[实用新型]顶燃式热风炉高效旋流扩散式燃烧器

说明书

技术领域

本实用新型属于热风炉燃烧器技术领域，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1000℃以上的工业技术领域中。

背景技术

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1000m³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℃。随着技术的不断进步，目前风温最高已达1350℃。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，缩短了火焰长度。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，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。

发明内容

本实用新型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。本实用新型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1000℃以上的热风。