豫興型頂燃式熱風(fēng)爐應(yīng)用

國內(nèi)熱風(fēng)爐的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)熱風(fēng)爐技術(shù)逐步向著節(jié)能高效、提高風(fēng)溫、延長壽命的方向發(fā)展。自從引進(jìn)新日鐵的外燃式熱風(fēng)爐、霍戈文內(nèi)燃式熱風(fēng)爐、卡盧金的頂燃式熱風(fēng)爐等先進(jìn)熱風(fēng)爐技術(shù)以來，國內(nèi)相繼以此為樣板針對國內(nèi)具體情況進(jìn)行了長期的熱風(fēng)爐研究與開發(fā)。近年來，尤其是將燃燒器放置在蓄熱體上部的頂燃式熱風(fēng)爐的研制工作取得了長足的進(jìn)展，如：煤氣與助燃?xì)鈨?nèi)空氣混合的帶高速預(yù)燃室的頂燃式熱風(fēng)爐，以及各種新的預(yù)混合模式的頂燃式熱風(fēng)爐等，將頂燃燒熱風(fēng)爐的應(yīng)用技術(shù)腿上了一個(gè)新的高度。由于存在對國外技術(shù)不能很好的合理應(yīng)用，以及對這些熱風(fēng)爐本身固有的結(jié)構(gòu)與性能上的問題缺乏正確認(rèn)識，在實(shí)際運(yùn)行中并沒有收到其應(yīng)有的效果。同時(shí)，上述一些爐型基礎(chǔ)上的再創(chuàng)新工作做的也不一定到位，使得這些改進(jìn)爐型在使用中出現(xiàn)不少的問題。

對于以旋切式頂燃式熱風(fēng)爐，在保證良好性能的前提下有必要處理好結(jié)構(gòu)上的關(guān)鍵問題，這就是小直徑預(yù)燃室（或預(yù)混室）與錐形燃燒室連接組成的一個(gè)熱風(fēng)爐拱頂（一個(gè)類似于瓶頸狀熱風(fēng)爐錐段拱頂）的結(jié)構(gòu)問題。這種爐頂（或拱頂）結(jié)構(gòu)對于外混合燃室模式，在加熱燃燒期間上部預(yù)燃室溫度低于下部燃燒室溫度，而在冷卻送風(fēng)期間其溫度又與下部燃燒室差不多，溫度的變化使預(yù)燃室本體的結(jié)構(gòu)受到影響，而在于錐段燃燒室相連接的部分也會因溫差的存在而產(chǎn)生熱應(yīng)力。如果在材料的選擇上不合理，很可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定。對于內(nèi)混和燃燒模式，在燃燒期間上部的預(yù)燃室實(shí)際上是一個(gè)高速燃燒室，是處在高溫與高速氣流的沖擊之下的，尤其是在與燃燒室連接處的頸部位置，這對耐火材料的品質(zhì)也提出了新的挑戰(zhàn)?？傊鲜鰻t型結(jié)構(gòu)都存在著熱風(fēng)爐使用壽命產(chǎn)生影響的結(jié)構(gòu)問題，處理不當(dāng)后果十分嚴(yán)重。另一個(gè)主要問題是，該類爐型結(jié)構(gòu)必須采用旋流流動(dòng)模式才能保證流場穩(wěn)定性和燃燒的穩(wěn)定由此而來的是產(chǎn)生進(jìn)入蓄熱室氣流分布與溫度分布的極不均勻。這不僅降低了傳熱效果和血熱體的利用率，而且會導(dǎo)致不同位置的蓄熱體收到不同溫度氣流的加熱與冷卻，從而引起蠕變和熱縮的效果不一樣，蓄熱體的不均勻塌陷就會出現(xiàn)，進(jìn)而使傳熱效果變得更差。

至于以霍戈文型熱風(fēng)爐為代表的燃燒火井（通道）平行與蓄熱室的內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，這也是國內(nèi)廣泛使用的爐型，其火井燃燒室的燃燒振蕩（脈動(dòng)）與隔墻溫度的周期變化是影響結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的相互作用的兩個(gè)重要因素。因而問題時(shí)常在燃燒火井與蓄熱室之間的隔墻出現(xiàn)，式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的一大重要隱患。隨著霍戈文技術(shù)的引進(jìn)，矩形陶瓷燃燒器的應(yīng)用一定程度上客服了燃燒振蕩的問題，對懸鏈線拱頂?shù)耐茝V作用和對火井隔墻砌筑上的合理處理，也保證了爐子的安全穩(wěn)定運(yùn)行，他們并沒有完全采用霍戈文技術(shù)，這是這些熱風(fēng)爐仍然存在燃燒振蕩問題、火井隔壁在熱應(yīng)力的作用下出現(xiàn)裂縫、導(dǎo)致漏風(fēng)現(xiàn)象，其結(jié)果是燃燒效果差、熱風(fēng)溫度低、熱效率低，并存在安全隱患。此外，氣流流場得分布是不均勻的，結(jié)構(gòu)特征也決定其流場不可能均勻這樣的熱風(fēng)爐根本談不上長期、高效、穩(wěn)定的運(yùn)行。在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候進(jìn)行熱風(fēng)爐的徹底改造是唯一的選擇。

目前，球床熱風(fēng)爐（屬頂燃式熱風(fēng)爐一類）因其具有體積小、投資費(fèi)用省、運(yùn)行操作方便、換熱效果好、熱風(fēng)溫度高的特點(diǎn)，在中小高爐煉鐵企業(yè)中普遍配置球床熱風(fēng)爐作為高風(fēng)溫度的提供者。由于其結(jié)構(gòu)與性能上的不足，廣泛存在如燃燒強(qiáng)度低、流動(dòng)阻力大、球床利用周期短、燃燒器部位結(jié)構(gòu)損壞、熱效率提不高等自身無法克服的問題。目前使用組廣泛的球床熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)可歸納為兩類，大拱頂帶周向旋流噴射燃燒器（多為套筒燃燒器）的球床熱風(fēng)爐和帶多噴嘴噴射旋流混合（或內(nèi)混）預(yù)燃室的球床熱風(fēng)爐。對于帶套筒燃燒器的頂燃式球床熱風(fēng)爐，常常將燃燒器布置在拱頂下部，根據(jù)爐子的不同大小可以是一個(gè)到數(shù)個(gè)燃燒器不等。燃燒器氣流進(jìn)入爐膛的方式也有不同，如單個(gè)燃燒器時(shí)一般是斜上方進(jìn)入燃燒室，相成一個(gè)復(fù)雜旋轉(zhuǎn)流動(dòng)結(jié)構(gòu)；而多燃燒器時(shí)往往在同一水平面上布置，互相以相同的水平角度進(jìn)入，并形成旋轉(zhuǎn)的中心切圓，整個(gè)氣流是旋轉(zhuǎn)向下的，但燃燒器也可以同時(shí)上翹使出口氣流形成更均勻一些的如單燃燒器那樣的旋轉(zhuǎn)氣流結(jié)構(gòu)；這樣的氣流結(jié)構(gòu)在流動(dòng)方向上的速度分布是極不均勻的。至于帶多噴嘴噴射旋流外混（或內(nèi)混）預(yù)燃室的球床熱風(fēng)爐，預(yù)燃室是一個(gè)旋流預(yù)混室（外混合）或是一個(gè)旋流高速燃燒室（內(nèi)混合）；不論是預(yù)混待燃?xì)饬鬟€是燃燒后煙氣流，進(jìn)入錐段燃燒室后因旋轉(zhuǎn)而在中心形成回流渦環(huán)，使流動(dòng)方向上的速度分布變得不均勻。

一般而言，單個(gè)套筒燃燒器的燃燒情況是很差的，即使在多燒嘴下情況也不會太大改善。通常煤氣與空氣進(jìn)入后不能很好的充分的混合，燃燒過程基本上是半預(yù)混半擴(kuò)散燃燒方式。這勢必導(dǎo)致燃燒不完全，燃燒強(qiáng)度低，過量空氣系數(shù)必須大、燃燒溫度上不去。再有預(yù)燃室的情況下，煤氣與空氣是多數(shù)目噴嘴的噴射混合、預(yù)熱燃燒的過程，燃燒方式也因噴嘴組合的不同而逐步向預(yù)混燃燒方式過渡。因此，燃燒強(qiáng)度會提高、燃燒溫度也會提高，其燃燒過程會明顯好于單燒嘴的情況，燃燒后的高溫?zé)煔庾詈筮M(jìn)入蓄熱體，這里是球床（由耐火球堆積而成球床），由于速度分布在旋流情況下是極不均勻的，而溫度分布也會因燃燒狀態(tài)的不佳而變成不均勻，尤其是在單燒嘴的情況下。固然，類似于多孔介質(zhì)的球床能夠起到調(diào)節(jié)速度分布的作用，但這種調(diào)節(jié)是有限的，而且對于溫度均勻性的調(diào)節(jié)是無能為力的。

同時(shí)，燃燒器是安裝在拱頂下方（拱腳下的直筒段，或干脆就在拱頂?shù)膹澢课唬┦且粋€(gè)容易出現(xiàn)問題的地方。原因在于，燃燒器的溫度在燃燒器內(nèi)是比較低的，而在送風(fēng)期內(nèi)受拱頂輻射影響溫度是較高的，交變的溫度引起燃燒器附近轉(zhuǎn)體受交變應(yīng)力的作用，極易損壞。實(shí)踐表明燃燒器的使用壽命一般在4-5年。尤其是在多燒嘴的情況，拱頂就猶如放置在一個(gè)不穩(wěn)定底座上面，其穩(wěn)定性可想而知。由于進(jìn)入蓄熱體的氣流不能做到均流與均溫，甚至燃燒過程還會在蓄熱體中繼續(xù)進(jìn)行，出現(xiàn)蓄熱體耐火球局部高溫，產(chǎn)生球體局部粘連乃至板結(jié)，嚴(yán)重影響蓄熱體耐火球壽命，使耐火球的換球周期極大地縮短。鑒于上述分析，頂燃式球床熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生良好的流動(dòng)、燃燒、與傳熱性能，這樣的熱風(fēng)爐其熱效率不會高，熱風(fēng)溫度不會高（即使風(fēng)溫高也是付出其他代價(jià)的結(jié)果，如排煙溫度高等）。如果在考慮拱頂結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性、球床的流動(dòng)阻力過大而帶來的運(yùn)行費(fèi)用的增加，以及球床頻頻更換耐火球，球床熱風(fēng)爐的投資省、床熱效果好的優(yōu)點(diǎn)就不值得一提了。

針對上述熱風(fēng)爐存在的現(xiàn)狀，有必要尋找一種能夠?qū)崿F(xiàn)高強(qiáng)度穩(wěn)定燃燒并能夠均勻的燃燒后氣流分布進(jìn)入蓄熱室的燃燒室結(jié)構(gòu)，去解決帶預(yù)燃室頂燃式熱風(fēng)爐不均勻的氣流分布問題；去處理內(nèi)燃式熱風(fēng)爐氣流不穩(wěn)定、隔墻熱應(yīng)力大、燃燒傳熱性能差等問題；去取代球床熱風(fēng)爐的燃燒器或徹底進(jìn)行改造。這里提出豫興型頂燃式熱風(fēng)爐，它應(yīng)該是最能有效地解決上述問題的熱風(fēng)爐爐型。

豫興型熱風(fēng)爐的主要技術(shù)性能

豫興Ⅰ型頂燃式熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：將帶有成一定角度上噴的交錯(cuò)布置的煤氣與空氣噴嘴的環(huán)形燃燒器放置在懸鏈線拱頂燃燒室底部，于是構(gòu)成了一種稱之為熱風(fēng)爐反向噴射燃燒后高溫?zé)煔庹鄯档娜紵夹g(shù)（可簡稱為反沖燃燒技術(shù)）。該型熱風(fēng)爐的主要技術(shù)特征是：煤氣與助燃?xì)夥謩e從噴嘴噴出后在預(yù)混合環(huán)道內(nèi)混合后向上流動(dòng)，再經(jīng)回旋煙氣流的預(yù)熱而著火燃燒；燃燒氣流（煙氣）經(jīng)拱頂后向下折返，在氣流上下運(yùn)動(dòng)的過程中形成環(huán)狀渦旋，造成部分煙氣成回旋運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而起到預(yù)熱與點(diǎn)燃煤氣與助燃空氣的混合氣流的作用；而中部煙氣因受渦旋中低壓強(qiáng)的牽引作用，已逐步發(fā)散的流態(tài)向下流出燃燒室；選取合適的燃燒室高度與蓄熱體的均勻氣流分布；由于上噴過程中完成與高效率的傳熱過程在這種熱風(fēng)爐中實(shí)現(xiàn)了完美的結(jié)合。

豫興頂燃式熱風(fēng)爐具體結(jié)構(gòu)包括：懸鏈線拱頂、陶瓷燃燒器與部分爐墻組成的燃燒室，圓筒形爐墻圍城的蓄熱室，爐體下部為冷風(fēng)室，它與蓄熱室之間裝有爐箅子以支撐蓄熱室中放置的蓄熱體，并布置冷風(fēng)進(jìn)口和煙氣出口；爐頂上有熱風(fēng)出口，陶瓷燃燒器的墻體內(nèi)有環(huán)形布置的煤氣分配環(huán)道和助燃空氣分配環(huán)道，煤氣環(huán)道上部和空氣分配環(huán)道下部分別引出成一定角度向上的數(shù)十個(gè)的煤氣噴管與空氣噴管，兩種噴管的出口（及噴口）沿陶瓷燃燒器頂部的預(yù)混合環(huán)道的底部交錯(cuò)均勻布置；在陶瓷燃燒器煤氣分配環(huán)道和助燃空氣分配環(huán)道的外墻體上分別有與之成一定角度的煤氣入口管和助燃空氣入口管。燃燒室（包括爐頂、陶瓷燃燒器以及空氣環(huán)道和煤氣環(huán)道）支撐在爐殼結(jié)構(gòu)上，使之與蓄熱室大墻間形成各自可以自由移動(dòng)的結(jié)構(gòu)。

該型熱風(fēng)爐不同于或優(yōu)于其他熱風(fēng)爐的顯著特點(diǎn)可以歸納如下：

(a)煤氣、空氣成一定角度向上噴射，在熱風(fēng)爐內(nèi)借助于高溫?zé)煔獾幕亓鲗ζ溥M(jìn)行高溫預(yù)熱，經(jīng)交錯(cuò)噴射使其完全充分混合而燃燒，達(dá)到燃燒充分與燃燒溫度高的目的；

(b)煤氣、空氣成一定角度向上噴射而混合燃燒后，受熱風(fēng)爐拱頂?shù)淖饔孟蛳抡鄯?，形成溫度與速度分布都較為均勻的向下熱氣流，再進(jìn)入熱風(fēng)爐蓄熱體的上部，從而使蓄熱體受熱均勻，有效增加單位蓄熱體的換熱能力，明顯提高蓄熱體的利用率，有利于實(shí)現(xiàn)高熱風(fēng)溫度和低熱風(fēng)溫度變化的工藝要求；

(c)利用折返氣流形成的回流流場與配合恰當(dāng)?shù)娜紵医Y(jié)構(gòu)，可以形成穩(wěn)定的流場結(jié)構(gòu)，從而使燃燒過程更加穩(wěn)定，有效避免燃燒振蕩問題，增強(qiáng)了燃燒室的熱負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)熱風(fēng)爐安全、穩(wěn)定、高負(fù)荷運(yùn)作；

(d)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中混合燃燒，有效避免了燃燒過程產(chǎn)生回火的可能性，提高了熱風(fēng)爐操作運(yùn)行的安全性；

(e)由于燃燒室可以采用高熱負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，蓄熱體中氣體標(biāo)態(tài)流速可以選取較大數(shù)值，從而增強(qiáng)蓄熱體與氣流見的傳熱強(qiáng)度，進(jìn)而有效減少單位鼓風(fēng)量的蓄熱體材料的重量，有效地節(jié)省了熱風(fēng)爐的初投資；

(f)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(fēng)爐使用壽命；

(g)燃燒器設(shè)置在拱頂?shù)幕坎⑴c之構(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(fēng)周期均處于相同的熱穩(wěn)定狀態(tài)，十分有利熱風(fēng)爐穩(wěn)定長壽命的運(yùn)行；

(h)將燃燒室組成設(shè)計(jì)成由爐殼支撐，有效地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(yùn)行過程中溫度周期性變化造成的上下移動(dòng)不受阻礙，有效延長爐體使用壽命；

(i)煤氣與空氣分配環(huán)道均設(shè)置在爐體大墻外，使之不論在燃燒周期還是在送風(fēng)周期，均能保持在不高的溫度狀態(tài)且變化較小，保證其運(yùn)行狀態(tài)良好；

(j)燃燒器的煤氣與空氣出口噴嘴部分在受爐膛輻射與氣流變化的影響溫度變化較大，當(dāng)采用噴嘴上部設(shè)置能自由膨脹的矩形截面的預(yù)混合環(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(qiáng)氣流混合、均勻氣流分配的作用，因而使燃燒過程得到進(jìn)一步改善；

(k)煤氣環(huán)道和空氣環(huán)道的進(jìn)氣采用氣流均勻裝置，使得各自均勻布置交錯(cuò)排列的幾十個(gè)出口噴嘴管中能得到平均誤差較小±5%速度分布，從而改善周向的氣流混合，提高氣流分布的均勻性，從而整體高燃燒與傳熱效率。2100433B

豫興熱風(fēng)爐是河南省豫興熱風(fēng)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(fēng)爐。這是在長期制作各種熱風(fēng)爐燃燒器的基礎(chǔ)上成功開發(fā)的新產(chǎn)品。在1998年至2006年的8年時(shí)間內(nèi)，公司承接了大量各種熱風(fēng)爐燃燒器的制作，如新日鐵外燃式熱風(fēng)爐燃燒器、霍戈文內(nèi)燃式熱風(fēng)爐燃燒器、卡盧金頂燃式熱風(fēng)爐燃燒器等。在燃燒器的制作過程中，根據(jù)這些熱風(fēng)爐燃燒器的性能與特點(diǎn)，以及將這些燃燒器安裝在對應(yīng)的熱風(fēng)爐上所體現(xiàn)出來的各種性能參數(shù)進(jìn)行對比研究，并對每種熱風(fēng)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(xì)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(fēng)溫、節(jié)能等指標(biāo)以及使用壽命進(jìn)行了跟蹤研究。在此基礎(chǔ)上，研制出了集當(dāng)前使用的熱風(fēng)爐優(yōu)點(diǎn)于一身的高溫、高效、節(jié)能、長壽的熱風(fēng)爐爐型，并且經(jīng)過三年多不斷改進(jìn)，其結(jié)構(gòu)更加合理、性能更加穩(wěn)定。實(shí)踐表明，豫興熱風(fēng)爐具有空氣與煤氣混合均勻，燃燒強(qiáng)度大、燃燒充分完全等優(yōu)良性能；獨(dú)特的流場結(jié)構(gòu)使得進(jìn)入格子磚蓄熱體表面時(shí)的煙氣流場實(shí)現(xiàn)均勻分布，這是其他熱風(fēng)爐的煙氣流場所不具備的，這就使得熱風(fēng)爐在高效燃燒的基礎(chǔ)上有效提高了熱風(fēng)爐傳熱效果和蓄熱體的利用率。

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

豫興型熱風(fēng)爐是氣體燃料反沖預(yù)混預(yù)熱燃燒技術(shù)的典型應(yīng)用之一，是交錯(cuò)噴嘴系列燃燒模式的具體表現(xiàn)之一，獨(dú)特而合理的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度燃燒與高效率傳熱的完美結(jié)合。該頂燃式熱風(fēng)爐具有大拱頂燃燒室與設(shè)置在其底部的煤氣與空氣噴嘴交錯(cuò)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(fēng)爐結(jié)構(gòu)，能使交錯(cuò)上噴的煤氣與空氣氣流很好的預(yù)混燃燒，隨后煙氣經(jīng)拱頂折返而形成一個(gè)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(yù)熱實(shí)行了提前著火與火焰穩(wěn)定，其自穩(wěn)定屬性保證了整個(gè)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。可見，這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(yù)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(fēng)爐完全能夠?qū)崿F(xiàn)燃燒火焰穩(wěn)定、提高燃燒強(qiáng)度、防止燃燒振蕩、改善傳熱效果，進(jìn)而能提高熱風(fēng)爐的效率，增強(qiáng)負(fù)荷調(diào)節(jié)功能、實(shí)現(xiàn)安全與穩(wěn)定的運(yùn)行，并且還能達(dá)到節(jié)省燃料，節(jié)約投資的目標(biāo)。基于在燃燒室、燃燒器、及蓄熱室中合理的應(yīng)用了熱穩(wěn)定性行的材料與結(jié)構(gòu)，使得熱風(fēng)爐的使用壽命的到有效的延長。

豫興公司在項(xiàng)目推廣的過程中投入大量人力物力，實(shí)現(xiàn)了豫興熱風(fēng)爐技術(shù)快速而成功的應(yīng)用。實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果有力的證實(shí)了理論分析、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬的正確性，同時(shí)也驗(yàn)證了設(shè)計(jì)計(jì)算程序的準(zhǔn)確性。在短短的兩三年內(nèi)使用一種新型的熱風(fēng)爐能夠從構(gòu)思到實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的實(shí)施、從實(shí)驗(yàn)研究到設(shè)計(jì)爐型、從耐材制作到建成投產(chǎn)，這在熱風(fēng)爐工程技術(shù)領(lǐng)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(fēng)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(fèi)的有效投入。

新一代高燃燒強(qiáng)度、高熱風(fēng)溫度、高傳熱效果、高效與節(jié)能的熱風(fēng)爐已經(jīng)投入使用，并安全穩(wěn)定的運(yùn)行著。這是在技術(shù)創(chuàng)新。研究開發(fā)、理論與實(shí)踐、設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的一次完美結(jié)合。豫興熱風(fēng)爐技術(shù)的成功應(yīng)用，為其向大型化方向發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，是熱風(fēng)爐技術(shù)向先進(jìn)性、節(jié)能型、高風(fēng)溫方向所邁出了堅(jiān)實(shí)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(yīng)有的貢獻(xiàn)。

豫興型頂燃式熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)與性能簡介

熱風(fēng)爐是煉鐵工程的重要輔助設(shè)備，是一種間歇加熱與冷卻的周期性運(yùn)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(yùn)行、利用效率以及使用壽命。在熱風(fēng)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(shè)置，又分為燃燒室火井平行與蓄熱室的內(nèi)燃式熱風(fēng)爐和燃燒室放在蓄熱室頂部的頂燃式熱風(fēng)爐。在頂燃式熱風(fēng)爐中，以帶小拱頂預(yù)燃室的頂燃式熱風(fēng)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(shè)置小直徑的預(yù)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(jìn)入預(yù)燃室，在其中形成旋流，并相互混合后進(jìn)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(fēng)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(dǎo)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(dǎo)致出現(xiàn)氣流短路的問題。上述原因使得內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的燃燒狀態(tài)始終不佳、傳熱效果不盡人意、熱風(fēng)溫度很難提高，正逐步被其它爐型尤其是各種頂燃式熱風(fēng)爐所取代。

因此，如何改進(jìn)熱風(fēng)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(qiáng)度大且傳熱-蓄熱效果好的熱風(fēng)爐。由豫興熱風(fēng)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(shè)計(jì)制造、并投入運(yùn)行的豫興型頂燃式熱風(fēng)爐應(yīng)該是有效實(shí)現(xiàn)燃燒強(qiáng)度高、傳熱效率高、熱風(fēng)溫度高的一種頂燃式熱風(fēng)爐。

豫興頂燃式熱風(fēng)爐是在綜合分析了帶有頂部預(yù)燃室和環(huán)形旋流噴射燃燒器的頂燃式熱風(fēng)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(fēng)爐的結(jié)構(gòu)與組合特征、流動(dòng)與混合特征、燃燒與傳熱特征的基礎(chǔ)上發(fā)明的一種新型熱風(fēng)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(jìn)入蓄熱體的流動(dòng)特征；并改進(jìn)上述兩種爐型的陶瓷燃燒器結(jié)構(gòu)，采用拱頂下部設(shè)置噴嘴環(huán)形交錯(cuò)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(yù)熱上噴燃?xì)馀c助燃空氣，同時(shí)穩(wěn)定的渦旋運(yùn)動(dòng)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(fēng)爐上部的煤氣與空氣的預(yù)燃室。使得熱風(fēng)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(qiáng)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(shí)間實(shí)現(xiàn)燃?xì)馀c空氣的充分混合、預(yù)熱與燃燒，因而燃燒室同時(shí)起到了預(yù)燃室與燃燒室的作用；由于帶預(yù)燃室的頂燃式熱風(fēng)爐的燃燒室是一個(gè)錐段漸擴(kuò)形的結(jié)構(gòu)，為了使氣流在其中流動(dòng)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(dǎo)致進(jìn)入蓄熱體的燃燒氣流（煙氣）分布相當(dāng)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(dòng)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(fēng)爐是一種及多種熱風(fēng)爐優(yōu)良性能與一身的，具有結(jié)構(gòu)簡單、流動(dòng)、傳熱與燃燒性能優(yōu)良的新型熱風(fēng)爐。

豫興型頂燃式熱風(fēng)爐的特點(diǎn)

(1)燃燒穩(wěn)定強(qiáng)度大：煤氣、空氣成一定角度向上噴射，在熱風(fēng)爐內(nèi)借助于高溫?zé)煔饣亓鲗ζ溥M(jìn)行高溫預(yù)熱，由于交錯(cuò)的小流股噴射能使兩種氣流很快達(dá)到完全而充分的混合后燃燒，達(dá)到燃燒充分、火焰短、強(qiáng)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(fēng)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(jìn)入熱風(fēng)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(qiáng)蓄熱體換熱能力，有利于實(shí)現(xiàn)高熱風(fēng)溫度的工藝要求，且能減小蓄熱體不同區(qū)域間的熱應(yīng)力分布，進(jìn)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(dāng)?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(qiáng)燃燒強(qiáng)度，提高換熱強(qiáng)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(fēng)爐操作運(yùn)行的安全性。

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

(6)設(shè)計(jì)合理，節(jié)省投資：由于燃燒室可以采用高熱負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，蓄熱體中氣體標(biāo)態(tài)流速可以選取較大數(shù)值，從而可增強(qiáng)蓄熱體材料的重量，有效的節(jié)省了熱風(fēng)爐的初投資。

(7)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，熱風(fēng)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拾霃剑哂辛己玫氖芰Y(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性，能有效增加熱風(fēng)爐的使用壽命。

(8)燃燒器與爐墻受熱合理，有利于延長熱風(fēng)爐壽命：燃燒器設(shè)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(fēng)周期均處于相同的熱穩(wěn)定狀態(tài)，十分有利于熱風(fēng)爐穩(wěn)定長壽命的運(yùn)行。

(9)燃燒器獨(dú)立支撐結(jié)構(gòu)，有利于延長熱風(fēng)爐壽命：將燃燒室組成設(shè)計(jì)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(yùn)行過程中溫度周期性變化造成的上下移動(dòng)不受阻礙，有效地延長爐體使用壽命。

(10)環(huán)道的兩個(gè)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(dāng)采用噴嘴上部設(shè)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(qiáng)均勻氣流分配的作用，因而使燃燒過程得到進(jìn)一步改善。

(11)設(shè)計(jì)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(cuò)排列的幾十個(gè)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(fēng)爐，結(jié)構(gòu)獨(dú)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(yù)熱等燃燒過程的關(guān)鍵問題，能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒火焰、提高燃燒強(qiáng)度、防止燃燒振蕩、改善傳熱效果、從而提高熱風(fēng)爐效率、增強(qiáng)負(fù)荷調(diào)節(jié)功能，保證運(yùn)行的安全與穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)節(jié)省燃料、節(jié)約投資的目標(biāo)?；诤侠淼臒岱€(wěn)定的作用，使得熱風(fēng)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(fēng)爐運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐的高效、高溫、節(jié)能、環(huán)保是切實(shí)可行的事情。因此，豫興型頂燃式熱風(fēng)爐的推廣作用一定能收到良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

豫興型頂燃式熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)特征與性能

豫興型頂燃式熱風(fēng)爐是在綜合分析帶預(yù)燃室的頂燃式熱風(fēng)爐和火井平行與蓄熱室的內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，大功率熱風(fēng)爐以及頂燃式球床熱風(fēng)爐等十幾種流行熱風(fēng)爐技術(shù)的結(jié)構(gòu)與性能特征的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)的一種新型頂燃式熱風(fēng)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(diǎn)火投入使用。

豫興型頂燃式熱風(fēng)爐除了具有其他頂燃式熱風(fēng)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(fèi)用低等優(yōu)勢，是一種最具潛質(zhì)熱風(fēng)爐技術(shù)。該爐型具體技術(shù)特點(diǎn)歸納與如下：

b、噴嘴環(huán)形交錯(cuò)布置氣流上噴預(yù)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(fēng)爐運(yùn)行中提高風(fēng)溫的措施

a、熱風(fēng)爐燃燒初期采用快速燒爐法，30分鐘內(nèi)達(dá)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(fēng)要求。

b、穩(wěn)定煤氣壓力10kPa~12kPa，減少因壓力波動(dòng)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(dòng)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(shí)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(fēng)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(fēng)溫度可適當(dāng)提高排煙溫度，如從380℃提高到420℃等；但這樣做會降低熱風(fēng)爐的效率，通常情況盡量不采用。

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

豫興型頂燃式熱風(fēng)爐是的熱風(fēng)爐技術(shù)體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

(1)空氣、煤氣混合燃燒效果是決定熱風(fēng)爐節(jié)能、環(huán)保、高風(fēng)溫的基礎(chǔ)。

(2)煙氣流場是決定熱風(fēng)爐熱效率、高風(fēng)溫、蓄熱體長壽硬性指標(biāo)。

(3)拱頂、燃燒器的結(jié)構(gòu)是決定20年~30年熱風(fēng)爐爐體整體壽命的關(guān)鍵。

空氣和煤氣的混合，煙氣流場，熱風(fēng)爐燃燒器拱頂結(jié)構(gòu)是決定熱風(fēng)爐效能的三大要素，三大要素達(dá)到最佳狀態(tài)，按照同等條件提高100℃風(fēng)溫計(jì)算，可使得一代高爐爐齡綜合節(jié)能節(jié)焦而降低的噸鐵生產(chǎn)成本在30元以上。

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