带中心绕流柱的高炉热风炉陶瓷燃烧器.pdf

本发明公开了一种带中心绕流柱的高炉热风炉陶瓷燃烧器。属于炼铁高炉热风炉陶瓷燃烧器技术领域。本燃烧器的空气环道环绕在煤气环道之外，煤气环道中央设置有中心绕流柱。在中心绕流柱面对煤气入口处设置有导流板，一次风口设置在着火盆的下部扩展处；二次风口设置在着火盆的上部，在保护帽的上面还设置有减震导流环。本发明结构新颖，设计合理，技术效果显著。设置绕流柱形成的双峰状的分布减小了气流的厚度，最高流速所在的位置远比单峰状靠近烧嘴的外周，有利于一次风和二次风对煤气流的穿透和混合，对稳定燃烧、降低空气消耗系数和提高理论燃烧温度都起到了很大的作用。本发明适用于各种类型的热风炉。

1、  一种带中心绕流柱的高炉热风炉陶瓷燃烧器，含有空气、煤气环道，一、二次风口，着火盆，空气、煤气入口，保护帽和点火孔；其特征在于：所述空气环道(7)环绕在设置于燃烧器中央的煤气环道(9)之外，煤气环道(9)的中央设置有中心绕流柱(8)。

2、  根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于：所述的中心绕流柱(8)的高度不超过保护帽(3)的高度。

3、  根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于：在中心绕流柱(8)面对煤气入口(15)处设置有导流板(14)。

4、  根据权利要求1或3所述的燃烧器，其特征在于：导流板的水平夹角为0-80°，导流板的导流面的形状是平面、弧面或曲面。

5、  根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于：所述的一次风口(6)设置在着火盆(5)的下部扩展处，燃烧器中心平面上两对应一次风口中心线的延长线夹角(12)为100-180°；二次风口(4)设置在着火盆(5)的上部，与保护帽(3)的下部相邻接，燃烧器中心平面上两对应二次风口中心线的延长线夹角为40-70°。

6、  根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于：在保护帽(3)的上面还设置有减震导流环(2)。

7、  根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于：所述的一次风口面积为二次风口面积的0-40％。

带中心绕流柱的高炉热风炉陶瓷燃烧器
                       技术领域
本发明属于炼铁高炉热风炉技术领域，尤其是热风炉陶瓷燃烧器
技术领域。
                       背景技术
上世纪60年代起，人们把陶瓷燃烧器用于冶金行业的热风炉上。由于陶瓷燃烧器较金属燃烧器有明显的优点，很快在热风炉上得到推广。经过三十多年的不断改进和发展，目前陶瓷燃烧器的结构型式有十数种之多，主要为套筒式和栅格式陶瓷燃烧器。套筒式陶瓷燃烧器已在国内、国外获得广泛应用。栅格式陶瓷燃烧器由于结构复杂，又难于维护，所以它们只是在少数大型外燃式热风炉上有所应用。
陶瓷燃烧器使煤气和助燃空气的混合和气流在燃烧室截面上分布严重不均的状况有所改善；在相对较小的过剩空气系数下也能实现较好的燃烧，减轻了燃烧“脉动”，具有较大的燃烧强度，能获得较高的燃烧温度和热风温度，因而在一定程度上促进了炼铁生产的发展。但是，套筒式陶瓷燃烧器也存在着明显的缺陷，主要有：
(1)煤气和助燃空气的混合仍较差，采用的过剩空气量仍较大。一般过剩空气量超过15％。个别的甚至高达25％，废气中仍有CO未能燃烬。过剩空气量和未燃烬CO含量的提高，降低了燃料的理论燃烧温度，进而影响了热风炉拱顶温度和热风温度的提高。
(2)火井内气流偏斜严重，各介质成分分布严重不均，降低了燃烧效率和燃烧温度，也使火井内衬因受热不均而受到损坏。
(3)燃烧仍产生“脉动”，尤其是燃用高热值煤气和采用较大的过剩空气系数时，“脉动”更易发生。
(4)内燃式热风炉的掉砖，会把空气分布帽砸坏，并使它和中心煤气道受到堵塞，降低了燃烧器的使用效果和寿命。
                     发明内容
本发明的目的是提供一种带中心绕流柱的高炉热风炉陶瓷燃烧器，它提高了空气和煤气的混合均匀度，纠正了火井内气流偏斜所导致的火焰偏斜，使燃烧器燃烧稳定，同时降低燃料燃烧的空气消耗系数，提高燃烧温度。
本发明的目的是这样实现的：带中心绕流柱的高炉热风炉陶瓷燃烧器的空气环道环绕在煤气环道之外，设置于燃烧器中央的煤气环道直接通向着火盆，在煤气环道的中央设置有一个贯穿煤气环道的中心绕流柱。中心绕流柱的高度不超过保护帽的高度。在中心绕流柱面对煤气入口处设置有导流板，导流板的水平夹角为0-80°，导流板的导流面的形状是平面、弧面或曲面。一次风口设置在着火盆的下部扩展处，燃烧器中心平面上两对应一次风口中心线的延长线夹角为100-180°；二次风口设置在着火盆的上部，与保护帽的下部相邻接，燃烧器中心平面上两对应二次风口中心线的延长线夹角为40-70°。所述的一次风口面积为二次风口面积的0-40％。在保护帽的上面还设置有减震导流环。
本发明结构新颖，设计合理，技术效果显著。试验室用仿真模型所做的试验结果证明：不加中心绕流柱的陶瓷燃烧器煤气流速最大区域在煤气流的中心部位，气流速度分布呈现为单峰状(如附图3所示)。设置有中心绕流柱的本燃烧器煤气流速最大区域在靠近煤气通道外围的区域，煤气速度分布环道呈现双峰状(如附图2所示)。这种分布有利于空气流对煤气流的穿透和混合，有利于燃烧过程的组织。双峰状的分布减小了气流的厚度，最高流速所在的位置远比单峰状靠近烧嘴的外周，有利于一次风和二次风对煤气流的穿透和混合，对稳定燃烧、降低空气消耗系数和提高理论燃烧温度都起到了很大的作用。本发明的燃烧器中一次风口有一定的倾斜角，二次风的倾斜角比较大，这样有利于空、煤气混合物在火井内稳定着火燃烧。为使火焰在燃烧室(火井)内不发生偏斜，保证空、煤气的混合，煤气流和空气流在燃烧器圆周方向必须均匀分布。加煤气导流板有利于煤气配气均匀度的提高，我们用实验室模型测定的结果，加煤气导流板前的配气均匀度为81.07％，加煤气导流板后配气均匀度提高了11.39％，达到了92.46％。本发明适用于各种类型的热风炉。
                     附图说明
附图1为本发明燃烧器结构示意图；
附图2为带中心浇流柱的煤气流速分布示意图；
附图3为不带中心浇流柱地煤气流速分布示意图。
附图中标记分述如下：1——燃烧室大墙；2——减震导流环；3——保护帽；4——二次风口；5——着火盆；6——一次风口；7——空气环道；8——中心绕流柱；9——煤气环道；10——点火孔；11——二次风口中心夹角；12——一次风口中心夹角；13——助燃空气入口；14——导流板；15——煤气入口；16——空气上升道。
                   具体实施方式
下面结合附图对本发明的最具特色的部分作进一步详细的描述。如附图所示，本发明的燃烧器的煤气通道9设置在燃烧器的中央，空气通道7环绕在煤气通道之外，煤气通道的中央设置有中心绕流柱8，中心绕流柱8贯通煤气通道，其高度不超过保护帽3的高度。在绕流柱正对煤气入口15处设置有煤气导流板14，其水平夹角为0-80°，导流板的导流面形状是平面、弧面或曲面。本陶瓷燃烧器带煤气中心绕流柱和煤气导流板，消除了煤气入口的涡流损失，合理组织煤气在通道内的流动，减小阻力损失。煤气通道系统属于出口阻力很小的管流系统，气流拐弯后由于惯性作用，绕过中心绕流柱，主流股冲向入口对面然后上升；在一次空气混合前的任意横截面上，流场呈现为双峰状(见附图2所示)，在圆周方向为一个圆环；不加煤气中心绕流柱的气流速度分布呈现为单峰状(见附图3所示)。很显然，加有中心绕流柱的气流速度分布呈现双峰状减小了气流的厚度，最高流速所在的位置远比单峰状靠近烧嘴的外周，这种速度分布有利于一次风和二次风对煤气流的穿透和混合，对稳定燃烧、降低空气消耗系数和提高理论燃烧温度起到很大的作用。
从气体力学的观点出发，凡是气体出口有阻力均布空洞的多孔通道，气流的均匀分布性比较好，并且气流出口断面与该处环形断面总面积之比越小，即阻力越大，气流分布越均匀，换句话说气流的均匀性是以牺牲阻力为代价换来的。空气沿煤气四周均匀喷出也是改善空、煤气混合和合理组织燃烧的重要和关键的措施。影响空、煤气混合的因素有空气流与煤气流的交角；空气喷出速度和煤气喷出速度；空气流对煤气流的穿透深度等。显然，空气与煤气的交角越大，混合越好，但交角过大容易出现火焰不稳，并且增大煤气通道的阻力。对一次风射入角进行试验时发现：一次风道垂直于煤气流股，对煤气流的穿透能力大，煤气流量小；倾斜式穿透能力小，但在同样压差下煤气流量大。在确定一次风的射入角时，要综合考虑煤气的压力损失和穿透深度两个方面。本发明的燃烧器中一次风的中心夹角较大，而二次风口的中心夹角较小，这样有利于空煤气的相互引射作用，故空煤气的混合效果好，火焰稳定，热效率高。此外，保护帽3的设置可以起到保护风口和煤气通道不被掉砖砸坏和堵塞的作用，减震环2的设置除减震作用外，还起到导流的作用。