专利名称：一种环保型高温低氧热风炉的制作方法
技术领域：
本实用新型属于冶金行业热风炉技术领域，特别是提供了一种环保型高温低氧热 风炉，适用于炼铁工艺中高炉炼铁和熔融还原炼铁用到的热风炉。还可用于其它需要将气 态介质加热到1000°c以上的工业技术领域中。
背景技术：
在高炉炼铁中用热风炉加热鼓风已有近二百年历史，加热后风温最初只有149°C。 随着技术的不断进步，目前风温最高已达1350°C。风温提高，可大幅降低焦比，节约焦炭，提 高高炉产量，还可充分利用低热值的高炉煤气，提高热效率，减少煤气放散，节约能源，保护 环境。随着热风温度的不断提高，一些问题也逐渐暴露出来，较为典型的就是热风炉高 温区的晶界应力腐蚀问题，它已经成为高温热风炉提高风温和长寿的制约环节。高温条件下，N2和02分解成单体的N和0，N和0又生成氮氧化合物(NOx)，当拱 顶的最高温度超过1400°C时，生成的氮氧化合物迅速增加，并溶于炉壳上的冷凝水形成腐 蚀性酸液。腐蚀液从炉壳存在应力的地方沿着晶格深部侵入，使炉壳金属表面产生裂纹并 扩展而至破裂及损坏。同时，由于热风炉操作会产生缓慢的脉冲拉应力和疲劳应力，使拉应 力有超过屈服极限的可能，从而促进炉壳腐蚀破裂的进程。可见，高温条件下，大量氮氧化 物的生成是晶界应力腐蚀的根源。从环保的角度讲，大气中的NOx对人体健康及环境有极大的危害。N02会影响呼吸 系统，引发支气管炎和肺气肿等疾病；NO易造成血液缺氧而引发中枢神经麻痹。由NOx等 污染物引发的光化学烟雾对人体有很大的刺激性和毒害作用，使人头晕胸闷，恶心呕吐，手 足抽搐甚至昏迷死亡。NOx与空气中的水蒸气相遇后，会以酸雨的形式降至地面，腐蚀建筑 物和工业设备，破坏文物古迹，破坏土壤成分，使农作物减产甚至死亡，这些都会造成巨大 的经济损失。因此，世界各国对NOx的排放均有严格限制。燃烧过程产生的NOx包括N0、N02和N20，其中N0占90%以上。NOx的生成机理有 三种，分别是热力型、燃料型及快速型。具体的生成机理与燃料的种类有关。固体燃料燃烧 时NOx的生成量取决于燃料型机理，而气体燃料和低含氮量的液体燃料燃烧时，NOx的生成 量取决于热力型机理。热风炉的燃料是煤气，因此抑制热力型NOx的生成是减少燃烧烟气 中NOx排放量的主要途径。高温低氧燃烧技术是90年代在日本、美国和欧洲发展起来的一种新型燃烧技术。 这种技术的特点是助燃空气预热温度高，含氧量低，在此工况下与燃料进行燃烧，燃烧方式 是扩散燃烧，没有传统燃烧过程中的局部高温区，NOx生成受到抑制。高温贫氧条件下燃烧 产生的火焰体积成倍增加，整个燃烧空间内形成温度相对均勻的高强辐射黑体，热效率提
尚o上世纪九十年代，我国开始将高温低氧燃烧技术应用于轧钢加热炉上，后来又陆 续应用于钢包烘烤，均热炉及其他热处理炉。经过十几年的发展，该技术在加热炉等领域已发展的较为成熟，为企业带来了巨大的经济效益和社会效益。 发明内容本实用新型的目的在于提供一种环保型高温低氧热风炉，实现了高风温、高效、环 保、长寿命。该热风炉通过提高助燃空气预热温度，降低助燃空气氧含量，可在单烧低热值 煤气(如高炉煤气)的情况下，有效提高理论燃烧温度，同时控制氮氧化物的生成。这样， 既充分利用了低品质煤气，又可为高炉稳定提供1250°C以上的风温，同时有效控制了氮氧 化物的生成，真正实现高风温、高效、节能、环保和长寿的目标。本实用新型提供的热风炉适应性强，完全可以用于熔融还原炼铁工艺，为其提供 1000°C以上的热风。传统的高炉炼铁工艺中，高炉工况条件差别巨大，包括高炉容积、冶炼强度、热风 炉形式、热风炉工作制度、煤气条件等。本实用新型环保型高温低氧热风炉适应性强，热风 炉形式可以是顶燃式、内燃式及外燃式等目前所有形式的热风炉。针对不同的高炉生产要 求和工作条件，灵活调节热风温度，同时控制氮氧化物的生成量，满足高炉生产要求的同 时，实现高效、环保、长寿的目标。本实用新型热风炉包括热风炉，切断阀，调节阀，热风炉用煤气管道，热风炉用助 燃空气管道，燃烧炉用煤气管道，燃烧炉用助燃风机，燃烧炉用助燃空气管道，燃烧炉，燃烧 炉高温烟道，混气炉，混气管道，低温烟道，烟气加压机，热风炉烟道，低温预热系统，来自管 网的煤气总管，助燃空气总管，热风炉用助燃风机。热风炉用助燃空气管道位于热风炉和低 温预热系统之间，将热风炉和低温预热系统连接起来，用于输送热风炉用助燃空气。热风炉 用煤气管道位于热风炉和低温预热系统之间，将热风炉和低温预热系统连接起来，用于输 送热风炉用煤气。燃烧炉用助燃风机、燃烧炉用助燃空气管道位于燃烧炉之前，为燃烧炉提 供助燃空气，燃烧炉用煤气管道位于热风炉用煤气管道和燃烧炉之间，将煤气从热风炉用 煤气管道送至燃烧炉内。燃烧炉高温烟道位于燃烧炉和混气炉之间，为混气炉提供高温烟 气，低温烟道和烟气加压机位于热风炉烟道和混气炉之间，为混气炉提供低温烟气。混气管 道位于混气炉和热风炉用助燃空气管道之间，将混合好的烟气从混气炉送入热风炉用助燃 空气管道内。热风炉烟道位于热风炉和低温预热系统之间，将热风炉排出的烟气送至低温 预热系统，换热后排出。本实用新型所述的混气管道位于混气炉和热风炉用助燃空气管道之间，混气管道 上游与混气炉连接，下游接入热风炉用助燃空气管道；本实用新型所述的烟气加压机位于热风炉烟道和混气炉之间，通过低温烟道连接。本实用新型中，低温预热系统是可选设备。低温预热系统选用与否，选用何种形式 的预热系统对本环保型高温低氧热风炉没有影响，可根据实际情况灵活选择。目前较为成 熟的低温预热技术有管式换热器、板式换热器、热管式换热器等，都可以与本实用新型热风 炉共同使用。节能环保是我国现阶段的基本国策，因此应该充分利用低温预热系统回收烟 气余热。来自煤气管网的低热值煤气经煤气总管进入低温预热系统，预热至200°C左右，经 热风炉用煤气管道，调节阀，切断阀，进入热风炉进行燃烧。[0017]热风炉用助燃空气由热风炉用助燃风机提供，该助燃风机位于低温预热系统之 前，用助燃空气总管将二者连接起来。助燃空气经低温预热系统预热至200°C左右，在热风 炉用助燃空气管道中与来自混气管道的烟气相混合，混合后的热风炉用助燃空气温度大于 等于800°C，氧气的体积百分比小于等于18%，经热风炉用助燃空气管道，调节阀，切断阀 进入热风炉，与低热值煤气发生反应，表现为高温低氧燃烧，为蓄热室提供热量。热风炉燃烧产生的烟气的平均温度约为300°C，热风炉与低温预热系统之间通过 热风炉烟道连接，热风炉烟气经切断阀进入热风炉烟道，经低温预热系统换热后部分烟气 经烟气加压机，调节阀，切断阀，低温烟道进入混气炉，用于调节与热风炉用助燃空气混合 的总的烟气量和烟气温度，其余烟气排走或供其它用户使用。燃烧炉是提供高温烟气的装置，它位于混气炉之前，与混气炉之间通过燃烧炉高 温烟道连接。它所用的燃料是与热风炉用煤气相同的低热值煤气，这样可简化工艺流程，节 省投资，节能降耗。从热风炉的煤气总管引出燃烧炉用煤气管道，经调节阀、切断阀将煤气 送入燃烧炉燃烧。燃烧炉所用的助燃空气由燃烧炉用助燃风机提供，经燃烧炉用助燃空气 管道，调节阀，切断阀进入燃烧炉参与燃烧。燃烧炉产生的高温烟气的温度大于等于1000°C，经燃烧炉高温烟道，调节阀，切断 阀进入混气炉。混气炉是一种混合装置，它与燃烧炉之间通过燃烧炉高温烟道连接，它与热风炉 用助燃空气管道之间通过混气管道连接，它与热风炉烟道之间通过低温烟道连接。混气炉 将来自燃烧炉的高温烟气与来自热风炉的低温烟气混合均勻，得到烟气量、温度等参数满 足要求的烟气。混合后的烟气经调节阀，切断阀，混气管道进入热风炉用助燃空气管道，与 热风炉用助燃空气混合，得到温度大于等于800°C，氧气的体积百分比小于等于18%的助 燃空气，具体的热风炉用助燃空气的温度、氧气体积百分比等参数可根据具体要求确定。热风炉是本专利中低热值煤气和高温低氧助燃空气的最终用户。热风炉的形式可 以是顶燃式、内燃式、外燃式等，也可以是球式热风炉。热风炉内的燃烧器可以是预混型燃 烧器或扩散型燃烧器。低热值煤气与高温低氧助燃空气在热风炉内发生高温低氧燃烧反 应，整个热风炉燃烧室内温度均勻，相应的生成均勻的高温烟气流场。由于消除了局部高温 区，因此可有效抑制氮氧化物的生成量，既稳定提供高温热风，又控制了氮氧化物等污染物 的产生。为了更精确的控制热风炉用助燃空气的预热温度和氧气含量，可以在上述组成的 基础上增加高温预热系统，高温预热用烟道，高温预热后烟道。热风炉用助燃空气管道将热 风炉、高温预热系统、低温预热系统三者连接起来，用于输送热风炉用助燃空气。热风炉用 煤气管道位于热风炉和低温预热系统之间，将热风炉和低温预热系统连接起来，用于输送 热风炉用煤气。燃烧炉用助燃风机、燃烧炉用助燃空气管道位于燃烧炉之前，为燃烧炉提供 助燃空气，燃烧炉用煤气管道位于热风炉用煤气管道和燃烧炉之间，将煤气从热风炉用煤 气管道送至燃烧炉内。燃烧炉高温烟道位于燃烧炉和混气炉之间，为混气炉提供高温烟气， 低温烟道和烟气加压机位于热风炉烟道和混气炉之间，为混气炉提供低温烟气。混气管道 位于混气炉和热风炉用助燃空气管道之间，将混合好的烟气从混气炉送入热风炉用助燃空 气管道内。高温预热用烟道位于混气管道和高温预热系统之间，用于将混合好的部分高温 烟气送入高温预热系统。高温预热后烟道位于高温预热系统和热风炉烟道之间，将换热后
5的烟气送入热风炉烟道内。热风炉烟道位于热风炉和低温预热系统之间，将热风炉排出的 烟气送至低温预热系统，换热后排出。增加高温预热系统后，热风炉用助燃空气管道连接着高温预热系统和热风炉，经 低温预热系统预热至200°C左右的热风炉用助燃空气，再经高温预热系统预热至500°C以 上。热风炉用助燃空气与来自混气管道的烟气相混合，混合后的热风炉用助燃空气温度大 于等于800°C，氧气的体积百分比小于等于18%。混合后的热风炉用助燃空气经热风炉用 助燃空气管道，调节阀，切断阀进入热风炉，与低热值煤气发生反应，表现为高温低氧燃烧， 为蓄热室提供热量。热风炉产生的烟气平均温度约为300°C，热风炉与低温预热系统之间通过热风炉 烟道连接，热风炉烟气经切断阀进入热风炉烟道，经低温预热系统换热后部分烟气经烟气 加压机，调节阀，切断阀，低温烟道进入混气炉，用于调节与热风炉用助燃空气混合的总的 烟气量和烟气温度。剩余烟气排走或供其它用户使用。增加高温预热系统后，高温预热系统位于低温预热系统和热风炉之间，通过热风 炉用助燃空气管道连接。高温预热用烟道连接着混气炉和高温预热系统，高温预热后烟道 连接着高温预热系统和热风炉烟道。燃烧炉产生的高温烟气进入混气炉，混气炉产生满足 要求的混合烟气，部分混合后的烟气经调节阀，切断阀，高温预热用烟道进入高温预热系统 进行换热，用于将热风炉用助燃空气预热至500°C以上。剩余混合后的烟气经调节阀，切 断阀，混气管道进入热风炉用助燃空气管道，与热风炉用助燃空气混合，得到温度大于等于 800°C，氧气的体积百分比小于等于18%的助燃空气，具体的热风炉用助燃空气的温度、氧 气体积百分比等参数可根据具体要求确定。经过高温预热系统的烟气温度降至300°C左右， 经切断阀，高温预热后烟道进入热风炉烟道，与热风炉烟气一起排走。增加高温预热系统后，可提高热风炉用助燃空气的预热温度，在更大范围内精确 控制助燃空气预热温度和氧气体积含量，在热风炉内实现高温低氧燃烧反应，生成均勻的 温度场和高温烟气流场，消除局部高温区，控制了氮氧化物等污染物的产生。在实际应用中，由于炼铁工艺的不同，如高炉炼铁、熔融还原炼铁等，工况也不相 同。传统的高炉炼铁工艺中，由于高炉容积、冶炼强度、工艺流程、工作制度、煤气条件等因 素千差万别，对热风炉产生的热风温度和风量要求也完全不同。另外，不同工程选用的热风 炉形式也不尽相同，包括顶燃式、内燃式、外燃式及球式等形式的热风炉。本实用新型环保 型高温低氧热风炉的特点就是通过对燃烧炉产生的高温烟气的生成量、温度、氧含量等参 数的精确控制，可对热风炉用助燃空气的预热温度和氧气含量进行精确控制，在单烧低热 值煤气的情况下，连续稳定的为高炉提供温度大于等于1250°C的热风，并可随时根据生产 情况进行快速调节，保证高风温的同时，严格控制助燃空气的氧含量，从而有效控制氮氧化 物的生成量。由于本实用新型环保高温低氧热风炉对具体热风炉的形式没有限制，因此本 热风炉不仅适用于新建的高炉炼铁等工程，也完全适用于高炉大修等改造工程。综上所述，本实用新型环保型高温低氧热风炉的主要优点包括1)适用于不同的冶金工艺流程，包括高炉炼铁工艺，熔融还原炼铁工艺等；2)对不同高炉的炉容、冶炼强度、工艺流程、工作制度、煤气条件等都能灵活适应， 适用范围广；3)不受热风炉具体形式的限制，可与现有的各种形式的热风炉灵活组合；[0033]4)不仅适用于新建项目，还适用于大修改造工程；5)通过对燃烧炉的燃烧进行精确控制，实现对热风炉用助燃空气的预热温度和氧 气含量等参数的精确控制，进而实现热风炉内的高温低氧燃烧；6)在单烧低热值煤气的情况下，可为用户稳定提供温度大于等于1250°C的高温 热风；7)高温低氧的燃烧方式，消除了局部高温区，烟气温度场更均勻，同时有效抑制了 NOx等污染及有害物的生成和排放，有利于保护环境；8)可与各种助燃空气和煤气的低温预热装置组合使用，充分回收烟气余热，进一 步提高本热风炉的热效率。
图1是本实用新型的一种结构示意图。其中，热风炉1、切断阀2、调节阀3、热风炉 用煤气管道4、热风炉用助燃空气管道5、燃烧炉用煤气管道6、燃烧炉用助燃风机7、燃烧炉 用助燃空气管道8、燃烧炉9、燃烧炉高温烟道10、混气炉11、混气管道12、低温烟道13、烟 气加压机14、热风炉烟道15、低温预热系统16、来自管网的煤气总管17、助燃空气总管18、 热风炉用助燃风机19。图2是本实用新型的另一种结构示意图。其中，热风炉1、切断阀2、调节阀3、热风 炉用煤气管道4、热风炉用助燃空气管道5、燃烧炉用煤气管道6、燃烧炉用助燃风机7、燃烧 炉用助燃空气管道8、燃烧炉9、燃烧炉高温烟道10、混气炉11、混气管道12、低温烟道13、 烟气加压机14、热风炉烟道15、低温预热系统16、来自管网的煤气总管17、助燃空气总管 18、热风炉用助燃风机19、高温预热系统20、高温预热用烟道21、高温预热后烟道22。
具体实施方式
图1和图2分别是本实用新型的具体实现方式。由图1可知，本实用新型环保型高温低氧热风炉包括热风炉1、切断阀2、调节阀 3、热风炉用煤气管道4、热风炉用助燃空气管道5、燃烧炉用煤气管道6、燃烧炉用助燃风机 7、燃烧炉用助燃空气管道8、燃烧炉9、燃烧炉高温烟道10、混气炉11、混气管道12、低温烟 道13、烟气加压机14、热风炉烟道15、低温预热系统16、来自管网的煤气总管17、助燃空气 总管18、热风炉用助燃风机19。来自煤气管网的低热值煤气经来自管网的煤气总管17进入低温预热系统16，将 煤气预热至200°C左右，经热风炉用煤气管道4，调节阀3，切断阀2，进入热风炉1进行燃
；BS JyCi。热风炉用助燃空气由热风炉用助燃风机19提供，经助燃空气总管18后进入低温 预热系统16，被预热至200°C左右。热风炉用助燃空气与来自混气管道12的烟气相混合， 混合后的热风炉用助燃空气温度大于等于800°C，氧气的体积百分比小于等于18%。混合 后的热风炉用助燃空气经热风炉用助燃空气管道5，调节阀3，切断阀2进入热风炉1，与低 热值煤气发生反应，表现为高温低氧燃烧，为蓄热室提供热量。热风炉1燃烧产生的高温烟气经蓄热室换热后，从热风炉烟道15排出。由于热风 炉1是周期性工作，因此烟气在一定的温度范围内波动，平均温度约为300°C。热风炉烟气经切断阀2进入热风炉烟道15，经低温预热系统换热后部分烟气经烟气加压机14，调节阀 3，切断阀2，低温烟道13进入混气炉11，用于调节与热风炉用助燃空气混合的总的烟气量 和烟气温度。剩余烟气排走或供其它用户使用。燃烧炉9是提供高温烟气的装置。它所用的燃料是与热风炉用煤气相同的低热值 煤气，这样可简化工艺流程，节省投资，节能降耗。从热风炉1的煤气管道引出燃烧炉用煤 气管道6，经调节阀3、切断阀2将煤气送入燃烧炉9燃烧。燃烧炉所用的助燃空气由燃烧 炉用助燃风机7提供，经燃烧炉用助燃空气管道8，调节阀3，切断阀2进入燃烧炉9参与燃
；Bs
JyCi。燃烧炉9产生的高温烟气的温度大于等于1000°C，经燃烧炉高温烟道10，调节阀 3，切断阀2进入混气炉11。混气炉11将来自燃烧炉9的高温烟气与来自热风炉1的低温烟气混合均勻，得到 烟气量、温度等参数满足要求的烟气。混合后的烟气经调节阀3，切断阀2，混气管道12进 入热风炉用助燃空气管道5，与热风炉用助燃空气混合，得到温度大于等于80(TC，氧气的 体积百分比小于等于18%的助燃空气，经热风炉用助燃空气管道5，调节阀3，切断阀2进入 热风炉1，与低热值煤气进行高温低氧燃烧。热风炉1是本实用新型专利中低热值煤气和高温低氧助燃空气的最终用户。热风 炉1的形式可以是顶燃式、内燃式、外燃式等，也可以是球式热风炉。热风炉1内的燃烧器 可以是预混型燃烧器或扩散型燃烧器。低热值煤气与高温低氧助燃空气在热风炉内发生高 温低氧燃烧反应，整个热风炉燃烧室内温度均勻，相应的生成均勻的高温烟气流场。由于消 除了局部高温区，因此可有效抑制氮氧化物的生成量，既稳定提供高风温，又控制了氮氧化 物等污染物的产生。本实用新型环保型高温低氧热风炉适用于冶金和节能技术领域，对各种冶金工艺 流程，各种工况都能灵活适应；可与各种形式的热风炉组合使用；不仅适用于新建项目，也 可满足大修改造项目要求；使用低热值煤气即可稳定提供1250°C以上的高风温；可有效控 制污染物的生成；与各种低温预热系统组合使用，可进一步提高热效率。
权利要求一种环保型高温低氧热风炉，包括热风炉，切断阀，调节阀，热风炉用煤气管道，热风炉用助燃空气管道，燃烧炉用煤气管道，燃烧炉用助燃风机，燃烧炉用助燃空气管道，燃烧炉，燃烧炉高温烟道，混气炉，混气管道，低温烟道，烟气加压机，热风炉烟道，低温预热系统，来自管网的煤气总管，助燃空气总管，热风炉用助燃风机；其特征在于，热风炉用助燃空气管道位于热风炉和低温预热系统之间，将热风炉和低温预热系统连接起来；热风炉用煤气管道位于热风炉和低温预热系统之间，将热风炉和低温预热系统连接起来；燃烧炉用助燃风机、燃烧炉用助燃空气管道位于燃烧炉之前，燃烧炉用煤气管道位于热风炉用煤气管道和燃烧炉之间，燃烧炉高温烟道位于燃烧炉和混气炉之间，低温烟道和烟气加压机位于热风炉烟道和混气炉之间；混气管道位于混气炉和热风炉用助燃空气管道之间；热风炉烟道位于热风炉和低温预热系统之间。
2.根据权利要求1所述热风炉，其特征在于，混气管道位于混气炉和热风炉用助燃空 气管道之间，混气管道上游与混气炉连接，下游接入热风炉用助燃空气管道。
3.根据权利要求1所述的热风炉，其特征在于，烟气加压机位于热风炉烟道和混气炉 之间，通过低温烟道连接。
专利摘要一种环保型高温低氧热风炉，属于冶金行业热风炉技术领域。包括热风炉，切断阀，调节阀，热风炉用煤气管道，热风炉用助燃空气管道，燃烧炉用煤气管道，燃烧炉用助燃风机，燃烧炉用助燃空气管道，燃烧炉，燃烧炉高温烟道，混气炉，混气管道，低温烟道，烟气加压机，热风炉烟道，低温预热系统，来自管网的煤气总管，助燃空气总管，热风炉用助燃风机。热风炉用助燃空气管道位于热风炉和低温预热系统之间，将热风炉和低温预热系统连接起来；热风炉用煤气管道位于热风炉和低温预热系统之间。优点在于，适用于不同的冶金工艺流程；可与现有热风炉形式灵活组合；可用于新建和大修改造工程；可与各种助燃空气和煤气的低温预热装置组合使用，充分回收烟气余热，进一步提高本热风炉的热效率；单烧高炉煤气时，可为用户稳定提供1250℃以上的高温热风；实现了高风温、高效、环保、长寿命。
文档编号C21B9/10GK201634704SQ20102010246
公开日2010年11月17日 申请日期2010年1月26日 优先权日2010年1月26日
发明者倪苹, 张福明, 李欣, 梅丛华, 毛庆武, 钱世崇, 银光宇 申请人:北京首钢国际工程技术有限公司