專利名稱：熱風(fēng)總管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種熱風(fēng)總管，特別是涉及與高爐一起使用的熱風(fēng)爐所用的熱風(fēng)總管。
背景技術(shù)：
一般的熱風(fēng)爐供應(yīng)熱風(fēng)，而熱風(fēng)的溫度在熱風(fēng)爐送風(fēng)周期的過程中可關(guān)于它的目標(biāo)溫度改變100 V左右。在送風(fēng)周期的末期的最低溫度與高爐的所需熱風(fēng)溫度相同，也即與目標(biāo)溫度相同。為了產(chǎn)生熱風(fēng)供應(yīng)，通過燃料氣體將能量送入系統(tǒng)中，這些燃料氣體通常包括高爐氣體和濃縮氣體。由于熱風(fēng)爐的工作方式，要在整個(gè)送風(fēng)周期期間供應(yīng)恒定的熱風(fēng)溫度是不可能的，因而在送風(fēng)周期的初期的溫度比所需的溫度要高。接著，熱風(fēng)溫度隨著送風(fēng)周期的進(jìn)程而冷卻并最終到達(dá)目標(biāo)溫度。當(dāng)熱風(fēng)爐在高爐中產(chǎn)生處于比所需溫度高的溫度下的熱風(fēng)的時(shí)候，通過使熱風(fēng)與受控量的已經(jīng)繞過熱風(fēng)爐的冷風(fēng)混合來平衡溫度，以將送往熱風(fēng)爐的熱風(fēng)溫度保持恒定。在熱風(fēng)處于其最高溫度時(shí)的送風(fēng)周期初期，混合的冷風(fēng)的量較大，然后，隨著熱風(fēng)溫度朝最終的目標(biāo)溫度降低，冷風(fēng)的量在送風(fēng)周期的進(jìn)程中逐漸地減小。然而，熱風(fēng)爐這樣的工作方式所帶來的影響是，在送風(fēng)周期的初期有大量的過剩
能量被浪費(fèi)。

實(shí)用新型內(nèi)容根據(jù)本實(shí)用新型的第一方面，一種用于將熱風(fēng)爐連接至高爐的熱風(fēng)總管還包括無源輔助熱單元；其中，所述無源輔助熱單元包括耐火材料；并且其中，所述耐火材料包括穿設(shè)有通風(fēng)孔的耐火塊、耐火板或耐火磚，所述耐火塊，耐火板或耐火磚與在所述熱風(fēng)爐本身中使用的耐火塊、耐火板或耐火磚具有相同的設(shè)計(jì)。無源輔助熱單元通過使用在送風(fēng)循環(huán)開始時(shí)(此時(shí)熱風(fēng)超過目標(biāo)溫度)的過剩熱量來減少能量損耗，以便之后在送風(fēng)循環(huán)中當(dāng)熱風(fēng)的溫度開始下降到目標(biāo)溫度以下時(shí)，將其保持在所需的溫度。通過使用與在爐本身內(nèi)使用的耐火塊、耐火板或耐火磚具有相同設(shè)計(jì)的穿設(shè)有通風(fēng)孔的耐火塊、耐火板或耐火磚，簡化了制造并節(jié)省了成本。設(shè)置了多個(gè)小的通風(fēng)孔，使得送風(fēng)能夠穿過這些材料并在通過時(shí)供應(yīng)或吸收熱量。優(yōu)選地，所述熱風(fēng)總管的一部分區(qū)段填充有耐火材料優(yōu)選地，所述無源輔助熱單元包括插入到所述熱管總管中的延伸部。優(yōu)選地，所述熱風(fēng)總管的襯有耐火材料的區(qū)段的內(nèi)部橫截面具有不小于緊鄰的總管的內(nèi)部橫截面的面積。這使得填充所述熱風(fēng)總管的一部分對(duì)通過系統(tǒng)的送風(fēng)速度和壓力下降帶來的影響最小化。優(yōu)選地，所述延伸部包括聯(lián)接至所述熱風(fēng)總管的混合器罐；或者包括所述熱風(fēng)總管的曲線的或擴(kuò)展的區(qū)段。[0011]可以通過布置成產(chǎn)生方向上的變化的多個(gè)直的區(qū)段來制造彎曲部。熱風(fēng)總管的擴(kuò)展區(qū)段可與總管完全成直線，或者可以包括一個(gè)或多個(gè)彎曲部。優(yōu)選地，所述總管還包括冷風(fēng)混合器。可使用冷風(fēng)混合器的多種設(shè)計(jì)，但優(yōu)選地，所述冷風(fēng)混合器包括指式混合器或混
合器罐。根據(jù)本實(shí)用新型的第二方面，一種熱風(fēng)爐包括根據(jù)第一方面的熱風(fēng)總管。優(yōu)選地，所述爐包括第一室和第二室。優(yōu)選地，所述第一室包括燃燒室，所述第二室包括蓄熱室。優(yōu)選地，所述爐還包括溫度感測裝置和冷風(fēng)控制單元，由此，輸入到所述熱風(fēng)總管 的冷風(fēng)的比例被控制以達(dá)到目標(biāo)送風(fēng)溫度。相對(duì)于傳統(tǒng)的熱風(fēng)爐而言，在熱風(fēng)爐的工作期間所需的冷風(fēng)的總量減少了，這是因?yàn)闊o源輔助熱單元使熱風(fēng)溫度更長時(shí)間地更加接近目標(biāo)溫度。

將參照附圖對(duì)根據(jù)本實(shí)用新型的熱風(fēng)總管和熱風(fēng)爐的示例進(jìn)行描述，在附圖中圖Ia示出了典型的高爐布置的示例，其中由熱風(fēng)爐通過熱風(fēng)總管供應(yīng)熱風(fēng)；圖Ib至Id示出了當(dāng)在循環(huán)模式下工作時(shí)，熱風(fēng)爐的氣體處理和送風(fēng)周期的多種組合；圖2a示出了使用根據(jù)本實(shí)用新型的熱風(fēng)總管產(chǎn)生熱風(fēng)的第一階段；圖2b示出了使用根據(jù)本實(shí)用新型的熱風(fēng)總管產(chǎn)生熱風(fēng)的第二階段；圖2c示出了使用根據(jù)本實(shí)用新型的熱風(fēng)總管產(chǎn)生熱風(fēng)的第三階段；圖3是示出在熱風(fēng)爐中的不同點(diǎn)處溫度隨時(shí)間的變化的曲線圖；圖4示出了典型的熱風(fēng)總管的橫截面；圖5示出了根據(jù)本實(shí)用新型的熱風(fēng)總管中的擴(kuò)展區(qū)段；圖6示出了根據(jù)本實(shí)用新型的包括耐火材料的擴(kuò)展區(qū)段或混合器罐示例的橫截面；圖7示出了本實(shí)用新型的替代實(shí)施方式，其中對(duì)熱風(fēng)總管結(jié)合了延伸部以提高效率。
具體實(shí)施方式
如圖Ia所示，在典型的高爐布置中，高爐I經(jīng)由熱風(fēng)總管2接收熱風(fēng)。熱風(fēng)產(chǎn)生于熱風(fēng)爐3中。熱風(fēng)爐包括燃燒室4和蓄熱室5。冷風(fēng)總管6供應(yīng)冷風(fēng)給熱風(fēng)爐的蓄熱室5，并且還經(jīng)由冷風(fēng)旁路7將冷風(fēng)直接供應(yīng)至熱風(fēng)總管2。燃燒氣體源25以及燃燒空氣源26進(jìn)入燃燒室，而廢氣總管27離開蓄熱室5并對(duì)廢氣煙囪28進(jìn)行供給。圖lb、Ic和Id示出了各個(gè)熱風(fēng)爐在其他的爐經(jīng)歷氣體處理循環(huán)時(shí)是怎樣依次地送風(fēng)的。在圖Ib中，爐C正在送風(fēng)而爐A和B處于氣體處理中。在圖Ic中，爐B正在送風(fēng)而爐A和C處于氣體處理中。在圖Id中，爐A正在送風(fēng)而爐B和C處于氣體處理中。如上文中所解釋的，除了在循環(huán)的末期(此時(shí)，熱風(fēng)處于目標(biāo)溫度，無需冷卻)外，傳統(tǒng)的熱風(fēng)爐都必須產(chǎn)生處于適當(dāng)?shù)馗哂谒璧臒犸L(fēng)溫度的溫度下的熱風(fēng)并通過冷風(fēng)的添加將熱風(fēng)冷卻到所需的溫度。然而，這很浪費(fèi)能量。本實(shí)用新型通過提供無源輔助熱單元(溫度恢復(fù)單元(TRU)) 10來解決該問題，該無源輔助熱單元10能夠吸收在熱風(fēng)產(chǎn)生循環(huán)的早期產(chǎn)生的過剩熱量中的一些，并在熱風(fēng)溫度隨時(shí)間而降低的過程中，將此熱量返回至熱風(fēng)。該無源輔助熱單元使用穿設(shè)有通風(fēng)孔的耐火塊、耐火板或耐火磚(與堆砌蓄熱室所使用的相同)。這通過減少所需的部件的數(shù)量而簡化了制造，并且，由于不需要為熱吸收單元制造任何特別的耐火產(chǎn)品，節(jié)省了成本。參照?qǐng)D2a至2c說明實(shí)現(xiàn)熱返回的過程。熱風(fēng)爐3由第一燃燒室4和第二蓄熱室5構(gòu)成。這兩個(gè)室可以是通過位于上方的橫跨件而結(jié)合的獨(dú)立的殼體(外燃燒室爐)，也可以是兩個(gè)室都容納在單個(gè)殼體內(nèi)(內(nèi)燃燒室爐)。蓄熱室5被耐火磚填滿，這些耐火磚帶有大量穿過它們的小通風(fēng)孔。爐在兩個(gè)工作模式下循環(huán)地工作。第一模式為氣體處理循環(huán)，在此氣體處理循環(huán)中，燃燒氣體和空氣在燃燒室4中燃燒。源自于該燃燒的熱煙氣接著穿過圓頂部進(jìn)入到蓄 熱室5中并加熱耐火磚。在氣體處理周期的末期，蓄熱室5中的耐火磚將會(huì)吸收了足夠的熱量以保證在送風(fēng)周期的末期時(shí)的特定熱風(fēng)溫度。第二工作模式為送風(fēng)周期，在此送風(fēng)周期中，冷風(fēng)在蓄熱室的底部被吹到爐中。此風(fēng)接著向上穿過耐火磚，沿著此路徑吸收熱量并因此升高此風(fēng)的溫度。由于冷風(fēng)在送風(fēng)周期期間持續(xù)地從耐火磚上吸收熱量，因此冷風(fēng)達(dá)到的溫度將在送風(fēng)周期期間自然地降低。這意味著，為了保證在送風(fēng)周期的末期的溫度，初始送風(fēng)溫度必須高于目標(biāo)數(shù)。來自于爐的熱風(fēng)溫度已經(jīng)達(dá)到爐的目標(biāo)水平因此無需冷風(fēng)混合的時(shí)刻預(yù)示著爐的熱風(fēng)周期的結(jié)束。此時(shí)，將改為由按次序的下一個(gè)爐開始供應(yīng)熱風(fēng)，而第一爐則將重新進(jìn)入氣體處理周期，在此氣體處理周期期間，在第一室中發(fā)生燃燒，供應(yīng)熱量給第二室以再次升高蓄熱室磚的溫度并恢復(fù)在送風(fēng)周期期間損失的熱量。如圖2a所示，在本示例中處于大約200°C的冷風(fēng)被供應(yīng)到第二室5中并且然后進(jìn)入到第一室4中。當(dāng)冷風(fēng)穿過第二室5時(shí)，其從蓄熱室磚吸熱，因此升高了冷風(fēng)的溫度。為了將冷風(fēng)的溫度減小并控制在爐所需的水平，已經(jīng)繞過了爐本身的冷風(fēng)的進(jìn)一步供應(yīng)將在之后在混合站8處被添加到熱風(fēng)總管中。熱風(fēng)和冷風(fēng)的組合可以以多種方式來執(zhí)行，例如，通過指式混合器來執(zhí)行，其實(shí)際上是在熱風(fēng)總管的外側(cè)周圍添加冷風(fēng)入口，或者通過使用混合器罐來執(zhí)行，即，使用進(jìn)行混合的單獨(dú)容器。在送風(fēng)周期開始時(shí)，熱風(fēng)爐產(chǎn)生處于其最高溫度的送風(fēng)，在本示例中為1325°C。來自此送風(fēng)的熱量接著被吸收在無源輔助熱單元10中，從而降低了送風(fēng)的溫度，在本示例中，溫度降低到大約1270°c。在這之后，通過與已經(jīng)繞過爐的冷風(fēng)8的氣流的混合，該送風(fēng)溫度降至其約為1250°C的最終水平。在大致為送風(fēng)周期的中段的某個(gè)點(diǎn)上，來自爐的下降的送風(fēng)溫度和溫度恢復(fù)單元中的磚的上升的溫度將重疊。這在圖2b中示出，其中來自蓄熱室5的熱風(fēng)約為1275°C，這與無源輔助熱單元中的耐火材料的溫度相同。在接近送風(fēng)周期的末期的過程中，來自爐以及因此在熱單元的入口 12處的熱風(fēng)11的溫度仍將下降，在本示例中約為1225°c，同時(shí)，熱單元10中的磚的溫度也將下降，因此它們把熱量給了熱風(fēng)氣流。如圖2c所示，在送風(fēng)周期的末期，來自熱單元10的出口 13的氣流應(yīng)當(dāng)處于高爐的約為1250°C的目標(biāo)溫度。此時(shí)，不需要冷風(fēng)混合，這標(biāo)志著該爐的送風(fēng)周期的結(jié)束，并使串聯(lián)的下一個(gè)爐進(jìn)行送風(fēng)并因此開始重新加熱熱單元10的過程。通過在熱風(fēng)爐和冷風(fēng)混合站之間在熱風(fēng)總管中安裝基于耐火材料的吸熱單元，該單元用作初始階段中的無源儲(chǔ)熱裝置，其吸收來自送風(fēng)周期的初期時(shí)的過剩的熱量，并且在后面的階段用作無源熱源，從而在熱風(fēng)溫度比單元的溫度低時(shí)將熱量返回至熱風(fēng)。這意味著，在混合器之前的送風(fēng)溫度的變化被減少，并且用于混合所需的冷風(fēng)的量也被減少。而且，在熱單元10的出口 13處的最終送風(fēng)溫度比熱風(fēng)爐的出口 11處的最終溫度高，因而能夠在降低熱風(fēng)爐處的最終送風(fēng)溫度的同時(shí)保持高爐I中所需的熱風(fēng)溫度。由于工作溫度的降低，這帶來了燃料氣體的節(jié)省以及熱風(fēng)爐的增加的服務(wù)壽命。本實(shí)用新型對(duì)在送風(fēng)周期的初期產(chǎn)生的過剩的熱風(fēng)溫度進(jìn)行了有成效的利用，以降低熱風(fēng)爐所需的工作溫度以及減小冷風(fēng)混合器單元所需的尺寸。圖3以曲線圖的方式示出了氣體和磚的溫度是怎樣在熱單元的入口 12和出口 13之間變化的。在本示例中，氣體入口溫度的變化范圍約為100°c，氣體出口溫度的變化范圍 約為38°C。當(dāng)氣體入口溫度處于其最低點(diǎn)時(shí)，氣體出口溫度通常比其高25°C左右。圖4示出了典型的熱風(fēng)總管的橫截面。設(shè)有多種絕緣等級(jí)的層，其中較高的等級(jí)朝向內(nèi)側(cè)。在圖4的示例中示出了具有四個(gè)層的熱風(fēng)總管，其最外層為115級(jí)絕緣，接著是125級(jí)絕緣，再接下來是145級(jí)絕緣，最內(nèi)層則為60%氧化鋁磚。熱風(fēng)總管的尺寸適于容置熱單元，因此該總管在安裝磚的位置處較寬。這是為了控制速度和壓力下降，因?yàn)榇u導(dǎo)致流道面積的顯著減小并因此導(dǎo)致流速的增加。替代的設(shè)計(jì)是可能的，例如，當(dāng)沒有足夠的水平空間可用時(shí)，可使用與混合器罐相似的豎直布置。圖5示出了可以如何將擴(kuò)展區(qū)段添加到熱風(fēng)總管上以容置根據(jù)本實(shí)用新型的無源輔助熱單元10。熱風(fēng)總管2的外部橫截面在該總管的區(qū)段17處增大。熱單元安裝在擴(kuò)展區(qū)段17中，以與熱風(fēng)爐的蓄熱室相似的方式工作。大量耐火材料布置于熱風(fēng)總管2的擴(kuò)展區(qū)段17中，這些耐火材料為適當(dāng)?shù)男问?，例如，穿設(shè)有通風(fēng)孔的耐火塊、耐火板或耐火磚，具有與在熱風(fēng)爐本身內(nèi)使用的耐火材料相同的設(shè)計(jì)。圖6示出了其中的一個(gè)示例，其中擴(kuò)展區(qū)段填充有耐火材料18。在熱風(fēng)周期的初期，送風(fēng)的溫度比單元10中的耐火材料的溫度高。在送風(fēng)周期的整個(gè)初始部分，單元10從熱風(fēng)氣流中吸收熱量，這增加了耐火材料的溫度而且也降低了熱風(fēng)的溫度。如前所述，由于來自熱風(fēng)爐的送風(fēng)溫度在整個(gè)送風(fēng)周期期間中會(huì)下降，因此在送風(fēng)周期的某個(gè)時(shí)刻，送風(fēng)空氣的溫度和耐火材料的溫度將會(huì)相交，并且從時(shí)刻起，熱量流動(dòng)方向?qū)⒎崔D(zhuǎn)，因而送風(fēng)開始從單元中的耐火材料18中吸收熱量。最初，離開單元10的熱風(fēng)溫度仍高于高爐I中所需的溫度，因此仍然需要冷風(fēng)混合來將溫度平衡到所需的水平上。來自熱風(fēng)爐的熱風(fēng)的最終溫度被設(shè)定為使得單元10的最終溫度為高爐中所需的目標(biāo)溫度，這減少了整個(gè)過程所需的能量大小。圖7示出了有助于實(shí)現(xiàn)熱單元10的總體尺寸的減小的實(shí)施方式。不同于僅僅針對(duì)設(shè)置熱單元處的區(qū)段17增大熱風(fēng)總管2的直徑，而是對(duì)熱風(fēng)總管設(shè)置了延伸部20。該延伸部為彎曲形式，其允許在不增加熱風(fēng)爐出口與高爐之間的總距離的情況下使用另一個(gè)方向上的空間。在圖7示出的示例中，該彎曲形式為U形彎管，但是諸如C形或S形之類的其他彎曲形式也是可能的。所需的冷風(fēng)的量通過控制系統(tǒng)計(jì)算。冷風(fēng)由空氣組成，因而可能會(huì)加入一些氧氣和水汽。與熱風(fēng)相比，冷風(fēng)是相對(duì)低溫的。冷風(fēng)的溫度通常為100°c到200°C之間的任何溫度，而在高爐I中的熱風(fēng)溫度為大約1000°C到1250°C。如果高爐中的熱風(fēng)溫度過高，將增大冷風(fēng)流量。如果熱風(fēng)溫度太低，將減小冷風(fēng)流量。在熱單元就位的情況下，不需要改變控制就能夠成功地工作。對(duì)于使用本實(shí)用新型來操作爐而言，溫度的降低比例取決于安裝的單元的尺寸，但通常來說，爐的圓頂處25°C左右的溫度降低是能夠?qū)崿F(xiàn)的。本實(shí)用新型的另一個(gè)優(yōu)勢是，所需的濃縮氣體流量的減少也是可能的。該減少可以多達(dá)20%，這意味著，需要送入的氣體可減少20%，或者，在氣體是在現(xiàn)場生產(chǎn)的情況中，能夠有另外20%的氣體被售賣或使用于其他地方。此外,在新建的爐中,還有減小爐本身的尺寸的可能,這能帶來材料的節(jié)省以及安裝成本的減少。如果有空間，可在現(xiàn)有場地對(duì)熱單元進(jìn)行改造，當(dāng)然這只能在高爐停產(chǎn)期間進(jìn)行。
權(quán)利要求1.一種用于將熱風(fēng)爐連接至高爐的熱風(fēng)總管，其中，所述熱風(fēng)總管還包括無源輔助熱單元；其中，所述無源輔助熱單元包括耐火材料；并且其中，所述耐火材料包括穿設(shè)有通風(fēng)孔的耐火塊、耐火板或耐火磚，所述耐火塊，耐火板或耐火磚與在所述熱風(fēng)爐本身中使用的耐火塊、耐火板或耐火磚具有相同的設(shè)計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的總管，其中，所述熱風(fēng)總管的一部分區(qū)段填充有耐火材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的總管，其中，所述無源輔助熱單元包括插入到所述熱風(fēng)總管中的延伸部。
4.根據(jù)權(quán)利要求5所述的總管，其中，所述延伸部包括聯(lián)接于所述熱風(fēng)總管的混合器罐、彎曲部或所述熱風(fēng)總管的擴(kuò)展區(qū)段中的一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求6所述的總管，其中，所述熱風(fēng)總管的襯有耐火材料的區(qū)段的內(nèi)部橫截面具有不小于緊鄰的總管的內(nèi)部橫截面的面積。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的總管，還包括冷風(fēng)混合器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的總管，其中，所述冷風(fēng)混合器包括指式混合器或混合器罐。
8.一種熱風(fēng)爐，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熱風(fēng)總管。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的爐，包括第一室和第二室。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的爐，其中，所述第一室包括燃燒室，并且所述第二室包括蓄熱室。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的爐，還包括溫度感測裝置和冷風(fēng)控制單元，由此，輸入到所述熱風(fēng)總管的冷風(fēng)的比例被控制以達(dá)到目標(biāo)送風(fēng)溫度。
專利摘要一種適于將熱風(fēng)爐(3)連接至高爐(1)的熱風(fēng)總管(2)，包括無源輔助熱單元(10)。所述無源輔助熱單元包括與在熱風(fēng)爐本身內(nèi)使用的磚具有相同設(shè)計(jì)的磚。
文檔編號(hào)C21B9/00GK202786296SQ20122028849
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者亞歷克斯·邁克爾·史密斯 申請(qǐng)人:西門子奧鋼聯(lián)冶金技術(shù)有限公司