高温热风炉 所属技术领域
本发明涉及一种用于高炉的高温热风炉。
背景技术
高炉冶炼需要温度足够高的热风，热风炉是提供这种热风的必备装置。当前工业应用的热风炉是由炉壳、耐火衬、燃烧装置、蓄热体和通道系统所组成。受燃料发热值以及燃料和助燃空气初始温度的制约，现有热风炉通常的送风温度一般在1000-1200℃左右，不能适应更高的工艺要求。需要特别注意的是，在如此高的温度下，温度的再提高是非常困难的；同时，哪怕只提高几十度，对冶炼过程也是非常有益的。因此，有人提出了在热风炉的燃烧室上部增加使用经预热地燃料和助燃空气辅助烧嘴的方法来提高炉温；再就是通常从余热利用的基本目的出发，在烟道处设置换热器来提高进入燃烧器的煤气与/或空气温度，取得了提高热风温度的积极效果。但是，第一种方法的不足之处在于：1.由于它是在热风炉的高温区的侧壁上开孔，对热风炉壳体的强度影响较大，不适应改造。2.由于它的安装位置较高，设备的安装以及维护极不方便。3.由于内燃式热风炉存在炉内有效空间利用率较低以及容易漏风的问题，存在被顶燃式热风炉取代的倾向，因此，上述方法的推广应用也越来越受到限制。4.若试图将上述方法应用于顶燃式热风炉，取气气流必将影响其燃烧室内的压力场的均匀分布，引发蓄热体的不均匀受热而导致最终热风温度的不理想。至于第二种方法，从节能的角度来看，其效果是比较理想的，但是，当以提高热风炉所生产的热风温度为首要目的的角度来看，它只是一种有限的改良，达不到大幅度提高热风温度的目的。
【发明内容】
本发明的目的，在于提供一种风温更高、更适应改造、更安全、安装以及维护方便、效率更高、应用范围广泛的用于高炉的高温热风炉。
本发明的基本构思是，设置专用于大幅度提高进入或掺入主燃烧器的煤气与/或助燃空气温度的外加热装置来对煤气与/或助燃空气进行预加热，以提高送入主燃烧器的煤气与/或助燃空气的温度，进而提高了理论燃烧温度并最终获得温度大幅提高的热风。
当预热温度在800℃-900℃甚至在1000℃以下时，外加热装置可以采用连续工作的热交换装置，该装置可以采用在火力发电机组中类似生产过热蒸汽的热交换装置的基本结构。随着新型的高性能材料的产生，在采用这种热交换装置的情况下，进一步提高加热温度也是可能的。
当需要的预热温度在900℃甚至1000℃以上时，外加热装置还可以是一种具有公用燃烧室和多个蓄热体组的热交换装置，这样的装置将更紧凑、更实用且投资更少。
在两种介质中，当有一种介质的预加热温度要求较低的时候，外加热装置还可以是具有公用燃烧室和多个蓄热体组的热交换装置和连续工作的热交换装置的组合装置。
有时候，只要求对煤气或助燃空气之一进行预热，这时，只要在需要预热的介质通道上设置外加热装置就可以了。至于选用何种形式的上述外加热装置，可根据预热要求等多种因素权衡决定。
当采用连续工作的热交换装置时，采用蓄热式烧嘴还可取得节能、环保的双重效果。
当采用交替工作的换热系统时，由于热交换过程是交替进行的，其预热的温度必然会发生周期性的波动，这时，可采用一种混气阀，来保持输出温度的稳定或者用来调节输出温度，使之符合设定的要求。当然，当采用连续工作的热交换装置时，也可以采用混气阀，以获得对混合气的温度快速调整的效果。
上面所说的混气阀可以是由包含低温气入口、高温气入口、混合气出口的、对外伸件具有密封功能的阀壳和可操纵的、具有定位功能的、能够通过位置变动来调整混合气温度的阀板所组成。
本发明的有益效果是：1.在耐火材料、蓄热体材料和控制系统允许的条件下，热风炉的送风温度可以达到工艺所需的任意温度，从而可实现冶炼过程中风温因素的最大的优化。2.煤气与/或助燃空气的温度设定值便于调整，易于实现与高炉工况的最佳匹配，特别是当采用类似生产过热蒸汽的热交换装置时。3.煤气与/或助燃空气的供气过程连续、稳定，特别是当采用类似生产过热蒸汽的热交换装置时。4.不影响热风炉主燃烧室内的温度梯度、压力场和流场，有助于热风炉的稳定顺行。5.在不降低热效率的前提下，本发明具有对冶炼系统补能的效果。6.本发明不排斥从余热利用的基本目的出发，通过热交换器来提高初始空气温度的方法，而且通过串接采用余热利用的方法后，还有助于减少本加热装置的尺寸。
【附图说明】
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。本发明有附图7页，共10幅，其中：
图1是本发明的实施例一的结构图。其中，[1]是一种传统意义上的热风炉，它可以是内燃式的，也可以是外燃式的，还可以是顶燃式的或其他形式的，该热风炉上的燃烧器的位置应当根据炉型的需要确定，图中所示的位置仅仅是一种象征性的表示，由于传统意义上的热风炉的配置属于现有技术，关于这方面的细节就不再赘述了。[2]是一种对燃气与/或助燃空气进行预加热的外加热装置。具体来说，外加热装置[2]是一种连续工作的热交换装置，它可以采用在火力发电机组中蒸汽过热器的基本结构。需要特别说明的是，本实施例是在传统意义上的热风炉[1]的燃烧-蓄热阶段，把提高主燃烧器的煤气与/或助燃空气的初始温度来达到提高蓄热体自身温度的要求作为手段，以实现大幅提高传统热风炉的送风温度的目的。在热风炉[1]的蓄热期，煤气和助燃空气分别通过管道[3]和[4]经过外加热装置[2]升温后，进入热风炉[1]的主燃烧器，显著提高了理论燃烧温度。
图3是在实施例一中，对煤气与/或助燃空气的加热装置[2]结构简图，本图所示的方案的特点是对煤气和助燃空气加热的热交换器共处在同一个燃烧室内。图中，[9]是燃烧室，[10]是用于加热煤气的热交换器，[11]是用于加热助燃空气的热交换器，[12]则是给燃烧室进行加热的烧嘴，请注意，当该烧嘴[12]采用蓄热式烧嘴时，除了可以利用低热值的高炉煤气之外，还会取得节能和环保的双重效果。
图4也是在实施例一中，对煤气与/或助燃空气的加热装置[2]结构简图，本图所示的方案的特点是，对煤气和助燃空气加热的热交换器是各自使用独立的燃烧室，以便于对它们的加热温度的单独控制。图中各个代号的含义与图4中的各个代号的含义相同。
图5、图6分别表述了两种不同形状的管式热交换器。当把它们置于燃烧室内后，管子首先被加热，通过管内的气体也就被加热了。当然，热交换器的具体形式是多种多样的，就不在此一一说明了。
图2是实施例二的结构图。其中，[20]是一种对煤气与/或助燃空气进行预加热的外加热装置，[6]是混气阀，[7]和[8]分别是温度较低的煤气和助燃空气入口，而其它标号的含义与图1中所述的标号的含义相同。具体来说，外加热装置[20]是一种具有公用燃烧室和多个蓄热体组的热交换装置。
图10是具有公用燃烧室和多个蓄热体组的热交换装置[20]的简图。图中，[21]是公用燃烧室，[22]是众多阀门中的一个，[23]、[24]、[25]和[26]分别是多个蓄热体组中的一个，[27]是待预热的煤气总管，[28]是预热后的煤气总管，[29]是待预热的助燃空气总管，[30]是预热后的助燃空气总管，[31]是废烟气排出总管，[32]是燃烧室的烧嘴等。该热交换装置的工作过程是这样的，在初始状态下，留出必要的烟气通道后，使其余阀门置于全关的位置，当燃烧室的烧嘴[32]启动后，公用燃烧室[21]的温度得以迅速提高，这时，改变相关阀门的启闭状态，高温烟气可以通过任何一个蓄热体组。假如只通过蓄热体组[23]和[25]，并对该蓄热体组进行加热；当该蓄热体组被加热到规定的温度时，切换高温烟气的通道，使之只能进入蓄热体组[24]和[26]，这时，调整煤气和助燃空气装置中的相关阀门的启闭状态，使待预热的煤气和助燃空气分别进入蓄热体组[23]和[25]进行加温，然后送往热风炉的主燃烧器。当蓄热体组[23]和[25]的温度下降与/或蓄热体组[24]和[26]的温度上升到预期的数值之后，再将其互相切换。如此不断交替进行，以实现热量交换的功能。
另外，在预热煤气的系统中，还应考虑防爆问题。
图10中众多的分立的阀门，可以改用若干组合阀来代替，例如，图中各个圆圈内的2只独立的阀门可以由一个二位三通阀来代替等，再进一步，还可以使用集成度更高的组合阀等。
图7是在实施例二中所使用的一种混气阀[6]的功能部分的结构简图，它采用了高、低温进气口联动控制的方案。图中，[13]是阀壳，[14]是在定位槽[15]内移动的阀板，[16]是低温气入口，[17]是高温气入口，[18]是混合气的出口。请注意，阀壳[13]与阀板[14]的伸出阀外部的杆部属于本阀的外伸件，此处应设有密封装置，由于这属于常规技术，在图中未作表示。在图示状态下，高温气入口[17]处于全开状态，低温气入口[16]则处于全关。随着被操纵的阀板[14]的逐渐下移，高温气入口[17]的开口度就逐渐变小，直至为零；相反，随着被操纵的阀板[14]的逐渐下移，低温气入口[16]的开口度就逐渐从零变大，直至全开。理论上，高、低温气体可以实现任意比例的混合，这样，就可以实现混合气的温度在高、低温气体自身的温度之间任意可调。为了保证混合气的温度符合工艺要求，可以采用测温装置来测量混合气的温度，并依此作为对混气阀调整的依据。至于对混气阀的调整，除了可以采用人工实时监控调整外，最好采用以设定温度为标的的自动控制方法，由于该方法在自动控制领域内属于成熟技术，在此就不再多加说明了。
图8是在实施例二中所使用的另一种混气阀[6]的功能部分的结构简图，它也采用了高、低温进气口联动控制的方案。图中，[19]是可以作往复摆动的阀板，其它标号的含义则与图7中所示的标号的含义相同。在图示状态下，高温气入口[17]处于全开状态，低温气入口[16]则处于全关。当被操纵的阀板[19]向另一侧摆动时，高温气入口[17]的开口度就逐渐变小，直至为零；相反，随着被操纵的滑板[19]的逐渐摆动，低温气入口[16]的开口度就逐渐从零变大，直至全开。阀板[19]是通过其转轴进行径向和轴向定位的，具体可通过其转轴的轴孔与该轴上的附加结构来实现；另外，阀板[19]的转轴也属于本阀的外伸件，它与其壳体[13]之间也应设置密封装置；但是，鉴于这些都是寻常技术，因而未在图中示出。随着阀板[19]的摆动，理论上，高、低温气体可以实现任意比例的混合。这样，同样可以实现混合气的温度在高、低温气体自身的温度之间任意可调。为了保证混合气的温度符合工艺要求，也可以采用测温装置来测量混合气的温度，并依此作为对混气阀调整的依据。至于对混气阀的调整，除了可以采用人工实时监控调整外，最好采用以设定温度为标的的自动控制方法，由于该方法在自动控制领域内属于成熟技术，在此就不再多加说明了。
需要特别说明的一点是，在实施例一以及下面将要提出的实施例三中所述的系统中，也可以采用混气阀[6]。当应用连续工作的热交换装置时，采用了混气阀[6]以后，可以获得对混合气的温度快速调整的效果。
图9是实施例三的结构图。其中，[33]是一种对煤气与/或助燃空气进行预加热的外加热装置，[6]是混气阀，[7]和[8]分别是温度较低的燃气和助燃空气入口，而其它标号的含义与图1中所述的标号的含义相同。具体来说，外加热装置[33]是一种连续工作的热交换装置和具有公用燃烧室和多个蓄热体组的热交装置的组合。这种外加热装置[33]特别适用于两种介质中有一种介质的加热温度较低的情况，例如，当煤气所要求的预热温度小于、等于800℃时，可令其通过连续工作的热交换装置，而让所要求的预热温度很高的助燃空气通过具有高温预热功能的热交换系统进行加热，以争取获得最佳效果。
应当充分明确的一点是，本发明允许仅对煤气或助燃空气之一进行加热。由于上述各实施均是按同时加热它们二者来考虑的，因此，当需要仅对煤气或助燃空气之一进行加热时，只要去除不需要加热的那一路通道中的外加热装置就可以了。
【具体实施方式】
在实际应用中，将主燃烧器全部助燃空气采用上述方法加热而主燃烧器全部煤气采用烟道处常规加热，可能是最适宜的。