一种预混喷口顶燃式热风炉

技术领域

本发明涉及冶金工业高炉热风炉技术领域，尤其是一种预混喷口顶燃式热风炉。

背景技术

热风炉是向高炉提供热风的装置，以保证高炉冶炼的正常进行。热风炉主要有内燃式、外燃式和顶燃式三种类型，其中顶燃式热风炉根据预燃室(燃烧器)的布置位置分为顶置式、侧置式和下置式三类，顶置式顶燃式热风炉因其结构稳定、风温高、寿命长、投资省等优点，逐渐成为主流炉型。

顶置式顶燃式热风炉预燃室(燃烧器)的喷口结构主要有以下技术方案：

其一，预燃室侧壁上的煤气喷口和空气喷口上下分层布置，有的为了提高煤气和空气的混合效果，设置煤气喷口和/或空气喷口与预燃室在径向和/轴向成一定的夹角，如专利CN100344772C和CN2861169Y；进一步的为了解决煤气和空气混合不佳、燃烧不完全或不稳定的问题，如专利CN201373398Y为多排煤气喷口和空气喷口上下层交错布置，且空气喷口的出口方向与水平方向成倾斜向上，煤气喷口的出口方向为水平或倾斜向下；

其二，煤气喷口和空气喷口在一个垂直于预燃室轴线的环面上交错布置，如专利CN100523610C和CN2687573Y，该技术方案可以使空气和煤气完全燃烧所需时间缩短、有效提高燃烧时的火焰温度；

其三，煤气和空气先进入预混通道预混后再喷出进入预燃室进行燃烧，火焰短、空气过剩系数小、燃烧稳定，如专利CN2516830Y和CN2787675Y；

另外，还有在预燃室顶部增加垂直向下的煤气喷口的技术方案，可解决炉内横断面上燃烧反应分布不均为的问题，提高热风炉换热效率，如专利CN209836216U。

发明人发现，上述技术方案虽可提高空气和煤气混合效果，但是热风炉预燃室和燃烧室组成了一个从上向下逐渐扩大的圆锥形空间，其内部的气流也是以逐渐散开的方式流动，与预燃室径向和/或轴向成一夹角设置的空气喷口和/或煤气喷口使得空气和煤气在预燃室内旋切混合形成紧贴预燃室侧壁的高速旋转气流，高速旋转气流由预燃室进入燃烧室时由于空间突然增大，会在燃烧室中心位置形成回流燃烧区，导致气流和燃烧分布不均、燃烧室内局部高温，进一步导致下方的蓄热体受热不均匀，致使热风炉结构损坏、能耗增加，严重制约着热风炉的运行效率和结构稳定。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种预混喷口顶燃式热风炉，通过在预燃室顶壁和侧壁设置预混喷头使得煤气和空气能够充分混合，且削弱燃烧室内的气流回流范围。为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明提供了一种预混喷口顶燃式热风炉，包括：

炉体，设有上下布置的预燃室和燃烧室；

若干预混喷口，设置在所述预燃室的顶壁和侧壁，侧壁至少设置一层；所述预混喷口包括通有空气的外环通道和通有煤气的内芯通道，空气和煤气在所述预混喷口出口处预混。

作为进一步的实现方式，当所述预燃室侧壁设置一层所述预混喷口时，所述预混喷口与所述预燃室径向成设定夹角β。

作为进一步的实现方式，当所述预燃室侧壁设置一层以上所述预混喷口时，除最下层的所述预混喷口正对所述炉体轴线外，其余所述预混喷口与所述预燃室径向成设定夹角β。

作为进一步的实现方式，设定夹角β的取值范围为10°≤β≤35°。

作为进一步的实现方式，所述外环通道和所述内芯通道之间通过设置隔离壁分隔。

作为进一步的实现方式，所述外环通道内设支撑片，用以支撑所述隔离壁。

作为进一步的实现方式，所述支撑片与所述预混喷口长度方向具有设定夹角，以使空气喷出时呈螺旋状。

作为进一步的实现方式，所述外环通道的出口设有内倒锥。

作为进一步的实现方式，所述预燃室侧壁和顶壁内设有通有煤气或空气的腔体，所述外环通道和所述内芯通道单独配置所述腔体。

作为进一步的实现方式，还包括冷风入口、支撑构件、炉箅子、蓄热体、热风出口以及烟气出口，所述冷风入口和所述烟气出口设在所述炉体下部，所述支撑构件设置在所述炉体内部下方并支撑其上面的所述炉箅子和所述蓄热体，所述热风出口设置在所述炉体中部。

上述本发明的有益效果如下：

1.本发明预燃室顶壁上的预混喷口喷出的气流、预燃室侧壁上层预混喷口喷出的高速旋转气流、预燃室侧壁上最下层预混喷口喷出的气流三股气流发生的冲撞(侧壁仅有一层预混喷口时为两股气流发生碰撞)，提高了空气和煤气的混合效率和效果。

2.本发明预燃室顶壁上的预混喷口喷出的气流和预燃室侧壁上最下层喷口喷出的气流将预燃室侧壁上层预混喷口喷出的高速旋转气流冲散，可削弱燃烧室内的气流回流范围，使燃烧室内的燃烧更充分、更均匀，高温烟气分布更均匀，蓄热体蓄热效果好，能源利用率高。

3.本发明外环通道内设支撑片，支撑片与预混喷口长度方向具有设定夹角，以使空气喷出时呈螺旋状，可提高空气与煤气的混合效果。外环通道的出口设有内倒锥，以提高空气的喷出速度，改善空气与煤气的混合效果。

4.本发明适用性强，既可用于新建顶燃式热风炉，也可用于顶燃式热风炉的改造更新。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例1中预混喷口顶燃式热风炉结构示意图；

图2是图1中A处放大视图；

图3是图1中B处放大视图；

图4是图1中预燃室顶壁喷口处截面图；

图5是图1中预燃室侧壁上层喷口处截面图；

图6是图1中预燃室侧壁最下层喷口处截面图；

图7是本发明实施例2中预混喷口顶燃式热风炉结构示意图。

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。

其中：1、冷风入口；2、支撑构件；3、炉箅子；4、蓄热体；5、炉体；6、热风出口；7、燃烧室；8、空气侧腔；9、空气通道；10、喷口；11、煤气侧腔；12、空气顶腔；13、煤气顶腔；14、煤气顶入口；15、空气顶入口；16、预燃室；17、空气侧入口；18、煤气侧入口；19、烟气出口；20、外环通道；21、内芯通道；22、隔离壁；23、支撑片；24、内倒锥。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，参考图1所示，一种预混喷口顶燃式热风炉，包括冷风入口1、支撑构件2、炉箅子3、蓄热体4、炉体5、热风出口6、燃烧室7、预燃室16、烟气出口19以及预混喷口10。

冷风入口1和烟气出口19设在炉体5下部，支撑构件2设置在炉体5内部下方并支撑其上面的炉箅子3和蓄热体4，热风出口6设置在炉体5中部，预燃室16和燃烧室7上下设置，燃烧室7为炉体5内中上部的锥形空间，预燃室16为炉体5内顶部空间。

若干预混喷口10设置在预燃室16的顶壁和侧壁，侧壁至少设置一层；如图2和图3所示，预混喷口10包括通有空气的外环通道20和通有煤气的内芯通道21，空气和煤气在预混喷口10出口处预混。侧壁上预混喷口10周向布置，顶壁预混喷口10均匀布置。

如图5所示，当预燃室16侧壁设置一层预混喷口10时，预混喷口10与预燃室16径向成设定夹角β。

当预燃室16侧壁设置一层以上预混喷口10时(如图1所示，预混喷口10设有两层)，除最下层的预混喷口10正对炉体5轴线外(如图6所示)，其余预混喷口10与预燃室16径向成设定夹角β。

预燃室16顶壁上的预混喷口10喷出的气流、预燃室16侧壁上层预混喷口10喷出的高速旋转气流、预燃室16侧壁上最下层预混喷口10喷出的气流三股气流发生的冲撞(侧壁仅有一层预混喷口10时为两股气流发送碰撞)，提高了空气和煤气的混合效率和效果。

预燃室16顶壁上的预混喷口10喷出的气流和预燃室16侧壁上最下层喷口10喷出的气流将预燃室16侧壁上层预混喷口10喷出的高速旋转气流冲散，可以削弱燃烧室7内的气流回流范围，使燃烧室7内的燃烧更充分、更均匀，高温烟气分布更均匀，蓄热体4蓄热效果好，能源利用率高。

设定夹角β的取值范围为10°≤β≤35°，使空气和煤气在预燃室内旋切混合形成紧贴预燃室侧壁的高速旋转气流，以优化空气和煤气的混合效果。

预燃室16侧壁和顶壁内设有通有煤气或空气的腔体，外环通道20和内芯通道21单独配置腔体。具体的，如图1、图2、图3和图4所示，预燃室16侧壁上设置有空气侧腔8、煤气侧腔11和预混喷口10，预混喷口10与煤气侧腔11直接相连通并通过空气通道9与空气侧腔8相连通，空气侧腔8上设置有空气侧入口17，煤气侧腔11上设置有煤气侧入口18；预燃室16顶壁上设置有空气顶腔12、煤气顶腔13和若干预混喷口10，预混喷口10与煤气顶腔13直接相连通并通过空气通道9与空气顶腔12相连通，空气顶腔12上设置有空气顶入口15，煤气顶腔13上设置有煤气顶入口14；预混喷口10的出口与预燃室16相连通，预混喷口10为嵌套式结构，包含外环通道20和内芯通道21，外环通道20和内芯通道21由隔离壁22分隔，外环通道20与空气通道9相连通，内芯通道21与煤气侧腔11或煤气顶腔13相连通。

外环通道20和内芯通道21由隔离壁22分隔开，外环通道20内设支撑片23，用以支撑隔离壁22。支撑片23与预混喷口10长度方向具有10-30°的设定夹角，以使空气喷出时呈螺旋状，可提高空气与煤气的混合效果。

外环通道20的出口设有内倒锥24，以提高空气的喷出速度，改善空气与煤气的混合效果。

实施例2

如图7所示，与实施例1不同的是，本实施例的预燃室16侧壁只设置一层预混喷口10，此时位于预燃室16侧壁的预混喷口10与预燃室16径向成设定夹角β，预燃室16顶壁上的预混喷口10喷出气流、预燃室16侧壁上的预混喷口10喷出气流，两股气流相遇并发送碰撞，提高了空气和煤气的混合效率和效果。

本实施例的夹角β的取值范围为10°≤β≤35°，使空气和煤气在预燃室内旋切混合形成紧贴预燃室侧壁的高速旋转气流，以优化空气和煤气的混合效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。