本实用新型涉及冶金行业热风炉技术领域，尤其涉及一种适用于炼铁工艺的热风炉助燃空气分时预热系统。
背景技术：
随着高炉大型化发展以及钢铁行业的成本压力原来越大，高炉强化冶炼、降低焦比显得尤其重要。除了从生产操作水平及原燃料质量等方面入手降低焦比外，提高热风炉送风温度也是极为重要且有效的手段。
为了达到1250℃以上的热风温度，少数钢铁企业采用高热值煤气(焦炉煤气、转炉煤气等)进行烧炉，但国内钢铁厂普遍缺乏高热值煤气，利用单一高炉煤气烧炉来实现高风温仍是各个钢铁企业的首选方案。
为了在单烧高炉煤气的条件下实现高风温，必须对助燃空气及煤气进行预热。常用的方法有：采用分离式热管换热器或板式换热器对助燃空气和煤气进行低温预热、采用附加预热炉或前置燃烧炉对助燃空气进行高温预热等。采用分离式换热器低温双预热的缺点是预热后的助燃空气和煤气温度在180～210℃，无法进一步提高热风炉的拱顶温度，从而提高热风温度；采用附加预热炉或带前置燃烧炉的双预热系统都属于高温预热(煤气预热至～200℃，空气预热至～420℃)，能够满足单烧高炉煤气实现高风温的要求，但存在结构复杂、阀门增多、增加占地、多消耗煤气、系统控制复杂、投资大、运行成本高的缺点而无法广泛应用。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种热风炉助燃空气分时预热系统，以克服现有技术的缺陷。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种热风炉助燃空气分时预热系统，克服现有技术中存在的预热系统结构复杂、能源消耗大、运行成本高等问题，该预热系统既能满足热风炉在烧炉初期积蓄大量热量的需要，又能满足在烧炉中后期提高热风炉拱顶温度的需要，结构简单且成本投入较低。
本实用新型的目的是这样实现的，一种热风炉助燃空气分时预热系统，包括热风炉和助燃风机，所述热风炉的顶部设置有煤气入口和助燃空气入口，所述热风炉的底部设置有废烟气出口，所述废烟气出口与烟囱的底部连通，所述热风炉的内腔下部设置有助燃空气炉内预热装置，所述助燃空气炉内预热装置内设置有炉内助燃空气换热通道和炉内废烟气通道，所述助燃风机的出口能通过助燃空气换热器与所述助燃空气入口连通，所述助燃空气换热器内设置有助燃空气通道和第一废烟气通道，所述助燃空气通道的出口能通过第一助燃空气通路或第二助燃空气通路与所述助燃空气入口连通，所述炉内助燃空气换热通道串接连通于所述第二助燃空气通路上；所述炉内废烟气通道的顶端与所述热风炉的内腔连通，所述炉内废烟气通道的底端与所述废烟气出口连通，所述废烟气出口能顺序通过第一废烟气支路和所述第一废烟气通道与所述烟囱的底部连通。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述煤气入口能通过煤气换热器与高炉煤气供应管路连通，所述煤气换热器内设置有煤气通道和第二废烟气通道，所述煤气通道的出口与所述煤气入口连通；所述废烟气出口还能顺序通过第二废烟气支路和所述第二废烟气通道与所述烟囱的底部连通。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述助燃风机的出口还能通过和所述助燃空气换热器并联设置的助燃空气旁通管与所述助燃空气入口连通，所述煤气入口还能通过煤气旁通管与所述高炉煤气供应管路连通，所述废烟气出口还能通过和所述第一废烟气支路并联设置的第三废烟气支路与所述烟囱的底部连通。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述助燃空气通道的入口与所述助燃风机的出口连通，所述第一助燃空气通路上串接有第一助燃空气通路切断阀，所述第二助燃空气通路包括第一助燃支路和第二助燃支路，所述第一助燃支路的一端与所述助燃空气通道的出口连通，所述第一助燃支路的另一端与所述炉内助燃空气换热通道的一端连通，所述第二助燃支路的一端与所述炉内助燃空气换热通道的另一端连通，所述第二助燃支路的另一端与所述助燃空气入口连通。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第一助燃空气通路上位于所述助燃空气通道的出口与所述第一助燃空气通路切断阀的入口之间的位置连通设置所述第一助燃支路的一端，所述第一助燃支路的另一端与所述炉内助燃空气换热通道的一端连通，所述第一助燃支路上串接有第一助燃支路切断阀；所述第二助燃支路的一端与所述炉内助燃空气换热通道的另一端连通，所述第一助燃空气通路上位于所述第一助燃空气通路切断阀与所述助燃空气入口之间的位置连通设置所述第二助燃支路的另一端，所述第二助燃支路上串接有第二助燃支路切断阀。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第一助燃空气通路上位于所述第二助燃支路的另一端与所述助燃空气入口之间的位置顺序串接有助燃空气调节阀和助燃空气燃烧阀。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述炉内助燃空气换热通道由多个换热管并联构成。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述煤气通道和所述煤气旁通管的出口与所述煤气入口之间顺序串接有煤气调节阀、煤气切断阀和煤气燃烧阀。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述煤气旁通管上串接有能控制所述煤气旁通管连通状态的第一切断阀，所述煤气通道的入口和出口处分别连通设置有第二切断阀和第三切断阀，所述第二废烟气通道的入口和出口处分别连通设置有第四切断阀和第五切断阀。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述助燃空气旁通管上串接有能控制所述助燃空气旁通管连通状态的第六切断阀，所述助燃空气通道的入口和出口处分别连通设置有第七切断阀和第八切断阀，所述第一废烟气通道的入口和出口处分别连通设置有第九切断阀和第十切断阀。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述废烟气出口处设置有烟道阀，所述第三废烟气支路上串接有能控制所述第三废烟气支路连通状态的第十一切断阀。
由上所述，本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统具有如下有益效果：
(1)本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统中，在高炉煤气供应管路和助燃风机的出口处分别连接煤气换热器和助燃空气换热器，热风炉的废烟气出口与煤气换热器和助燃空气换热器分别连通，废烟气分别与煤气和助燃空气进行热交换，实现煤气和助燃空气的一次预热；热风炉的内腔设置助燃空气炉内预热装置，实现助燃空气在热风炉内腔中的二次换热升温，通过提高烧炉末期助燃空气预热后的温度来提高理论燃烧温度，进而提高拱顶温度，增加格子砖的蓄热量；
(2)本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统，通过助燃支路上设置的切断阀即可实现助燃空气通路的切换，控制简便，使用灵活；
(3)本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统的应用不受换热器形式的限制，助燃空气换热器和煤气换热器可以采用现有各种形式的换热器或者其组合形式，助燃空气换热器和煤气换热器能够实现废烟气余热的高效回收；
(4)本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统的应用不受热风炉形式的限制，热风炉可以是顶燃式、外燃式、内燃式或者球式热风炉等不同形式，热风炉助燃空气分时预热系统适用性强，有利于推广应用；
(5)本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统既能满足热风炉在烧炉初期积蓄大量热量的需要，又能满足在烧炉中后期提高热风炉拱顶温度的需要；热风炉助燃空气分时预热系统能充分利用烧炉不同阶段的废烟气余热，提高热风炉最高拱顶温度，从而获得高风温，降低能源消耗；本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统结构简单，占地面积小，灵活性高且成本投入较低，不仅适用于新建热风炉，还适用于热风炉改造工程。
附图说明
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：
图1：为本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统的示意图。
图中：
100、热风炉助燃空气分时预热系统；
1、热风炉；
101、煤气入口；102、助燃空气入口；103、废烟气出口；
2、助燃风机；
3、烟囱；
4、助燃空气炉内预热装置；
51、煤气换热器；511、煤气通道；512、第二废烟气通道；
52、煤气旁通管；
53、煤气调节阀；54、煤气切断阀；55、煤气燃烧阀；
61、助燃空气换热器；611、助燃空气通道；612、第一废烟气通道；
62、助燃空气旁通管；
63、第一助燃空气通路；631、第一助燃空气通路切断阀；
64、第二助燃空气通路；
641、第一助燃支路；6411、第一助燃支路切断阀；
642、第二助燃支路；6421、第二助燃支路切断阀；
65、助燃空气调节阀；66、助燃空气燃烧阀；
71、第一废烟气支路；
72、第二废烟气支路；
73、第三废烟气支路；
74、烟道阀；
81、第一切断阀；82、第二切断阀；83、第三切断阀；84、第四切断阀；85、第五切断阀；86、第六切断阀；87、第七切断阀；88、第八切断阀；89、第九切断阀；810、第十切断阀；811、第十一切断阀；812、第十二切断阀。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。
如图1所示，本实用新型提供一种热风炉助燃空气分时预热系统100，包括热风炉1和助燃风机2，在本实施方式中，热风炉1可以采用顶燃式、外燃式、内燃式或者球式热风炉等多种不同形式，热风炉的数量为多个，多个所述热风炉呈并联设置；热风炉1的顶部设置有煤气入口101和助燃空气入口102，热风炉1的底部设置有废烟气出口103，废烟气出口103与烟囱3的底部连通，热风炉1的内腔下部(炉箅子支柱区域)设置有助燃空气炉内预热装置4，助燃空气炉内预热装置4内设置有炉内助燃空气换热通道和炉内废烟气通道，在本实施方式中，炉内助燃空气换热通道由多个换热管并联构成，实际使用时，通过合理设置换热管，可以对送风期热风炉1底部通过的冷风气流起到均匀分配的作用；助燃风机2的出口能通过助燃空气换热器61或助燃空气旁通管62(助燃空气旁通管62可以用于工艺检修)与助燃空气入口102连通，助燃空气旁通管62与助燃空气换热器61并联设置，助燃空气换热器61可以采用热管换热器或者其他能实现高温废烟气换热的换热器，助燃空气换热器61内设置有助燃空气通道611和第一废烟气通道612，助燃空气通道611的出口能通过第一助燃空气通路63或第二助燃空气通路64与助燃空气入口102连通，炉内助燃空气换热通道串接连通于第二助燃空气通路64上；煤气入口101能通过煤气换热器51或煤气旁通管52与高炉煤气供应管路(现有技术，图中未示出)连通，煤气旁通管52与煤气换热器51并联设置，煤气换热器51可以采用热管换热器或者其他能实现高温废烟气换热的换热器，煤气换热器51内设置有煤气通道511和第二废烟气通道512，煤气通道511的出口与煤气入口101连通，在本实施方式中，煤气通道511和煤气旁通管52的出口与煤气入口101之间顺序串接有煤气调节阀53、煤气切断阀54和煤气燃烧阀55；炉内废烟气通道的顶端与热风炉1的内腔连通，炉内废烟气通道的底端与废烟气出口103连通，废烟气出口103能通过第一废烟气支路71、第二废烟气支路72或通过第三废烟气支路73(第三废烟气支路73可以用于工艺检修)与烟囱3的底部连通，第一废烟气支路71、第二废烟气支路72和第三废烟气支路73并联设置，第一废烟气支路71与第一废烟气通道612串接连通，第二废烟气支路72与第二废烟气通道512串接连通，第一废烟气通道612、第二废烟气通道512的出口与烟囱3的底部连通。在本实施方式中，废烟气出口103处设置有烟道阀74，第三废烟气支路73上串接有能控制第三废烟气支路73连通状态的第十一切断阀811。热风炉1烧炉产生的废烟气先通过助燃空气炉内预热装置4内的炉内废烟气通道自废烟气出口103通过热风炉1，再经第一废烟气支路71和第一废烟气通道612、第二废烟气支路72和第二废烟气通道512或经第三废烟气支路73流向烟囱3排出系统。
本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统中，在高炉煤气供应管路和助燃风机的出口处分别连接煤气换热器和助燃空气换热器，热风炉的废烟气出口与煤气换热器和助燃空气换热器分别连通，废烟气分别与煤气和助燃空气进行热交换，实现煤气和助燃空气的一次预热；热风炉的内腔设置助燃空气炉内预热装置，实现助燃空气在热风炉内腔中的二次换热升温，通过提高烧炉末期助燃空气预热后的温度来提高理论燃烧温度，进而提高拱顶温度，增加格子砖(现有技术)的蓄热量；本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统的应用不受换热器形式的限制，助燃空气换热器和煤气换热器可以采用现有各种形式的换热器或者其组合形式，助燃空气换热器和煤气换热器能够实现废烟气余热的高效回收；本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统的应用不受热风炉形式的限制，热风炉助燃空气分时预热系统适用性强，有利于推广应用；本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统既能满足热风炉在烧炉初期积蓄大量热量的需要，又能满足在烧炉中后期提高热风炉拱顶温度的需要；热风炉助燃空气分时预热系统能充分利用烧炉不同阶段的废烟气余热，提高热风炉最高拱顶温度，从而获得高风温，降低能源消耗；本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统结构简单，占地面积小，灵活性高且成本投入较低，不仅适用于新建热风炉，还适用于热风炉改造工程。
进一步，如图1所示，助燃空气通道611的入口与助燃风机2的出口连通，第一助燃空气通路63上串接有第一助燃空气通路切断阀631，第二助燃空气通路64包括第一助燃支路641和第二助燃支路642，第一助燃支路641的一端与助燃空气通道611的出口连通，第一助燃支路641的另一端与炉内助燃空气换热通道的一端连通，第二助燃支路642的一端与炉内助燃空气换热通道的另一端连通，第二助燃支路642的另一端与助燃空气入口102连通。在本实施方式中，为了更好地利用废烟气的余热，第一助燃支路641的另一端与炉内助燃空气换热通道的底端连通，第二助燃支路642的一端与炉内助燃空气换热通道的顶端连通。在本实施方式中，第一助燃空气通路63上位于前述第二助燃支路642的另一端与助燃空气入口102之间的位置顺序串接有助燃空气调节阀65和助燃空气燃烧阀66。
进一步，如图1所示，第一助燃空气通路63上位于助燃空气通道611的出口与第一助燃空气通路切断阀631的入口之间的位置连通设置前述的第一助燃支路641的一端，第一助燃支路641的另一端与炉内助燃空气换热通道的一端连通，第一助燃支路641上串接有第一助燃支路切断阀6411；第二助燃支路642的一端与炉内助燃空气换热通道的另一端连通，第一助燃空气通路63上位于第一助燃空气通路切断阀631与助燃空气入口102之间的位置连通设置第二助燃支路642的另一端，第二助燃支路642上串接有第二助燃支路切断阀6421。在热风炉烧炉初期，不需要启用助燃空气炉内预热装置4时，关闭第一助燃支路切断阀6411和第二助燃支路切断阀6421，打开第一助燃空气通路切断阀631，助燃空气经第一助燃空气通路63输送到热风炉1中；在热风炉烧炉中后期，需要启用助燃空气炉内预热装置4时，关闭第一助燃空气通路切断阀631，打开第一助燃支路切断阀6411和第二助燃支路切断阀6421，助燃空气经第一助燃支路641、炉内助燃空气换热通道、第二助燃支路642、助燃空气调节阀65和助燃空气燃烧阀66输送到热风炉1中。在实际操作中，可以根据废烟气温度灵活控制热风炉1内助燃空气炉内预热装置4投入使用的时间，该时间可以选择在废烟气温度大于某个设定值的时刻，该设定值可以是220℃、250℃、300℃或其它温度。
进一步，如图1所示，煤气旁通管52上串接有能控制煤气旁通管52连通状态的第一切断阀81，煤气通道511的入口和出口处分别连通设置有第二切断阀82和第三切断阀83，第二废烟气通道512的入口和出口处分别连通设置有第四切断阀84和第五切断阀85。
进一步，如图1所示，助燃空气旁通管62上串接有能控制助燃空气旁通管62连通状态的第六切断阀86，助燃空气通道611的入口和出口处分别连通设置有第七切断阀87和第八切断阀88，第一废烟气通道612的入口和出口处分别连通设置有第九切断阀89和第十切断阀810。
如图1所示，进一步，助燃风机2的数量为多个，多个助燃风机2并联设置，多个助燃风机的出口处分别设置一第十二切断阀812，各第十二切断阀812的出口能与助燃空气通道611的入口或助燃空气旁通管62的入口连通。在本实用新型的一具体实施例中，助燃风机2的数量为两个。
本实用新型的一具体实施例中，热风炉1为顶燃式热风炉，在热风炉1烧炉初期，废烟气温度较低，不需要启用助燃空气炉内预热装置4，此时关闭第一切断阀81、第六切断阀86、第一助燃支路切断阀6411、第二助燃支路切断阀6421和第十一切断阀811，打开第二切断阀82、第三切断阀83、第四切断阀84、第五切断阀85、第七切断阀87、第八切断阀88、第九切断阀89、第十切断阀810、烟道阀74和第一助燃空气通路切断阀631，此时煤气经煤气通道511、煤气调节阀53、煤气切断阀54、煤气燃烧阀55通过煤气入口101进入热风炉1中燃烧，助燃空气经助燃空气通道611、第一助燃空气通路63、助燃空气调节阀65和助燃空气燃烧阀66通过助燃空气入口102进入热风炉1进行助燃；热风炉1内产生的废烟气经第二废烟气通道512和第一废烟气通道612排向烟囱，废烟气在煤气换热器51和助燃空气换热器61内分别与煤气和助燃空气进行热交换，实现煤气和助燃空气的一次预热；
在热风炉烧炉中后期，废烟气的温度升高至大于设定值(例如290℃)之后，启用助燃空气炉内预热装置4，打开第一助燃支路切断阀6411和第二助燃支路切断阀6421，关闭第一助燃空气通路切断阀631，助燃空气经助燃空气通道611、第一助燃支路641、炉内助燃空气换热通道、第二助燃支路642、助燃空气调节阀65和助燃空气燃烧阀66输送到热风炉1中，废烟气在助燃空气炉内预热装置4内与助燃空气进行热交换，实现助燃空气的二次预热。
在本实用新型的一具体实施例中，在热风炉1烧炉时，启用煤气换热器51和助燃空气换热器61而未启用助燃空气炉内预热装置4时，废烟气平均温度在325℃左右，采用煤气换热器51和助燃空气换热器61能将煤气和助燃空气预热至平均温度200℃左右；在热风炉烧炉中后期，启用助燃空气炉内预热装置4，废烟气的一部分热量用来对炉内助燃空气换热通道内的助燃空气进行二次预热，自废烟气出口流出的废烟气平均温度降低至295℃左右，采用煤气换热器51和助燃空气换热器61能将煤气和助燃空气预热至平均温度175℃左右，此时通往炉内助燃空气换热通道的助燃空气平均温度为175℃。热风炉内产生的废烟气的温度不断升高，最高能达到430℃，由于废烟气对助燃空气进行二次预热时，通过炉内废烟气通道的废烟气量与炉内助燃空气换热通道内的助燃空气量的比值是通过第一废烟气通道612的废烟气量与助燃空气通道611的助燃空气量的比值的二倍(炉内废烟气通道的废烟气量有一半通过第二废烟气通道512对煤气进行预热)，废烟气量充足，废烟气能将175℃的助燃空气预热至320℃以上。当烧炉后期助燃空气预热温度达到320℃时，热风炉拱顶温度至少可以提高40℃，送风温度能提高30℃以上。
由上所述，本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统具有如下有益效果：
(1)本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统中，在高炉煤气供应管路和助燃风机的出口处分别连接煤气换热器和助燃空气换热器，热风炉的废烟气出口与煤气换热器和助燃空气换热器分别连通，废烟气分别与煤气和助燃空气进行热交换，实现煤气和助燃空气的一次预热；热风炉的内腔设置助燃空气炉内预热装置，实现助燃空气在热风炉内腔中的二次换热升温，通过提高烧炉末期助燃空气预热后的温度来提高理论燃烧温度，进而提高拱顶温度，增加格子砖的蓄热量；
(2)本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统，通过助燃支路上设置的切断阀即可实现助燃空气通路的切换，控制简便，使用灵活；
(3)本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统的应用不受换热器形式的限制，助燃空气换热器和煤气换热器可以采用现有各种形式的换热器或者其组合形式，助燃空气换热器和煤气换热器能够实现废烟气余热的高效回收；
(4)本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统的应用不受热风炉形式的限制，热风炉可以是顶燃式、外燃式、内燃式或者球式热风炉等不同形式，热风炉助燃空气分时预热系统适用性强，有利于推广应用；
(5)本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统既能满足热风炉在烧炉初期积蓄大量热量的需要，又能满足在烧炉中后期提高热风炉拱顶温度的需要；热风炉助燃空气分时预热系统能充分利用烧炉不同阶段的废烟气余热，提高热风炉最高拱顶温度，从而获得高风温，降低能源消耗；本实用新型的热风炉助燃空气分时预热系统结构简单，占地面积小，灵活性高且成本投入较低，不仅适用于新建热风炉，还适用于热风炉改造工程。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。