專利名稱：大功率短焰燃燒裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高爐用頂燃式熱風爐的大功率燃燒裝置，屬于高爐用熱風爐其它元件。
頂燃式熱風爐是一種將燃燒裝置設置于熱風爐蓄熱室頂部的熱風爐。頂燃式熱風爐使用的燃燒裝置要結構輕巧能直接設置在熱風爐的拱頂，燃燒的火焰要短，燃料在拱頂空間內完全燃燒，火焰不應延長到蓄熱室的磚格子內，而且為充分利用燃料的化學能，提高燃燒溫度，燃燒應在較小的空氣過剩系數(shù)下燃燒完全，并且頻繁地切換和燃燒調節(jié)中燃燒裝置要穩(wěn)定可靠地工作。高爐熱風爐一般只燃燒單一高爐煤氣或熱值在5000KJ／m3以下的混合煤氣，因此一座中、大型高爐的熱風爐每小時燃燒的煤氣要達到幾萬甚至十幾萬立方米，即使每座頂燃熱風爐可設置多個燃燒器，每個燃燒器的能力也要達到上萬立方米。燃燒器個數(shù)設置愈多設備就愈龐大，調節(jié)控制也就愈復雜。因此應盡可能減少每座熱風爐所用的燃燒器的個數(shù)，內燃式熱風爐和外燃式熱風爐的燃燒器的能力雖可以達到十幾萬立方米，但由于其結構龐大，火焰長不能用于頂燃式熱風爐。普通工業(yè)爐上所用的燃燒器的能力一般均只在5000m3／h以下，尤其是短焰燃燒器燃料和助燃空氣需予混，為保證燃燒穩(wěn)定，其設計能力一般更小些。目前能滿足頂燃熱風爐上述特殊要求的燃燒裝置和設計還甚小。因此也就限制了現(xiàn)有的各種結構型式的頂燃熱風爐在大型高爐上的應用。
德國的W·CRONERT1969年在美國申請的一專利(3.473.793)中提出了一種新型的頂燃式熱風爐結構形式，在熱風爐的頂部設置了一種環(huán)狀的陶瓷燃燒器，這種結構形式實際上在熱風爐的拱頂上部又增設了一個小的燃燒室，當熱風爐處于送風期，燃燒器與熱風爐蓄熱室無法隔斷開，高溫的高爐鼓風將進入燃燒器內，在熱風爐由送風轉入燃燒時，送入的煤氣就可能與燃燒器內殘存的熱鼓風混合而產生燃燒或小的爆燃，造成燃燒的不穩(wěn)定，使燃燒器難于正常工作，而且這種燃燒器要求煤氣有較高的壓力。由中國科學院化冶所和鞍鋼共同設計的類似于這種結構形式的頂燃熱風爐和燃燒器曾在中國的冷水江鐵焦總廠的100m3級的小型高爐上投入使用，盡管此燃燒器的能力每小時才僅幾千立方米，但仍未能長期正常工作，被迫改用小型的噴射式燃燒器要設計能力大于5000m3／h的噴射式燃燒器就非常困難。1979年首鋼公司投產的世界上第一座中型高爐的頂燃式熱風爐其燃燒器能力也才達到9000m3／h。
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種適用于大中型高爐頂燃式熱風爐應用的短焰燃燒裝置，每個燃燒裝置每小時可燃燒達35000m3煤氣。
本發(fā)明的燃燒裝置由燃燒口、燃燒口短節(jié)、燃燒閥和燃燒器組成。燃燒口1設在熱風爐拱頂爐墻上，燃燒口短節(jié)2設置在燃燒口和燃燒閥3之間，燃燒閥的另一端安裝燃燒器4，燃燒器與煤氣、助燃空氣管道連接。本發(fā)明的特點是將燃燒口、燃燒口短節(jié)、燃燒閥和燃燒器本體作為一個整體進行系統(tǒng)地設計裝置首先燃燒口1不再僅僅是空、煤氣混合物的流出口，而且是本燃燒裝置的燒咀磚，其尺寸和形狀按燃燒器對燒咀磚工藝參數(shù)要求進行設計，其出口張角設計在20～30°，它可保證本燃燒裝置在燃燒時有穩(wěn)定的著火源，燃燒穩(wěn)定不產生脫火。燃燒口短節(jié)2及燃燒閥3的通道作為燃燒器本體4的延伸部分，從煤氣噴咀5噴出的煤氣和從助燃空氣噴口9噴出的助燃空氣在這兒開始混合，該通道的形狀及尺寸的設計既要使空、煤氣在此進行混合，又不產生回流，又不會產生回火和燃燒。而現(xiàn)有技術的熱風爐設計的燃燒口沒有張角，不起燒咀磚的作用；燃燒口短節(jié)及燃燒閥通道的尺寸只要求能保證空、煤氣能順暢流過，阻損不要太大即可，它僅僅起到空、煤氣流過的通道作用。此特點是本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有技術的特征之一。如采用陶瓷燃燒器的熱風爐其煤氣和助燃空氣是分別由兩個孔口通道流入的，空、煤氣從各自的噴口噴出后，沒有混合通道進行予混，而是直接流入燃燒室邊混合邊燃燒；采用傳統(tǒng)式機械燃燒器的熱風爐，其燃燒口通道的設計并不考慮煤氣的特性及火焰?zhèn)鞑ニ俣葐栴}，空、煤氣混合物流出速度較低，會產生回火和燃燒脈動。
燃燒器本體4中，煤氣或空氣通過噴咀5噴出，助燃空氣或煤氣通過圍繞在噴咀5外圍的多孔分布板6上的數(shù)個噴口9噴出。煤氣噴口中心線和空氣噴口中心線的交角在25～40°范圍內，煤氣和空氣流出的速度比按煤氣成分、壓力、溫度和助燃空氣需要量、壓力、溫度不同可設計內圓相切。分布板6上的噴口9在1.4～2.0范圍內。空氣或煤氣噴口9外緣與燃燒閥接口的直徑及個數(shù)按燃燒器的能力、空煤氣流速比、分布板的材質(根據(jù)助燃空氣的溫度可采用鑄鐵、耐熱鑄鐵或耐火材料)進行設計確定，并且沿圓周均勻分布。本燃燒器可根據(jù)空、煤氣的壓力、溫度及所燃燒煤氣的特性不同，設計成煤氣或助燃空氣走中間噴咀5，而空氣或煤氣走外圍的分布板上的多孔噴口9的兩種形式。
本燃燒裝置的火焰長度是燃燒口短節(jié)直徑的6～10倍。可根據(jù)熱風爐拱頂空間的大小以及拱頂所設置燃燒器的個數(shù)進行具體設計。煤氣在空氣過剩系數(shù)為1.05時即可在拱頂空間7內完全燃燒，火焰長度不會延伸到熱風爐的磚格子8內。因而本發(fā)明的燃燒器比傳統(tǒng)熱風爐所使用的長焰燃燒器在相同煤氣條件下可提高理論燃燒溫度50～80℃，又不會像無焰燃燒器那樣高溫區(qū)過于集中，而使熱風爐拱頂溫度不均，甚至造成局部耐火磚砌體過早損壞。這正是頂燃熱風爐工藝所需要的。
本發(fā)明的燃燒裝置的燃燒閥3，在熱風爐處于燃燒期時，閥柄打開，而當熱風爐處于送風期時，燃燒閥3的閥柄落下，將燃燒器本體4與熱風爐爐體隔開，起保護燃燒器的作用。
本發(fā)明的燃燒裝置可根據(jù)熱風爐爐頂?shù)男螤钜约肮に嚨男枰?，燃燒口與水平方向所成的上翅角度為0°～35°。
實施例對于大、中型高爐的頂燃式熱風爐所用設計能力為每小時28000～30000m3的一種燃燒裝置。其燃燒口短節(jié)直徑為650mm，長度為1560mm，燃燒口出口張角為26°。燃燒閥直徑為700mm。煤氣噴口直徑為540mm，助燃空氣噴口為18×φ85mm，空氣噴口中心線與煤氣噴口中心夾角為30°。燃燒口上翅角度為26°。
本發(fā)明的大功率燃燒裝置主要參數(shù)如下
1、煤氣條件發(fā)熱值為3000～6300KJ／m3的高爐煤氣或含H2量小于5％的混合煤氣(高爐煤氣與其它中、高熱值煤氣的混合煤氣)；2、燃燒器的設計能力為≤35000m3／h；3、燃氣和助燃空氣的溫度常溫～150℃，助燃空氣溫度可擴大到300℃；4、燃燒器本身所需要的煤氣和助燃空氣壓力為≤5000Pa(不包括克服熱風爐蓄熱室及煙道阻力所需的壓力)。
利用本發(fā)明的效果，首先是可以使頂燃熱風爐在大型高爐上應用，對于容積在2500m3以下的中型高爐的熱風爐，每座熱風爐僅需設置2～3個燃燒器，容積大于2500m3的大型高爐，每座熱風爐也只需設置3～4個燃燒器；第二、在相同煤氣相同條件下，可比傳統(tǒng)的熱風爐用長焰燃燒器提高風溫30～50℃；第三、中型高爐的頂燃熱風爐采用此大功率燃燒器，可簡化爐頂設備和管道系統(tǒng)降低建設投資。
本發(fā)明不僅可在煉鐵高爐的頂燃熱風爐上應用，也可應用于相類似工藝要求的其它工業(yè)爐上，如大型工業(yè)鍋爐、回轉窯、石油化工行業(yè)油頁巖干餾用蓄熱式加熱爐，有色金屬冶煉的鼓風爐以及化工、化肥行業(yè)的頂熱蓄熱室熱風爐等。


圖1短焰燃燒裝置示意圖其中1－－燃燒口2－－燃燒口短節(jié)3－－燃燒閥4－－燃燒器5－－煤氣噴口6－－多孔空氣分布板7－－熱風爐拱頂8－－熱風爐磚格子9－－空氣噴口。
權利要求1.一種頂燃式熱風爐用的大功率短焰燃燒裝置，由燃燒口、燃燒口短節(jié)、燃燒閥和燃燒器組成，其特征在于燃燒口設在熱風爐拱頂爐墻上，出口張角為20°～30°，燃燒口短節(jié)設置在燃燒口和燃燒閥之間，燃燒閥的另一端安裝燃燒器，燃燒器煤氣噴口中心線與助燃空氣噴口中心線夾角為25°～40°。
2.按照權利要求1所述的大功率短焰燃燒裝置，其特征在于助燃空氣或煤氣噴口是在煤氣或空氣噴口周圍的多孔分布板，空氣或煤氣噴口外緣與燃燒閥接口內圓相切。
3.按照權利要求1所述的大功率短焰燃燒裝置，其特征在于燃燒口與水平方向所成的上翅角度為0°～35°。
專利摘要本實用新型是一種高爐頂燃熱風爐用大功率的短焰燃燒裝置及其設計方法。其特征在于燃燒口設在熱風爐拱頂爐墻上，出口張角為20°—30°，燃燒口短節(jié)設置在燃燒口和燃燒閥之間，該燃燒裝置最大能力可達到35000m
文檔編號C21B9/00GK2138128SQ9223404
公開日1993年7月14日 申請日期1992年9月29日 優(yōu)先權日1992年9月29日
發(fā)明者陳炳霖 申請人:首鋼總公司