專利名稱:一種采用環(huán)形氣流上噴預(yù)混燃燒回流加熱的頂燃式熱風(fēng)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及熱能工程領(lǐng)域的燃料燃燒與流動傳熱的一種采用環(huán)形氣流 上噴預(yù)混燃燒回流加熱的頂燃式熱風(fēng)爐。
二背景技術(shù):
熱風(fēng)爐是高爐煉鐵中不可缺少的重要附屬設(shè)備,是燃燒裝置(由燃燒器和 燃燒室構(gòu)成)與傳熱-蓄熱裝置(由蓄熱室及其內(nèi)的格子磚構(gòu)成)的組合,按照 兩個裝置的相對位置的不同可分為內(nèi)燃式(兩裝置平行放置且在一個圓筒裝置 中)、外燃式(兩裝置平行放置且各自分放在一個圓筒裝置中)和頂燃式(兩裝 置上下放置,且燃燒裝置在上面)三種大的結(jié)構(gòu)形式。僅就頂燃式熱風(fēng)爐而言, 其燃燒裝置通常是由陶瓷燃燒器和與之配合的拱頂燃燒室構(gòu)成,不同的結(jié)構(gòu)形 式與不同的搭配又能分出很多種型號與名稱。縱觀現(xiàn)有的熱風(fēng)爐燃燒裝置,在 結(jié)構(gòu)與組合上都存在著不同程度的問題,常常會出現(xiàn)熱風(fēng)爐內(nèi)煤氣與空氣混合 不佳(燃燒器問題)和(或)氣流分布不均勻(燃燒器與拱頂間的組合問題), 從而導(dǎo)致燃燒不完全或燃燒不穩(wěn)定、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能差等問題。如果燃燒裝置與 傳熱-蓄熱裝置體的配合上也存在結(jié)構(gòu)上問題,就會造成熱風(fēng)爐傳熱效果差與蓄 熱體利用率低的現(xiàn)象。這樣的熱風(fēng)爐顯然不能滿足高爐對熱風(fēng)的風(fēng)量與風(fēng)溫的 要求,更談不上熱風(fēng)爐的高效、節(jié)能與環(huán)保,也做不到高熱風(fēng)溫度下的安全穩(wěn) 定地運行。因此,改進(jìn)燃燒裝置結(jié)構(gòu)和與傳熱-蓄熱裝置間的布局就成為提高熱 風(fēng)爐性能的有效途徑。
三
實用新型內(nèi)容
基于上述情況,為克服現(xiàn)有技術(shù)之不足,本實用新型目的在于提供一種采 用環(huán)形氣流上噴預(yù)混燃燒回流加熱的頂燃式熱風(fēng)爐,有效解決熱風(fēng)爐流體流動 的合理性與穩(wěn)定性、不同流體混合的充分性與均勻性,從而提高燃燒強(qiáng)度與火 焰穩(wěn)定,且燃燒后的氣流能夠做到速度與溫度的均勻分布,以增強(qiáng)傳熱效果和 提高蓄熱體利用率的問題,其解決的技術(shù)方案是,包括有拱頂、燃燒室、爐體 和燃燒器,拱頂置于燃燒器上部,燃燒器置于爐體上部,爐體下部有爐箅,爐 箅下部為冷風(fēng)室,冷風(fēng)室側(cè)壁上有煙氣出口管和冷風(fēng)進(jìn)口管,所說的燃燒器上部直筒部分與拱頂間構(gòu)成燃燒室,直筒部分上有與燃燒室相通的熱風(fēng)出口管, 燃燒器由外墻與內(nèi)墻組成,下部有蓄熱室,構(gòu)成蓄熱室的爐體上部同軸插入燃 燒器內(nèi),與燃燒器內(nèi)墻對接,燃燒器外墻置于爐體上部外支撐環(huán)板上,由迷宮 式密封連接將爐體內(nèi)蓄熱室與燃燒器構(gòu)成穩(wěn)定的組合體,燃燒器內(nèi)有斜坡狀的 矩形環(huán)道,矩形環(huán)道由傾斜環(huán)道隔墻對稱隔置成向內(nèi)出口逐步收縮的煤氣分配 環(huán)道和空氣分配環(huán)道,煤氣分配環(huán)道最大截面外端有煤氣入口管,空氣分配環(huán) 道最大截面外端有空氣入口管,燃燒器內(nèi)墻與外墻上部間構(gòu)成環(huán)形氣流預(yù)混槽 道,空氣分配環(huán)道經(jīng)空氣噴嘴管同環(huán)形氣流預(yù)混槽道相連通,煤氣分配環(huán)道經(jīng) 煤氣噴嘴管同環(huán)形氣流預(yù)混槽道相連通,煤氣噴嘴管口與空氣噴嘴管口向燃燒 室交錯環(huán)形均勻分布在燃燒器周壁上,環(huán)形氣流預(yù)混槽道上部同燃燒室間置有 均流-阻流擋板組成反沖燃燒結(jié)構(gòu),構(gòu)成蓄熱室的爐體由外墻體及其內(nèi)的三種規(guī) 格的傳熱蓄熱格子磚組成三段等截面同軸對接而成。本實用新型結(jié)構(gòu)獨特,使 用效果好,煤氣與空氣分別從其入口進(jìn)入各自的氣流分配環(huán)道,之后經(jīng)由各自 的的噴嘴管進(jìn)入環(huán)形預(yù)混合槽,在此做初步的混合后經(jīng)過均流-阻流檔塊進(jìn)入燃 燒室著火燃燒,燃燒后煙氣經(jīng)燃燒室拱頂?shù)淖钃醵鄯迪蛳逻M(jìn)入蓄熱室;在此 過程中上升的混合氣流與下降的煙氣流之間會形成一個回流渦旋,在其作用下 下降氣流會向四周分開而形成類似于管內(nèi)流動的速度分布進(jìn)入蓄熱式,也能使 上升混合氣流得到加熱而提前著火;此外,分配通道收縮會使得噴嘴管出口流 速趨于均勻,再加上均流-阻流擋板的作用,使進(jìn)入燃燒室氣流更加均勻與混合 良好,使熱風(fēng)爐形成高強(qiáng)度燃燒和均勻的速度溫度雙均勻的作用,也是本實用 新型反沖預(yù)混預(yù)熱燃燒技術(shù)的核心和獨特之處。
速度溫度雙均勻的高溫氣流進(jìn)入蓄熱室,必須與格子磚組合的格孔的方向 一致,格子磚等截面同軸對接,以保持速度分布狀態(tài)不變,達(dá)到提高傳熱效率 和蓄熱體利用率的目的;傳熱-蓄熱格子磚的三種配置是為了提高高溫區(qū)的蓄熱 能力和低溫區(qū)的傳熱能力,使得格子磚的整體溫度水平得到一定程度的提高; 上下兩段的格子磚設(shè)置有水平通道其目的是增強(qiáng)氣流分布的均勻程度,做到不 僅在燃燒加熱階段,還是在送風(fēng)冷卻階段都能發(fā)揮均勻氣流的作用。
總之,本實用新型以簡單而合理的結(jié)構(gòu),有效地解決噴射氣流混合不佳、燃燒不充分、燃燒氣流速度溫度分布不均、傳熱-蓄熱效果差、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等熱 風(fēng)爐的關(guān)鍵問題,有效地保證了熱風(fēng)爐高效、高溫、安全、穩(wěn)定地運行,進(jìn)而 產(chǎn)生節(jié)省燃料、節(jié)約投資、降低廢氣溫度與排放量、減少環(huán)境污染的良好的經(jīng) 濟(jì)和社會效益。
四
圖1為本實用新型熱風(fēng)爐整體剖面圖。
圖2為本實用新型熱風(fēng)爐燃燒器部分剖面圖。
圖3為本實用新型上段lla、中段llb、下段llc三段所用的三種規(guī)格格子 磚a、 b、 c結(jié)構(gòu)主視圖。
五具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作詳細(xì)的描述。
由圖l、圖2所示,本實用新型包括有拱頂、燃燒室、爐體和燃燒器,拱頂 置于燃燒器上部,燃燒器置于爐體上部,爐體下部有爐箅20,爐箅下部為冷風(fēng) 室19,冷風(fēng)室側(cè)壁上有煙氣出口管21和冷風(fēng)進(jìn)口管18,所說的燃燒器4上部 直筒部分3與拱頂2間構(gòu)成燃燒室1,直筒部分上有與燃燒室相通的熱風(fēng)出口管 16,燃燒器由外墻與內(nèi)墻組成,下部有蓄熱室9,構(gòu)成蓄熱室的爐體上部同軸插 入燃燒器4內(nèi),與燃燒器內(nèi)墻對接,燃燒器外墻置于爐體上部外支撐環(huán)板13上, 由迷宮式密封連接12將爐體內(nèi)蓄熱室9與燃燒器4構(gòu)成穩(wěn)定的組合體,燃燒器 內(nèi)有斜坡狀的矩形環(huán)道,矩形環(huán)道由傾斜環(huán)道隔墻5c對稱隔置成向內(nèi)出口逐步 收縮的煤氣分配環(huán)道5a和空氣分配環(huán)道5b,煤氣分配環(huán)道最大截面外端有煤氣 入口管14,空氣分配環(huán)道最大截面外端有空氣入口管15,燃燒器內(nèi)墻與外墻上 部間構(gòu)成環(huán)形氣流預(yù)混槽道7,空氣分配環(huán)道5b經(jīng)空氣噴嘴管6b同環(huán)形氣流預(yù) 混槽道7相連通,煤氣分配環(huán)道5a經(jīng)煤氣噴嘴管6a同環(huán)形氣流預(yù)混槽道7相 連通,煤氣噴嘴管口與空氣噴嘴管口向燃燒室交錯環(huán)形均勻分布在燃燒器周壁 上,環(huán)形氣流預(yù)混槽道7上部同燃燒室間置有均流-阻流擋板8組成反沖燃燒結(jié) 構(gòu),構(gòu)成蓄熱室9的爐體由外墻體17及其內(nèi)的三種規(guī)格的傳熱蓄熱格子磚組成 lla、 llb、 llc三段等截面同軸對接而成。
燃燒室1由倒置懸鏈線繞熱風(fēng)爐軸線旋轉(zhuǎn)而成的殼體內(nèi)砌筑耐火磚構(gòu)成拱
6頂2,再與下部燃燒器4的直筒部分3—起構(gòu)成。
燃燒器4為圓筒形結(jié)構(gòu),在拱頂燃燒室1的下部,其內(nèi)砌筑有矩形截面的 分配環(huán)道,分配環(huán)道由傾斜環(huán)道隔墻5c對稱分隔成逐步收縮的環(huán)道上腔室和環(huán) 道下腔室,環(huán)道上腔室為煤氣分配環(huán)道5a,其上部引出沿周向均勻分布的煤氣 噴嘴管6a,該管引出后向上抵達(dá)環(huán)形氣流預(yù)混槽道7底部的噴出口;環(huán)道下腔 室為空氣分配環(huán)道5b,其下部引出沿周向均勻分布的空氣噴嘴管6b,該管引出 后向上抵達(dá)環(huán)形氣流預(yù)混槽道7下部的噴出口;煤氣與空氣的噴出口呈交錯排 列成環(huán)狀;環(huán)形氣流預(yù)混槽道7由耐火材料砌筑而成,其底部和噴嘴管相通, 而上部則在噴管出口的正上方安放三角形截面的均流-阻流擋板8;環(huán)形氣流預(yù) 混槽道外直徑小于燃燒室直筒部分3的內(nèi)直徑,燃燒器的煤氣、空氣噴嘴管噴 出的環(huán)形上噴氣流進(jìn)入拱頂燃燒室1內(nèi);煤氣與空氣各自的分配環(huán)道5a與5b, 在各自最大截面處分別接入煤氣入口管14和空氣入口管15。
由拱頂2、燃燒室1和置于拱頂下面的燃燒器4 一起組成熱風(fēng)爐的燃燒裝置, 被支撐在熱風(fēng)爐鋼結(jié)構(gòu)外殼的外支承環(huán)板13上,并與下述的蓄熱室9之間有迷 宮式密封連接12,建立穩(wěn)定的爐體結(jié)構(gòu)。
蓄熱室9由爐體的圓筒形外墻體17和放置外墻體內(nèi)的傳熱-蓄熱的三種規(guī) 格的格子磚組成lla、 llb、 llc三段,外墻體下部有支撐爐箅20與其支柱構(gòu)成 的冷風(fēng)室19,其墻體上安裝有煙氣出口管21和冷風(fēng)進(jìn)口管18;蓄熱室9同軸 插入燃燒器4相互對接,之間由迷宮式密封連接12連接,這也是整個熱風(fēng)爐唯 一的一處密封連接。拱頂2上部有儀表插入孔10,便于觀察了解燃燒室內(nèi)溫度, 燃燒室外壁上有人孔ll,利于維修。
所說的三種規(guī)格的傳熱-蓄熱格子磚組成三段不同的蓄熱室爐體內(nèi)墻,三種 格子磚內(nèi)墻的結(jié)構(gòu)各不相同,中段lib是由30mm孔徑的七孔格子磚上下通孔組 成,上段lla由孔間距不變,孔直徑漸變小的格子磚上、下通孔組成,每塊磚 上有孔之間的橫向均勻流道;下段llc由孔間距不變的大孔徑格子磚組成(或 格磚孔徑與中段相同但孔內(nèi)有齒槽以擴(kuò)展傳熱表面使得當(dāng)量孔直徑增加),每塊 磚上有橫向均勻流道(或者不帶)。這樣的組合其目的在于提高蓄熱體的傳熱效 率和整體的利用率,以及蓄熱量分配的合理性,具體參數(shù)由設(shè)計需要確定。圖3
7a、 b、 c給出了上、中、下三種格子磚結(jié)構(gòu),由圖3 a、 b、 c所示三種格子磚 都是多孔(X孔)的正六邊形棱柱體,三種格子磚上、下面相同,上下層與層之 間磚塊的通孔同軸定位交錯排列,有效做到層間的穩(wěn)定和易于調(diào)整磚層的平整, 而又保證了格子磚堆放的通孔率。
從結(jié)構(gòu)力學(xué)上分析,本實用新型主體結(jié)構(gòu)的靜態(tài)受力和動態(tài)受力都十分良 好,燃燒室倒懸連線拱頂承載能力強(qiáng)且保證砌體只承受壓力而不承受剪切應(yīng)力, 拱頂與燃燒器外墻整體連接會使拱頂基礎(chǔ)穩(wěn)定性加強(qiáng);又因燃燒器放置在蓄熱 室內(nèi)墻的外面,整體溫度水平較低而使得燃燒器的熱應(yīng)力狀況比較良好,這也 使的燃燒室與燃燒器組合更加穩(wěn)定;基于蓄熱室與燃燒室不同的受力狀態(tài),他 們之間采用能相互滑移的迷宮式連接方式,這樣既保證相互間沒有應(yīng)力作用又 能做到整體結(jié)構(gòu)的足夠的密封。
總之,本實用新型對整個熱風(fēng)爐采用了先進(jìn)的燃燒技術(shù)和傳熱技術(shù),在保 證性能的基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu)做了合理的簡化,使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得以提高;尤其是預(yù)混 環(huán)道上均流-阻流擋板的安裝,加快了氣流混合和改善了氣流的均勻性;分段設(shè) 置不同結(jié)構(gòu)的格子磚更是合理改進(jìn)了傳熱-蓄熱效果。因此,本實用新型有著明 顯不同于現(xiàn)有陶瓷燃燒器熱風(fēng)爐的獨特之處,是熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)與性能上的突出的 創(chuàng)新,在高效、高溫、節(jié)能、環(huán)保方面其經(jīng)濟(jì)和社會效益不容低估。
權(quán)利要求1、一種采用環(huán)形氣流上噴預(yù)混燃燒回流加熱的頂燃式熱風(fēng)爐,包括有拱頂、燃燒室、爐體和燃燒器,拱頂置于燃燒器上部,燃燒器置于爐體上部,爐體下部有爐箅(20),爐箅下部為冷風(fēng)室(19),冷風(fēng)室側(cè)壁上有煙氣出口管(21)和冷風(fēng)進(jìn)口管(18),其特征在于,所說的燃燒器(4)上部直筒部分(3)與拱頂(2)間構(gòu)成燃燒室(1),直筒部分上有與燃燒室相通的熱風(fēng)出口管(16),燃燒器由外墻與內(nèi)墻組成,下部有蓄熱室(9),構(gòu)成蓄熱室的爐體上部同軸插入燃燒器(4)內(nèi),與燃燒器內(nèi)墻對接,燃燒器外墻置于爐體上部外支撐環(huán)板(13)上,由迷宮式密封連接(12)將爐體內(nèi)蓄熱室(9)與燃燒器(4)構(gòu)成穩(wěn)定的組合體,燃燒器內(nèi)有斜坡狀的矩形環(huán)道,矩形環(huán)道由傾斜環(huán)道隔墻(5c)對稱隔置成向內(nèi)出口逐步收縮的煤氣分配環(huán)道(5a)和空氣分配環(huán)道(5b),煤氣分配環(huán)道最大截面外端有煤氣入口管(14),空氣分配環(huán)道最大截面外端有空氣入口管(15),燃燒器內(nèi)墻與外墻上部間構(gòu)成環(huán)形氣流預(yù)混槽道(7),空氣分配環(huán)道(5b)經(jīng)空氣噴嘴管(6b)同環(huán)形氣流預(yù)混槽道(7)相連通,煤氣分配環(huán)道(5a)經(jīng)煤氣噴嘴管(6a)同環(huán)形氣流預(yù)混槽道(7)相連通,煤氣噴嘴管口與空氣噴嘴管口向燃燒室交錯環(huán)形均勻分布在燃燒器周壁上,環(huán)形氣流預(yù)混槽道(7)上部同燃燒室間置有均流-阻流擋板(8)組成反沖燃燒結(jié)構(gòu),構(gòu)成蓄熱室(9)的爐體由外墻體(17)及其內(nèi)的三種規(guī)格的傳熱蓄熱格子磚組成(11a、11b、11c)三段等截面同軸對接而成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用環(huán)形氣流上噴預(yù)混燃燒回流加熱的頂燃 式熱風(fēng)爐,其特征在于,所說的燃燒室(1)由倒置懸鏈線繞熱風(fēng)爐軸線旋轉(zhuǎn)而 成的殼體內(nèi)砌筑耐火磚構(gòu)成拱頂(2),再與下部一段燃燒器(4)的直筒部分(3) 一起構(gòu)成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用環(huán)形氣流上噴預(yù)混燃燒回流加熱的頂燃 式熱風(fēng)爐,其特征在于,所說的燃燒器(4)為圓筒形結(jié)構(gòu),在拱頂燃燒室(1) 的下部,其內(nèi)砌筑有矩形截面的分配環(huán)道,分配環(huán)道由傾斜環(huán)道隔墻(5c)對 稱分隔成逐步收縮的環(huán)道上腔室和環(huán)道下腔室,環(huán)道上腔室為煤氣分配環(huán)道(5a),其上部引出沿周向均勻分布的煤氣噴嘴管(6a),該管引出后向上抵達(dá) 環(huán)形氣流預(yù)混槽道(7)底部的噴出口;環(huán)道下腔室為空氣分配環(huán)道(5b),其 下部引出沿周向均勻分布的空氣噴嘴管(6b),該管引出后向上抵達(dá)環(huán)形氣流預(yù) 混槽道(7)下部的噴出口;煤氣與空氣的噴出口呈交錯排列成環(huán)狀。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用環(huán)形氣流上噴預(yù)混燃燒回流加熱的頂燃 式熱風(fēng)爐,其特征在于,所說的環(huán)形氣流預(yù)混槽道(7)由耐火材料砌筑而成, 其底部和噴嘴管相通,而上部則在噴管出口的正上方安放三角形截面的均流-阻 流擋板(8);環(huán)形氣流預(yù)混槽道外直徑小于燃燒室直筒部分(3)的內(nèi)直徑,燃 燒器的煤氣、空氣噴嘴管噴出的環(huán)形上噴氣流進(jìn)入拱頂燃燒室(1)內(nèi)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用環(huán)形氣流上噴預(yù)混燃燒回流加熱的頂燃 式熱風(fēng)爐,其特征在于,所說的煤氣分配環(huán)道(5a)與空氣分配環(huán)道(5b),在 各自最大截面處分別接入煤氣入口管(14)和空氣入口管(15)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用環(huán)形氣流上噴預(yù)混燃燒回流加熱的頂燃 式熱風(fēng)爐,其特征在于,所說的由拱頂(2)、燃燒室(1)和置于拱頂下面的燃 燒器(4) 一起組成熱風(fēng)爐的燃燒裝置,被支撐在熱風(fēng)爐鋼結(jié)構(gòu)外殼的外支承環(huán) 板(13)上,并與蓄熱室(9)之間有迷宮式密封連接(12)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用環(huán)形氣流上噴預(yù)混燃燒回流加熱的頂燃 式熱風(fēng)爐,其特征在于,所說的蓄熱室(9)由爐體的圓筒形外墻體(17)和放 置外墻體內(nèi)的傳熱-蓄熱的三種規(guī)格的格子磚組成(lla、 llb、 llc)三段,外 墻體下部有支撐爐箅(20)與其支柱構(gòu)成的冷風(fēng)室(19),其墻體上安裝有煙氣 出口管(21)和冷風(fēng)進(jìn)口管(18);蓄熱室(9)同軸插入燃燒器(4)相互對接, 之間由迷宮式密封連接(12)連接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用環(huán)形氣流上噴預(yù)混燃燒回流加熱的頂燃 式熱風(fēng)爐,其特征在于,所說的拱頂(2)上部有儀表插入孔(10),燃燒室外 壁上有人孔(11)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種釆用環(huán)形氣流上噴預(yù)混燃燒回流加熱的頂燃 式熱風(fēng)爐,其特征在于,所說的三種規(guī)格的傳熱-蓄熱格子磚組成三段不同的蓄 熱室爐體內(nèi)墻,三種格子磚內(nèi)墻的結(jié)構(gòu)各不相同,中段(lib)是由30mm孔徑 的七孔格子磚上下通孔組成,上段(lla)由孔間距不變,孔直徑漸變小的格子 磚上、下通孔組成,每塊磚上有孔之間的橫向均勻流道;下段(lie)由孔間距 不變的大孔徑格子磚組成,每塊磚上有橫向均勻流道,三種格子磚都是多孔的 正六邊形棱柱體,三種格子磚上、下面相同,上下層與層之間磚塊的通孔同軸 定位交錯排列。
專利摘要本實用新型涉及一種采用環(huán)形氣流上噴預(yù)混燃燒回流加熱的頂燃式熱風(fēng)爐,可解決熱風(fēng)爐流體流動的合理性與穩(wěn)定性、不同流體混合的充分性與均勻性的問題,其結(jié)構(gòu)是,拱頂置于爐體上部的燃燒器上部,爐體下部的爐箅下部為冷風(fēng)室,其側(cè)壁上有煙氣出口管和冷風(fēng)進(jìn)口管,燃燒器上部直筒部分與拱頂間構(gòu)成燃燒室,直筒部分上有熱風(fēng)出口管,燃燒器下部有蓄熱室,燃燒器外墻置于爐體上部外支撐環(huán)板上,燃燒器內(nèi)由傾斜環(huán)道隔墻隔置成的煤氣、空氣分配環(huán)道,其外端分別有煤氣、空氣入口管,燃燒器內(nèi)外墻上部間構(gòu)成槽道,空氣、煤氣分配環(huán)道經(jīng)分布在燃燒器周壁上各自的噴嘴管同環(huán)形氣流預(yù)混槽道相連通,槽道上部同燃燒室間有均流-阻流擋板,有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
文檔編號C21B9/00GK201268709SQ20082014998
公開日2009年7月8日 申請日期2008年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月27日
發(fā)明者劉世聚, 劉力銘, 范劍超, 陳維漢 申請人:鄭州豫興耐火材料有限公司