一种煤气与空气强旋预混绕流上喷蓄热体回流燃烧的热风炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及煤气与空气强旋预混绕流上喷蓄热体回流燃烧的热风炉，解决煤气与空气混合速率低、燃烧强度低的问题，其结构是，燃烧室墙体的球形拱顶内有助燃陶瓷多孔体，燃烧室墙体和燃烧器墙体连成一体支撑在炉壳上，燃烧器墙体的圆筒体上的煤气进气管和空气进气管分别垂直连接在煤气分配环道与空气分配环道上，煤气分配环道上的煤气喷嘴通道、空气分配环道上的空气喷嘴通道分别和煤气与空气快速预混合环道相连通，煤气与空气快速预混合环道上部内侧环墙墙面上有绕流柱，燃烧器墙体上部有热风出口管，燃烧器墙体的下部圆筒体内侧的锥形开孔与蓄热室墙体圆锥段外侧构成密封结构，本实用新型节省燃料、节约投资、降低废气温度与有害气体的排放量。
【专利说明】一种煤气与空气强旋预混绕流上喷蓄热体回流燃烧的热风炉
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及热风炉，特别是用于为高炉提供高温鼓风的一种煤气与空气强旋预混绕流上喷蓄热体回流燃烧的热风炉。
【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，本实用新型提供一种煤气与空气强旋预混绕流上喷蓄热体回流燃烧的热风炉，其做法是在热风炉燃烧室拱顶下设置能实现强旋流快速预混合，预混气经绕流整流后垂直上喷回流预热后多孔蓄热体中燃烧的燃烧器，使之能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不合理等问题。
[0004]本实用新型解决的技术方案是，包括燃烧室墙体、燃烧室、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、空气喷嘴通道和煤气空气快速预混合环道，燃烧室墙体的球形拱顶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支撑在炉壳上，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连接在燃烧器墙体内的煤气分配环道与空气分配环道，煤气分配环道的内侧环墙上环形均布有多个矩形截面的煤气喷嘴通道，煤气喷嘴通道离开煤气分配环道的内侧环墙后，以水平倾斜方向与砌筑在燃烧器墙体内的煤气与空气预混合环道相连通，空气分配环道的内侧环墙上环形均布有多个矩形截面的空气喷嘴通道，空气喷嘴通道离开空气分配环道的内侧环墙后，转折向上与砌筑在燃烧器墙体内的煤气与空气快速预混合环道的底部相连通，煤气与空气快速预混合环道为矩形截面，其上部内侧环墙墙面上按交错排列设置有矩形截面的绕流柱，绕流柱顶部为预混气环形喷口 ；燃烧器墙体的圆筒体上部设置有热风出口管，燃烧器墙体的下部圆筒体内侧为锥形开孔的墙体，其内侧与由小圆筒接圆锥筒、再接大圆筒组成的收缩状蓄热室墙体圆锥段外侧构成阶梯缝式相互间滑移的套接迷宫密封连接结构；蓄热室墙体的下部圆筒体内水平设置有支撑蓄热体的多孔板状的炉箅子，炉箅子支撑在炉底上面的多根支撑柱上，蓄热室内有自炉箅子向上堆砌至燃烧器上端面的格子砖或耐火球构成的多孔蓄热体；炉箅子下部的蓄热室墙体及炉底之间的内部空间构成冷风室，下部的蓄热室墙体上有与冷风室相通、并垂直其轴线的烟气出口管和冷风进口管，冷风室墙体是圆筒状蓄热室墙体的延伸而炉底是其端部封头。
[0005]本实用新型结构新颖独特，是在现有热风炉炉型结构基础上的创新，能有效实现热风炉燃烧装置的快速均混与高强度燃烧，蓄热换热装置的强化传热与高热利用率，合理的结构设计保证热风炉安全而稳定地高效、高热强度与高送风温度地运行，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为本实用新型的剖面主视图。
[0007]图2为本实用新型图1中A-A截面图。
[0008]图3为本实用新型图1中B-B向视图。
[0009]图4为本实用新型煤气空气快速预混合环道剖面图。
【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1、图2及图3所示，本实用新型的结构包括燃烧室墙体la、燃烧室2、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和煤气空气快速预混合环道9，燃烧室墙体Ia的球形拱顶内锥形堆放有助燃陶瓷多孔体12a，燃烧室墙体Ia和其下部的圆筒体状的燃烧器墙体Ib连成一体支撑在炉壳上，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分别垂直连接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的内侧环墙上环形均布有多个矩形截面的煤气喷嘴通道7，煤气喷嘴通道7离开煤气分配环道5的内侧环墙后，以水平倾斜方向与砌筑在燃烧器墙体内的煤气与空气预混合环道9相连通，空气分配环道6的内侧环墙上环形均布有多个矩形截面的空气喷嘴通道8，空气喷嘴通道8离开空气分配环道6的内侧环墙后，转折向上与砌筑在燃烧器墙体内的煤气与空气快速预混合环道9的底部相连通，煤气与空气快速预混合环道9为矩形截面，其上部内侧环墙墙面上按交错排列设置有矩形截面的绕流柱9a，绕流柱9a顶部为预混气环形喷口 9b ;燃烧器墙体Ib的圆筒体上部设置有热风出口管17，燃烧器墙体Ib的下部圆筒体内侧为锥形开孔的墙体，其内侧与由小圆筒接圆锥筒、再接大圆筒组成的收缩状蓄热室墙体Ic圆锥段外侧构成阶梯缝式相互间滑移的套接迷宫密封连接结构18 ;蓄热室墙体Ic的下部圆筒体内水平设置有支撑蓄热体12的多孔板状的炉箅子13，炉箅子13支撑在炉底Id上面的多根支撑柱(13a)上，蓄热室10内有自炉箅子向上堆砌至燃烧器上端面的格子砖或耐火球构成的多孔蓄热体12 ;炉箅子13下部的蓄热室墙体Ic及炉底Id之间的内部空间构成冷风室14，下部的蓄热室墙体Ic上有与冷风室相通、并垂直其轴线的烟气出口管16和冷风进口管15，冷风室墙体是圆筒状蓄热室墙体的延伸而炉底Id是其端部封头。
[0012]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火材料低蠕变高铝砖或红柱石高铝砖构成的内层、轻质耐火材料构成的外层和外层外面的复合保护层结合在一起，复合保护层是由陶瓷纤维棉与喷涂层复合在一起构成，燃烧室内锥形堆放由高温抗热震性能好、防粘附的砖形格子组成的助燃陶瓷多孔体11，燃烧器墙体内侧与蓄热室上部墙体外侧连接，连接处内的蓄热室10堆砌第一蓄热体12a，第一蓄热体12a由砖孔或格孔互通或气流互通的格子砖构成，其上部与助燃陶瓷多孔体11相连通，热风出口管17与燃烧器墙体Ib上部垂直连接(热风出口管采用耐高温且性能稳定的耐火材料砌筑而成，如低蠕变高铝砖、红柱石刚玉砖等)。
[0013]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分别设置在燃烧器墙体Ib的上部与下部，煤气进气管3和空气进气管4分别垂直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。
[0014]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水平煤气喷嘴通道7和空气喷嘴通道8，煤气喷嘴通道7和空气喷嘴通道8的截面均为扇形或矩形，煤气喷嘴通道7以O?45°水平倾角从煤气与空气快速混合环道9的侧墙接入，空气喷嘴通道8离开空气分配环道6之后，转折向上接煤气与空气快速混合环道9的底部。
[0015]所述的煤气与空气预混合环道9其横截面为矩形，其上部设置预混气环形喷口%，内侧环墙上按交错排列设置有截面为矩形的绕流柱9a，构成气流的曲折环形通道(环形通道部位的材料均由抗热震性能良好的耐火制品砌筑)。
[0016]所述的蓄热室墙体Ic是在金属外壳内壁从上到下分别砌筑娃质砖或红柱石质砖、高铝质砖、粘土质砖耐火材料构成的圆筒体；所述的多孔蓄热体12由从上到下依次堆放于蓄热室中的硅质格子砖或硅质耐火球第一蓄热体12a、红柱石高铝格子砖或致密高铝耐火球第二蓄热体12b和红柱石粘土格子砖或高铝耐火球第三蓄热体12c，格子砖的格孔为锥形圆孔，格孔与格孔之间有互通的沟槽，堆砌蓄热体的炉箅子13为耐热铸铁制成的多孔体，置于耐热铸铁制成的支撑柱13a上。
[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粘土砖耐火材料，并与蓄热室下部墙体Ic连成一体结构，蓄热室墙体Ic下端与圆盘形的炉底Id固定在一起，炉底内设置有加强稳定性的井字形槽工字钢。
[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，分别从外侧面和底部进入煤气与空气快速预混合环道9，在其中相互快速混合形成预混气流，由于煤气喷嘴通道7为倾斜接入，会在煤气与空气预混合环道9中形成强旋流的预混气流，之后再从煤气与空气快速预混合环道9上部经按交错排列设置的矩形截面的绕流柱9a的曲折通道而垂直向，再经预混气环形喷口 9b而喷射进入燃烧室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，在经高温烟气回流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室内堆砌的蓄热体中，在均匀进行热交换之后从烟气出口管流出。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快速强旋流预混合、经绕流柱群后形成均匀环形射流而垂直上喷，经折返的旋流回流预热而高强度燃烧的燃烧方式，以及燃烧室内堆砌助燃多孔体的应用，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，蓄热室上部横截面积小于下部，其目的在于强化高温区段的热交换能力，有利于燃烧初期热风炉上部温度的快速提升，同时也有利于送风阶段热风温度的提高。因此，相对于采用其他气体燃烧装置的热风炉而言，由于本实用新型提出的燃烧装置是通过旋流预混合环道快速混合而实现煤气与空气的快速与均混、借多孔体(蓄热体)中回流预热、稳焰与高强度燃烧，以及均匀进入蓄热体中气流分布有利于实现热风炉蓄热室中的高效率传热，这就能极大地改善采用本燃烧装置的热风炉的热工性能，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。
【权利要求】
1.一种煤气与空气强旋预混绕流上喷蓄热体回流燃烧的热风炉，包括燃烧室墙体(la)、燃烧室(2)、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)和煤气空气快速预混合环道(9)，其特征在于，燃烧室墙体(1a)的球形拱顶内锥形堆放有助燃陶瓷多孔体(12a)，燃烧室墙体(1a)和其下部的圆筒体状的燃烧器墙体(1b)连成一体支撑在炉壳上，燃烧器墙体(1b)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)分别垂直连接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)的内侧环墙上环形均布有多个矩形截面的煤气喷嘴通道(7)，煤气喷嘴通道(7)离开煤气分配环道(5)的内侧环墙后，以水平倾斜方向与砌筑在燃烧器墙体内的煤气与空气预混合环道(9)相连通，空气分配环道(6)的内侧环墙上环形均布有多个矩形截面的空气喷嘴通道(8)，空气喷嘴通道(8)离开空气分配环道(6)的内侧环墙后，转折向上与砌筑在燃烧器墙体内的煤气与空气快速预混合环道(9)的底部相连通，煤气与空气快速预混合环道(9)为矩形截面，其上部内侧环墙墙面上按交错排列设置有矩形截面的绕流柱(9a)，绕流柱(9a)顶部为预混气环形喷口(9b);燃烧器墙体(1b)的圆筒体上部设置有热风出口管(17)，燃烧器墙体(1b)的下部圆筒体内侧为锥形开孔的墙体，其内侧与由小圆筒接圆锥筒、再接大圆筒组成的收缩状蓄热室墙体(1c)圆锥段外侧构成阶梯缝式相互间滑移的套 接迷宫密封连接结构(18);蓄热室墙体(1c)的下部圆筒体内水平设置有支撑蓄热体(12)的多孔板状的炉箅子(13)，炉箅子(13)支撑在炉底(1d)上面的多根支撑柱(13a)上，蓄热室(10)内有自炉箅子向上堆砌至燃烧器上端面的格子砖或耐火球构成的多孔蓄热体(12);炉箅子(13)下部的蓄热室墙体(1c)及炉底(1d)之间的内部空间构成冷风室(14)，下部的蓄热室墙体(1c)上有与冷风室相通、并垂直其轴线的烟气出口管(16)和冷风进口管(15)。
2.根据权利要求1所述的煤气与空气强旋预混绕流上喷蓄热体回流燃烧的热风炉，其特征在于，所述的燃烧室墙体(1a)和燃烧器墙体(1b)为金属外壳内壁上砌筑耐高温1300 V~1500 V的耐火材料层构成,耐高温的耐火材料层由重质耐火材料低蠕变高铝砖或红柱石高铝砖构成的内层、轻质耐火材料构成的外层和外层外面的复合保护层结合在一起，复合保护层是由陶瓷纤维棉与喷涂层复合在一起构成，燃烧室内锥形堆放由高温抗热震性能好、防粘附的砖形格子组成的助燃陶瓷多孔体(11)，燃烧器墙体内侧与蓄热室上部墙体外侧连接，连接处内的蓄热室(10)堆砌第一蓄热体(12a)，第一蓄热体(12a)由砖孔或格孔互通或气流互通的格子砖构成，其上部与助燃陶瓷多孔体(11)相连通，热风出口管(17)与燃烧器墙体(1b)上部垂直连接。
3.根据权利要求1所述的煤气与空气强旋预混绕流上喷蓄热体回流燃烧的热风炉，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)空气进气管(4)分别设置在燃烧器墙体(1b)的上部与下部，煤气进气管(3)和空气进气管(4)分别垂直连接设置在燃烧器墙体(1b)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所述的煤气与空气强旋预混绕流上喷蓄热体回流燃烧的热风炉，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水平煤气喷嘴通道(7)和空气喷嘴通道(8)，煤气喷嘴通道(7)和空气喷嘴通道(8)的截面均为扇形或矩形，煤气喷嘴通道(7)以O~45°水平倾角从煤气与空气快速混合环道(9)的侧墙接入，空气喷嘴通道(8)离开空气分配环道(6)之后，转折向上接煤气与空气快速混合环道(9)的底部。
5.根据权利要求1所述的煤气与空气强旋预混绕流上喷蓄热体回流燃烧的热风炉，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，其上部设置预混气环形喷口(%)，内侧环墙上按交错排列设置有截面为矩形的绕流柱(9a)，构成气流的曲折环形通道。
6.根据权利要求1所述的煤气与空气强旋预混绕流上喷蓄热体回流燃烧的热风炉，其特征在于，所述的蓄热室墙体(Ic)是在金属外壳内壁从上到下分别砌筑硅质砖或红柱石质砖、高铝质砖、粘土质砖耐火材料构成的圆筒体；所述的多孔蓄热体(12)由从上到下依次堆放于蓄热室中的硅质格子砖或硅质耐火球第一蓄热体(12a)、红柱石高铝格子砖或致密高铝耐火球第二蓄热体(12b)和红柱石粘土格子砖或高铝耐火球第三蓄热体(12c)，格子砖的格孔为锥形圆孔，格孔与格孔之间有互通的沟槽，堆砌蓄热体的炉箅子(13)为耐热铸铁制成的多孔体，置于耐热铸铁制成的支撑柱(13a)上。
7.根据权利要求1所述的煤气与空气强旋预混绕流上喷蓄热体回流燃烧的热风炉，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粘土砖耐火材料，并与蓄热室下部墙体(1c)连成一体结构,蓄热室墙体(1c)下端与圆盘形的炉底(Id)固定在一起，炉底内设置有加强稳定性的井字形槽工字钢。
【文档编号】C21B9/00GK203683569SQ201320860778
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】陈维汉, 陈云鹤, 杨海涛, 张佳鹏 申请人:陈维汉