專利名稱：帶中心繞流柱的高爐熱風(fēng)爐陶瓷燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煉鐵高爐熱風(fēng)爐技術(shù)領(lǐng)域，尤其是熱風(fēng)爐陶瓷燃燒器
背景技術(shù)：
上世紀(jì)60年代起，人們把陶瓷燃燒器用于冶金行業(yè)的熱風(fēng)爐上。由于陶瓷燃燒器較金屬燃燒器有明顯的優(yōu)點，很快在熱風(fēng)爐上得到推廣。經(jīng)過三十多年的不斷改進(jìn)和發(fā)展，目前陶瓷燃燒器的結(jié)構(gòu)型式有十?dāng)?shù)種之多，主要為套筒式和柵格式陶瓷燃燒器。套筒式陶瓷燃燒器已在國內(nèi)、國外獲得廣泛應(yīng)用。柵格式陶瓷燃燒器由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，又難于維護，所以它們只是在少數(shù)大型外燃式熱風(fēng)爐上有所應(yīng)用。
陶瓷燃燒器使煤氣和助燃空氣的混合和氣流在燃燒室截面上分布嚴(yán)重不均的狀況有所改善；在相對較小的過?？諝庀禂?shù)下也能實現(xiàn)較好的燃燒，減輕了燃燒“脈動”，具有較大的燃燒強度，能獲得較高的燃燒溫度和熱風(fēng)溫度，因而在一定程度上促進(jìn)了煉鐵生產(chǎn)的發(fā)展。但是，套筒式陶瓷燃燒器也存在著明顯的缺陷，主要有(1)煤氣和助燃空氣的混合仍較差，采用的過?？諝饬咳暂^大。一般過?？諝饬砍^15％。個別的甚至高達(dá)25％，廢氣中仍有CO未能燃燼。過?？諝饬亢臀慈紶aCO含量的提高，降低了燃料的理論燃燒溫度，進(jìn)而影響了熱風(fēng)爐拱頂溫度和熱風(fēng)溫度的提高。
(2)火井內(nèi)氣流偏斜嚴(yán)重，各介質(zhì)成分分布嚴(yán)重不均，降低了燃燒效率和燃燒溫度，也使火井內(nèi)襯因受熱不均而受到損壞。
(3)燃燒仍產(chǎn)生“脈動”，尤其是燃用高熱值煤氣和采用較大的過?？諝庀禂?shù)時，“脈動”更易發(fā)生。
(4)內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的掉磚，會把空氣分布帽砸壞，并使它和中心煤氣道受到堵塞，降低了燃燒器的使用效果和壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種帶中心繞流柱的高爐熱風(fēng)爐陶瓷燃燒器，它提高了空氣和煤氣的混合均勻度，糾正了火井內(nèi)氣流偏斜所導(dǎo)致的火焰偏斜，使燃燒器燃燒穩(wěn)定，同時降低燃料燃燒的空氣消耗系數(shù)，提高燃燒溫度。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的帶中心繞流柱的高爐熱風(fēng)爐陶瓷燃燒器的空氣環(huán)道環(huán)繞在煤氣環(huán)道之外，設(shè)置于燃燒器中央的煤氣環(huán)道直接通向著火盆，在煤氣環(huán)道的中央設(shè)置有一個貫穿煤氣環(huán)道的中心繞流柱。中心繞流柱的高度不超過保護帽的高度。在中心繞流柱面對煤氣入口處設(shè)置有導(dǎo)流板，導(dǎo)流板的水平夾角為0-80°，導(dǎo)流板的導(dǎo)流面的形狀是平面、弧面或曲面。一次風(fēng)口設(shè)置在著火盆的下部擴展處，燃燒器中心平面上兩對應(yīng)一次風(fēng)口中心線的延長線夾角為100-180°；二次風(fēng)口設(shè)置在著火盆的上部，與保護帽的下部相鄰接，燃燒器中心平面上兩對應(yīng)二次風(fēng)口中心線的延長線夾角為40-70°。所述的一次風(fēng)口面積為二次風(fēng)口面積的0-40％。在保護帽的上面還設(shè)置有減震導(dǎo)流環(huán)。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎，設(shè)計合理，技術(shù)效果顯著。試驗室用仿真模型所做的試驗結(jié)果證明不加中心繞流柱的陶瓷燃燒器煤氣流速最大區(qū)域在煤氣流的中心部位，氣流速度分布呈現(xiàn)為單峰狀(如附圖3所示)。設(shè)置有中心繞流柱的本燃燒器煤氣流速最大區(qū)域在靠近煤氣通道外圍的區(qū)域，煤氣速度分布環(huán)道呈現(xiàn)雙峰狀(如附圖2所示)。這種分布有利于空氣流對煤氣流的穿透和混合，有利于燃燒過程的組織。雙峰狀的分布減小了氣流的厚度，最高流速所在的位置遠(yuǎn)比單峰狀靠近燒嘴的外周，有利于一次風(fēng)和二次風(fēng)對煤氣流的穿透和混合，對穩(wěn)定燃燒、降低空氣消耗系數(shù)和提高理論燃燒溫度都起到了很大的作用。本發(fā)明的燃燒器中一次風(fēng)口有一定的傾斜角，二次風(fēng)的傾斜角比較大，這樣有利于空、煤氣混合物在火井內(nèi)穩(wěn)定著火燃燒。為使火焰在燃燒室(火井)內(nèi)不發(fā)生偏斜，保證空、煤氣的混合，煤氣流和空氣流在燃燒器圓周方向必須均勻分布。加煤氣導(dǎo)流板有利于煤氣配氣均勻度的提高，我們用實驗室模型測定的結(jié)果，加煤氣導(dǎo)流板前的配氣均勻度為81.07％，加煤氣導(dǎo)流板后配氣均勻度提高了11.39％，達(dá)到了92.46％。本發(fā)明適用于各種類型的熱風(fēng)爐。


附圖1為本發(fā)明燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為帶中心澆流柱的煤氣流速分布示意圖；附圖3為不帶中心澆流柱的煤氣流速分布示意圖。
附圖中標(biāo)記分述如下1——燃燒室大墻；2——減震導(dǎo)流環(huán)；3——保護帽；4——二次風(fēng)口；5——著火盆；6——一次風(fēng)口；7——空氣環(huán)道；8——中心繞流柱；9——煤氣環(huán)道；10——點火孔；11——二次風(fēng)口中心夾角；12——一次風(fēng)口中心夾角；13——助燃空氣入口；14——導(dǎo)流板；15——煤氣入口；16——空氣上升道。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的最具特色的部分作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。如附圖所示，本發(fā)明的燃燒器的煤氣通道9設(shè)置在燃燒器的中央，空氣通道7環(huán)繞在煤氣通道之外，煤氣通道的中央設(shè)置有中心繞流柱8，中心繞流柱8貫通煤氣通道，其高度不超過保護帽3的高度。在繞流柱正對煤氣入口15處設(shè)置有煤氣導(dǎo)流板14，其水平夾角為0-80°，導(dǎo)流板的導(dǎo)流面形狀是平面、弧面或曲面。本陶瓷燃燒器帶煤氣中心繞流柱和煤氣導(dǎo)流板，消除了煤氣入口的渦流損失，合理組織煤氣在通道內(nèi)的流動，減小阻力損失。煤氣通道系統(tǒng)屬于出口阻力很小的管流系統(tǒng)，氣流拐彎后由于慣性作用，繞過中心繞流柱，主流股沖向入口對面然后上升；在一次空氣混合前的任意橫截面上，流場呈現(xiàn)為雙峰狀(見附圖2所示)，在圓周方向為一個圓環(huán)；不加煤氣中心繞流柱的氣流速度分布呈現(xiàn)為單峰狀(見附圖3所示)。很顯然，加有中心繞流柱的氣流速度分布呈現(xiàn)雙峰狀減小了氣流的厚度，最高流速所在的位置遠(yuǎn)比單峰狀靠近燒嘴的外周，這種速度分布有利于一次風(fēng)和二次風(fēng)對煤氣流的穿透和混合，對穩(wěn)定燃燒、降低空氣消耗系數(shù)和提高理論燃燒溫度起到很大的作用。
從氣體力學(xué)的觀點出發(fā)，凡是氣體出口有阻力均布空洞的多孔通道，氣流的均勻分布性比較好，并且氣流出口斷面與該處環(huán)形斷面總面積之比越小，即阻力越大，氣流分布越均勻，換句話說氣流的均勻性是以犧牲阻力為代價換來的。空氣沿煤氣四周均勻噴出也是改善空、煤氣混合和合理組織燃燒的重要和關(guān)鍵的措施。影響空、煤氣混合的因素有空氣流與煤氣流的交角；空氣噴出速度和煤氣噴出速度；空氣流對煤氣流的穿透深度等。顯然，空氣與煤氣的交角越大，混合越好，但交角過大容易出現(xiàn)火焰不穩(wěn)，并且增大煤氣通道的阻力。對一次風(fēng)射入角進(jìn)行試驗時發(fā)現(xiàn)一次風(fēng)道垂直于煤氣流股，對煤氣流的穿透能力大，煤氣流量?。粌A斜式穿透能力小，但在同樣壓差下煤氣流量大。在確定一次風(fēng)的射入角時，要綜合考慮煤氣的壓力損失和穿透深度兩個方面。本發(fā)明的燃燒器中一次風(fēng)的中心夾角較大，而二次風(fēng)口的中心夾角較小，這樣有利于空煤氣的相互引射作用，故空煤氣的混合效果好，火焰穩(wěn)定，熱效率高。此外，保護帽3的設(shè)置可以起到保護風(fēng)口和煤氣通道不被掉磚砸壞和堵塞的作用，減震環(huán)2的設(shè)置除減震作用外，還起到導(dǎo)流的作用。
權(quán)利要求
1.一種帶中心繞流柱的高爐熱風(fēng)爐陶瓷燃燒器，含有空氣、煤氣環(huán)道，一、二次風(fēng)口，著火盆，空氣、煤氣入口，保護帽和點火孔；其特征在于所述空氣環(huán)道(7)環(huán)繞在設(shè)置于燃燒器中央的煤氣環(huán)道(9)之外，煤氣環(huán)道(9)的中央設(shè)置有中心繞流柱(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于所述的中心繞流柱(8)的高度不超過保護帽(3)的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于在中心繞流柱(8)面對煤氣入口(15)處設(shè)置有導(dǎo)流板(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的燃燒器，其特征在于導(dǎo)流板的水平夾角為0-80°，導(dǎo)流板的導(dǎo)流面的形狀是平面、弧面或曲面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于所述的一次風(fēng)口(6)設(shè)置在著火盆(5)的下部擴展處，燃燒器中心平面上兩對應(yīng)一次風(fēng)口中心線的延長線夾角(12)為100-180°；二次風(fēng)口(4)設(shè)置在著火盆(5)的上部，與保護帽(3)的下部相鄰接，燃燒器中心平面上兩對應(yīng)二次風(fēng)口中心線的延長線夾角為40-70°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于在保護帽(3)的上面還設(shè)置有減震導(dǎo)流環(huán)(2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于所述的一次風(fēng)口面積為二次風(fēng)口面積的0-40％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶中心繞流柱的高爐熱風(fēng)爐陶瓷燃燒器。屬于煉鐵高爐熱風(fēng)爐陶瓷燃燒器技術(shù)領(lǐng)域。本燃燒器的空氣環(huán)道環(huán)繞在煤氣環(huán)道之外，煤氣環(huán)道中央設(shè)置有中心繞流柱。在中心繞流柱面對煤氣入口處設(shè)置有導(dǎo)流板，一次風(fēng)口設(shè)置在著火盆的下部擴展處；二次風(fēng)口設(shè)置在著火盆的上部，在保護帽的上面還設(shè)置有減震導(dǎo)流環(huán)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎，設(shè)計合理，技術(shù)效果顯著。設(shè)置繞流柱形成的雙峰狀的分布減小了氣流的厚度，最高流速所在的位置遠(yuǎn)比單峰狀靠近燒嘴的外周，有利于一次風(fēng)和二次風(fēng)對煤氣流的穿透和混合，對穩(wěn)定燃燒、降低空氣消耗系數(shù)和提高理論燃燒溫度都起到了很大的作用。本發(fā)明適用于各種類型的熱風(fēng)爐。
文檔編號C21B9/00GK1621536SQ200310111478
公開日2005年6月1日 申請日期2003年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月28日
發(fā)明者戴方欽, 王立, 董焰 申請人:武漢冶金建筑研究院