专利名称：预燃室内喷嘴上下喷射对冲混合蓄热体中燃烧的热风炉的制作方法
技术领域：
预燃室内喷嘴上下喷射对冲混合蓄热体中燃烧的热风炉技术领域[0001]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喷嘴上下喷射对冲混合蓄热体中燃烧的热风炉。
背景技术：
[0002]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[0003]针对上述情况，为提高现有技术水平，本实用新型之目的就是提供一种预燃室内喷嘴上下喷射对冲混合蓄热体中燃烧的热风炉，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、燃烧不完全和燃烧器结构复杂的问题。[0004]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、炉底、烟气出口管、冷风进口管、热风出口管，直缝式迷宫密封连接结构、阶梯式的迷宫密封连接结构，预燃室墙体是由上部的球形拱顶和下部的圆筒体组合在一起构成，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各自均布有多个的矩形截面的煤气喷嘴与空气喷嘴，煤气喷嘴水平联通预燃室，空气喷嘴倾斜向上联通预燃室，预燃室墙体下部的圆筒体内侧与燃烧室墙体上部内层圆筒墙体外侧采用相互滑移的直缝式迷宫密封连接结构套接在一起，以实现无应力作用的重叠式连接，燃烧室墙体是两端为圆筒形，中部为锥形筒体的结构，上端小，下端大，上端和下端与锥形筒体间采用弧形面过渡连接，以避免结构的应力集中，预燃室墙体内的煤气分配环道占圆周的3/4，所余1/4部位上有和预燃室连通的伸出炉体的热风出口管，燃烧室墙体内的燃烧室的下部有蓄热室，蓄热室下部有炉箅子及支撑柱，蓄热室内有自炉箅子向上面堆砌至燃烧室内的蓄热体，炉箅子下部的支撑柱置于冷风室内，蓄热室、冷风室、炉箅子及支撑柱置于圆筒形的热风炉墙体内，冷风室的侧壁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为相互滑移的阶梯式的迷宫密封连接结构套接在一起，以实现相互重叠式连接，热风炉墙体与炉底固定在一起。[0005]本实用新型借助煤气与空气分配环道分配气流，经过周向布置的喷嘴喷射进入预燃室，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，其大部分向下进入堆放在燃烧室空间中的蓄热体内，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等问题。热风出口管设置在预燃室中，可进一步在燃烧室堆高蓄热体，可有效提高燃烧室的利用率、有效提高蓄热体中煤气燃烧量、以及增加蓄热体的高温蓄热量，同时燃烧室中热风的流动均匀性会得到提高; 由于热风炉结构热稳定性差的部位(燃烧器和热风出口管)在预燃室集中，处理得当能使热风炉整体结构的稳定性得到改善。
[0006]图I为本实用新型的剖面主视图。[0007]图2为本实用新型图I中A-A部截面图。[0008]图3为本实用新型图I中B-B部截面图。[0009]图4为本实用新型图I中C-C部截面图。
具体实施方式
[0010]
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作详细说明。[0011]如图I-图4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、炉底11、烟气出口管13、冷风进口管12、热风出口管14，直缝式迷宫密封连接结构15、阶梯式的迷宫密封连接结构15a，预燃室墙体I是由上部的球形拱顶和下部的圆筒体组合在一起构成，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5a与空气分配环道5b的内侧环墙上各自均布有多个的矩形截面的煤气喷嘴6a与空气喷嘴6b，煤气喷嘴水平联通预燃室，空气喷嘴倾斜向上联通预燃室，预燃室墙体I下部的圆筒体内侧与燃烧室墙体Ia上部内层圆筒墙体外侧采用相互滑移的直缝式迷宫密封连接结构15套接在一起，以实现无应力作用的重叠式连接，燃烧室墙体Ia是两端为圆筒形，中部为锥形筒体的结构，上端小，下端大，上端和下端与锥形筒体间采用弧形面过渡连接，以避免结构的应力集中，预燃室墙体I内的煤气分配环道5a 占圆周的3/4，所余1/4部位上有和预燃室连通的伸出炉体的热风出口管14，燃烧室墙体Ia 内的燃烧室2a的下部有蓄热室8，蓄热室下部有炉箅子9及支撑柱9a，蓄热室8内有自炉箅子9向上面堆砌至燃烧室2a内的蓄热体，炉箅子9下部的支撑柱9a置于冷风室10内， 蓄热室、冷风室、炉箅子9及支撑柱9a置于圆筒形的热风炉墙体7内，冷风室的侧壁上有烟气出口管13和冷风进口管12，热风炉墙体7和燃烧室墙体Ia之间为相互滑移的阶梯式的迷宫密封连接结构15a套接在一起，以实现相互重叠式连接，热风炉墙体7与炉底11固定在一起。[0012]所述的预燃室墙体I和燃烧室墙体Ia为金属外壳内砌筑耐温1300°C 1500°C的耐火材料层构成，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是金属管内用耐火材料(如高铝砖或粘土砖)砌筑成的圆形通道，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内侧环墙的下部至少有十个沿环道周向均匀分布的煤气喷嘴6a，煤气分配环道5a置于空气分配环道5b的上方，空气分配环道5b内侧环墙的上部至少有十个和煤气喷嘴6a上下相对应的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的截面均为高度大于宽度的矩形，空气喷嘴6b向上倾斜O。 30。的角度开口于预燃室2的内壁上；所述的燃烧室墙体Ia的锥形筒体的内壁和水平面之间的夹角大于或等于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)砌筑成的圆环形，热风出口管与预燃室墙体I之间呈滑移状的重叠式连接在一起；所述的炉箅子9是由耐温热铸铁制成的多孔体，置于耐热铸铁制成的支撑柱9a上；所述的热风炉墙体7是在金属外壳内由耐火材料(从上到下分别为娃质砖或红柱石质砖、高招质砖、及粘土质砖)砌筑而成的圆筒体；所述的蓄热体为格子砖，从上到下依次有娃质格子砖蓄热体8a、红柱石高招格子砖蓄热体8b、红柱石粘土格子砖蓄热体8c以及粘土格子砖蓄热体8d,格子砖的格孔为锥形圆孔，格孔与格孔之间有互通的沟槽，硅质格子砖蓄热体8a堆放在燃烧室2a中呈圆锥形或锥台形,红柱石高招格子砖蓄热体8b、红柱石粘土格子砖蓄热体8c以及粘土格子砖蓄热体8d堆放在蓄热室中呈圆柱形；所述的烟气出口管13和冷风进口管12为金属管内用耐火材料(通常为粘土砖)砌筑的与热风炉墙体7相连的一体结构，热风炉墙体7与圆盘形的炉底11固定在一起，炉底11内有呈井字形分布的槽工字钢，以加强结构的稳定性，炉底上有置于炉箅子9下部的支撑柱9a。[0013]使用该热风炉时，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，经各自的煤气喷嘴6a、空气喷嘴6b在预燃室以交叉方式混合，煤气沿水平方向进入预燃室，空气沿倾斜向上的方向进入预燃室，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，经锥形堆放的硅质格子砖蓄热体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中的红柱石高招格子砖蓄热体8b、红柱石粘土格子砖蓄热体8c以及粘土格子砖蓄热体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，此时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中的粘土格子砖蓄热体8d、红柱石粘土格子砖蓄热体8c、红柱石高铝格子砖蓄热体8b及硅质格子砖蓄热体8a中，并与之进行热交换，吸收热量之后逐步变成热鼓风，经燃烧室2a的喉部后再进入预热室并通过热风出口管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。[0014]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及其堆放形式的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。本实用新型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。 传统的带锥形燃烧室的热风炉，通常是将热风出口管置于燃烧室外壁上，由于热风出口管的限位，燃烧室内的蓄热体的堆放高度是在热风出口管之下，蓄热体的堆放高度不足，导致未燃混合气流不能及时进入蓄热体，而造成燃烧不完全，本实用新型将热风出口管上移至预燃室，在燃烧室中可以将蓄热体堆砌至顶部，以致未燃混合气流能很快进入蓄热体中完成燃烧过程，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。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，该热风炉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，并在堆放于燃烧室的蓄热体中完成后续的燃烧过程，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，由于热风出口管上移至预燃室，热风炉结构得到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。[0015]总之，本实用新型热风炉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、与高速的进入蓄热室的烟气流。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1.一种预燃室内喷嘴上下喷射对冲混合蓄热体中燃烧的热风炉，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)、炉底(11)、烟气出口管(13)、冷风进口管(12)、热风出口管(14)，直缝式迷宫密封连接结构(15b)和阶梯式的迷宫密封连接结构(15a)，其特征在于，预燃室墙体(I)是由上部的球形拱顶和下部的圆筒体组合在一起构成，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(5a)与空气分配环道(5b)的内侧环墙上各自均布有多个的矩形截面的煤气喷嘴(6a)与空气喷嘴(6b)，煤气喷嘴水平联通预燃室，空气喷嘴倾斜向上联通预燃室，预燃室墙体(I)下部的圆筒体内侧与燃烧室墙体(Ia)上部内层圆筒墙体外侧采用相互滑移的直缝式迷宫密封连接结构(15b)套接在一起，燃烧室墙体(la)是两端为圆筒形，中部为锥形筒体的结构，上端小，下端大，上端和下端与锥形筒体间采用弧形面过渡连接，预燃室墙体(I)内的煤气分配环道(5a)占圆周的3/4，所余1/4部位上有和预燃室连通的伸出炉体的热风出口管(14)，燃烧室墙体(Ia)内的燃烧室(2a)的下部有蓄热室(8)，蓄热室下部有炉箅子(9)及支撑柱(9a)，蓄热室(8)内有自炉箅子(9)向上面堆砌至燃烧室(2a)内的蓄热体，炉箅子(9)下部的支撑柱(9a)置于冷风室(10)内，蓄热室、冷风室、炉箅子(9)及支撑柱(9a)置于圆筒形的热风炉墙体(7)内，冷风室的侧壁上有烟气出口管(13)和冷风进口管(12)，热风炉墙体(7)和燃烧室墙体(I a )之间为相互滑移的阶梯式的迷宫密封连接结构(15a)套接在一起，热风炉墙体(7 )与炉底(11)固定在一起。
2.根据权利要求I所述的预燃室内喷嘴上下喷射对冲混合蓄热体中燃烧的热风炉，其特征在于，所述的预燃室墙体(I)和燃烧室墙体(Ia)为金属外壳内砌筑耐温1300°C 1500°C的耐火材料层构成，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所述的预燃室内喷嘴上下喷射对冲混合蓄热体中燃烧的热风炉，其特征在于，所述的煤气进气管(3)和空气进气管(4)是金属管内用高铝砖或粘土砖砌筑成的圆形通道，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所述的预燃室内喷嘴上下喷射对冲混合蓄热体中燃烧的热风炉，其特征在于，所述的煤气分配环道(5a)内侧环墙的下部至少有十个沿环道周向均匀分布的煤气喷嘴(6a)，煤气分配环道(5a)置于空气分配环道(5b)的上方，空气分配环道(5b)内侧环墙的上部至少有十个和煤气喷嘴(6a)上下相对应的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)的截面均为高度大于宽度的矩形，空气喷嘴(6b)向上倾斜O。 30。的角度开口于预燃室(2)的内壁上。
5.根据权利要求I所述的预燃室内喷嘴上下喷射对冲混合蓄热体中燃烧的热风炉，其特征在于，所述的燃烧室墙体(Ia)的锥形筒体的内壁和水平面之间的夹角大于或等于60。。
6.根据权利要求I所述的预燃室内喷嘴上下喷射对冲混合蓄热体中燃烧的热风炉，其特征在于，所述的热风出口管(14)是用耐高温且性能稳定的低蠕变高铝砖或红柱石刚玉砖砌筑成的圆环形，热风出口管与预燃室墙体(I)之间呈滑移状的重叠式连接在一起。
7.根据权利要求I所述的预燃室内喷嘴上下喷射对冲混合蓄热体中燃烧的热风炉,其特征在于，所述的炉箅子(9)是由耐温热铸铁制成的多孔体，置于耐热铸铁制成的支撑柱(9a)上。
8.根据权利要求I所述的预燃室内喷嘴上下喷射对冲混合蓄热体中燃烧的热风炉，其特征在于，所述的热风炉墙体(7)是在金属外壳内由耐火材料砌筑而成的圆筒体。
9.根据权利要求I所述的预燃室内喷嘴上下喷射对冲混合蓄热体中燃烧的热风炉，其特征在于，所述的蓄热体为格子砖，从上到下依次有硅质格子砖蓄热体(8a)、红柱石高铝格子砖蓄热体(8b )、红柱石粘土格子砖蓄热体(8c )以及粘土格子砖蓄热体(8d),格子砖的格孔为锥形圆孔，格孔与格孔之间有互通的沟槽，硅质格子砖蓄热体(8a)堆放在燃烧室(2a)中呈圆锥形或锥台形，红柱石高铝格子砖蓄热体(Sb)、红柱石粘土格子砖蓄热体(8c)以及粘土格子砖蓄热体(8d)堆放在蓄热室中呈圆柱形。
10.根据权利要求I所述的预燃室内喷嘴上下喷射对冲混合蓄热体中燃烧的热风炉，其特征在于，所述的烟气出口管(13)和冷风进口管(12)为金属管内用粘土砖砌筑的与热风炉墙体(7 )相连的一体结构，热风炉墙体(7 )与圆盘形的炉底(11)固定在一起，炉底(11)内有呈井字形分布的槽工字钢，炉底上有置于炉箅子(9)下部的支撑柱(9a)。
专利摘要本实用新型涉及预燃室内喷嘴上下喷射对冲混合蓄热体中燃烧的热风炉，有效解决混合速率低、不均匀，燃烧强度低、温度低、不完全和结构复杂的问题，预燃室墙体内为预燃室，墙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与空气喷嘴联通预燃室，预燃室墙体与燃烧室墙体套接，预燃室墙体内的煤气分配环道占圆周的3/4，所余1/4部位上有热风出口管，燃烧室墙体内的燃烧室的下部有蓄热室，蓄热室下部有炉箅子及置于冷风室内的支撑柱，内有蓄热体，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，热风炉墙体与炉底固定，本实用新型燃烧室利用率高、热风炉整体结构稳定。
文档编号C21B9/04GK202808853SQ201220502079
公开日2013年3月20日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者陈维汉, 陈云鹤 申请人:陈维汉