专利名称：预燃室内均布喷嘴上下喷射混合对冲回流预热燃烧的热风炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于为高炉提供高温鼓风的一种预燃室内均布喷嘴上下喷射混合对冲回流预热燃烧的热风炉。
背景技术：
当前，高炉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效益，而最终达到高效、节能、环保、增产的目的。为此，在热风炉中完成强化的燃烧过程与高效的传热过程，并使之有机地结合起来就是达到上述目标的必要条件，这就涉及到燃烧装置性能、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；其燃烧室与蓄热室中 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的特征变化大、气流不稳定、燃烧强度低，也会引起蓄热室中气流分布不均，降低传热效果与蓄热体的利用率；其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，从而整体影响热风炉的性能和实际使用效果。
发明内容针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本实用新型之目的就是提供一种预燃室内均布喷嘴上下喷射混合对冲回流预热燃烧的热风炉，可有效解决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、燃烧室空间大和燃烧器结构复杂的问题。本实用新型解决的技术方案是，包括预燃室墙体、预燃室、燃烧室墙体、燃烧室、煤气进气管、空气进气管、煤气分配环道、空气分配环道、煤气喷嘴、空气喷嘴，蓄热室、蓄热体，热风炉墙体、炉箅子、支撑柱、冷风室、烟气出口管和冷风进口管、热风出口管，预燃室墙体是上部的球形拱顶和下部的圆筒体组合构成，预燃室墙体内的空间为预燃室，预燃室墙体的圆筒体上垂直其轴线分别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或倾斜连接砌筑在预燃室墙体内的煤气分配环道与空气分配环道，煤气分配环道与空气分配环道的内侧环墙上上下对应分别均布有多个矩形截面的煤气喷嘴和空气喷嘴，煤气喷嘴水平径向联通预燃室，空气喷嘴倾斜向上径向联通预燃室，预燃室墙体的下部圆筒体内侧与燃烧室墙体的上部内层圆筒墙体外侧经直缝式迷宫密封连接结构相互可滑移的套接在一起，燃烧室墙体的上端为小圆筒体，下端为大圆筒体，中部为锥形筒体，锥形筒体的上下端分别与小圆筒体和大圆筒体经圆弧墙体过渡连接，大圆筒体的墙面上设有热风出口管，燃烧室墙体内的燃烧室的下部有蓄热室，蓄热室下部有置于圆筒形的热风炉墙体内的炉箅子及支撑柱，蓄热室内有自炉箅子向上堆砌至燃烧室内的蓄热体，冷风室是在炉箅子下部的热风炉墙体的内部空间，冷风室的侧墙上有烟气出口管和冷风进口管，热风炉墙体和燃烧室墙体之间经阶梯式的迷宫密封连接结构相互可滑移的套接在一起。本实用新型能实现在预燃室中煤气与空气通过各自的分配环道内侧均布喷嘴，并从各自在预燃室内侧墙体上的开口，煤气沿水平径向方向而空气沿倾斜向上的径向方向进入预燃室，在完成部分相互预混合并经回流高温烟气预热后在预燃室中部相遇，且在对冲中完成进一步的混合与快速稳定地燃烧，燃烧后的高温烟气大部分向下进入其下的燃烧室，另一部分向上形成回流涡旋再折返向下，在完成对喷嘴喷射出的煤气、空气以及部分预混气流预热(实为热质交换过程)后再向下汇入对冲燃烧过程中向下流动的气流之中，因这部分气流的存在而使得整个向下的烟气流场变得较为均匀。热风炉采用这种燃烧器后，就有效解决了低热值煤气燃烧不稳定、燃烧强度弱、燃烧温度低等关键问题；将煤气与空气间的边混合边燃烧的占用大量燃烧空间的长焰燃烧方式改变为对冲回流预热煤气、空气与预混气流的快速与高强度燃烧方式。鉴于燃烧过程基本上集中在预燃室内完成，燃烧室内就可以充分堆放蓄热体而有效节省燃烧空间。置于燃烧室内的蓄热体如果采用锥形堆放，还可以使向下的类似于射流的气流流场变为进入蓄热体的均匀的气流流场。采用这种交叉混 合和对冲混合的短焰燃烧方式既提高了燃烧的完全程度又缩小了燃烧室空间，且借助预燃室内的对冲向上气流形成的回流涡旋回流既能实现火焰(燃烧)的稳定又能达到再预热煤气与空气而提高局部燃烧温度的目的。如果残存的未燃气流进入放置在燃烧室中的蓄热体后，还可一定程度实现格子砖中燃烧而有效提高上部格子砖的温度，为提供高风温创造了极为有利的条件。如果蓄热体采用格孔互通的结构，因其对气流的调压均流作用比较强，能有效提高了蓄热体的利用率和增强热交换过程，蓄热室的空间高度也会因此而降低。尤其是在热风炉的送风阶段，蓄热体的调压均流作用对于改善冷风气流分布的均匀性效果更为明显。因此，相对于采用其他气体燃烧装置的热风炉而言，本实用新型通过喷嘴上下布置实现交叉混合与预燃室中部对冲混合而实现对冲回流预热稳焰与高强度燃烧，并在燃烧室堆放蓄热体以做到一定程度提高格子砖温度，以及实现蓄热室中蓄热体与气流间的高效率传热。这样就能极大地改善了热风炉的热工性能，使得热风炉能在燃烧低热值煤气的条件下，在煤气与空气均不预热的条件下，具备了高效、高风温、与节能环保的功能。此外，结构的进一步的简化与紧凑不仅会带来了投资费用的节省，也为热风炉结构的稳定提供了基础条件。
图I为本实用新型的剖面主视图。图2为本实用新型图I中A-A部截面图。图3为本实用新型图I中B-B部截面图。
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I、图2及图3所示，本实用新型包括预燃室墙体I、预燃室2、燃烧室墙体la、燃烧室2a、煤气进气管3、空气进气管4、煤气分配环道5a、空气分配环道5b、煤气喷嘴6a、空气喷嘴6b，蓄热室8、蓄热体，热风炉墙体7、炉箅子9、支撑柱9a、冷风室10、烟气出口管13和冷风进口管12、热风出口管14，预燃室墙体I是上部的球形拱顶和下部的圆筒体组合构成，预燃室墙体内的空间为预燃室2，预燃室墙体I的圆筒体上垂直其轴线分别有煤气进气管3和空气进气管4，煤气进气管和空气进气管分别垂直或倾斜连接砌筑在预燃室墙体I内的煤气分配环道5a与空气分配环道5b，煤气分配环道与空气分配环道的内侧环墙上上下对应分别均布有多个矩形截面的煤气喷嘴6a和空气喷嘴6b，煤气喷嘴水平径向联通预燃室，空气喷嘴倾斜向上径向联通预燃室，预燃室墙体I的下部圆筒体内侧与燃烧室墙体Ia的上部内层圆筒墙体外侧经直缝式迷宫密封连接结构15相互可滑移的套接在一起，直缝式迷宫密封连接结构15可以实现这种无应力作用的重叠式连接；燃烧室墙体Ia的上端为小圆筒体，下端为大圆筒体，中部为锥形筒体，锥形筒体的上下端分别与小圆筒体和大圆筒体经圆弧墙体过渡连接，以避免结构的应力集中，大圆筒体的墙面上设有热风出口管14，燃烧室墙体内的燃烧室2a的下部有蓄热室8，蓄热室下部有置于圆筒形的热风炉墙体7内的炉箅子9及支撑柱9a，蓄热室8内有自炉箅子9向上堆砌至燃烧室2a内的蓄热体，冷风室10是在炉箅子9下部的热风炉墙体7的内部空间，冷风室的侧墙上有烟气出口管13和冷风进口管12，热风炉墙体7和燃烧室墙体Ia之间经阶梯式的迷宫密封连接结构15a相互可滑移的套接在一起。所述的预燃室墙体I和燃烧室墙体Ia为金属外壳内壁上砌筑耐高温(1300°C 15000C )的耐火材料层构成,耐高温的耐火材料层由重质耐材(低蠕变高铝砖或红柱石高铝砖)内层、轻质耐材(如轻质硅砖或高铝聚轻砖)外层，以及外层外面的陶瓷纤维棉与喷涂层组合在一起构成；所述的煤气进气管3和空气进气管4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3置于空气进气管4的上部，煤气进气管3和空气进气管4均以O 30°的角度分别连接设置在预燃室墙体内的矩形截面的煤气分配环道5a和空气分配环道5b ;所述的煤气分配环道5a内侧环墙下部有10个以上沿环道周向均匀分布的煤气喷嘴6a，空气分配环道5b内侧环墙上部有和煤气喷嘴上下对应的10个以上沿环道周向均匀分布的空气喷嘴6b，煤气喷嘴6a和空气喷嘴6b的开口截面均为高度大于宽度的矩形，煤气喷嘴6a水平径向开口于预燃室2的环墙上，空气喷嘴6b以O。 30
。的上倾角度径向开口于预燃室2的环墙上；所述的燃烧室墙体Ia的锥形筒体的锥面与水平面间的内夹角α小于或等于60° (图中给出的是60° );所述的热风出口管14是用耐高温且性能稳定的耐火材料(如低蠕变高铝砖、红柱石刚玉砖等)砌筑而成；所述的炉箅子9是由耐热铸铁制成的多孔体，置于耐热铸铁制成的支撑柱9a上，支撑柱置于冷风室10内；所述的热风炉墙体7是在金属外壳内壁上砌筑耐火材料(从上到下分别为硅质砖或红柱石质砖、高铝质砖、粘土质砖)构成的圆筒体；所述的蓄热体为格子砖，是由从上到下依次排列的第一蓄热体8a、第二蓄热体8b、第三蓄热体8c和第四蓄热体8d构成,第一蓄热体8a为娃质格子砖，第二蓄热体8b为红柱石高招格子砖,第三蓄热体8c为红柱石粘土格子砖,第四蓄热体8d为粘土格子砖，格子砖的格孔为锥形圆孔，格孔与格孔之间有互通的沟槽，第一蓄热体8a呈圆锥形或锥台形置于燃烧室2a中，第二蓄热体、第三蓄热体和第四蓄热体呈圆柱形置于蓄热室；所述的烟气出口管13和冷风进口管12为金属管内壁上砌筑耐火材料(通常为粘土砖)构成的与热风炉墙体7相联的一体结构，热风炉墙体7与圆盘形的炉底11固定在一起，炉底内设置有井字形槽工字钢，以加强结构的稳定性，炉底上固定有置于炉箅子9下部的支撑柱9a。使用本实用新型时，煤气与空气分别进入各自的进气管后，从上下分别进入煤气分配环道5a和空气分配环道5b，经各自的喷嘴和在预燃室以交叉方式混合，经高温回流烟气预热后在预燃室中心汇集并以对冲的方式混合燃烧，产生沿预燃室轴线相互冲击后的燃烧后的上下运流动的烟气流，由于受空间结构的约束，主要的气流是向下流动直接进入燃烧室2a，一部分向预燃室2上部流动，经拱顶折返再从煤气喷嘴6a和空气喷嘴6b之间的缝隙流进燃烧室2a，随着上喷气流的折返，预燃室2的上部空间就形成一个带涡环结构的气流流场，成为气流进行热质交换的场所，起到快速预热喷射气流、迅速着火与保持燃烧稳定的环境；随着气流向下进入燃烧室2a，经锥形堆放的第一蓄热体8a完成燃烧过程并产生较高的燃烧温度后，烟气以均匀分布的流场状态依次进入蓄热室8中的第二蓄热体Sb、第三蓄热体8c和第四蓄热体8d，待完成热交换之后进入冷风室10，并通过烟气出口管13离开热风炉。热风炉完成燃烧过程阶段之后进入送风阶段，冷鼓风从冷风进口管12进入冷风室10，再通过炉箅子9依次进入蓄热室8中的第四蓄热体、第三蓄热体、第二蓄热体和第一蓄热体中，并与之进行热交换，吸收热量之后逐步变成热鼓风，并进入燃烧室2a，再通过热风出口管14送往高炉。上述的燃烧阶段与送风阶段在一座热风炉中交替地进行，形成周期性的运行状态。当两座以上的热风炉交替地完成燃烧阶段与送风阶段时，可以实现连续不断地向高炉输送热鼓风。通常热风炉是三座或四座组成一个连续向高炉送风的热风炉系统，以更稳定的方式向高炉提供热鼓风。 由上述可知，对于燃烧室中气流混合燃烧的模式，关键是快速均匀的混合、回流预热而迅速地对冲燃烧，使燃烧过程得以在燃烧装置(预燃室和燃烧室)中完成，使得完成燃烧的空间得到进一步缩小；在此基础上进一步选择蓄热体，通常是用格子砖，可通过格子砖的结构改进来调整其中的气流流动特征，实现蓄热体中均匀的气流分布和增强传热-蓄热过程。该热风炉借助煤气环道与空气环道分配气流，经过周向布置的喷嘴径向喷射进入预燃室，在相互混合中气流在预燃室中心实现对冲，并在相互对冲燃烧形成高温烟气，其大部分向下进入燃烧室空间且进入堆放其中的蓄热体内，另一部分向上形成高温回流气流后再向下流动进入燃烧室，在此过程中又对喷射出的煤气与空气气流进行预热，以强化和稳定快速进行的燃烧过程。这样的混合燃烧过程就能有效克服煤气与空气在大容积的燃烧室中混合燃烧模式容易出现的诸多问题，如煤气与空气混合速率低、混合不均匀，以及由此导致的燃烧强度低、燃烧温度低、燃烧不完全、以及需要的燃烧室空间大和燃烧器结构复杂
坐寸ο总之，本实用新型采用紧凑而独特的燃烧室结构，实现煤气与空气在预燃室中交叉混合与对冲混合，并借助对冲气流形成的回流涡旋结构，造成回流稳焰与高强度燃烧的环境，随后进入燃烧室并在其锥形堆放的蓄热体中完成燃烧过程，并因锥形堆放结构而使喷射而下气流形成均流、均温、高速的进入蓄热室的烟气流。蓄热室中的蓄热体采用小直径大孔间距且格孔与格孔互通的新型格子砖，以便于进一步调整气流分布和增强气流与之的热交换过程。使用这种结构的热风炉能够有效实现热风炉的高效、高温、均速、高热强度、且安全与稳定地运行，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。
权利要求1.一种预燃室内均布喷嘴上下喷射混合对冲回流预热燃烧的热风炉，包括预燃室墙体(I)、预燃室(2)、燃烧室墙体(la)、燃烧室(2a)、煤气进气管(3)、空气进气管(4)、煤气分配环道(5a)、空气分配环道(5b)、煤气喷嘴(6a)、空气喷嘴(6b)，蓄热室(8)、蓄热体，热风炉墙体(7)、炉箅子(9)、支撑柱(9a)、冷风室(10)、烟气出口管(13)和冷风进口管(12)、热风出口管(14)，其特征在于，预燃室墙体(I)是上部的球形拱顶和下部的圆筒体组合构成，预燃室墙体内的空间为预燃室(2)，预燃室墙体(I)的圆筒体上垂直其轴线分别有煤气进气管(3)和空气进气管(4)，煤气进气管和空气进气管分别垂直或倾斜连接砌筑在预燃室墙体(I)内的煤气分配环道(5a)与空气分配环道(5b)，煤气分配环道与空气分配环道的内侧环墙上上下对应分别均布有多个矩形截面的煤气喷嘴(6a)和空气喷嘴(6b)，煤气喷嘴水平径向联通预燃室，空气喷嘴倾斜向上径向联通预燃室，预燃室墙体(I)的下部圆筒体内侧与燃烧室墙体(Ia)的上部内层圆筒墙体外侧经直缝式迷宫密封连接结构(15)相互可滑移的套接在一起，燃烧室墙体(Ia)的上端为小圆筒体，下端为大圆筒体，中部为锥形筒体，锥形筒体的上下端分别与小圆筒体和大圆筒体经圆弧墙体过渡连接，大圆筒体的墙面上设有热风出口管(14)，燃烧室墙体内的燃烧室(2a)的下部有蓄热室(8)，蓄热室下部有置于圆筒形的热风炉墙体(7)内的炉箅子(9)及支撑柱(9a)，蓄热室(8)内有自炉箅子(9)向上堆砌至燃烧室(2a)内的蓄热体，冷风室(10)是在炉箅子(9)下部的热风炉墙体(7)的内部空间，冷风室的侧墙上有烟气出口管(13 )和冷风进口管(12 )，热风炉墙体(7 )和燃烧室墙体(Ia)之间经阶梯式的迷宫密封连接结构(15a)相互可滑移的套接在一起。
2.根据权利要求I所述的预燃室内均布喷嘴上下喷射混合对冲回流预热燃烧的热风炉，其特征在于，所述的预燃室墙体(I)和燃烧室墙体(Ia)为金属外壳内壁上砌筑耐高温的耐火材料层构成，耐高温的耐火材料层由重质耐材内层、轻质耐材外层，以及外层外面的陶瓷纤维棉与喷涂层组合在一起构成。
3.根据权利要求I所述的预燃室内均布喷嘴上下喷射混合对冲回流预热燃烧的热风炉，其特征在于，所述的煤气进气管(3)和空气进气管(4)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(3)置于空气进气管(4)的上部，煤气进气管(3)和空气进气管(4)均以O 30°的角度分别连接设置在预燃室墙体内的矩形截面的煤气分配环道(5a)和空气分配环道(5b)。
4.根据权利要求I所述的预燃室内均布喷嘴上下喷射混合对冲回流预热燃烧的热风炉，其特征在于，所述的煤气分配环道(5a)内侧环墙下部有10个以上沿环道周向均匀分布的煤气喷嘴(6a)，空气分配环道(5b)内侧环墙上部有和煤气喷嘴上下对应的10个以上沿环道周向均匀分布的空气喷嘴(6b)，煤气喷嘴(6a)和空气喷嘴(6b)的开口截面均为高度大于宽度的矩形，煤气喷嘴(6a)水平径向开口于预燃室(2)的环墙上，空气喷嘴(6b)以O。 30。的上倾角度径向开口于预燃室(2)的环墙上。
5.根据权利要求I所述的预燃室内均布喷嘴上下喷射混合对冲回流预热燃烧的热风炉，其特征在于，所述的燃烧室墙体(Ia)的锥形筒体的锥面与水平面间的内夹角α小于或等于60。。
6.根据权利要求I所述的预燃室内均布喷嘴上下喷射混合对冲回流预热燃烧的热风炉，其特征在于，所述的炉箅子(9)是由耐热铸铁制成的多孔体，置于耐热铸铁制成的支撑柱(9a)上，支撑柱置于冷风室(10)内。
7.根据权利要求I所述的预燃室内均布喷嘴上下喷射混合对冲回流预热燃烧的热风炉，其特征在于，所述的热风炉墙体(7)是在金属外壳内壁上砌筑耐火材料构成的圆筒体。
8.根据权利要求I所述的预燃室内均布喷嘴上下喷射混合对冲回流预热燃烧的热风炉，其特征在于，所述的蓄热体为格子砖，是由从上到下依次排列的第一蓄热体(8a)、第二蓄热体(8b)、第三蓄热体(8c)和第四蓄热体(8d)构成,第一蓄热体(8a)为娃质格子砖，第二蓄热体(8b)为红柱石高铝格子砖，第三蓄热体(8c)为红柱石粘土格子砖，第四蓄热体(8d)为粘土格子砖，格子砖的格孔为锥形圆孔，格孔与格孔之间有互通的沟槽，第一蓄热体(Sa)呈圆锥形或锥台形置于燃烧室(2a)中，第二蓄热体、第三蓄热体和第四蓄热体呈圆柱形置于蓄热室。
9.根据权利要求I所述的预燃室内均布喷嘴上下喷射混合对冲回流预热燃烧的热风炉，其特征在于，所述的烟气出口管(13)和冷风进口管(12)为金属管内壁上砌筑耐火材料构成的与热风炉墙体(7)相联的一体结构，热风炉墙体(7)与圆盘形的炉底(11)固定在一起，炉底内设置有井字形槽工字钢，炉底上固定有置于炉箅子(9)下部的支撑柱(9a)。
专利摘要本实用新型涉及预燃室内均布喷嘴上下喷射混合对冲回流预热燃烧的热风炉，有效解决混合速率低、混合不均匀，燃烧强度低、燃烧温度低、燃烧不完全、燃烧室空间大和燃烧器结构复杂的问题，预燃室墙体内为预燃室，其圆筒体上的煤气和空气进气管接煤气与空气分配环道，煤气与空气分配环道上的煤气和空气喷嘴联通预燃室，预燃室墙体与燃烧室墙体套接在一起，燃烧室墙体的大圆筒体上有热风出口管，其内的燃烧室下部有蓄热室，蓄热室下部有炉箅子及支撑柱，内有蓄热体，冷风室置于炉箅子下部，冷风室上有烟气出口管和冷风进口管，热风炉墙体和燃烧室墙体套接在一起，本实用新型就有效解决了低热值煤气燃烧不稳定、燃烧强度弱、燃烧温度低等问题。
文档编号C21B9/00GK202519283SQ20122016241
公开日2012年11月7日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者刘辉凯, 杨海涛, 陈云鹤 申请人:陈维汉