外燃式熱風爐

外燃式熱風爐Didier外燃式

（1）布置：一列式。

（2）拱頂特點：2個不同半徑近于1/4球體和半個截頭圓錐組成，尺寸大、結(jié)構(gòu)復雜。

（3）燃燒器：柵格燃燒器，火焰短，空煤氣預熱溫度要求基本相同，對掉物具有較強的敏感性，有火井，可 用15年。

（4）氣流：分布較差。

（5）優(yōu)勢：外形低。

（6）缺點：結(jié)構(gòu)復雜，拱頂溫度高，晶間應力腐蝕問題突出，穩(wěn)定性差，對溫度差具有較強的敏感性 。

外燃式熱風爐NSC外燃式

（1）布置：一列式。

（2）拱頂特點：2個相同半徑半球頂和1個圓柱連聯(lián)管組成，尺寸小、 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 。

（3）燃燒器：3孔套筒燃燒器，火焰長，需要建立在其它設備比較嚴格的基礎上運行，有火井，可用15年。

（4）氣流：分布較好。

（5）優(yōu)勢：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

（6）缺點： 面積大，存在晶間應力腐蝕、聯(lián)通管問題 。

優(yōu)點為：取消了隔墻，從根本上杜絕了溫差、壓差所造成的砌體破壞。由于圓柱形磚墻和蓄熱室的斷面得到了充分利用，在相同加熱能力條件下，與內(nèi)燃式相比，爐殼和磚墻直徑都較小，故結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。此外它受熱均勻，結(jié)構(gòu)上都有單獨膨脹的可能，穩(wěn)定可靠性大大提高。由于外燃式熱風爐的兩室都做成了圓形斷面，因此爐內(nèi)氣流分布均勻，有利于燃燒和熱交換。

缺點是比內(nèi)燃式熱風爐投資大；砌磚結(jié)構(gòu)復雜，對磚的加工制作要求很高；拱頂鋼結(jié)構(gòu)不對稱，受力不均勻，不適應高溫和高壓的要求

高爐用熱風爐的形式主要有三種，內(nèi)燃式、外燃式和頂燃式。20世紀60年代，人們在傳統(tǒng)的內(nèi)燃式和改造型內(nèi)燃式的基礎上開發(fā)了外燃式熱風爐。它以燃燒室獨立于蓄熱室之外、燃燒室和蓄熱室通過拱頂連接管相連接的結(jié)構(gòu)，克服了內(nèi)燃式熱風爐隔墻易損、氣流偏析等缺點。在熱風爐相同直徑的條件下，外燃式熱風爐的蓄熱室面積比內(nèi)燃式增大25%~30%，因此對提高熱風溫度和延長熱風爐壽命提供了必要的保障。目前世界上要求提供1200攝氏度以上高風溫的熱風爐采用外燃式的約占70%以上。

外燃式熱風爐在世界上經(jīng)歷了40年來的應用發(fā)展時期，為人類做出了功不可沒的貢獻。從現(xiàn)代化高爐越來越朝向大型化建設的趨勢來看，外燃式熱風爐還需要在總體能源利用、綜合效率方面進一步提升，從而對高爐生產(chǎn)實現(xiàn)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”。

外燃式熱風爐是內(nèi)燃式熱風爐的進化與發(fā)展，現(xiàn)代大型高爐都采用這種型式的熱風爐，其類型有地得式、科珀式、馬琴式和新日鐵式四種。

這些外燃式熱風爐的特征，主要表現(xiàn)在拱頂及其連接的方式上。地得式外燃熱風爐的拱頂由半個截頭圓錐體聯(lián)結(jié)2個半徑不同的接近1/4的球形拱頂組成，整個拱頂整體結(jié)構(gòu)星半卵形。科珀式外燃熱風爐燃燒室拱頂和蓄熱室拱頂由各自白不同半徑的半球拱頂組成。馬琴式外燃熱風爐的蓄熱室頂部具有圓錐形的縮口，蓄熱室頂部直徑

與燃燒室相同，拱頂由2個半徑相同的1/4球形拱頂和大半個圓柱體組成。

從使情況上看，使用數(shù)量最多，應用效果最好的為新日鐵式外燃熱風爐。其特點有：

1、結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性：蓄熱室項部有錐型縮口兩拱頂間由一個圓柱形連接管連接，拱頂對稱，尺寸小，氣流分布好，從而減小了因高溫蠕變引起的拱頂耐火磚變形。

2、采取了一系列防止晶間應力腐蝕的措施，如高溫區(qū)用特鋼作爐殼，內(nèi)表面噴涂耐酸涂料，外表面包鋁板，爐殼轉(zhuǎn)折點采用曲線連接等。

3、拱頂連接管設波形膨脹圈，并用拉桿固定，形成柔性結(jié)構(gòu)。

4、采用圓弧形底板、七孔蜂窩磚、三孔陶瓷燃燒器等。

5、設置了混風室，使熱風溫度均衡，減少對熱風閥的熱沖擊，延長了熱風閥的壽命。

外燃式熱風爐考慮因素

爐殼設計考慮的因素有工藝、環(huán)境和自然條件、施工、使用周期等。具體來說大致有：

工藝要求：形狀、尺寸、開洞、荷重、內(nèi)壓、爐溫、使用年限；

環(huán)境要求：大氣腐蝕、介質(zhì)腐蝕（尤其是晶間應力腐蝕）；

自然條件要求：氣溫、風載、雪載、地震；

施工要求：制作、運輸、安裝。

外燃式熱風爐設計內(nèi)容

爐殼設計內(nèi)容有：

1）爐殼材質(zhì)；2）焊接材料的選擇；3）爐皮外形開洞和厚度；4）爐殼分帶分塊；5）焊縫型式；6）構(gòu)造和零星結(jié)構(gòu)；7）涂裝和防腐措施；8）施工要求和注意事項。 2100433B

豫興熱風爐是河南省豫興熱風爐工程技術(shù)有限公司和鄭州豫興耐火材料有限公司開發(fā)、研制的新一代熱風爐。這是在長期制作各種熱風爐燃燒器的基礎上成功開發(fā)的新產(chǎn)品。在1998年至2006年的8年時間內(nèi)，公司承接了大量各種熱風爐燃燒器的制作，如新日鐵外燃式熱風爐燃燒器、霍戈文內(nèi)燃式熱風爐燃燒器、卡盧金頂燃式熱風爐燃燒器等。在燃燒器的制作過程中，根據(jù)這些熱風爐燃燒器的性能與特點，以及將這些燃燒器安裝在對應的熱風爐上所體現(xiàn)出來的各種性能參數(shù)進行對比研究，并對每種熱風爐燃燒器的構(gòu)思、原理、結(jié)構(gòu)、性能、效果乃至磚型等都做了細致的分析與研究，尤其對用戶在使用燃燒器的過程中的效果，風溫、節(jié)能等指標以及使用壽命進行了跟蹤研究。在此基礎上，研制出了集當前使用的熱風爐優(yōu)點于一身的高溫、高效、節(jié)能、長壽的熱風爐爐型，并且經(jīng)過三年多不斷改進，其結(jié)構(gòu)更加合理、性能更加穩(wěn)定。實踐表明，豫興熱風爐具有空氣與煤氣混合均勻，燃燒強度大、燃燒充分完全等優(yōu)良性能；獨特的流場結(jié)構(gòu)使得進入格子磚蓄熱體表面時的煙氣流場實現(xiàn)均勻分布，這是其他熱風爐的煙氣流場所不具備的，這就使得熱風爐在高效燃燒的基礎上有效提高了熱風爐傳熱效果和蓄熱體的利用率。

在新型熱風爐的研制過程中，得到了冶金技術(shù)方面的著名專家學者積極支持，為新一代熱風爐的研制工作提出了寶貴的建議，對豫興熱風爐的成功研制起到了積極的作用。

豫興型熱風爐是氣體燃料反沖預混預熱燃燒技術(shù)的典型應用之一，是交錯噴嘴系列燃燒模式的具體表現(xiàn)之一，獨特而合理的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了高強度燃燒與高效率傳熱的完美結(jié)合。該頂燃式熱風爐具有大拱頂燃燒室與設置在其底部的煤氣與空氣噴嘴交錯環(huán)形布置成一定角度上噴的燃燒器，以及其下部的蓄熱室；這樣的熱風爐結(jié)構(gòu)，能使交錯上噴的煤氣與空氣氣流很好的預混燃燒，隨后煙氣經(jīng)拱頂折返而形成一個夾在兩股反向氣流中間的煙氣回流渦漩；回流渦旋對上行混合氣流的預熱實行了提前著火與火焰穩(wěn)定，其自穩(wěn)定屬性保證了整個氣流流場的穩(wěn)定，其相對于主氣流的低壓特征是使下氣流分布自然趨于均勻?？梢姡@樣的燃燒室氣流場結(jié)構(gòu)就能有效二巧妙的解決氣體燃料燃燒過程中氣流混合、氣流預熱、著火燃燒、氣流穩(wěn)定、氣流分布均勻等一系列問題。因此，豫興型熱風爐完全能夠?qū)崿F(xiàn)燃燒火焰穩(wěn)定、提高燃燒強度、防止燃燒振蕩、改善傳熱效果，進而能提高熱風爐的效率，增強負荷調(diào)節(jié)功能、實現(xiàn)安全與穩(wěn)定的運行，并且還能達到節(jié)省燃料，節(jié)約投資的目標。基于在燃燒室、燃燒器、及蓄熱室中合理的應用了熱穩(wěn)定性行的材料與結(jié)構(gòu)，使得熱風爐的使用壽命的到有效的延長。

豫興公司在項目推廣的過程中投入大量人力物力，實現(xiàn)了豫興熱風爐技術(shù)快速而成功的應用。實際運行的結(jié)果有力的證實了理論分析、實驗研究、數(shù)值模擬的正確性，同時也驗證了設計計算程序的準確性。在短短的兩三年內(nèi)使用一種新型的熱風爐能夠從構(gòu)思到實現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的實施、從實驗研究到設計爐型、從耐材制作到建成投產(chǎn)，這在熱風爐工程技術(shù)領域中是不多的案例。這些都得益于豫興公司具有長期承建熱風爐爐體材料的上產(chǎn)基地、得益于豫興公司科技興業(yè)原則與大量的科技經(jīng)費的有效投入。

新一代高燃燒強度、高熱風溫度、高傳熱效果、高效與節(jié)能的熱風爐已經(jīng)投入使用，并安全穩(wěn)定的運行著。這是在技術(shù)創(chuàng)新。研究開發(fā)、理論與實踐、設計與生產(chǎn)的一次完美結(jié)合。豫興熱風爐技術(shù)的成功應用，為其向大型化方向發(fā)展奠定了良好的基礎，是熱風爐技術(shù)向先進性、節(jié)能型、高風溫方向所邁出了堅實的一步，它一定能成為中國乃至世界鋼鐵工業(yè)的發(fā)展作出其應有的貢獻。

豫興型頂燃式熱風爐結(jié)構(gòu)與性能簡介

熱風爐是煉鐵工程的重要輔助設備，是一種間歇加熱與冷卻的周期性運行的熱工裝置，其性能的優(yōu)劣直接影響到自身和高爐的正常運行、利用效率以及使用壽命。在熱風爐中目前使用最多的結(jié)構(gòu)形式不外乎內(nèi)燃式與外燃式兩種，在內(nèi)燃式結(jié)構(gòu)中因其燃燒裝置的不同設置，又分為燃燒室火井平行與蓄熱室的內(nèi)燃式熱風爐和燃燒室放在蓄熱室頂部的頂燃式熱風爐。在頂燃式熱風爐中，以帶小拱頂預燃室的頂燃式熱風爐發(fā)展最快，受關(guān)注程度大，其主要特征在于燃燒室頂部設置小直徑的預燃室，采用煤氣與空氣通過周向分布的噴嘴與徑向成一定程度噴射進入預燃室，在其中形成旋流，并相互混合后進入其下部的錐端燃燒室燃燒。燃燒室火井平行與蓄熱室的內(nèi)燃式熱風爐，目前仍在大量使用，其主要問題在于火井式燃燒室流場結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定而導致的燃燒振蕩，以及向上的燃燒氣流折返后因結(jié)構(gòu)特征分布不均勻，又會影響蓄熱室中傳熱效果和格子磚的利用率；此外，火井燃燒室與蓄熱室之間的隔壁長期在大溫差的條件下，易于損毀而導致出現(xiàn)氣流短路的問題。上述原因使得內(nèi)燃式熱風爐的燃燒狀態(tài)始終不佳、傳熱效果不盡人意、熱風溫度很難提高，正逐步被其它爐型尤其是各種頂燃式熱風爐所取代。

因此，如何改進熱風爐結(jié)構(gòu)以獲得混合良好的燃燒器、氣流穩(wěn)定且有回流穩(wěn)焰的燃燒室、以及氣流分布不均勻的蓄熱室，從中得到燃燒強度大且傳熱-蓄熱效果好的熱風爐。由豫興熱風爐工程技術(shù)有限公司和豫興耐火材料有限公司研究開發(fā)、設計制造、并投入運行的豫興型頂燃式熱風爐應該是有效實現(xiàn)燃燒強度高、傳熱效率高、熱風溫度高的一種頂燃式熱風爐。

豫興頂燃式熱風爐是在綜合分析了帶有頂部預燃室和環(huán)形旋流噴射燃燒器的頂燃式熱風爐與帶有蓖形陶瓷燃燒器且火井燃燒室平行于蓄熱室的內(nèi)燃式熱風爐的結(jié)構(gòu)與組合特征、流動與混合特征、燃燒與傳熱特征的基礎上發(fā)明的一種新型熱風爐。它吸收了前者上置燃燒室的結(jié)構(gòu)特征和后者燃燒氣流上行后拱頂折返進入蓄熱體的流動特征；并改進上述兩種爐型的陶瓷燃燒器結(jié)構(gòu)，采用拱頂下部設置噴嘴環(huán)形交錯氣流在燃燒室中先向上混合燃燒之后煙氣中部折返向下，從而形成部分煙氣回流并預熱上噴燃氣與助燃空氣，同時穩(wěn)定的渦旋運動有效避免了火井燃燒室燃燒過程氣流不穩(wěn)定的確定；取消了常規(guī)頂燃式熱風爐上部的煤氣與空氣的預燃室。使得熱風爐頂部燃燒室結(jié)構(gòu)得到有效地簡化，增加了爐頂結(jié)構(gòu)的承壓強度與穩(wěn)定性，并且使得在相同燃燒室爐墻面積下燃燒室有效容積增大；由于燃燒氣流在燃燒室的上行與折返，有足夠的時間實現(xiàn)燃氣與空氣的充分混合、預熱與燃燒，因而燃燒室同時起到了預燃室與燃燒室的作用；由于帶預燃室的頂燃式熱風爐的燃燒室是一個錐段漸擴形的結(jié)構(gòu)，為了使氣流在其中流動的穩(wěn)定和燃燒的穩(wěn)定，必須采用旋轉(zhuǎn)氣流流場，其結(jié)果會導致進入蓄熱體的燃燒氣流（煙氣）分布相當不均勻，而新結(jié)構(gòu)的燃燒氣流經(jīng)折返后在回旋氣流（相對低壓區(qū)）的作用下會形成類似于管內(nèi)流動的流場結(jié)構(gòu)，其分布的均勻性大為改善。因此，豫興型熱風爐是一種及多種熱風爐優(yōu)良性能與一身的，具有結(jié)構(gòu)簡單、流動、傳熱與燃燒性能優(yōu)良的新型熱風爐。

豫興型頂燃式熱風爐的特點

(1)燃燒穩(wěn)定強度大：煤氣、空氣成一定角度向上噴射，在熱風爐內(nèi)借助于高溫煙氣回流對其進行高溫預熱，由于交錯的小流股噴射能使兩種氣流很快達到完全而充分的混合后燃燒，達到燃燒充分、火焰短、強度大、燃燒溫度高的目的。

(2)氣流與溫度場分布合理：煤氣、空氣成一定角度向上噴射后的完全燃燒，在熱風爐拱頂作用下折返，借助回流作用形成溫度與速度分布都較為均勻的向下熱氣流，而后進入熱風爐蓄熱室的上部，從而使蓄熱體受熱均勻，有效提高蓄熱體利用率和增強蓄熱體換熱能力，有利于實現(xiàn)高熱風溫度的工藝要求，且能減小蓄熱體不同區(qū)域間的熱應力分布，進而能提高其使用壽命。

(3)燃燒氣流流場穩(wěn)定合理：利用折返氣流的回流流場與配合恰當?shù)娜紵医Y(jié)構(gòu)，可以形成穩(wěn)定的流場結(jié)構(gòu)，致使燃燒過程更加穩(wěn)定，有效避免燃燒振蕩問題，從而為加強燃燒強度，提高換熱強度創(chuàng)造了有力條件。

(4)燃燒更安全：首先由于采用煤氣與助燃空氣分別交叉成一定角度上噴，煤氣射流與空氣射流在燃燒室混合燃燒，消弭了燃燒過程產(chǎn)生回火的可能性，提高了熱風爐操作運行的安全性。

(5)燃燒氣流流場穩(wěn)定合理、可以提高燃燒負荷：本設計熱風爐的燃燒器的結(jié)構(gòu)與氣流流動的穩(wěn)定性，不會引起燃燒過程出現(xiàn)振蕩，增強了燃燒室的熱負荷調(diào)節(jié)能力，因而能夠?qū)崿F(xiàn)熱風爐安全、穩(wěn)定、高負荷運行。

(6)設計合理，節(jié)省投資：由于燃燒室可以采用高熱負荷運行狀態(tài)，蓄熱體中氣體標態(tài)流速可以選取較大數(shù)值，從而可增強蓄熱體材料的重量，有效的節(jié)省了熱風爐的初投資。

(7)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，熱風爐壽命長：采用懸鏈線拱形結(jié)構(gòu)的拱頂，減小了上部拱頂?shù)那拾霃?，具有良好的受力結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性，能有效增加熱風爐的使用壽命。

(8)燃燒器與爐墻受熱合理，有利于延長熱風爐壽命：燃燒器設置在拱頂?shù)幕坎⑴c爐墻構(gòu)成一體形成燃燒室，由于其墻體不論在燃燒周期還是在送風周期均處于相同的熱穩(wěn)定狀態(tài)，十分有利于熱風爐穩(wěn)定長壽命的運行。

(9)燃燒器獨立支撐結(jié)構(gòu)，有利于延長熱風爐壽命：將燃燒室組成設計成爐殼支撐，有效的將其與蓄熱體大墻分離，之間配合迷宮式滑移縫連接，以保證蓄熱體大墻在運行過程中溫度周期性變化造成的上下移動不受阻礙，有效地延長爐體使用壽命。

(10)環(huán)道的兩個功能：燃燒器的煤氣與空氣出口噴嘴部分，受爐膛輻射與氣流變化的影響溫度變化較大，但也僅僅限于僅靠爐膛的部分，當采用噴嘴上部設置能自有膨脹的矩形截面的環(huán)形通道后，就能有效克服這一問題；該環(huán)道還能起到加強均勻氣流分配的作用，因而使燃燒過程得到進一步改善。

(11)設計氣流均布裝置：煤氣通道和空氣通道采取截面積遞減的斜坡狀結(jié)構(gòu)，或者采用其他氣流均勻裝置可使得各自均勻布置交錯排列的幾十個出口噴嘴管中速度平均相對誤差小于±5%，從而改善周向的氣流混合，提高氣流分布的均勻性，從而整體提高燃燒與傳熱效率。

總之，該型頂燃式熱風爐，結(jié)構(gòu)獨特而新穎，有效而巧妙的解決氣流混合、氣流穩(wěn)定、氣流均與分布、與煙氣回流預熱等燃燒過程的關(guān)鍵問題，能實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒火焰、提高燃燒強度、防止燃燒振蕩、改善傳熱效果、從而提高熱風爐效率、增強負荷調(diào)節(jié)功能，保證運行的安全與穩(wěn)定，實現(xiàn)節(jié)省燃料、節(jié)約投資的目標?；诤侠淼臒岱€(wěn)定的作用，使得熱風爐的使用壽命得到有效的延長。已經(jīng)建成投產(chǎn)的豫興熱風爐運行數(shù)據(jù)表明，實現(xiàn)熱風爐的高效、高溫、節(jié)能、環(huán)保是切實可行的事情。因此，豫興型頂燃式熱風爐的推廣作用一定能收到良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

豫興型頂燃式熱風爐的結(jié)構(gòu)特征與性能

豫興型頂燃式熱風爐是在綜合分析帶預燃室的頂燃式熱風爐和火井平行與蓄熱室的內(nèi)燃式熱風爐，大功率熱風爐以及頂燃式球床熱風爐等十幾種流行熱風爐技術(shù)的結(jié)構(gòu)與性能特征的基礎上，研究開發(fā)的一種新型頂燃式熱風爐，并在山西通才工貿(mào)有限公司450m3高爐上首先建成與2007年12月29日點火投入使用。

豫興型頂燃式熱風爐除了具有其他頂燃式熱風爐的主要優(yōu)勢外，還具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定合理、煙氣流場均勻、燃燒充分高效、傳熱性能優(yōu)良、及投資費用低等優(yōu)勢，是一種最具潛質(zhì)熱風爐技術(shù)。該爐型具體技術(shù)特點歸納與如下：

b、噴嘴環(huán)形交錯布置氣流上噴預混燃燒的陶瓷燃燒器

c、結(jié)構(gòu)簡單投資省

d、燃燒室氣流流場均勻且穩(wěn)定

熱風爐運行中提高風溫的措施

a、熱風爐燃燒初期采用快速燒爐法，30分鐘內(nèi)達到最高拱頂溫度，然后在保持拱頂溫度基本不變的條件下燃燒，使蓄熱體有效蓄熱，滿足送風要求。

b、穩(wěn)定煤氣壓力10kPa~12kPa，減少因壓力波動而引起煤氣輸送量的變化，從而改變煤氣與空氣的比值，影響燃燒效率和燃燒溫度。

c、煤氣含塵量在線監(jiān)測（自動檢測儀），保證煤氣含塵量小于10mg/m，以保證蓄熱體格子磚的通暢，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

d、采取入爐焦炭烘干，減少煤氣中的含水量，有利于提高理燒溫度以保證熱風溫度維持在較高水平。

e、在保證爐底支撐裝置結(jié)構(gòu)安全的前提下，為了維持較高的熱風溫度可適當提高排煙溫度，如從380℃提高到420℃等；但這樣做會降低熱風爐的效率，通常情況盡量不采用。

f、加強對新型熱風爐結(jié)構(gòu)與性能的了解，不斷總結(jié)燒爐經(jīng)驗，優(yōu)化操作模式，提高燒爐水平，加強對工況的記錄、整理、分析，加強操作人員的操作水平與技能的考核