三种规 格的格子砖组成lla、 llb、 llc三段，外墙体下部有支撑炉箅20与其支柱构成 的冷风室19，其墙体上安装有烟气出口管21和冷风进口管18;蓄热室9同轴 插入燃烧器4相互对接，之间由迷宫式密封连接12连接，这也是整个热风炉唯 一的一处密封连接。拱顶2上部有仪表插入孔10，便于观察了解燃烧室内温度， 燃烧室外壁上有人孔ll，利于维修。
所说的三种规格的传热-蓄热格子砖组成三段不同的蓄热室炉体内墙，三种 格子砖内墙的结构各不相同，中段lib是由30mm孔径的七孔格子砖上下通孔组 成，上段lla由孔间距不变，孔直径渐变小的格子砖上、下通孔组成，每块砖 上有孔之间的横向均匀流道；下段llc由孔间距不变的大孔径格子砖组成(或 格砖孔径与中段相同但孔内有齿槽以扩展传热表面使得当量孔直径增加)，每块 砖上有横向均匀流道(或者不带)。这样的组合其目的在于提高蓄热体的传热效 率和整体的利用率，以及蓄热量分配的合理性，具体参数由设计需要确定。图3
a、 b、 c给出了上、中、下三种格子砖结构，由图3 a、 b、 c所示三种格子砖 都是多孔(X孔)的正六边形棱柱体，三种格子砖上、下面相同，上下层与层之 间砖块的通孔同轴定位交错排列，有效做到层间的稳定和易于调整砖层的平整， 而又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， 燃烧室倒悬连线拱顶承载能力强且保证砌体只承受压力而不承受剪切应力，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 的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。
总之，本发明对整个热风炉采用了先进的燃烧技术和传热技术，在保证性 能的基础上对结构做了合理的简化，使结构稳定性得以提高；尤其是预混环道 上均流-阻流挡板的安装，加快了气流混合和改善了气流的均匀性；分段设置不 同结构的格子砖更是合理改进了传热-蓄热效果。因此，本发明有着明显不同于 现有陶瓷燃烧器热风炉的独特之处，是热风炉结构与性能上的突出的创新，在 高效、高温、节能、环保方面其经济和社会效益不容低估。
权利要求
1、一种采用环形气流上喷预混燃烧回流加热的顶燃式热风炉，包括有拱顶、燃烧室、炉体和燃烧器，拱顶置于燃烧器上部，燃烧器置于炉体上部，炉体下部有炉箅(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)，其特征在于，所说的燃烧器(4)上部直筒部分(3)与拱顶(2)间构成燃烧室(1)，直筒部分上有与燃烧室相通的热风出口管(16)，燃烧器由外墙与内墙组成，下部有蓄热室(9)，构成蓄热室的炉体上部同轴插入燃烧器(4)内，与燃烧器内墙对接，燃烧器外墙置于炉体上部外支撑环板(13)上，由迷宫式密封连接(12)将炉体内蓄热室(9)与燃烧器(4)构成稳定的组合体，燃烧器内有斜坡状的矩形环道，矩形环道由倾斜环道隔墙(5c)对称隔置成向内出口逐步收缩的煤气分配环道(5a)和空气分配环道(5b)，煤气分配环道最大截面外端有煤气入口管(14)，空气分配环道最大截面外端有空气入口管(15)，燃烧器内墙与外墙上部间构成环形气流预混槽道(7)，空气分配环道(5b)经空气喷嘴管(6b)同环形气流预混槽道(7)相连通，煤气分配环道(5a)经煤气喷嘴管(6a)同环形气流预混槽道(7)相连通，煤气喷嘴管口与空气喷嘴管口向燃烧室交错环形均匀分布在燃烧器周壁上，环形气流预混槽道(7)上部同燃烧室间置有均流-阻流挡板(8)组成反冲燃烧结构，构成蓄热室(9)的炉体由外墙体(17)及其内的三种规格的传热蓄热格子砖组成(11a、11b、11c)三段等截面同轴对接而成。
2、 根据权利要求1所述的采用环形气流上喷预混燃烧回流加热的顶燃式热 风炉，其特征在于，所说的燃烧室(1)由倒置悬链线绕热风炉轴线旋转而成的 壳体内砌筑耐火砖构成拱顶(2)，再与下部一段燃烧器(4)的直筒部分(3) 一起构成。
3、 根据权利要求1所述的采用环形气流上喷预混燃烧回流加热的顶燃式热 风炉，其特征在于，所说的燃烧器(4)为圆筒形结构，在拱顶燃烧室(1)的 下部，其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 分隔成逐步收縮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)，该管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)，该管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。
4、 根据权利要求1所述的采用环形气流上喷预混燃烧回流加热的顶燃式热 风炉，其特征在于，所说的环形气流预混槽道(7)由耐火材料砌筑而成，其底 部和喷嘴管相通，而上部则在喷管出口的正上方安放三角形截面的均流-阻流挡 板(8);环形气流预混槽道外直径小于燃烧室直筒部分(3)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。
5、 根据权利要求1所述的采用环形气流上喷预混燃烧回流加热的顶燃式热 风炉，其特征在于，所说的煤气分配环道(5a)与空气分配环道(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)。
6、 根据权利要求1所述的采用环形气流上喷预混燃烧回流加热的顶燃式热 风炉，其特征在于，所说的由拱顶(2)、燃烧室(1)和置于拱顶下面的燃烧器(4) 一起组成热风炉的燃烧装置，被支撑在热风炉钢结构外壳的外支承环板 (13)上，并与蓄热室(9)之间有迷宫式密封连接(12)。
7、 根据权利要求1所述的采用环形气流上喷预混燃烧回流加热的顶燃式热 风炉，其特征在于，所说的蓄热室(9)由炉体的圆筒形外墙体(17)和放置外 墙体内的传热-蓄热的三种规格的格子砖组成(lla、 llb、 llc)三段，外墙体 下部有支撑炉箅(20)与其支柱构成的冷风室(19)，其墙体上安装有烟气出口 管(21)和冷风进口管(18);蓄热室(9)同轴插入燃烧器(4)相互对接，之 间由迷宫式密封连接(12)连接。
8、 根据权利要求1所述的采用环形气流上喷预混燃烧回流加热的顶燃式热 风炉，其特征在于，所说的拱顶(2)上部有仪表插入孔(10)，燃烧室外壁上 有人孔(11)。
9、 根据权利要求1所述的采用环形气流上喷预混燃烧回流加热的顶燃式热 风炉，其特征在于，所说的三种规格的传热-蓄热格子砖组成三段不同的蓄热室 炉体内墙，三种格子砖内墙的结构各不相同，中段(lib)是由30mm孔径的七 孔格子砖上下通孔组成，上段(lla)由孔间距不变，孔直径渐变小的格子砖上、 下通孔组成，每块砖上有孔之间的横向均匀流道；下段(lie)由孔间距不变的 大孔径格子砖组成，每块砖上有横向均匀流道，三种格子砖都是多孔的正六边 形棱柱体，三种格子砖上、下面相同，上下层与层之间砖块的通孔同轴定位交 错排列。
全文摘要
本发明涉及采用环形气流上喷预混燃烧回流加热的顶燃式热风炉，有效解决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的问题，其结构是，拱顶置于炉体上部的燃烧器上部，炉体下部的炉箅下部为冷风室，其侧壁上有烟气出口管和冷风进口管，所说的燃烧器上部直筒部分与拱顶间构成燃烧室，直筒部分上有热风出口管，燃烧器下部有蓄热室，燃烧器外墙置于炉体上部外支撑环板上，燃烧器内由倾斜环道隔墙隔置成的煤气、空气分配环道，其外端分别有煤气、空气入口管，燃烧器内外墙上部间构成槽道，空气、煤气分配环道经分布在燃烧器周壁上各自的喷嘴管同环形气流预混槽道相连通，槽道上部同燃烧室间有均流—阻流挡板，具有良好的经济和社会效益。
文档编号C21B9/00GK101381786SQ20081023058
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月27日 优先权日2008年10月27日
发明者刘世聚, 刘力铭, 范剑超, 陈维汉 申请人:郑州豫兴耐火材料有限公司