顶燃式热风炉高效旋流扩散式燃烧器制造技术

一种顶燃式热风炉高效旋流扩散式燃烧器，属于热风炉燃烧器技术领域。该燃烧器布置于顶燃式热风炉顶部，包括助燃空气来管接管、煤气来管接管、助燃空气环道、煤气环道、助燃空气喷口；煤气喷口；空煤气旋流预混室，它的拱顶为圆形或椭圆形或抛物线形或悬链线形空间，下部为圆柱形空间；圆柱形或圆台形或双曲圆柱形喉口；喇叭口形的扩散燃烧室。优点在于，结构形式灵活，助燃空气喷口和煤气喷口可在空间１８０°范围内灵活调整，适用于冶金和节能技术领域，对各种炼铁工艺、生产工况都有很好的适应性。燃烧形式为旋流扩散燃烧，高温烟气流场均匀有序，可有效提高格子砖的使用效率，延长格子砖使用寿命，有效控制污染物的生成。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于热风炉燃烧器
，特别是提供了一种顶燃式热风炉高效旋 流扩散式燃烧器，适用于炼铁工艺中高炉炼铁和熔融还原炼铁用到的顶燃式热风炉。还可用于其它需要将气态介质加热到ioocrc以上的工业
中。
技术介绍
传统的高炉炼铁工艺中，高炉工况条件差别巨大，主要有a.高炉容积变化大， 从1000ms以下的小高炉，到5000m3以上的超大型高炉，各种炉容应有尽有；b.冶炼强度不同，由于原料条件等因素影响，高炉的生产能力也不相同；C.工作制度不 同，主要有两烧一送、三烧一送、两烧两送等；d.工艺流程不同，包括空煤气不预 热、空煤气低温预热、空气高温预热等；e.煤气条件不同，包括使用单一高炉煤气、 焦炉煤气+高炉煤气、转炉煤气+高炉煤气等。在高炉炼铁中用热风炉加热鼓风已有近二百年历史，加热后风温最初只有149'C。 随着技术的不断进步，目前风温最高已达1350'C。风温提高，可大幅降低焦比，节 约焦炭，提高高炉产量，还可充分利用低热值的高炉煤气，提高热效率，减少煤气放 散，节约能源，保护环境。现代高炉普遍采用蓄热式热风炉，由蓄热室和燃烧室两部分组成。工作周期包括 燃烧期和送风期。燃烧期内，利用煤气燃烧产生的高温烟气加热格子砖，然后换炉至 送风期。送风期则利用格子砖将冷风加热，再通过热风管道送至高炉使用。考虑到高 炉工作的连续性和生产备用， 一座高炉一般配置3 4座热风炉。热风炉按结构形式分为内燃式、外燃式、顶燃式等。内燃式热风炉发展时间较长，燃烧室和蓄热室同置于一个圆形炉壳内，并各处一 侧。通过不断改进，目前的改进型内燃式热风炉已在一定程度上克服了以往拱顶耐火 砖破损、掉砖，隔墙倾斜、开裂、短路，格子砖错乱、堵塞等缺点。但未能从根本上 解决问题，限制因素较多，其中结构的稳定性非常关键。外燃式热风炉由内燃式热风炉演变而来，工作原理与内燃式热风炉相同，只是燃 烧室和蓄热室分别处在两个圆柱形壳体内，两个室的顶部以一定方式联接起来。外燃 式与内燃式相比结构更加合理，有利于强化燃烧，提高风温，缺点是结构复杂，占地 面积大，钢材和耐火材料消耗多，基础投资高。顶燃式热风炉的特点是将拱顶空间作为燃烧室，取消了侧部或外部的燃烧室。 1978年，首钢2号高炉率先采用了顶燃式热风炉，这是世界上第一座大型顶燃式热 风炉。这种热风炉具有结构对称，温度区间分布合理，占地小，投资少等优点。早期的顶燃式热风炉采用套筒式燃烧器，燃烧方式为预混燃烧，火焰较长，受燃 烧空间较小影响，很容易造成局部高温，使燃烧室温度变化剧烈，巨大的热应力会对 炉墙造成损坏。改进后的顶燃式热风炉扩大了燃烧空间，改善了燃烧方式，縮短了火 焰长度。但由于炼铁工艺中不仅有高炉炼铁，近年来熔融还原炼铁技术也发展迅速，3现有的顶燃式热风炉技术已无法满足高炉大型化及高风温对炼铁工艺技术的要求；另 一方面，即使是高炉炼铁工艺，由于实际要求的高炉炉容、冶炼强度、工艺流程、煤 气条件等千差万别，造成与之配套的热风炉在加热能力、煤气成分、空、煤气温度、 烟气温度等方面也大不相同。由于顶燃式热风炉的燃烧室位于格子砖上部，燃烧空间 有限，如果不能根据实际生产要求对燃烧器的结构形式进行灵活调整，燃烧产生的高 温烟气很容易发生偏流，贴着单侧墙壁进入格子砖，极大降低了格子砖的使用效率， 减少了格子砖的使用寿命。高温烟气偏流还会降低助燃空气和煤气的混合均匀性，造 成某些区域氧气过剩和局部高温，增加了 NOX等污染物的生成量，严重污染环境。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种顶燃式热风炉高效旋流扩散式燃烧器，是针对顶 燃式热风炉的工艺特点，设计一种能够产生旋流扩散火焰的燃烧器。与预混燃烧相比， 扩散燃烧条件下，烧嘴出口附近的可燃混合气体中，煤气和空气的混合比例范围较宽， 更易于构成稳定的点火热源，增强火焰稳定性，有效避免脱火。另一方面，旋流能够 强化空气和燃料的混合程度，在强化燃烧的同时，形成长度和幅度可控制的火焰，显 著延长燃料在燃烧室中的停留时间，降低空气过剩系数。强旋能够形成环形回流区， 将热能和化学反应组分回流到火焰的根部从而加强火焰的稳定性。随着冶金技术的不断发展，日趋成熟的熔融还原技术在不久的将来将全面改革常 规的以高炉为基础的钢铁生产流程。本技术作为一种提供热风的顶燃式热风炉燃 烧装置，由于结构形式灵活多变，适应性强，完全可以用于熔融还原炼铁工艺，为其提供ioocrc以上的热风。本技术顶燃式热风炉高效旋流扩散式燃烧器的烧嘴结构可调范围大，配合不 同的喉口和扩散燃烧室，整体结构形式简洁多样，完全可以适应不同的工况条件。另 一方面，本技术顶燃式热风炉高效旋流扩散式燃烧器可在设计工况的60% 140%的范围内工作，工作范围宽，适应性好，能够根据高炉具体的生产状况和需要的工作制度进行灵活调整。为实现本技术顶燃式热风炉高效旋流扩散式燃烧器的目的，燃烧器需包括以下结构1 6个助燃空气来管接管；1 6个煤气来管接管；1 4个助燃空气环道； 1 4个煤气环道；1 10环助燃空气喷口； 1 10环煤气喷口；空煤气旋流预混室， 它的拱顶为圆形或椭圆形或抛物线形或悬链线形空间，下部为圆柱形空间；圆柱形或 圆台形或双曲圆柱形喉口；喇叭口形的扩散燃烧室。助燃空气来管接管、煤气来管接 管分别与外部的助燃空气来管和煤气来管连接；助燃空气环道、煤气环道从上到下采 取空气-煤气；煤气-空气；空气-煤气-空气；煤气-空气-煤气的布置方式；助燃空气 喷口联接助燃空气环道和空煤气旋流预混室；煤气喷口联接煤气环道和空煤气旋流预 混室；喉口上部位空煤气旋流预混室，下部为喇叭口形的扩散燃烧室。通过控制助燃空气和煤气的流动，在顶燃式热风炉内进行旋流扩散燃烧，产生的 高温烟气流场分布均匀有序，保证格子砖受热均匀，减少污染物排放。顶燃式热风炉高效旋流扩散式燃烧器包含1 6个助燃空气来管接管和1 6个煤 气来管接管，分别与外部的助燃空气来管和煤气来管连接。助燃空气来管接管和煤气 来管接管由钢壳和耐火材料构成。顶燃式热风炉高效旋流扩散式燃烧器包含1 4个助燃空气环道和1 4个煤气环 道。根据具体应用领域和工艺条件，从上到下的布置方式和数量可以采用空气-煤气; 煤气-空气；空气-煤气-空气；煤气-空气-煤气等多形式、多数量的布置方式，根据实 际要求灵活应用。助燃空气环道和煤气环道的空间形状为空心圆柱形或空心圆台形 等，由耐火材料砌筑而成。顶燃式热风炉高效旋流扩散式燃烧器包含1 10环助燃空气喷口，每环助燃空气 喷口的数量为4 36个。水平方向，助燃空气喷口中心线与空煤气旋流预混室径向中心线的夹角为-90° +90°，这样在水平方向可以控制助燃空气的流动方向(顺时针/逆时针)和切线圆大小。竖直方向，助燃空气喷口中心线与空煤气旋流预混室轴向中心线的夹角为-90° +90°，控制助燃空气的流动方向(向上/向下)。由于助燃空气来 管接管对助燃空气喷口气流分配的均匀性影响较大，因此各助燃空气喷口尺寸、间距 根据助燃空气来管接管的数量和位置呈渐变分布或对称分布。为了更有效的控制气 流，减小阻损，强化旋流扩散燃烧，助燃空气喷口呈梯形，靠近助燃空气环道的助燃 空气进口稍大于靠近空煤气旋流预混室的助燃空气出口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种顶燃式热风炉高效旋流扩散式燃烧器，布置于顶燃式热风炉顶部，其特征在于，该燃烧器包括助燃空气来管接管、煤气来管接管、助燃空气环道、煤气环道、助燃空气喷口、煤气喷口；空煤气旋流预混室，它的拱顶为圆形或椭圆形或抛物线形或悬链线形空间，下部为圆柱形空间；圆柱形或圆台形或双曲圆柱形喉口；喇叭口形的扩散燃烧室；助燃空气来管接管、煤气来管接管分别与外部的助燃空气来管和煤气来管连接；助燃空气环道、煤气环道从上到下采取：空气－煤气；煤气－空气；空气－煤气－空气；煤气－空气－煤气的布置方式；助燃空气喷口联接助燃空气环道和空煤气旋流预混室；煤气喷口联接煤气环道和空煤气旋流预混室；喉口上部位空煤气旋流预混室，下部为喇叭口形的扩散燃烧室。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范燕，霍振东，李欣，毛庆武，梅丛华，倪苹，许云，银光宇，张福明，
申请(专利权)人：北京首钢国际工程技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]