專利名稱：逆燃式熱風爐及其燒爐方法和燒爐溫度控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高爐煉鐵技術領域，尤其是涉及一種逆燃式熱風爐，它是一種新型的超高溫熱風爐，還涉及它的燒爐方法和燒爐溫度控制方法。
背景技術：
近年來，隨著高爐現(xiàn)代化和大型化的不斷發(fā)展，已逐步將獲得1250 1300°C的風溫作為21世紀煉鐵技術進步的重要發(fā)展目標之一。與此同時，伴隨高爐裝備現(xiàn)代化水平和綜合冶煉技術水平的不斷提高，高爐的綜合燃料比得以顯著降低，使高爐煤氣的發(fā)熱值已經(jīng)逼近3000kJ/m3的低水平。這樣，在傳統(tǒng)的熱風爐上，僅靠單一的高爐煤氣作為燃料，其理論燃燒溫度將低于1300°C，熱風爐可給高爐實際提供的風溫不足1100°C。為此，如何靠單一的高爐煤氣作為燃料獲得高風溫，已經(jīng)成為煉鐵技術領域開展技術競爭和技術創(chuàng)新的一個交點?，F(xiàn)在，已將能夠獲得1250 1300°C熱風溫度的熱風爐，稱為超高溫熱風爐。到達超高溫熱風爐的必要條件是煤氣燃燒能夠獲得大致1420 1450°C以上的理論燃燒溫度。早期的超高溫熱風爐，主要是采用配加高熱值煤氣的方法來實現(xiàn)的。比如寶鋼的外燃式熱風爐，即是通過在高爐煤氣中配加5 10%的焦爐煤氣，來使理論燃燒溫度達到 1420°C以上，從而實現(xiàn)年均熱風溫度1250 1270°C。但這種方法，不僅燃料成本高，而且在焦爐或者轉(zhuǎn)爐煤氣不足的鋼鐵企業(yè)是無法實現(xiàn)的?，F(xiàn)今的超高溫熱風爐，主要是通過將助燃空氣、高爐煤氣分別預熱到600°C和 180°C，來使理論燃燒溫度高于1450°C，保證高爐穩(wěn)定地獲得1250°C及其以上的風溫。比如首鋼曹妃甸^OOm3高爐和遷鋼4000m3高爐的熱風爐。它們分別是在4座頂燃式熱風爐和 4座高溫改造型內(nèi)燃式熱風爐的基礎上，再配加2座小熱風爐來預熱助燃空氣至600°C，并依靠傳統(tǒng)的煙氣余熱利用技術來預熱高爐煤氣至180°C。但這種方法，不僅大幅度地增加了小熱風爐系統(tǒng)的額外投資，也大幅度地增加了整個熱風爐系統(tǒng)的占地面積，而且也顯著提高了熱風爐系統(tǒng)的工藝復雜性，和顯著增加了工藝裝備的散熱損失。與本技術發(fā)明意圖相近的傳統(tǒng)技術，是助燃空氣自循環(huán)預熱技術。傳統(tǒng)的助燃空氣自循環(huán)預熱技術，是將助燃空氣先送入一座送風終止后的熱風爐內(nèi)進行預熱，之后再通過管道送入另一座熱風爐內(nèi)進行燒爐，其預熱過程隨換爐作業(yè)而循環(huán)進行。由此可見，該技術不僅必須要有4座熱風爐才能實施助燃空氣的自循環(huán)預熱操作，而且，送風終止后再投入預熱助燃空氣的那座熱風爐，因為帶走的熱量過多，需要燒爐的時間延長，后續(xù)的蓄熱量不足，也會造成熱風溫度降低的矛盾。因此，該技術至今未能實際普及和推廣應用。旨在實現(xiàn)助燃空氣自預熱的現(xiàn)有技術，尚有中國專利ZL01269171. 2。它是借用蓄熱式燒嘴的技術原理，在頂燃式熱風爐各燒嘴處設置蓄熱體和換向閥，靠頻繁的換向操作來加熱蓄熱體和進行助燃空氣的預熱。該技術仍然是靠設置在熱風爐外部的蓄熱裝置來預熱助燃空氣，其蓄熱體和換向閥系統(tǒng)的復雜性將遠遠超過設置兩座小熱風爐，不具備實用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術的各種不足，提出一種逆燃式熱風爐，它屬于超高溫熱風爐，它能在無外部加熱設施的情況下，依靠單一的高爐煤氣作為燃料，獲得 1250 1300°C的超高溫熱風。它具有不增加占地、投資少、工藝設備和操作系統(tǒng)簡單、能耗低、壽命長、NOx污染少、可減少爐殼晶間應力腐蝕的特點。本發(fā)明還提出了逆燃式熱風爐的燒爐方法及其燒爐溫度控制方法，并同時提出了一種頂燃式熱風爐的燃燒器。一種逆燃式熱風爐，屬于超高溫熱風爐，具有頂燃式熱風爐的技術特征，至少由帶耐材的爐殼、預燃室、燃燒室、蓄熱室、蓄熱井、廢氣室和熱風出口短管組成，它是在現(xiàn)有頂燃式熱風爐內(nèi)，一個用于加熱助燃空氣的蓄熱井垂直豎立在熱風爐的中心區(qū)域，其墻體坐落于爐底，其頂部高出蓄熱室內(nèi)格子磚的頂面，其軸線與熱風爐中心線基本重合；在蓄熱井內(nèi)，自下至上依次設置了小支柱、小爐箅、蓄熱體、噴口裝置，該蓄熱體是專用于加熱助燃空氣；在蓄熱井外，熱風爐的蓄熱室和廢氣室是呈環(huán)形，在此環(huán)形空間內(nèi)，自下至上依次設置了大支柱、大爐箅、格子磚，該格子磚是專用于加熱送給高爐的熱風；在蓄熱井下部，一根廢氣管道和一根助燃空氣管道分別從爐外穿過帶耐材的爐殼、跨越大支柱所在空間、在廢氣室內(nèi)與蓄熱井交匯貫通，它們與爐殼及其耐材、與蓄熱井的鋼殼及其墻體間是保持密實接觸和密封，因此，它們與蓄熱井貫通后形成的整個內(nèi)部空間，除蓄熱井頂部噴口裝置的出口之外，均保持了與廢氣室和蓄熱室相隔離；在熱風爐外，露于爐外的廢氣管道上至少安裝了 一個廢氣閥，而露于爐外的助燃空氣管道上至少同時安裝了一個助燃空氣閥和一個調(diào)節(jié)閥。上述的蓄熱井，其不同高度的橫截面是圓形或者是多邊形，其中心縱截面呈矩形或者梯形或者二者的組合形狀。上述的蓄熱井內(nèi)填充的蓄熱體，是格子磚或者是耐火球。上述的噴口裝置，是一段帶一個或者多個噴口的柱狀或者錐臺狀的耐火材料砌體，該砌體是與蓄熱井的墻體共筑為一體。上述蓄熱井的墻體，從里至外，至少有部分是由兩層相互脫開的耐火磚砌筑而成， 在兩層脫開的耐火磚之間，填充有一層不銹鋼薄板。上述蓄熱井的鋼殼是包裹在墻體外面、或者包覆在墻體內(nèi)面、或者鑲嵌在墻體中間，它的高度與其距離最近的爐箅高度相當。上述的蓄熱井內(nèi)，在爐底的中心有一口沉井，沉井的井底位于爐底地平面以下的混凝土基礎中，一根廢氣管道和一根助燃空氣管道分別是從爐外開始被埋入回填土層和混凝土基礎內(nèi)、并在混凝土基礎中與沉井交匯貫通。上述的一根廢氣管道和一根助燃空氣管道，是通過一根共用管道與蓄熱井交匯貫通的。上述的露于爐外的廢氣管道上，在安裝的廢氣閥后安裝了一臺引風機。上述的露于爐外的助燃空氣管道上，在安裝的助燃空氣閥和調(diào)節(jié)閥前安裝了一臺加壓風機。一種逆燃式熱風爐的燒爐方法，是按現(xiàn)有頂燃式熱風爐的燒爐方法進行燒爐，其主要差別在于將燒爐期分為前半期和后半期，前半期為蓄熱體的加熱期，后半期為蓄熱體的放熱期；其中在前半期，助燃空氣閥是關閉的，廢氣閥是打開的。此時，助燃空氣全部通過預燃室的空氣集管噴出，與預燃室的煤氣集管噴出的全部煤氣一起，在燃燒室內(nèi)向下旋流、混合并燃燒，所生成的高溫廢氣，其理論燃燒溫度大致在1300 1350°C左右，其大部分流經(jīng)蓄熱室加熱格子磚，之后從廢氣室的煙氣管道外排，而小部分則從蓄熱井上部的噴口裝置進入蓄熱井，在加熱蓄熱體后從廢氣管道中外排。因此，在前半期，蓄熱體是加熱過程。在后半期，首先是關閉廢氣閥，再打開助燃空氣閥和調(diào)節(jié)閥。此時，蓄熱井內(nèi)高溫廢氣停止流動，蓄熱體的加熱過程被迫終止，同時，一部分助燃空氣從助燃空氣主管分配至蓄熱井中，與蓄熱體發(fā)生熱交換，被加熱到600 1000°C甚至以上，然后從噴口裝置向上沖入燃燒室中心。在預燃室和燃燒室內(nèi)，前半期開始的燃燒過程仍在繼續(xù)進行，只是分配至空氣集管的助燃空氣量已經(jīng)減少，不能使煤氣完全燃燒，所生成的高溫廢氣中仍含有未燃盡煤氣。在燃燒室中心，含有未燃盡煤氣的高溫廢氣將與上述沖入燃燒室中心的高溫助燃空氣相遇，形成相向流動，因此出現(xiàn)逆向燃燒反應過程，所生成的高溫廢氣可達到1420 1500°C的超高理論燃燒溫度，并圍繞在蓄熱井所處的燃燒室中心區(qū)域。在蓄熱室內(nèi)，逆向燃燒反應生成的超高溫廢氣，將全部流經(jīng)蓄熱室繼續(xù)加熱格子磚，使格子磚的蓄熱溫度在前半期蓄熱后的溫度水平基礎上進一步提高。而在廢氣室內(nèi)，廢氣全部通過頂燃式熱風爐現(xiàn)有的煙氣管道外排。因此，在后半期，蓄熱體在前半期所蓄的熱量被助燃空氣換熱，是放熱過程。上述前半期與后半期的轉(zhuǎn)換，是在蓄熱體蓄熱達到設定條件后進行的。其轉(zhuǎn)換操作的程序是首先關閉廢氣閥，之后打開助燃空氣閥和調(diào)節(jié)閥。可見，完成轉(zhuǎn)換操作十分簡便、容易。上述的預燃室，其內(nèi)部的空氣集管是一層或者緊鄰的多層，本發(fā)明優(yōu)選設置為緊鄰的上下兩層，煤氣集管在上，緊鄰的上下兩層空氣集管在下；或者緊鄰的上下兩層空氣集管在上，煤氣集管在下。在設置兩層空氣集管的情況下，前后半期的轉(zhuǎn)換操作是在關閉廢氣閥、打開助燃空氣閥和調(diào)節(jié)閥后，再關閉該兩層空氣集管中任何一層上的空氣閥。其好處是在完成轉(zhuǎn)換的同時，保持燒爐作業(yè)穩(wěn)定正常，減少調(diào)節(jié)蓄熱井助燃空氣分配比例所耗費的時間。上述設置了緊鄰的上下兩層空氣集管的預燃室，在現(xiàn)有頂燃式熱風爐系列專利技術中，是一種頂燃式熱風爐燃燒器的實用新型。在現(xiàn)有技術中，頂燃式熱風爐的預燃器也稱為燃燒器。上述的助燃空氣管道上接入了一根返回氣管道，該管道上至少安裝了一個返回氣閥和一個調(diào)節(jié)閥。該管道中的返回氣，來源于從熱風爐煙氣管道內(nèi)抽來的熱廢氣，或者是直接采用富余的余熱鍋爐蒸汽。一種逆燃式熱風爐的燒爐溫度控制方法，在燒爐后半期，在關閉廢氣閥、打開助燃空氣閥和調(diào)節(jié)閥的同時，再打開返回氣管道上的返回氣閥和調(diào)節(jié)閥，此時，從熱風爐煙氣管道中抽來的熱廢氣，從返回氣管道中摻混進入助燃空氣管道內(nèi)，使助燃空氣的含氧量降低； 隨燒爐進行，逐步調(diào)節(jié)返回氣管道上的調(diào)節(jié)閥，減少熱廢氣摻混進入助燃空氣的數(shù)量，使助燃空氣的含氧量逐步提高；該調(diào)節(jié)閥起始的開度，決定了助燃空氣起始降低的含氧量，它以逆向燃燒反產(chǎn)物達到規(guī)定的理論燃燒溫度為準；調(diào)節(jié)閥關閉的速度，決定了助燃空氣的含氧量提高速度，它以保持逆向燃燒反應產(chǎn)物的理論燃燒溫度穩(wěn)定為準。本發(fā)明的有益效果是(1)本發(fā)明在現(xiàn)有頂燃式熱風爐中內(nèi)置蓄熱井，并通過其中填充的蓄熱體來加熱助燃空氣，可將助燃空氣加熱到600 ΙΟΟΟ ，僅依靠單一的高爐煤氣作為燃料，就可獲得高于1420°C以上的理論燃燒溫度。因此，本發(fā)明的逆燃式熱風爐是一種超高溫熱風爐。(2)本發(fā)明在現(xiàn)有頂燃式熱風爐內(nèi)設置蓄熱井，可以通過增加熱風爐的高度來解決現(xiàn)有各類熱風爐改造問題，也可以通過適當擴大熱風爐的直徑來新建熱風爐。與設置小熱風爐的現(xiàn)有技術相比，這幾乎實現(xiàn)不新增加占地。(3)本發(fā)明在現(xiàn)有頂燃式熱風爐內(nèi)增加蓄熱井，只需增加部分耐火材料和相應的管道、閥門等必要設備，十分簡單，因此，實現(xiàn)了用最少投資來兌現(xiàn)超高風溫這一 21世紀煉鐵技術進步的重要目標。(4)本發(fā)明沿用現(xiàn)有頂燃式熱風爐的燒爐方法，其轉(zhuǎn)換操作簡單，幾乎不改變現(xiàn)有熱風爐爐系統(tǒng)的操作方式，最大限度的保持了對現(xiàn)有頂燃式熱風爐操作系統(tǒng)的繼承性，因此簡便、易行。(5)本發(fā)明在現(xiàn)有頂燃式熱風爐內(nèi)增加蓄熱井，無外設工藝管道和其他散熱設備， 與設置小熱風爐或者采用外燃式熱風爐來實現(xiàn)超高溫熱風爐相比，本發(fā)明的散熱損失最小，能耗水平最低。(6)本發(fā)明在現(xiàn)有頂燃式熱風爐內(nèi)增加蓄熱井，使高溫助燃空氣從蓄熱井向上沖入下行的旋流空煤氣混合流股的旋渦中，逆向燃燒產(chǎn)生的高溫集中在熱風爐燃燒室空間的中心區(qū)域；而燃燒室拱頂墻體表面及其附近的煤氣燃燒，仍以預燃器上部進入的低溫空氣為主，因此燃燒溫度低，對熱風爐拱頂?shù)膲勖娱L十分有利，這將比現(xiàn)有各類超高溫熱風爐的拱頂都具有更長的使用壽命。(7)本發(fā)明采用的高溫空氣逆向燃燒技術，使逆向燃燒產(chǎn)生的高溫集中在熱風爐燃燒室空間的中心區(qū)域，縮短了超高溫出現(xiàn)的時間和行程，因此可減少NOx生成的數(shù)量。同時，由于高溫空氣中摻混了部分熱風爐的熱廢氣，使本發(fā)明實際上是采用了更為先進的高溫低氧空氣燃燒技術，它可以大幅度的增加火焰長度，提高熱風爐的均熱水平，并具有抑制 NOx生成的作用。因此，本發(fā)明在獲得超高溫的同時，將最大程度地減少NOx的生成數(shù)量。 此外，在熱風爐燃燒室徑向的外沿，煤氣燃燒的溫度低，不足以產(chǎn)生NOx，使熱風爐的高溫區(qū)域的爐殼不能接觸到NOx，所以，本發(fā)明也可以最大程度的減少和防止晶間應力腐蝕對超高溫熱風爐爐殼的危害，一舉多得。(8)本發(fā)明具有兩種不同的運行模式，其一是傳統(tǒng)頂燃式熱風爐的運行模式，其二是超高溫運行模式。兩種模式可以快速、靈活的相互轉(zhuǎn)換，這對高爐生產(chǎn)應對不同原燃料條件的變化具有積極意義。(9)本發(fā)明首次將高溫空氣逆向燃燒技術應用于熱風爐，為世界首創(chuàng)。特別說明的是正是由于本發(fā)明主要技術特征是在熱風爐內(nèi)實現(xiàn)了逆向燃燒，并因此而獲得比實現(xiàn)超高風溫更為重要的、超過現(xiàn)有超高溫熱風爐的全面而系統(tǒng)的關鍵性能和技術經(jīng)濟綜合指標，為此本發(fā)明被命名為“逆燃式熱風爐”。在現(xiàn)有技術中，逆向燃燒也被簡稱為“逆燃”。這將成為與現(xiàn)有“內(nèi)燃式”、“外燃式”、“頂燃式”熱風爐并列的一種新型熱風爐。
綜上所述，本發(fā)明的逆燃式熱風爐，是屬于超高溫熱風爐，它具有不增加占地、投資少、工藝設備和操作簡單、能耗低、壽命長、NOx污染少、可減少爐殼晶間應力腐蝕等特點。 因此，毫無疑問，逆燃式熱風爐是性能卓越的新一代超高溫熱風爐。


圖1為本發(fā)明典型實施例1的剖面視圖。圖2為本發(fā)明典型實施例2的剖面視圖。圖3為圖1的I-I截面視圖，為具體實施例1附圖。圖4為本發(fā)明具體實施例2的I-I截面視圖。圖5為本發(fā)明具體實施例3的I-I截面視圖。如圖中，1為爐殼，2為耐材，3為預燃室，4為燃燒室，5為蓄熱室，6為蓄熱井；7為廢氣室，8為熱風出口短管，9為格子磚，10為小支柱、11為小爐箅、12為蓄熱體、13為噴口裝置、14大支柱、15為大爐箅、16為墻體、17為爐底、18為廢氣管道、19為助燃空氣管道、20 廢氣閥、21為助燃空氣閥、22為調(diào)節(jié)閥、23助燃空氣主管、M為煤氣集管、25為上空氣集管、 26為下空氣集管、27為空氣管道、觀為調(diào)節(jié)閥、四為空氣閥、30為不銹鋼薄板、31為冷風管道、32為鋼殼、33為煙氣管道、34為引風機、35為加壓機、36為共用管道、37為三通管道、38 為混凝土基礎、39為回填土，40為沉井，41為井底、42為返回氣管道、43為返回氣閥、44為調(diào)節(jié)閥。
具體實施例方式典型實施例1如圖1所示，逆燃式熱風爐，具有頂燃式熱風爐的技術特征。它至少由帶耐材2的爐殼1、預燃室3、燃燒室4、蓄熱室5、蓄熱井6、廢氣室7和熱風出口短管8組成。在一個現(xiàn)有頂燃式熱風爐內(nèi)，一個用于加熱助燃空氣的蓄熱井6垂直豎立在熱風爐的中心區(qū)域， 其墻體16坐落于爐底17，其頂部高出蓄熱室5內(nèi)格子磚9的頂面，其軸線與熱風爐中心線基本重合。在蓄熱井6內(nèi)，自下至上依次設置了小支柱10、小爐箅11、蓄熱體12、噴口裝置 13，該蓄熱體12是專用于加熱助燃空氣。在蓄熱井6外，熱風爐的蓄熱室5和廢氣室7是呈環(huán)形，在此環(huán)形空間內(nèi)，自下至上依次設置了大支柱14、大爐箅15、格子磚9，該格子磚9 是專用于加熱送給高爐的熱風。在蓄熱井6下部，一根廢氣管道18和一根助燃空氣管道19 分別從爐外穿過帶耐材2的爐殼1、跨越大支柱15所在空間、在廢氣室7內(nèi)與蓄熱井6交匯貫通，它們與爐殼1及其耐材2、與蓄熱井6的鋼殼32及其墻體16之間是保持密實接觸和密封，因此，它們與蓄熱井6貫通后形成的整個內(nèi)部空間，除蓄熱井6頂部噴口裝置13的出口之外，均保持了與廢氣室7和蓄熱室5相隔離。在熱風爐外，露于爐外的廢氣管道18 上至少安裝了一個廢氣閥20，之后可接入熱風爐的主煙道；而露于爐外的助燃空氣管道19 上，至少同時安裝了一個助燃空氣閥21和一個調(diào)節(jié)閥22，之后再與熱風爐的助燃空氣主管 23相連。如圖3、5中，蓄熱井6在不同高度的橫截面是圓形，如圖1、2中，蓄熱井6的中心縱截面是矩形或者矩形和梯形的組合形狀。如圖4所示，在蓄熱井6的橫截面是正六邊形。 這時，蓄熱井6內(nèi)外的格子磚9可以實現(xiàn)規(guī)則的排列和砌筑，尤其是顯著提高蓄熱室5的填充率。如圖1中，蓄熱井6內(nèi)填充的蓄熱體12是格子磚或者是耐火球。在蓄熱井6尺寸較小、容積不足時，宜采用耐火球。如圖1、2中，噴口裝置13是一段帶一個噴口的柱狀或者錐臺狀耐火材料砌體，該砌體是與蓄熱井6的墻體16共筑為一體。在大直徑的熱風爐內(nèi)，噴口裝置13或者是一個帶多個噴口的錐臺狀或者柱狀耐火材料砌體。如圖1、2中，蓄熱井6的墻體16，有部分從里到外都是由兩層相互脫開的耐火磚砌筑而成的，在兩層脫開的耐火磚之間，填充有一層不銹鋼薄板30，起到防止蓄熱井6與蓄熱室5相互間串氣和泄漏的作用。如圖1、2中，蓄熱井6的鋼殼32是包裹在墻體16外面，主要作用是防止蓄熱井6 與廢氣室7間出現(xiàn)互相串氣和泄漏，同時起到蓄熱井6與助燃空氣管道19和廢氣管道18 間的固定和密封作用。可起到相同作用的其他實施方式是該鋼殼包覆在墻體16內(nèi)面，或者鑲嵌在墻體16中間。本發(fā)明優(yōu)選鋼殼32安裝的高度為與其距離最近的大爐箅14或者小爐箅11的高度相當。典型實施例2如圖2所示，在典型實施例2中，在爐箅以上的部分是完全和典型實施例1相同。 在廢氣室內(nèi)，煙氣管道33和冷風管道31的布置，是與現(xiàn)有頂燃式熱風爐的布置完全相同的。它適合于新建熱風爐時采用。它的優(yōu)勢是最大程度的繼承現(xiàn)有頂燃式熱風爐在蓄熱室和廢氣室內(nèi)氣流的流動特性。典型實施例2與典型實施例1所不同的是所述的蓄熱井 6內(nèi)，在爐底17的中心有一口沉井40，沉井40的井底41位于爐底17地平面以下的混凝土基礎38中，一根廢氣管道18和一根助燃空氣管道19分別是從爐外開始被埋入回填土 39 層和混凝土基礎38內(nèi)、并在混凝土基礎38中與沉井40交匯貫通。上述典型實施例有各種具體實施例。具體實施例是根據(jù)廢氣室7內(nèi)外諸多管道的不同布置方式和不同設備配置來確定的。以下具體實施例僅是比照典型實施例1的I-I截面視圖來說明。之所以存在眾多具體實施例，是因為調(diào)整所述的管道布置方式和設備配置， 可以使本發(fā)明滿足對現(xiàn)有各類熱風爐進行技術改造的要求，或者滿足新建熱風爐時各類業(yè)主條件變化或者其他方面的需求。以下就3種有代表性的情況具體分述如下具體實施例1在如圖3中，兩個煙氣管道33和蓄熱井6的廢氣管道18位于同一側(cè)，兩個冷風管道31和蓄熱井6的助燃空氣管道19位于另一側(cè)。本具體實施例布置形式，適合于對現(xiàn)有只有一個主煙道的熱風爐進行超高溫熱風爐的技術改造。具體實施例2如圖4中，兩個煙氣管道33和兩個冷風管道31是與廢氣管道18及助燃空氣管道 19分置于熱風爐的兩側(cè)，呈軸對稱關系，適合于新建熱風爐。該例需要設置兩個主煙道，這方便空氣和煤氣分別進行煙氣預熱。在如圖4中，還反映了另一種完全利用現(xiàn)有設備來實現(xiàn)超高溫熱風爐改造的方式，即廢氣管道18上不僅安裝了一個廢氣閥20，而且后面還安裝了一臺引風機34，同時在助燃空氣管道19安裝的助燃空氣閥21和調(diào)節(jié)閥22前，也增加了一臺加壓風機35。其目的是在所利用的助燃風機能力不足或者利用的現(xiàn)有煙道抽力不足的情況下，通過加壓風機35來提高助燃空氣的壓力，通過引風機34來增加廢氣管道18的吸力。當然，在實際設計時，多座熱風爐可以共用一臺引風機34或者加壓風機35。具體實施例3如圖5所示，兩個煙氣管道33和冷風管道31位于左側(cè)，與現(xiàn)有熱風爐的狀況完全相同。而與蓄熱井6交匯貫通的一根共用管道36位于右側(cè)。此例是實施超高溫熱風爐的技術改造，對現(xiàn)有熱風爐已有設施變動最小的技術方案。此時，蓄熱井6是與一根共用管道 36進行交匯貫通。實際上，這相當于把前述廢氣管道18和助燃空氣管道19在爐內(nèi)的部分合二為一，變?yōu)橐桓灿霉艿?6。而共用管道36露于熱風爐外的管口，是與一個三通管道 37連接，三通上的另外兩個接口，一個再連接助燃空氣管道19，另一個再連接廢氣管道18。上述具體實施例用于說明典型實施例2的情況時，只是廢氣管道18及助燃空氣管道19是埋入地下的，所配置的閥門或者其他設備位于地面以上。除此之外，其他情況均可相同。以下綜合上述各實施例，對逆燃式熱風爐的燒爐方法予以說明。逆燃式熱風爐的燒爐方法，是按現(xiàn)有頂燃式熱風爐的燒爐方法進行燒爐，但其主要差別在于將燒爐期分為前半期和后半期，前半期為蓄熱體12的加熱期，后半期為蓄熱體12的換熱期，其中在前半期內(nèi)，與蓄熱井6連接的助燃空氣管道19上的助燃空氣閥21是關閉的，而與蓄熱井6連接的廢氣管道18上的廢氣閥20是打開的。此時，在熱風爐內(nèi)，從預燃室3內(nèi)部的煤氣集管M和上空氣集管25、下空氣集管沈分別噴出的全部的煤氣和全部的助燃空氣，在燃燒室4內(nèi)向下旋轉(zhuǎn)流動，并形成混合和燃燒；所生成的高溫廢氣，其理論燃燒溫度大致在1300 1350°C左右。該高溫廢氣中的大部分流進蓄熱室5內(nèi)，在加熱格子磚9后進入廢氣室7，然后由煙氣管道33排出爐外；而小部分將通過蓄熱井6上部的噴口裝置13進入蓄熱井6內(nèi)，在加熱蓄熱體12后，再從蓄熱井6下的廢氣管道18中排出爐外。因此，在前半期燒爐時間內(nèi)，蓄熱井6內(nèi)的蓄熱體12是處于加熱過程中。在后半期內(nèi)，首先是關閉與蓄熱井6連接的廢氣管道18上的廢氣閥20，之后再打開與蓄熱井6連接的助燃空氣管道19上的助燃空氣閥21和調(diào)節(jié)閥22。此時，在熱風爐內(nèi)， 蓄熱井6內(nèi)高溫廢氣停止流動，蓄熱體12的加熱過程被迫終止。由于助燃空氣閥21和調(diào)節(jié)閥22均被打開，因此，一部分助燃空氣將從助燃空氣主管23分配至蓄熱井中，會被蓄熱體加熱到600 1000°C甚至以上，然后再從噴口裝置13向上沖入燃燒室4中心。在燃燒室4 內(nèi)，前半期開始的燃燒過程仍在繼續(xù)進行，只是分配至上空氣集管25和下空氣集管沈的助燃空氣流量已經(jīng)減少，不能使煤氣完全燃燒，所生成的高溫廢氣中仍含有未燃盡煤氣。在燃燒室4中心，含有未燃盡煤氣的高溫廢氣將與上述沖入燃燒室4中心的高溫助燃空氣相遇， 形成相向流動，因此出現(xiàn)逆向燃燒反應過程，所生成的高溫廢氣可達到1420 1500°C的超高理論燃燒溫度，并圍繞在蓄熱井6所處的燃燒室4中心區(qū)域。在蓄熱室5內(nèi)，逆向燃燒反應生成的高溫廢氣，將全部流經(jīng)蓄熱室5繼續(xù)加熱格子磚，使格子磚9的蓄熱溫度在前半期蓄熱后的溫度水平基礎上進一步提高。而在廢氣室7內(nèi)，廢氣全部通過頂燃式熱風爐現(xiàn)有的煙氣管道33外排。因此，在后半期，蓄熱體12在前半期所蓄的熱量被助燃空氣換熱，是處于放熱過程中。在上述燒爐方法中，含有未燃盡煤氣的高溫廢氣的溫度，是由上空氣集管25和下空氣集管26內(nèi)所分配到的助燃空氣比例決定的。在實際生產(chǎn)中，該溫度可根據(jù)不同的操作需要進行人為控制，比如在蓄熱井6分配50%的助燃空氣時，另外的50%從上下空氣集管 25,26中噴出，此時，含有未燃盡煤氣的高溫廢氣的溫度將在800 1000°C左右。上述的燒爐方法中，前半期與后半期的轉(zhuǎn)換是在蓄熱體12達到設定蓄熱條件后進行，其轉(zhuǎn)換操作十分簡便、容易。如圖1、2所示，首先是關閉廢氣閥20，之后打開助燃空氣閥21和調(diào)節(jié)閥22即可。如圖1、2所示，預燃室3的上空氣集管25和下空氣集管沈是重疊在一起的。在此情況下，本發(fā)明優(yōu)選的最佳轉(zhuǎn)換操作程序是先關閉廢氣閥20，后打開助燃空氣閥21和調(diào)節(jié)閥22，同時關閉上空氣集管25或下空氣集管沈中任何一層的空氣閥四。這樣操作的優(yōu)勢在于在完成前半期向后半期燒爐轉(zhuǎn)換的同時，也能夠保持燒爐作業(yè)穩(wěn)定正常，縮短后續(xù)助燃空氣的調(diào)節(jié)時間。實際上，預燃室3內(nèi)部的空氣集管有多種配置方案，比如，設置為一層或者緊鄰的多層；再比如，如圖1、2中的煤氣集管M在上、緊鄰的上空氣集管25和下空氣集管26在下，或者改變?yōu)榫o鄰的上空氣集管25和下空氣集管沈在上，煤氣集管M 在下。上述具有緊鄰的上空氣集管25和下空氣集管沈的預燃室，在現(xiàn)有頂燃式熱風爐系列專利技術中，是一種熱風爐燃燒器的實用新型，為本發(fā)明的優(yōu)選設置。在上述逆燃式熱風爐的燒爐方法中，根據(jù)各類熱風爐的燒爐操作常識，通過蓄熱井6加熱的助燃空氣的溫度是隨時間的延長而逐步減低，必然也導致上述逆向燃燒產(chǎn)物的理論溫度降低，這與現(xiàn)有熱風爐技術的傳統(tǒng)習慣不符。保持燃燒反應過程的理論燃燒溫度穩(wěn)定，是習慣操作中方便通過燒爐時間來衡量燒爐終點的必要條件。為此，本發(fā)明提出一種滿足上述傳統(tǒng)要求的實施例和逆燃式熱風爐的燒爐溫度控制方法。該實施例是在上述的助燃空氣管道19上，接入了一根返回氣管道42，該管道上至少安裝了一個返回氣閥43和一個調(diào)節(jié)閥44。該管道中的返回氣，來源于從熱風爐煙氣管道33內(nèi)抽來的熱廢氣。在不方便獲得熱廢氣時，該返回氣或者直接采用富余的余熱鍋爐蒸汽，以節(jié)約投資。一種逆燃式熱風爐的燒爐溫度控制方法，是在燒爐后半期，在關閉廢氣閥20、打開助燃空氣閥21和調(diào)節(jié)閥22的同時，再打開返回氣管道42上的返回氣閥43和調(diào)節(jié)閥44。 此時，從熱風爐煙氣管道33中抽來的熱廢氣，從返回氣管道42中摻混進入助燃空氣管道四內(nèi)，使助燃空氣的含氧量降低。隨燒爐進行，逐步調(diào)節(jié)返回氣管道42上的調(diào)節(jié)閥44，減少熱廢氣摻混進助燃空氣中的數(shù)量，使助燃空氣的含氧量逐步提高。該調(diào)節(jié)閥44起始的開度， 決定了助燃空氣起始降低的含氧量，它以逆向燃燒反產(chǎn)物達到規(guī)定的理論燃燒溫度為準; 調(diào)節(jié)閥44關閉的速度，決定了助燃空氣的含氧量提高速度，它以保持逆向燃燒反應產(chǎn)物的理論燃燒溫度穩(wěn)定為準。特別補充說明的是，如圖1、2所示，分配給上空氣集管25、下空氣集管沈和蓄熱井6的助燃空氣比例，是由與上空氣集管25和下空氣集管沈連接的空氣管道四上的調(diào)節(jié)閥觀、和與蓄熱井6交匯貫通的助燃空氣管道19上的調(diào)節(jié)閥22共同控制的。通常分配給蓄熱井6的助燃空氣比例大致在40 70%范圍內(nèi)。但當此分配比例為0時，即說明后半期不打開助燃空氣閥21。此時，本發(fā)明實際上就相當于一座傳統(tǒng)的頂燃式熱風爐。因此， 即使本發(fā)明在超高溫運行中出現(xiàn)內(nèi)部故障時，仍可繼續(xù)按照現(xiàn)有頂燃式熱風爐的模式來運行，不會影響到高爐生產(chǎn)的正常進行。由此可見，本發(fā)明具有兩種不同的運行模式，其一是傳統(tǒng)頂燃式熱風爐的運行模式，其二是超高溫運行模式，兩種模式可以快速、靈活的相互轉(zhuǎn)換，對高爐生產(chǎn)應對不同原燃料條件的變化具有積極意義。
本發(fā)明不止于上述具體實施例。凡是基于調(diào)整廢氣室7內(nèi)外各種管道的不同布置方式的其他實施例，均為本發(fā)明范圍。說明書附圖1為摘要附圖。
權利要求
1.一種逆燃式熱風爐，屬于超高溫熱風爐，具有頂燃式熱風爐的技術特征，至少由帶耐材的爐殼、預燃室、燃燒室、蓄熱室、蓄熱井、廢氣室和熱風出口短管組成，其特征在于在現(xiàn)有頂燃式熱風爐內(nèi)，一個用于加熱助燃空氣的蓄熱井垂直豎立在熱風爐的中心區(qū)域，其墻體坐落于爐底，其頂部高出蓄熱室內(nèi)格子磚的頂面，其軸線與熱風爐中心線基本重合；在蓄熱井內(nèi)，自下至上依次設置了小支柱、小爐箅、蓄熱體、噴口裝置，該蓄熱體是專用于加熱助燃空氣；在蓄熱井外，熱風爐的蓄熱室和廢氣室是呈環(huán)形，在此環(huán)形空間內(nèi)，自下至上依次設置了大支柱、大爐箅、格子磚，該格子磚是專用于加熱送給高爐的熱風；在蓄熱井下部，一根廢氣管道和一根助燃空氣管道分別從爐外穿過帶耐材的爐殼、跨越大支柱所在空間、在廢氣室內(nèi)與蓄熱井交匯貫通，它們與爐殼及其耐材、與蓄熱井的鋼殼及其墻體間是保持密實接觸和密封，因此，它們與蓄熱井貫通后形成的整個內(nèi)部空間，除蓄熱井頂部噴口裝置的出口之外，均保持了與廢氣室和蓄熱室相隔離；在熱風爐外，露于爐外的廢氣管道上至少安裝了一個廢氣閥，而露于爐外的助燃空氣管道上至少同時安裝了一個助燃空氣閥和一個調(diào)節(jié)閥。
2.上述權利要求1所述的逆燃式熱風爐，其特征在于所述的蓄熱井，其不同高度的橫截面是圓形或者是多邊形，其中心縱截面呈矩形或者梯形或者二者的組合形狀。
3.上述權利要求1所述的逆燃式熱風爐，其特征在于所述的蓄熱井內(nèi)填充的蓄熱體， 是格子磚或者是耐火球。
4.上述權利要求1所述的逆燃式熱風爐，其特征在于所述的噴口裝置，是一段帶一個或者多個噴口的柱狀或者錐臺狀的耐火材料砌體，該砌體是與蓄熱井的墻體共筑為一體的。
5.上述權利要求1所述的逆燃式熱風爐，其特征在于所述蓄熱井的墻體，至少有部分是從里向外由兩層相互脫開的耐火磚砌筑而成，在兩層脫開的耐火磚之間填充有一層不銹鋼薄板。
6.上述權利要求1所述的逆燃式熱風爐，其特征在于所述蓄熱井的鋼殼是包裹在墻體外面、或者包覆在墻體內(nèi)面、或者鑲嵌在墻體中間，它的高度與其距離最近的爐箅高度相當。
7.上述權利要求1所述的逆燃式熱風爐，其特征在于所述的蓄熱井內(nèi)，在爐底的中心有一口沉井，沉井的井底位于爐底地平面以下的混凝土基礎中，一根廢氣管道和一根助燃空氣管道分別是從爐外開始被埋入回填土層和混凝土基礎內(nèi)、并在混凝土基礎中與沉井交匯貫通。
8.上述權利要求1、7所述的逆燃式熱風爐，其特征在于所述的一根廢氣管道和一根助燃空氣管道是通過一根共用管道與蓄熱井交匯貫通的。
9.上述權利要求1、7、8所述的逆燃式熱風爐，其特征在于所述的露于爐外的廢氣管道上安裝了一臺引風機。
10.上述權利要求1、7、8所述的逆燃式熱風爐，其特征在于所述的露于爐外的助燃空氣管道上安裝了一臺加壓風機。
11.一種逆燃式熱風爐的燒爐方法，是按頂燃式熱風爐的現(xiàn)有燒爐方法進行燒爐，其特征在于將燒爐期分為前半期和后半期，前半期為蓄熱體的加熱期，后半期為蓄熱體的放熱期；其中在前半期，助燃空氣閥是關閉的，廢氣閥是打開的，此時，助燃空氣全部通過預燃室的空氣集管噴出，與預燃室的煤氣集管噴出的全部煤氣一起，在燃燒室內(nèi)向下旋流、混合并燃燒；所生成的高溫廢氣，其理論燃燒溫度大致在1300 1350°C左右，其大部分流經(jīng)蓄熱室加熱格子磚，之后從廢氣室的煙氣管道外排，而小部分則從蓄熱井上部的噴口裝置進入蓄熱井，在加熱蓄熱體后從廢氣管道中外排；因此，在前半期，蓄熱體是加熱過程；在后半期，首先是關閉廢氣閥，再打開助燃空氣閥和調(diào)節(jié)閥，此時，蓄熱井內(nèi)高溫廢氣停止流動，蓄熱體的加熱過程被迫終止；同時，一部分助燃空氣從助燃空氣主管分配至蓄熱井中，與蓄熱體發(fā)生熱交換，被加熱到600 1000°C甚至以上，然后從噴口裝置向上沖入燃燒室中心；在預燃室和燃燒室內(nèi)，前半期開始的燃燒過程仍在繼續(xù)進行，只是分配至空氣集管的助燃空氣量已經(jīng)減少，不能使煤氣完全燃燒，所生成的高溫廢氣中仍含有未燃盡煤氣； 在燃燒室中心，含有未燃盡煤氣的高溫廢氣將與上述沖入燃燒室中心的高溫助燃空氣相遇，形成相向流動，因此出現(xiàn)逆向燃燒反應過程，所生成的高溫廢氣可達到1420 1500°C 的超高理論燃燒溫度，并圍繞在蓄熱井所處的燃燒室中心區(qū)域；在蓄熱室內(nèi)，逆向燃燒反應生成的超高溫廢氣，將全部流經(jīng)蓄熱室繼續(xù)加熱格子磚，使格子磚的蓄熱溫度在前半期蓄熱后的溫度水平基礎上進一步提高；而在廢氣室內(nèi)，廢氣全部通過煙氣管道外排；因此，在后半期，蓄熱體在前半期所蓄的熱量被助燃空氣換熱，是放熱過程。
12.上述權利要求1、7所述的逆燃式熱風爐，其特征在于所述的預燃室內(nèi)部的空氣集管，是一層或者緊鄰的多層，本發(fā)明優(yōu)選設置為緊鄰的上下兩層。
13.上述權利要求1、7、8、10所述的逆燃式熱風爐，其特征在于所述的助燃空氣管道上，接入了一根返回氣管道，該管道上至少安裝了一個返回氣閥和一個調(diào)節(jié)閥。
14.一種逆燃式熱風爐的燒爐溫度控制方法，在燒爐后半期，在關閉廢氣閥、打開助燃空氣閥和調(diào)節(jié)閥的同時，其特征在于再打開返回氣管道上的返回氣閥和調(diào)節(jié)閥，此時，從熱風爐煙氣管道中抽來的熱廢氣，從返回氣管道中摻混進入助燃空氣管道內(nèi)，使助燃空氣的含氧量降低；隨燒爐進行，逐步調(diào)節(jié)返回氣管道上的調(diào)節(jié)閥，減少熱廢氣摻混進入助燃空氣的數(shù)量，使助燃空氣的含氧量逐步提高；該調(diào)節(jié)閥起始的開度，決定了助燃空氣起始降低的含氧量，它以逆向燃燒反產(chǎn)物達到規(guī)定的理論燃燒溫度為準；調(diào)節(jié)閥關閉的速度，決定了助燃空氣的含氧量提高速度，它以保持逆向燃燒反應產(chǎn)物的理論燃燒溫度穩(wěn)定為準。
全文摘要
本發(fā)明提出的逆燃式熱風爐，是在現(xiàn)有頂燃式熱風爐內(nèi)設置加熱助燃空氣的蓄熱體，其蓄熱和換熱是在熱風爐燒爐過程中分步進行。助燃空氣自下至上通過該蓄熱體加熱至600～1000℃后，與從熱風爐頂部預燃室內(nèi)沖下來的、正燃燒著的空氣和煤氣的混合氣體在燃燒室內(nèi)相向相遇，進行逆向燃燒，從而獲得超高的燃燒溫度。本發(fā)明還提出了逆燃式熱風爐的燒爐方法和燒爐溫度控制方法。本發(fā)明無外部預熱設施，僅靠單一的高爐煤氣作燃料獲得1250～1300℃的超高溫熱風。它具有不增加占地、投資少、工藝設備和操作簡單、能耗低、壽命長、NOx污染少、可減少爐殼晶間應力腐蝕等特點。它是性能卓越的新一代超高溫熱風爐。
文檔編號C21B9/00GK102191347SQ201110076278
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權日2011年3月29日
發(fā)明者張昭貴 申請人:張昭貴