專利名稱：預燃室內噴嘴對沖噴射混合回流預熱燃燒的熱風爐的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于為高爐提供高溫鼓風的一種預燃室內噴嘴對沖噴射混合回流預熱燃燒的熱風爐。
背景技術：
當前，高爐熱風爐從節能降耗上考慮要求在燃燒低熱值高爐煤氣下獲得高性能和高效益，而最終達到高效、節能、環保、增產的目的。為此，在熱風爐中必須實現優化的燃燒過程與強化的傳熱過程的結合。這就涉及到燃燒裝置的結構、蓄熱體結構與布置、以及氣流流場的組織。縱觀目前使用的各種熱風爐，其氣體燃燒裝 置均以煤氣與空氣在燃燒空間中混合、預熱、著火燃燒模式為主，這種模式總是存在混合不均、燃燒不完全、燃燒室空間大、燃燒器結構復雜等問題；其燃燒室與蓄熱室中的氣流組織安排不當(流速選擇、氣流分配與控制、旋流與回流狀態的應用等)、導致燃燒室中燃燒氣流的特征變化大、氣流不穩定、燃燒強度低，也會引起蓄熱室中氣流分布不均，降低傳熱效果與蓄熱體的利用率；其蓄熱體的結構與布置均難以按照流場結構和負荷狀態選取，從而整體影響熱風爐的性能和實際使用效果。
發明內容
針對上述情況，為克服現有技術缺陷，本發明之目的就是提供一種預燃室內噴嘴對沖噴射混合回流預熱燃燒的熱風爐，可有效解決煤氣與空氣混合速率低、混合不均勻，燃燒強度低、燃燒溫度低、燃燒不完全、燃燒室空間大和燃燒器結構復雜的問題。本發明解決的技術方案是，包括預燃室墻體、預燃室、燃燒室墻體、燃燒室、熱風出口管、煤氣進氣管、空氣進氣管、煤氣分配環道、空氣分配環道、煤氣噴嘴、空氣噴嘴、蓄熱室、蓄熱體、熱風爐墻體、爐箅子、支撐柱、冷風室、冷風進口管及煙氣出口管，預燃室墻體由上部的球形拱頂和下部的圓筒體組合構成，預燃室墻體內的空間為預燃室，預燃室墻體的圓筒體上垂直其軸線對稱設置煤氣進氣管和空氣進氣管，煤氣進氣管和空氣進氣管分別垂直或傾斜連接煤氣分配環道和空氣分配環道，煤氣分配環道砌筑在預燃室墻體的一半墻體內，空氣分配環道砌筑在預燃室墻體的另一半墻體內，煤氣分配環道和空氣分配環道的內壁上分別對應均置有煤氣噴嘴和空氣噴嘴，煤氣噴嘴和空氣噴嘴均水平徑向聯通預燃室，在煤氣進氣管上方的預燃室墻體上設有垂直其軸線的熱風出口管，預燃室墻體下部的內側與燃燒室墻體上部的外側經直縫式的迷宮密封連接結構實現滑移的無應力作用的重疊式連接；燃燒室墻體的上端為小圓筒體，下端為大圓筒體，中部為錐形筒體，錐形筒體的上下端分別與小圓筒體和大圓筒體經圓弧墻體過渡連接，避免結構的應力集中，燃燒室墻體內的燃燒室的下部有蓄熱室，蓄熱室下部有爐箅子及支撐柱，蓄熱室內有自爐箅子向上堆砌至燃燒室內的蓄熱體，支撐柱置于冷風室內，蓄熱室、爐箅子和冷風室置于熱風爐墻體內，冷風室的下部有和熱風爐墻體固定在一起的爐底，冷風室的側墻上有煙氣出口管和冷風進口管，熱風爐墻體和燃燒室墻體之間經階梯式的迷宮密封連接結構相互呈滑移的套接在一起。本發明在預燃室中煤氣與空氣通過各自的分配環道內側均布的噴嘴，煤氣與空氣沿水平徑向方向進入預燃室，在經回流高溫煙氣預熱后在預燃室中部正面相遇，且在對沖中完成其混合并實現部分的快速且穩定的燃燒，燃燒后的部分高溫煙氣與部分混合氣體進入其下的燃燒室中的蓄熱體中繼續完成燃燒過程，另一部分向上形成回流渦旋再折返向下，在完成對噴嘴噴射出的煤氣與空氣氣流的預熱(實為熱質交換過程)后再向下匯入對沖燃燒過程中向下流動的氣流之中，因這部分氣流的存在而使得整個向下的氣流流場變得較為均勻。熱風爐采用這種燃燒器后，就有效解決了低熱值煤氣燃燒不穩定、燃燒強度弱、燃燒溫度低等關鍵問題；將煤氣與空氣間的邊混合邊燃燒的占用大量燃燒空間的長焰燃燒方式改變為對沖氣流混合、回流預熱煤氣與空氣 、以及預混氣流的快速與高強度燃燒方式。由于燃燒室內的蓄熱體如果采用錐形堆放，還可以使向下的類似于射流的氣流流場變為進入蓄熱體的均勻的氣流流場。采用這種對沖混合蓄熱體中燃燒的方式，既提高了燃燒的完全程度又縮小了燃燒室空間，且借助預燃室內的對沖向上氣流形成的回流渦旋回流既能實現火焰(燃燒)的穩定又能達到再預熱煤氣與空氣而提高局部燃燒溫度的目的。由于部分未燃氣流進入放置在燃燒室中的蓄熱體后，還可一定程度實現格子磚中燃燒而有效提高上部格子磚的溫度，為提供高風溫創造了極為有利的條件。由于蓄熱體采用格孔氣流互通的結構，因其對氣流的調壓均流作用比較強，能有效提高了蓄熱體的利用率和增強熱交換過程，蓄熱室的空間高度也會因此而降低。尤其是在熱風爐的送風階段，蓄熱體的調壓均流作用對于改善冷風氣流分布的均勻性效果更為明顯。因此，相對于采用其他氣體燃燒裝置的熱風爐而言，本發明通過在預燃室中多噴嘴對沖混合而實現對沖回流預熱穩焰與高強度燃燒，且使部分混合氣流在燃燒室堆放的蓄熱體中燃燒，做到一定程度提高格子磚溫度，以及實現蓄熱室中蓄熱體與氣流間的高效率傳熱。這樣就能極大地改善了熱風爐的熱工性能，使得熱風爐能在燃燒低熱值煤氣的條件下，在煤氣與空氣均不預熱的條件下，具備了高效、高風溫、與節能環保的功能。此外，結構的進一步的簡化與緊湊不僅會帶來了投資費用的節省，也為熱風爐結構的穩定提供了基礎條件。
圖I為本發明的剖面主視圖。圖2為本發明圖I中A-A部截面圖。圖3為本發明圖I中B-B部截面圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施方式
作詳細說明。由圖I、圖2及圖3所示，本發明包括預燃室墻體I、預燃室2、燃燒室墻體la、燃燒室2a、熱風出口管3、煤氣進氣管4、空氣進氣管4a、煤氣分配環道5、空氣分配環道5a、煤氣噴嘴6、空氣噴嘴6a、蓄熱室8、蓄熱體、熱風爐墻體7、爐箅子9、支撐柱9a、冷風室10、冷風進口管12及煙氣出口管13，預燃室墻體I由上部的球形拱頂和下部的圓筒體組合構成，預燃室墻體內的空間為預燃室2，預燃室墻體I的圓筒體上垂直其軸線對稱設置煤氣進氣管4和空氣進氣管4a，煤氣進氣管和空氣進氣管分別垂直或傾斜連接煤氣分配環道5和空氣分配環道5a，煤氣分配環道砌筑在預燃室墻體的一半墻體內，空氣分配環道砌筑在預燃室墻體的另一半墻體內，煤氣分配環道和空氣分配環道的內壁上分別對應均置有煤氣噴嘴6和空氣噴嘴6a，煤氣噴嘴和空氣噴嘴均水平徑向聯通預燃室，在煤氣進氣管上方的預燃室墻體上設有垂直其軸線的熱風出口管3，預燃室墻體I下部的內側與燃燒室墻體Ia上部的外側經直縫式的迷宮密封連接結構14實現滑移的無應力作用的重疊式連接；燃燒室墻體Ia的上端為小圓筒體，下端為大圓筒體，中部為錐形筒體，錐形筒體的上下端分別與小圓筒體和大圓筒體經圓弧墻體過渡連接，避免結構的應力集中，燃燒室墻體內的燃燒室2a的下部有蓄熱室8，蓄熱室下部有爐箅子9及支撐柱9a，蓄熱室8內有自爐箅子9向上堆砌至燃燒室2a內的蓄熱體，支撐柱置于冷風室10內，蓄熱室、爐箅子和冷風室置于熱風爐墻體7內，冷風室的下部有和熱風爐墻體固定在一起的爐底11，冷風室的側墻上有煙氣出口管13和冷風進口管12，熱風爐墻體7和燃燒室墻體Ia之間經階梯式的迷宮密封連接結構15相互呈滑移的套接在一起。 所述的預燃室墻體I和燃燒室墻體Ia為金屬外殼內壁上砌筑耐1300°C 1500°C的耐火材料層構成，耐火材料層由重質耐材(低蠕變高鋁磚或紅柱石高鋁磚)為內層、輕質耐材(如輕質硅磚或高鋁聚輕磚)為外層，外層外面上有陶瓷纖維棉，陶瓷纖維棉外面上有噴涂層組合在一起構成；所述的煤氣進氣管4和空氣進氣管4a是在金屬管內壁上砌筑耐火材料(如高鋁磚或粘土磚)構成的圓形通道，煤氣進氣管4和空氣進氣管4a在同一水平面，均以0 30°的角度分別連接截面呈矩形的煤氣分配環道5、空氣分配環道5a，煤氣分配環道和空氣分配環道為在同一水平面內的大小相同的半環形；所述的煤氣分配環道5內壁上部有5個以上沿環道周向均勻分布的煤氣噴嘴6，空氣分配環道5a內壁上部有和煤氣噴嘴對應的5個以上沿環道周向均勻分布的空氣噴嘴6a，煤氣噴嘴和空氣噴嘴的開口截面均為高度大于寬度的矩形；所述的燃燒室墻體Ia的錐形筒體的錐面與水平面間的內夾角a大于或等于60° (圖中給出的是60° );所述的熱風出口管3是用耐高溫且性能穩定的耐火材料(如低蠕變高鋁磚、紅柱石剛玉磚等)砌筑而成；所述的爐箅子9是由耐熱鑄鐵制成的多孔體，置于耐熱鑄鐵制成的支撐柱9a上；所述的熱風爐墻體7是在金屬外殼內壁上砌筑耐火材料(從上到下分別為娃質磚或紅柱石質磚、高招質磚、粘土質磚)構成的圓筒體；所述的蓄熱體為格子磚，是由從上到下依次排列的第一蓄熱體8a、第二蓄熱體Sb、第三蓄熱體8c和第四蓄熱體8d構成,第一蓄熱體8a為娃質格子磚,第二蓄熱體8b為紅柱石高招格子磚,第三蓄熱體8c為紅柱石粘土格子磚,第四蓄熱體8d為粘土格子磚,格子磚的格孔為錐形圓孔，格孔與格孔之間有氣流互通的溝槽，第一蓄熱體8a呈圓錐形或錐臺形置于燃燒室2a中，第二蓄熱體、第三蓄熱體和第四蓄熱體呈圓柱形置于蓄熱室；所述的煙氣出口管13和冷風進口管12為金屬管內壁上砌筑耐火材料(通常為粘土磚)構成的與熱風爐墻體7相聯的一體結構，熱風爐墻體7與圓盤形的爐底11固定在一起，爐底內有按網格狀擺放的工字鋼，以加強結構的穩定性，爐底上固定有置于爐箅子9下部的支撐柱9a。使用本發明時，煤氣與空氣分別進入各自的進氣管后，分別進入煤氣分配環道5和空氣分配環道5a，經各自的噴嘴噴出后并經從預燃室上部折返的高溫回流煙氣預熱后在預燃室中心匯集并以對沖的方式混合后開始燃燒，產生沿預燃室軸線相互沖擊后的上下運動的煙氣流和未完成燃燒的混合氣流，由于受空間結構的約束，主要的氣流是向下流動直接進入燃燒室2a，一部分向預燃室2上部流動，經拱頂折返再從煤氣噴嘴6和空氣噴嘴6a之間的縫隙流進燃燒室2a，隨著上噴氣流的折返，預燃室2的上部空間就形成一個帶渦環結構的氣流流場，成為氣流進行熱量與質量交換的場所，起到快速預熱噴射氣流、迅速著火與保持燃燒穩定的環境；隨著氣流向下進入燃燒室2a中錐形堆放的第一蓄熱體8a完成燃燒過程并產生較高的燃燒溫度后，煙氣以均勻分布的流場狀態依次進入蓄熱室8中的第二蓄熱體Sb、第三蓄熱體Sc和第四蓄熱體8d，待完成熱交換之后進入冷風室10，并通過煙氣出口管13離開熱風爐。熱風爐完成燃燒過程階段之后進入送風階段，冷鼓風從冷風進口管12進入冷風室10，再通過爐箅子9依次進入蓄熱室8中的第四蓄熱體、第三蓄熱體、第二蓄熱體和第一蓄熱體中，并與之進行熱交換，吸收熱量之后逐步變成熱鼓風，并進入燃燒室2a，再通過熱風出口管3送往高爐。上述的燃燒階段與送風階段在一座熱風爐中交替地進行，形成周期性的運行狀態。當兩座以上的熱風爐交替地完成燃燒階段與送風階段時，可以實現連續不斷地向高爐輸送熱鼓風。通常熱風爐是三座或四座組成一個連續向高爐送風的熱風爐系統，以更穩定的方式向高爐提供熱鼓風。 由上述可知，對于燃燒室中氣流混合燃燒的模式，關鍵是快速均勻的混合、回流預熱而迅速地對沖燃燒，使燃燒過程得以在燃燒裝置(預燃室和燃燒室)中完成，使得完成燃燒的空間得到進一步縮小；在此基礎上進一步選擇蓄熱體，通常是用格子磚，通過格子磚的結構調整其中的氣流流動特征，實現蓄熱體中均勻的氣流分布和增強傳熱-蓄熱過程。該熱風爐借助煤氣環道與空氣環道分配氣流，經過周向布置的噴嘴徑向噴射進入預燃室，在受到預燃室上部下來的高溫煙氣的預熱后在預燃室中心實現對沖形成混合氣流并開始著火燃燒，其大部分氣流向下進入燃燒室空間且進入其中堆放的蓄熱體內并完成燃燒過程，另一部分向上燃燒后形成高溫回流氣流后再向下流動進入燃燒室，在此過程中又對噴射出的煤氣與空氣氣流進行預熱，以強化和穩定快速進行的燃燒過程。這樣的混合燃燒過程就能有效克服煤氣與空氣在大容積的燃燒室中混合燃燒模式容易出現的諸多問題，如煤氣與空氣混合速率低、混合不均勻，以及由此導致的燃燒強度低、燃燒溫度低、燃燒不完全、以及需要的燃燒室空間大和燃燒器結構復雜等。總之，本發明的貢獻在于，在原有熱風爐的基礎上將原來的煤氣分配環道和空氣分配環道組合在一起構成一個環道，使燃燒器的結構不但簡化，而且由于煤氣噴嘴和空氣噴嘴在同一水平面內對稱分布，使煤氣和空氣對沖噴射，充分混合均勻，并借助對沖氣流形成的回流渦旋結構，造成回流穩焰與高強度燃燒的環境，隨后進入燃燒室并在其錐形堆放的蓄熱體中完成燃燒過程，并因錐形堆放結構而使噴射而下的氣流形成均流、均溫、高速的進入蓄熱室的煙氣流。蓄熱室中的蓄熱體采用小直徑，大孔間距且格孔與格孔氣流互通的格子磚，以便于進一步調整氣流分布和增強氣流與之的熱交換過程。使用這種結構的熱風爐能夠有效實現熱風爐的高效、高溫、均速、高熱強度、且安全與穩定地運行，繼而達到節省燃料、節約投資、降低廢氣溫度與有害氣體的排放量、減少環境污染的良好效果。
權利要求
1.一種預燃室內噴嘴對沖噴射混合回流預熱燃燒的熱風爐，包括預燃室墻體(I)、預燃室(2)、燃燒室墻體(la)、燃燒室(2a)、熱風出口管(3)、煤氣進氣管(4)、空氣進氣管(4a)、煤氣分配環道(5)、空氣分配環道(5a)、煤氣噴嘴(6)、空氣噴嘴(6a)、蓄熱室(8)、蓄熱體、熱風爐墻體(7)、爐箅子(9)、支撐柱(9a)、冷風室(10)、冷風進口管(12)及煙氣出口管(13)，其特征在于，預燃室墻體(I)由上部的球形拱頂和下部的圓筒體組合構成，預燃室墻體內的空間為預燃室(2)，預燃室墻體(I)的圓筒體上垂直其軸線對稱設置煤氣進氣管(4)和空氣進氣管(4a)，煤氣進氣管和空氣進氣管分別垂直或傾斜連接煤氣分配環道(5)和空氣分配環道(5a)，煤氣分配環道砌筑在預燃室墻體的一半墻體內，空氣分配環道砌筑在預燃室墻體的另一半墻體內，煤氣分配環道和空氣分配環道的內壁上分別對應均置有煤氣噴嘴(6)和空氣噴嘴(6a)，煤氣噴嘴和空氣噴嘴均水平徑向聯通預燃室，在煤氣進氣管上方的預燃室墻體上設有垂直其軸線的熱風出口管(3)，預燃室墻體(I)下部的內側與燃燒室墻體(Ia)上部的外側經直縫式的迷宮密封連接結構(14)實現滑移的無應力作用的重疊式連接；燃燒室墻體(Ia)的上端為小圓筒體，下端為大圓筒體，中部為錐形筒體，錐形筒體的上下端分別與小圓筒體和大圓筒體經圓弧墻體過渡連接，避免結構的應力集中，燃燒室墻體內的燃燒室(2a)的下部有蓄熱室(8)，蓄熱室下部有爐箅子(9)及支撐柱(9a)，蓄熱室(8)內有自爐箅子(9)向上堆砌至燃燒室(2a)內的蓄熱體，支撐柱置于冷風室(10)內，蓄熱室、爐箅子和冷風室置于熱風爐墻體(7)內，冷風室的下部有和熱風爐墻體固定在一起的爐底(11)，冷風室的側墻上有煙氣出口管(13 )和冷風進口管(12 )，熱風爐墻體(7 )和燃燒室墻體(Ia)之間經階梯式的迷宮密封連接結構(15)相互呈滑移的套接在一起。
2.根據權利要求I所述的預燃室內噴嘴對沖噴射混合回流預熱燃燒的熱風爐，其特征在于，所述的預燃室墻體(I)和燃燒室墻體(Ia)為金屬外殼內壁上砌筑耐1300°C 1500°C的耐火材料層構成，耐火材料層由重質耐材為內層、輕質耐材為外層，外層外面上有陶瓷纖維棉，陶瓷纖維棉外面上有噴涂層組合在一起構成。
3.根據權利要求I所述的預燃室內噴嘴對沖噴射混合回流預熱燃燒的熱風爐，其特征在于，所述的煤氣進氣管(4)和空氣進氣管(4a)是在金屬管內壁上砌筑耐火材料構成的圓形通道，煤氣進氣管(4)和空氣進氣管(4a)在同一水平面，均以O 30°的角度分別連接截面呈矩形的煤氣分配環道(5)、空氣分配環道(5a)，煤氣分配環道和空氣分配環道為在同一水平面內的大小相同的半環形。
4.根據權利要求I所述的預燃室內噴嘴對沖噴射混合回流預熱燃燒的熱風爐，其特征在于，所述的煤氣分配環道(5)內壁上部有5個以上沿環道周向均勻分布的煤氣噴嘴(6)，空氣分配環道(5a)內壁上部有和煤氣噴嘴對應的5個以上沿環道周向均勻分布的空氣噴嘴(6a)，煤氣噴嘴和空氣噴嘴的開口截面均為高度大于寬度的矩形。
5.根據權利要求I所述的預燃室內噴嘴對沖噴射混合回流預熱燃燒的熱風爐，其特征在于，所述的燃燒室墻體(Ia)的錐形筒體的錐面與水平面間的內夾角α大于或等于60°。
6.根據權利要求I所述的預燃室內噴嘴對沖噴射混合回流預熱燃燒的熱風爐，其特征在于，所述的熱風出口管(3)是用耐高溫且性能穩定的耐火材料砌筑而成。
7.根據權利要求I所述的預燃室內噴嘴對沖噴射混合回流預熱燃燒的熱風爐，其特征在于，所述的爐箅子(9)是由耐熱鑄鐵制成的多孔體，置于耐熱鑄鐵制成的支撐柱(9a)上。
8.根據權利要求I所述的預燃室內噴嘴對沖噴射混合回流預熱燃燒的熱風爐，其特征在于，所述的熱風爐墻體(7)是在金屬外殼內壁上砌筑耐火材料構成的圓筒體。
9.根據權利要求I所述的預燃室內噴嘴對沖噴射混合回流預熱燃燒的熱風爐，其特征在于，所述的蓄熱體為格子磚，是由從上到下依次排列的第一蓄熱體(8a)、第二蓄熱體(8b)、第三蓄熱體(8c)和第四蓄熱體(8d)構成,第一蓄熱體(8a)為娃質格子磚,第二蓄熱體(Sb)為紅柱石高鋁格子磚，第三蓄熱體(Sc)為紅柱石粘土格子磚，第四蓄熱體(8d)為粘土格子磚，格子磚的格孔為錐形圓孔，格孔與格孔之間有氣流互通的溝槽，第一蓄熱體(8a)呈圓錐形或錐臺形置于燃燒室(2a)中，第二蓄熱體、第三蓄熱體和第四蓄熱體呈圓柱形置于蓄熱室。
10.根據權利要求I所述的預燃室內噴嘴對沖噴射混合回流預熱燃燒的熱風爐，其特征在于，所述的煙氣出口管(13)和冷風進口管(12)為金屬管內壁上砌筑耐火材料構成的與熱風爐墻體(7 )相聯的一體結構，熱風爐墻體(7 )與圓盤形的爐底(11)固定在一起，爐底內有按網格狀擺放的工字鋼，以加強結構的穩定性，爐底上固定有置于爐箅子(9)下部的支撐柱(9a)。
全文摘要
本發明涉及預燃室內噴嘴對沖噴射混合回流預熱燃燒的熱風爐，有效解決混合速率低、不均勻，燃燒強度低、溫度低、不完全，結構復雜的問題，預燃室墻體上的煤氣和空氣進氣管連接煤氣和空氣分配環道，煤氣和空氣分配環道各置于預燃室墻體的一半墻體內，環道上的噴嘴聯通預燃室墻體內的預燃室，預燃室墻體上有熱風出口管，并與燃燒室墻體連接，燃燒室墻體內的燃燒室下部有蓄熱室，蓄熱室下部有爐箅子及支撐柱，蓄熱室內有蓄熱體，支撐柱置于冷風室內，蓄熱室、爐箅子和冷風室置于熱風爐墻體內，熱風爐墻體和爐底固定，冷風室上有煙氣出口管和冷風進口管，熱風爐墻體和燃燒室墻體套接，本發明有效解決了燃燒不穩定、燃燒強度弱、燃燒溫度低等問題。
文檔編號C21B9/00GK102766713SQ20121028948
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月15日 優先權日2012年8月15日
發明者楊海濤, 樊海強, 陳云鶴 申請人:陳維漢