一种在燃烧室拱顶下设置环形无焰燃烧装置的顶燃式热风炉的制作方法
【专利摘要】本发明涉及在燃烧室拱顶下设置环形无焰燃烧装置的顶燃式热风炉，解决煤气与空气混合速率低，燃烧强度低的问题，结构是，燃烧室墙体是球形拱顶状，其内有助燃陶瓷多孔体，与其下部的燃烧器墙体连成一体，燃烧器墙体上的煤气进气管和空气进气管砌筑在煤气分配环道与空气分配环道上，煤气与空气预混合环道上部有预混气喷口，预混气喷口上方有气流阻挡环圈；燃烧器墙体上有热风出口管，下部圆筒体内侧与蓄热室墙体上部内层圆筒墙体外侧经阶梯缝式迷宫密封连接结构相互滑移套接，蓄热室内有多孔蓄热体，炉箅子下部的蓄热室墙体及炉底间构成冷风室，冷风室墙体上有烟气出口管和冷风进口管，本发明节省燃料、降低废气温度与有害气体的排放量。
【专利说明】一种在燃烧室拱顶下设置环形无焰燃烧装置的顶燃式热风炉
【技术领域】
[0001]本发明涉及热风炉，特别是用于为高炉提供高温鼓风的一种在燃烧室拱顶下设置环形无焰燃烧装置的顶燃式热风炉。
【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风温，而最终达到高效、节能、环保、增产的目的。为此，在热风炉中必须实现优化的燃烧过程与强化的传热过程相结合炉内过程。这就涉及到燃烧装置的结构、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；而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，进而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；由于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，为克服现有技术缺陷，本发明之目的就是提供一种在燃烧室拱顶下设置环形无焰燃烧装置的顶燃式热风炉，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。
[0004]本发明解决的技术方案是，包括燃烧室墙体、燃烧室、陶瓷多孔体、热风出口管，燃烧器墙体、煤气进气管、空气进气管、煤气分配环道、空气分配环道、煤气喷嘴通道、空气喷嘴通道、煤气与空气预混合环道、预混气喷口、喷射气流阻挡环圈，蓄热室墙体、蓄热室、多孔蓄热体、炉箅子及支撑柱、蓄热室墙体与燃烧器墙体间的迷宫连接、炉底、冷风室、烟气出口管和冷风进口管，燃烧室墙体是球形拱顶状，其内锥形堆放有助燃陶瓷多孔体，燃烧室墙体和其下部的圆筒体状的燃烧器墙体连成一体，燃烧器墙体内的空间为蓄热室的一部分，燃烧器墙体的圆筒体上垂直其轴线对应布置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燃烧器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分别环形均布有多个矩形截面的煤气喷嘴通道和空气喷嘴通道，分别各自离开煤气分配环道和空气分配环道的内侧环墙后，转折向上垂直进入煤气与空气预混合环道的底部；煤气与空气预混合环道为矩形截面，上部设置水平周向均布的预混气喷口，预混气喷口上方沿着燃烧器环墙的上端面均布气流阻挡环圈；燃烧器墙体上，在煤气与空气预混合环道所在高度位置的一部分墙体上设有垂直其轴线的热风出口管，煤气与空气预混合环道为断开的不完整环形，燃烧器墙体的下部圆筒体内侧与蓄热室墙体的上部内层圆筒墙体外侧经阶梯缝式迷宫密封连接结构相互滑移套接在一起，在圆筒形的蓄热室墙体下部水平设置支撑蓄热体的多孔板状的炉箅子，蓄热室内有自炉箅子向上由格子砖或耐火球堆砌至燃烧器上端面构成的多孔蓄热体，炉箅子下部的蓄热室墙体及炉底间的内部空间构成冷风室，冷风室墙体上有与之相通且垂直其轴线的烟气出口管和冷风进口管，冷风室墙体与炉底连成一体。
[0005]本发明结构新颖独特，是现有热风炉上的创新，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。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1为本发明的剖面主视图。
[0007]图2为本发明图1中A-A截面图。
[0008]图3为本发明图1中B-B截面图。
【具体实施方式】
[0009]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】作详细说明。
[0010]如图1、图2及图3所示，本发明包括燃烧室墙体la、燃烧室2、陶瓷多孔体11、热风出口管17，燃烧器墙体lb、煤气进气管3、空气进气管4、煤气分配环道5、空气分配环道
6、煤气喷嘴通道7、空气喷嘴通道8、煤气与空气预混合环道9、预混气喷口 9a、喷射气流阻挡环圈％，蓄热室墙体lc、蓄热室10、多孔蓄热体12、炉箅子及支撑柱13、蓄热室墙体与燃烧器墙体间的迷宫连接18，炉底Id、冷风室14、烟气出口管16和冷风进口管15，燃烧室墙体Ia是球形拱顶状，其内锥形`堆放有助燃陶瓷多孔体11，燃烧室墙体Ia和其下部的圆筒体状的燃烧器墙体Ib连成一体，燃烧器墙体Ib内的空间为蓄热室10的一部分，燃烧器墙体Ib的圆筒体上垂直其轴线对应布置有煤气进气管3和空气进气管4，煤气进气管3和空气进气管4分别垂直或倾斜连接砌筑在燃烧器墙体内的煤气分配环道5与空气分配环道6，煤气分配环道5与空气分配环道6的内侧环墙上分别环形均布有多个矩形截面的煤气喷嘴通道7和空气喷嘴通道8，分别各自离开煤气分配环道5和空气分配环道6的内侧环墙后，转折向上垂直进入煤气与空气预混合环道9的底部；煤气与空气预混合环道9为矩形截面，上部设置水平周向均布的预混气喷口 9a，预混气喷口 9a上方沿着燃烧器环墙的上端面均布气流阻挡环圈9b ;燃烧器墙体Ib上，在煤气与空气预混合环道9所在高度位置的一部分墙体上设有垂直其轴线的热风出口管17，煤气与空气预混合环道9为断开的不完整环形，燃烧器墙体Ib的下部圆筒体内侧与蓄热室墙体Ic的上部内层圆筒墙体外侧经阶梯缝式迷宫密封连接结构18相互滑移套接在一起，在圆筒形的蓄热室墙体Ic下部水平设置支撑蓄热体12的多孔板状的炉箅子13，蓄热室10内有自炉箅子向上由格子砖或耐火球堆砌至燃烧器上端面构成的多孔蓄热体12，炉箅子13下部的蓄热室墙体Ic及炉底Id间的内部空间构成冷风室14，冷风室墙体上有与之相通且垂直其轴线的烟气出口管16和冷风进口管15，冷风室墙体与炉底连成一体。
[0011]所述的燃烧室墙体Ia和燃烧器墙体Ib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构成的内层、轻质耐材高铝聚轻砖构成的外层，以及外层外面的陶瓷纤维棉与喷涂层组合在一起构成，其内锥形堆放助燃陶瓷多孔体11，燃陶瓷多孔体11是由高温热震性能好、防粘附的砖形格子组成，其与下部的蓄热体格子砖格孔互通。
[0012]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空气进气管4分别设置在燃烧器筒体的上部与下部，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燃烧器墙体Ib内的矩形截面的煤气分配环道5和空气分配环道6的外侧环墙上。
[0013]所述的煤气分配环道5和空气分配环道6内侧环墙上分别设置有多个环形周向均匀分布的煤气喷嘴通道7和空气喷嘴通道8，其截面均为扇形或矩形，并垂直向上接入煤气与空气混合环道9的底部。
[0014]所述的煤气与空气预混合环道9其横截面为矩形，上部设置水平沿环道辐射状均布的预混气喷口 9a，其横截面为矩形的缝隙状通孔，或平行、或倾斜于热风炉轴线，在预混气喷口 9a的上方沿着燃烧器环墙的上端面均布气流阻挡环圈％，其突出于墙面的截面为矩形的圆环，圆环至少两个，燃烧器上述部位的材料均由抗热震性能良好的耐火制品砌筑；而所述的热风出口管17是用耐高温且热稳定性好的红柱石高铝砖或红柱石-莫来石砖砌
Λ-Α-巩。
[0015]所述的蓄热室墙体Ic是在金属外壳内壁上从上到下分别砌筑娃质砖或红柱石质砖、高招质砖、粘土质砖构成的圆筒体。
[0016]所述的多孔蓄热体12为堆放于蓄热室中格子砖组成，其从上到下依次排列的是娃质格子砖构成的第一蓄热体12a、红柱石高招格子砖构成的第二蓄热体12b和红柱石粘土格子砖构成的第三蓄热体12c，格子砖的格孔为锥形圆孔，格孔与格孔间有互通的沟槽。
`[0017]所述的烟气出口管16和冷风进口管15为金属管内壁上砌筑耐火材料(通常为粘土砖)构成并与蓄热室下部墙体Ic连成一体，蓄热室墙体Ic与圆盘形的炉底Id固定在一起，炉底内设置有用于加强结构的稳定性的井字形槽工字钢；所述的炉箅子13是由耐热铸铁制成的多孔体，置于耐热铸铁制成的支撑柱上，支撑柱置于冷风室14内，支撑柱固定在炉底上。
[0018]实施时,在燃烧器中煤气与空气通过各自的分配环道内侧引出均布的煤气喷嘴通道7和空气喷嘴通道8，在煤气与空气预混合环道9底部错位进入该环道底部，在上行过程中相互混合形成预混气流，再从环道顶部的预混气喷口 9a喷出，并受到气流阻挡环圈9b的阻挡变向后进入燃烧室2 ;这样的预混气流(或半预混气流)就成为周向分布较为均匀的上行气流，在经回流高温烟气预热后折返进入堆放在燃烧室中锥形的陶瓷多孔体11中完成燃烧过程；燃烧后的大部分高温烟气向下进入蓄热体12中，一部分进入回流烟气区域(气流在上行与折返过程中形成的回流流场)用以实现对上行的预混气流进行预热而使其着火燃烧；由于这部分回流气流的存在使得整个向下的气流流场易于变得较为均匀。热风炉采用这种流动燃烧方式后，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燃烧方式改变为这种环道内混合、槽形喷嘴扁平射流经回流预热燃烧的方式，以及燃烧室助燃多孔体的应用，既提高了燃烧的完全程度又缩小了燃烧室空间，且借助气流上行折返形成的一部分处在助燃陶瓷多孔体中的回流涡旋，既能实现火焰(燃烧)的稳定又能达到强化预热煤气与空气预混气流而提高局部燃烧温度的目的。由于燃烧过程在助燃陶瓷多孔体11中完成，因而能有效提高助燃陶瓷多孔体11和第一蓄热体12a的温度(几乎等于燃烧温度)，为提供高风温创造了极为有利的条件。如果在蓄热室中的蓄热体采用格孔互通的结构或者采用耐火球堆积，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，本发明通过预混合环道混合而实现快速预混、助燃多孔体中回流预热稳焰与高强度燃烧，以及均匀蓄热体中气流分布和实现蓄热室中的高效率传热。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。
[0019]总之，本发明采用球形拱顶燃烧室下设置环形预混气多喷嘴的无焰燃烧器结构，由煤气与空气喷嘴环形均布进入预混合环道，实现煤气与空气在其内完成混合过程，并借助混气的上喷与折返过程所形成的回旋的回流涡旋结构，造成回流稳焰与高强度燃烧的环境，随后进入堆放于燃烧室中的锥形堆放的助燃陶瓷多孔体中完成燃烧过程。由于助燃陶瓷多孔体和其下的蓄热室中的蓄热体均采用小直径大孔间距且格孔间互通的宽堆砌边缝的新型格子砖，能进一步调整气流分布和增强气流与之的热交换过程。因此，本发明的热风炉能够有效实现高效、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，是热风炉上的创新。
【权利要求】
1.一种在燃烧室拱顶下设置环形无焰燃烧装置的顶燃式热风炉，包括燃烧室墙体(la)、燃烧室(2)、陶瓷多孔体(11)、热风出口管(17)，燃烧器墙体(lb)、煤气进气管(3)、空气进气管(4)、煤气分配环道(5)、空气分配环道(6)、煤气喷嘴通道(7)、空气喷嘴通道(8)、煤气与空气预混合环道(9)、预混气喷口(9a)、喷射气流阻挡环圈(9b)，蓄热室墙体(Ic)、蓄热室(10)、多孔蓄热体(12)、炉箅子及支撑柱(13)、蓄热室墙体与燃烧器墙体间的迷宫连接(18)，炉底(Id)、冷风室(14)、烟气出口管(16)和冷风进口管(15)，其特征在于，燃烧室墙体(Ia)是球形拱顶状，其内锥形堆放有助燃陶瓷多孔体(11)，燃烧室墙体(Ia)和其下部的圆筒体状的燃烧器墙体(Ib)连成一体，燃烧器墙体(Ib)内的空间为蓄热室(10)的一部分，燃烧器墙体(Ib)的圆筒体上垂直其轴线对应布置有煤气进气管(3)和空气进气管(4)，煤气进气管(3)和空气进气管(4)分别垂直或倾斜连接砌筑在燃烧器墙体内的煤气分配环道(5)与空气分配环道(6)，煤气分配环道(5)与空气分配环道(6)的内侧环墙上分别环形均布有多个矩形截面的煤气喷嘴通道(7)和空气喷嘴通道(8)，分别各自离开煤气分配环道(5 )和空气分配环道(6 )的内侧环墙后，转折向上垂直进入煤气与空气预混合环道(9)的底部；煤气与空气预混合环道(9)为矩形截面，上部设置水平周向均布的预混气喷口(9a)，预混气喷口(9a)上方沿着燃烧器环墙的上端面均布气流阻挡环圈(9b);燃烧器墙体(Ib)上，在煤气与空气预混合环道(9)所在高度位置的一部分墙体上设有垂直其轴线的热风出口管(17)，煤气与空气预混合环道(9)为断开的不完整环形，燃烧器墙体(Ib)的下部圆筒体内侧与蓄热室墙体(Ic)的上部内层圆筒墙体外侧经阶梯缝式迷宫密封连接结构(18)相互滑移套接在一起，在圆筒形的蓄热室墙体(Ic)下部水平设置支撑蓄热体(12)的多孔板状的炉箅子(13)，蓄热室(10)内有自炉箅子向上由格子砖或耐火球堆砌至燃烧器上端面构成的多孔蓄热体(12)，炉箅子(13)下部的蓄热室墙体(Ic)及炉底(Id)间的内部空间构成冷风室(14)，冷风室墙体上有与之相通且垂直其轴线的烟气出口管(16)和冷风进口管(15)，冷风室墙体与炉底连成一体。
2.根据权利要求1所述的在燃烧室拱顶下设置环形无焰燃烧装置的顶燃式热风炉，其特征在于，所述的燃烧室墙体(Ia)和燃烧器墙体(Ib)为金属外壳内壁上砌筑耐高温13000C~1500°C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构成的内层、轻质耐材高铝聚轻砖构成的外层，以及外层外面的陶瓷纤维棉与喷涂层组合在一起构成，其内锥形堆放助燃陶瓷多孔体(11)，燃陶瓷多孔体(11)是由高温热震性能好、防粘附的砖形格子组成，其与下部的蓄热体格子砖格孔互通。
3.根据权利要求1所述的在燃烧室拱顶下设置环形无焰燃烧装置的顶燃式热风炉，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)、空气进气管(4)分别设置在燃烧器筒体的上部与下部，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燃烧器墙体(Ib)内的矩形截面的煤气分配环道(5)和空气分配环道(6)的外侧环墙上。
4.根据权利要求1所述的在燃烧室拱顶下设置环形无焰燃烧装置的顶燃式热风炉，其特征在于，所述的煤气分配环道(5)和空气分配环道(6)内侧环墙上分别设置有多个环形周向均匀分布的煤气喷嘴通道(7)和空气喷嘴通道(8)，其截面均为扇形或矩形，并垂直向上接入煤气与空气混合环道(9)的底部。
5.根据权利要求1所述的在燃烧室拱顶下设置环形无焰燃烧装置的顶燃式热风炉，其特征在于，所述的煤气与空气预混合环道(9)其横截面为矩形，上部设置水平沿环道辐射状均布的预混气喷口(9a)，其横截面为矩形的缝隙状通孔，或平行、或倾斜于热风炉轴线，在预混气喷口(9a)的上方沿着燃烧器环墙的上端面均布气流阻挡环圈(9b)，其突出于墙面的截面为矩形的圆环，圆环至少两个。
6.根据权利要求1所述的在燃烧室拱顶下设置环形无焰燃烧装置的顶燃式热风炉，其特征在于，所述的蓄热室墙体(Ic)是在金属外壳内壁上从上到下分别砌筑硅质砖或红柱石质砖、高招质砖、粘土质砖构成的圆筒体。
7.根据权利要求1所述的在燃烧室拱顶下设置环形无焰燃烧装置的顶燃式热风炉，其特征在于，所述的多孔蓄热体(12)为堆放于蓄热室中格子砖组成，其从上到下依次排列的是娃质格子砖构成的第一蓄热体(12a)、红柱石高招格子砖构成的第二蓄热体(12b)和红柱石粘土格子砖构成的第三蓄热体(12c)，格子砖的格孔为锥形圆孔，格孔与格孔间有互通的沟槽。
8.根据权利要求1所述的在燃烧室拱顶下设置环形无焰燃烧装置的顶燃式热风炉，其特征在于，所述的烟气出口管(16)和冷风进口管(15)为金属管内壁上砌筑耐火材料构成并与蓄热室下部墙体(Ic)连成一体,蓄热室墙体(Ic)与圆盘形的炉底(Id)固定在一起,炉底内设置有用于加强结构的 稳定性的井字形槽工字钢；所述的炉箅子(13)是由耐热铸铁制成的多孔体，置于耐热铸铁制成的支撑柱上，支撑柱置于冷风室(14)内，支撑柱固定在炉底上。
【文档编号】C21B9/04GK103484588SQ201310500286
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】陈维汉, 陈云鹤, 杨海涛 申请人:陈维汉