專利名稱：高溫?zé)犸L(fēng)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于高爐的高溫?zé)犸L(fēng)爐。
背景技術(shù)：
高爐冶煉需要溫度足夠高的熱風(fēng)，熱風(fēng)爐是提供這種熱風(fēng)的必備裝置。當(dāng)前工業(yè)應(yīng)用的熱風(fēng)爐是由爐殼、耐火襯、燃燒裝置、蓄熱體和通道系統(tǒng)所組成。受燃料發(fā)熱值以及燃料和助燃空氣初始溫度的制約，現(xiàn)有熱風(fēng)爐通常的送風(fēng)溫度一般在1000-1200℃左右，不能適應(yīng)更高的工藝要求。需要特別注意的是，在如此高的溫度下，溫度的再提高是非常困難的；同時(shí)，哪怕只提高幾十度，對(duì)冶煉過(guò)程也是非常有益的。因此，有人提出了在熱風(fēng)爐的燃燒室上部增加使用經(jīng)預(yù)熱的燃料和助燃空氣輔助燒嘴的方法來(lái)提高爐溫；再就是通常從余熱利用的基本目的出發(fā)，在煙道處設(shè)置換熱器來(lái)提高進(jìn)入燃燒器的煤氣與/或空氣溫度，取得了提高熱風(fēng)溫度的積極效果。但是，第一種方法的不足之處在于1.由于它是在熱風(fēng)爐的高溫區(qū)的側(cè)壁上開(kāi)孔，對(duì)熱風(fēng)爐殼體的強(qiáng)度影響較大，不適應(yīng)改造。2.由于它的安裝位置較高，設(shè)備的安裝以及維護(hù)極不方便。3.由于內(nèi)燃式熱風(fēng)爐存在爐內(nèi)有效空間利用率較低以及容易漏風(fēng)的問(wèn)題，存在被頂燃式熱風(fēng)爐取代的傾向，因此，上述方法的推廣應(yīng)用也越來(lái)越受到限制。4.若試圖將上述方法應(yīng)用于頂燃式熱風(fēng)爐，取氣氣流必將影響其燃燒室內(nèi)的壓力場(chǎng)的均勻分布，引發(fā)蓄熱體的不均勻受熱而導(dǎo)致最終熱風(fēng)溫度的不理想。至于第二種方法，從節(jié)能的角度來(lái)看，其效果是比較理想的，但是，當(dāng)以提高熱風(fēng)爐所生產(chǎn)的熱風(fēng)溫度為首要目的的角度來(lái)看，它只是一種有限的改良，達(dá)不到大幅度提高熱風(fēng)溫度的目的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種風(fēng)溫更高、更適應(yīng)改造、更安全、安裝以及維護(hù)方便、效率更高、應(yīng)用范圍廣泛的用于高爐的高溫?zé)犸L(fēng)爐。
本發(fā)明的基本構(gòu)思是，設(shè)置專用于大幅度提高進(jìn)入或摻入主燃燒器的煤氣與/或助燃空氣溫度的外加熱裝置來(lái)對(duì)煤氣與/或助燃空氣進(jìn)行預(yù)加熱，以提高送入主燃燒器的煤氣與/或助燃空氣的溫度，進(jìn)而提高了理論燃燒溫度并最終獲得溫度大幅提高的熱風(fēng)。
當(dāng)預(yù)熱溫度在800℃-900℃甚至在1000℃以下時(shí)，外加熱裝置可以采用連續(xù)工作的熱交換裝置，該裝置可以采用在火力發(fā)電機(jī)組中類似生產(chǎn)過(guò)熱蒸汽的熱交換裝置的基本結(jié)構(gòu)。隨著新型的高性能材料的產(chǎn)生，在采用這種熱交換裝置的情況下，進(jìn)一步提高加熱溫度也是可能的。
當(dāng)需要的預(yù)熱溫度在900℃甚至1000℃以上時(shí)，外加熱裝置還可以是一種具有公用燃燒室和多個(gè)蓄熱體組的熱交換裝置，這樣的裝置將更緊湊、更實(shí)用且投資更少。
在兩種介質(zhì)中，當(dāng)有一種介質(zhì)的預(yù)加熱溫度要求較低的時(shí)候，外加熱裝置還可以是具有公用燃燒室和多個(gè)蓄熱體組的熱交換裝置和連續(xù)工作的熱交換裝置的組合裝置。
有時(shí)候，只要求對(duì)煤氣或助燃空氣之一進(jìn)行預(yù)熱，這時(shí)，只要在需要預(yù)熱的介質(zhì)通道上設(shè)置外加熱裝置就可以了。至于選用何種形式的上述外加熱裝置，可根據(jù)預(yù)熱要求等多種因素權(quán)衡決定。
當(dāng)采用連續(xù)工作的熱交換裝置時(shí)，采用蓄熱式燒嘴還可取得節(jié)能、環(huán)保的雙重效果。
當(dāng)采用交替工作的換熱系統(tǒng)時(shí)，由于熱交換過(guò)程是交替進(jìn)行的，其預(yù)熱的溫度必然會(huì)發(fā)生周期性的波動(dòng)，這時(shí)，可采用一種混氣閥，來(lái)保持輸出溫度的穩(wěn)定或者用來(lái)調(diào)節(jié)輸出溫度，使之符合設(shè)定的要求。當(dāng)然，當(dāng)采用連續(xù)工作的熱交換裝置時(shí)，也可以采用混氣閥，以獲得對(duì)混合氣的溫度快速調(diào)整的效果。
上面所說(shuō)的混氣閥可以是由包含低溫氣入口、高溫氣入口、混合氣出口的、對(duì)外伸件具有密封功能的閥殼和可操縱的、具有定位功能的、能夠通過(guò)位置變動(dòng)來(lái)調(diào)整混合氣溫度的閥板所組成。
本發(fā)明的有益效果是1.在耐火材料、蓄熱體材料和控制系統(tǒng)允許的條件下，熱風(fēng)爐的送風(fēng)溫度可以達(dá)到工藝所需的任意溫度，從而可實(shí)現(xiàn)冶煉過(guò)程中風(fēng)溫因素的最大的優(yōu)化。2.煤氣與/或助燃空氣的溫度設(shè)定值便于調(diào)整，易于實(shí)現(xiàn)與高爐工況的最佳匹配，特別是當(dāng)采用類似生產(chǎn)過(guò)熱蒸汽的熱交換裝置時(shí)。3.煤氣與/或助燃空氣的供氣過(guò)程連續(xù)、穩(wěn)定，特別是當(dāng)采用類似生產(chǎn)過(guò)熱蒸汽的熱交換裝置時(shí)。4.不影響熱風(fēng)爐主燃燒室內(nèi)的溫度梯度、壓力場(chǎng)和流場(chǎng)，有助于熱風(fēng)爐的穩(wěn)定順行。5.在不降低熱效率的前提下，本發(fā)明具有對(duì)冶煉系統(tǒng)補(bǔ)能的效果。6.本發(fā)明不排斥從余熱利用的基本目的出發(fā)，通過(guò)熱交換器來(lái)提高初始空氣溫度的方法，而且通過(guò)串接采用余熱利用的方法后，還有助于減少本加熱裝置的尺寸。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明有附圖7頁(yè)，共10幅，其中圖1是本發(fā)明的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)圖。其中，[1]是一種傳統(tǒng)意義上的熱風(fēng)爐，它可以是內(nèi)燃式的，也可以是外燃式的，還可以是頂燃式的或其他形式的，該熱風(fēng)爐上的燃燒器的位置應(yīng)當(dāng)根據(jù)爐型的需要確定，圖中所示的位置僅僅是一種象征性的表示，由于傳統(tǒng)意義上的熱風(fēng)爐的配置屬于現(xiàn)有技術(shù)，關(guān)于這方面的細(xì)節(jié)就不再贅述了。[2]是一種對(duì)燃?xì)馀c/或助燃空氣進(jìn)行預(yù)加熱的外加熱裝置。具體來(lái)說(shuō)，外加熱裝置[2]是一種連續(xù)工作的熱交換裝置，它可以采用在火力發(fā)電機(jī)組中蒸汽過(guò)熱器的基本結(jié)構(gòu)。需要特別說(shuō)明的是，本實(shí)施例是在傳統(tǒng)意義上的熱風(fēng)爐[1]的燃燒-蓄熱階段，把提高主燃燒器的煤氣與/或助燃空氣的初始溫度來(lái)達(dá)到提高蓄熱體自身溫度的要求作為手段，以實(shí)現(xiàn)大幅提高傳統(tǒng)熱風(fēng)爐的送風(fēng)溫度的目的。在熱風(fēng)爐[1]的蓄熱期，煤氣和助燃空氣分別通過(guò)管道[3]和[4]經(jīng)過(guò)外加熱裝置[2]升溫后，進(jìn)入熱風(fēng)爐[1]的主燃燒器，顯著提高了理論燃燒溫度。
圖3是在實(shí)施例一中，對(duì)煤氣與/或助燃空氣的加熱裝置[2]結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，本圖所示的方案的特點(diǎn)是對(duì)煤氣和助燃空氣加熱的熱交換器共處在同一個(gè)燃燒室內(nèi)。圖中，[9]是燃燒室，[10]是用于加熱煤氣的熱交換器，[11]是用于加熱助燃空氣的熱交換器，[12]則是給燃燒室進(jìn)行加熱的燒嘴，請(qǐng)注意，當(dāng)該燒嘴[12]采用蓄熱式燒嘴時(shí)，除了可以利用低熱值的高爐煤氣之外，還會(huì)取得節(jié)能和環(huán)保的雙重效果。
圖4也是在實(shí)施例一中，對(duì)煤氣與/或助燃空氣的加熱裝置[2]結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，本圖所示的方案的特點(diǎn)是，對(duì)煤氣和助燃空氣加熱的熱交換器是各自使用獨(dú)立的燃燒室，以便于對(duì)它們的加熱溫度的單獨(dú)控制。圖中各個(gè)代號(hào)的含義與圖4中的各個(gè)代號(hào)的含義相同。
圖5、圖6分別表述了兩種不同形狀的管式熱交換器。當(dāng)把它們置于燃燒室內(nèi)后，管子首先被加熱，通過(guò)管內(nèi)的氣體也就被加熱了。當(dāng)然，熱交換器的具體形式是多種多樣的，就不在此一一說(shuō)明了。
圖2是實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)圖。其中，[20]是一種對(duì)煤氣與/或助燃空氣進(jìn)行預(yù)加熱的外加熱裝置，[6]是混氣閥，[7]和[8]分別是溫度較低的煤氣和助燃空氣入口，而其它標(biāo)號(hào)的含義與圖1中所述的標(biāo)號(hào)的含義相同。具體來(lái)說(shuō)，外加熱裝置[20]是一種具有公用燃燒室和多個(gè)蓄熱體組的熱交換裝置。
圖10是具有公用燃燒室和多個(gè)蓄熱體組的熱交換裝置[20]的簡(jiǎn)圖。圖中，[21]是公用燃燒室，[22]是眾多閥門中的一個(gè)，[23]、[24]、[25]和[26]分別是多個(gè)蓄熱體組中的一個(gè)，[27]是待預(yù)熱的煤氣總管，[28]是預(yù)熱后的煤氣總管，[29]是待預(yù)熱的助燃空氣總管，[30]是預(yù)熱后的助燃空氣總管，[31]是廢煙氣排出總管，[32]是燃燒室的燒嘴等。該熱交換裝置的工作過(guò)程是這樣的，在初始狀態(tài)下，留出必要的煙氣通道后，使其余閥門置于全關(guān)的位置，當(dāng)燃燒室的燒嘴[32]啟動(dòng)后，公用燃燒室[21]的溫度得以迅速提高，這時(shí)，改變相關(guān)閥門的啟閉狀態(tài)，高溫?zé)煔饪梢酝ㄟ^(guò)任何一個(gè)蓄熱體組。假如只通過(guò)蓄熱體組[23]和[25]，并對(duì)該蓄熱體組進(jìn)行加熱；當(dāng)該蓄熱體組被加熱到規(guī)定的溫度時(shí)，切換高溫?zé)煔獾耐ǖ溃怪荒苓M(jìn)入蓄熱體組[24]和[26]，這時(shí)，調(diào)整煤氣和助燃空氣裝置中的相關(guān)閥門的啟閉狀態(tài)，使待預(yù)熱的煤氣和助燃空氣分別進(jìn)入蓄熱體組[23]和[25]進(jìn)行加溫，然后送往熱風(fēng)爐的主燃燒器。當(dāng)蓄熱體組[23]和[25]的溫度下降與/或蓄熱體組[24]和[26]的溫度上升到預(yù)期的數(shù)值之后，再將其互相切換。如此不斷交替進(jìn)行，以實(shí)現(xiàn)熱量交換的功能。
另外，在預(yù)熱煤氣的系統(tǒng)中，還應(yīng)考慮防爆問(wèn)題。
圖10中眾多的分立的閥門，可以改用若干組合閥來(lái)代替，例如，圖中各個(gè)圓圈內(nèi)的2只獨(dú)立的閥門可以由一個(gè)二位三通閥來(lái)代替等，再進(jìn)一步，還可以使用集成度更高的組合閥等。
圖7是在實(shí)施例二中所使用的一種混氣閥[6]的功能部分的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，它采用了高、低溫進(jìn)氣口聯(lián)動(dòng)控制的方案。圖中，[13]是閥殼，[14]是在定位槽[15]內(nèi)移動(dòng)的閥板，[16]是低溫氣入口，[17]是高溫氣入口，[18]是混合氣的出口。請(qǐng)注意，閥殼[13]與閥板[14]的伸出閥外部的桿部屬于本閥的外伸件，此處應(yīng)設(shè)有密封裝置，由于這屬于常規(guī)技術(shù)，在圖中未作表示。在圖示狀態(tài)下，高溫氣入口[17]處于全開(kāi)狀態(tài)，低溫氣入口[16]則處于全關(guān)。隨著被操縱的閥板[14]的逐漸下移，高溫氣入口[17]的開(kāi)口度就逐漸變小，直至為零；相反，隨著被操縱的閥板[14]的逐漸下移，低溫氣入口[16]的開(kāi)口度就逐漸從零變大，直至全開(kāi)。理論上，高、低溫氣體可以實(shí)現(xiàn)任意比例的混合，這樣，就可以實(shí)現(xiàn)混合氣的溫度在高、低溫氣體自身的溫度之間任意可調(diào)。為了保證混合氣的溫度符合工藝要求，可以采用測(cè)溫裝置來(lái)測(cè)量混合氣的溫度，并依此作為對(duì)混氣閥調(diào)整的依據(jù)。至于對(duì)混氣閥的調(diào)整，除了可以采用人工實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)整外，最好采用以設(shè)定溫度為標(biāo)的的自動(dòng)控制方法，由于該方法在自動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)屬于成熟技術(shù)，在此就不再多加說(shuō)明了。
圖8是在實(shí)施例二中所使用的另一種混氣閥[6]的功能部分的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，它也采用了高、低溫進(jìn)氣口聯(lián)動(dòng)控制的方案。圖中，[19]是可以作往復(fù)擺動(dòng)的閥板，其它標(biāo)號(hào)的含義則與圖7中所示的標(biāo)號(hào)的含義相同。在圖示狀態(tài)下，高溫氣入口[17]處于全開(kāi)狀態(tài)，低溫氣入口[16]則處于全關(guān)。當(dāng)被操縱的閥板[19]向另一側(cè)擺動(dòng)時(shí)，高溫氣入口[17]的開(kāi)口度就逐漸變小，直至為零；相反，隨著被操縱的滑板[19]的逐漸擺動(dòng)，低溫氣入口[16]的開(kāi)口度就逐漸從零變大，直至全開(kāi)。閥板[19]是通過(guò)其轉(zhuǎn)軸進(jìn)行徑向和軸向定位的，具體可通過(guò)其轉(zhuǎn)軸的軸孔與該軸上的附加結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)；另外，閥板[19]的轉(zhuǎn)軸也屬于本閥的外伸件，它與其殼體[13]之間也應(yīng)設(shè)置密封裝置；但是，鑒于這些都是尋常技術(shù)，因而未在圖中示出。隨著閥板[19]的擺動(dòng)，理論上，高、低溫氣體可以實(shí)現(xiàn)任意比例的混合。這樣，同樣可以實(shí)現(xiàn)混合氣的溫度在高、低溫氣體自身的溫度之間任意可調(diào)。為了保證混合氣的溫度符合工藝要求，也可以采用測(cè)溫裝置來(lái)測(cè)量混合氣的溫度，并依此作為對(duì)混氣閥調(diào)整的依據(jù)。至于對(duì)混氣閥的調(diào)整，除了可以采用人工實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)整外，最好采用以設(shè)定溫度為標(biāo)的的自動(dòng)控制方法，由于該方法在自動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)屬于成熟技術(shù)，在此就不再多加說(shuō)明了。
需要特別說(shuō)明的一點(diǎn)是，在實(shí)施例一以及下面將要提出的實(shí)施例三中所述的系統(tǒng)中，也可以采用混氣閥[6]。當(dāng)應(yīng)用連續(xù)工作的熱交換裝置時(shí)，采用了混氣閥[6]以后，可以獲得對(duì)混合氣的溫度快速調(diào)整的效果。
圖9是實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)圖。其中，[33]是一種對(duì)煤氣與/或助燃空氣進(jìn)行預(yù)加熱的外加熱裝置，[6]是混氣閥，[7]和[8]分別是溫度較低的燃?xì)夂椭伎諝馊肟冢渌鼧?biāo)號(hào)的含義與圖1中所述的標(biāo)號(hào)的含義相同。具體來(lái)說(shuō)，外加熱裝置[33]是一種連續(xù)工作的熱交換裝置和具有公用燃燒室和多個(gè)蓄熱體組的熱交裝置的組合。這種外加熱裝置[33]特別適用于兩種介質(zhì)中有一種介質(zhì)的加熱溫度較低的情況，例如，當(dāng)煤氣所要求的預(yù)熱溫度小于、等于800℃時(shí)，可令其通過(guò)連續(xù)工作的熱交換裝置，而讓所要求的預(yù)熱溫度很高的助燃空氣通過(guò)具有高溫預(yù)熱功能的熱交換系統(tǒng)進(jìn)行加熱，以爭(zhēng)取獲得最佳效果。
應(yīng)當(dāng)充分明確的一點(diǎn)是，本發(fā)明允許僅對(duì)煤氣或助燃空氣之一進(jìn)行加熱。由于上述各實(shí)施均是按同時(shí)加熱它們二者來(lái)考慮的，因此，當(dāng)需要僅對(duì)煤氣或助燃空氣之一進(jìn)行加熱時(shí)，只要去除不需要加熱的那一路通道中的外加熱裝置就可以了。
具體實(shí)施例方式
在實(shí)際應(yīng)用中，將主燃燒器全部助燃空氣采用上述方法加熱而主燃燒器全部煤氣采用煙道處常規(guī)加熱，可能是最適宜的。
權(quán)利要求
1.一種用于高爐的高溫?zé)犸L(fēng)爐，它由爐殼、耐火襯、燃燒裝置、蓄熱體、閥門和通道系統(tǒng)所組成，其特征在于，它設(shè)有專用于大幅度提高進(jìn)入或摻入主燃燒器的煤氣與/或助燃空氣溫度的外加熱裝置[2]、[20]或[33]。
2.如權(quán)利要求1所述的用于高爐的高溫?zé)犸L(fēng)爐，其特征在于，所述的外加熱裝置是連續(xù)工作的熱交換裝置[2]。
3.如權(quán)利要求1所述的用于高爐的高溫?zé)犸L(fēng)爐，其特征在于，所述的外加熱裝置是具有公用燃燒室和多個(gè)蓄熱體組的熱交換裝置[20]。
4.如權(quán)利要求1所述的用于高爐的高溫?zé)犸L(fēng)爐，其特征在于，所述的外加熱裝置是連續(xù)工作的熱交換裝置[2]和具有公用燃燒室和多個(gè)蓄熱體組的熱交換裝置[20]的組合裝置[33]。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的用于高爐的高溫?zé)犸L(fēng)爐，其特征在于，它設(shè)有混氣閥[6]。
6.如權(quán)利要求5所述的用于高爐的高溫?zé)犸L(fēng)爐，其特征在于，所述的混氣閥[6]是由包含低溫氣入口[16]、高溫氣入口[17]、混合氣出口[18]的、對(duì)外伸件具有密封功能的閥殼[13]和可操縱的、具有定位功能的、能夠通過(guò)位置變動(dòng)來(lái)調(diào)整混合氣溫度的閥板[14]或[19]所組成。
7.如權(quán)利要求1、2或4所述的用于高爐的高溫?zé)犸L(fēng)爐，其特征在于，在它的連續(xù)工作的熱交換裝置中設(shè)有蓄熱式燒嘴[12]。
8.一種專用于權(quán)利要求5所述的用于高爐的高溫?zé)犸L(fēng)爐的混氣閥，其特征在于，所述的混氣閥是由包含低溫氣入口[16]、高溫氣入口[17]、混合氣出口[18]和對(duì)外伸件具有密封功能的閥殼[13]和可操縱的、具有定位功能的、能夠通過(guò)位置變動(dòng)來(lái)調(diào)整混合氣溫度的閥板[14]或[19]所組成。
9.如權(quán)利要求1所述的用于高爐的高溫?zé)犸L(fēng)爐，其特征在于，外加熱裝置的廢氣可并入熱風(fēng)爐煙道廢氣并串接余熱利用裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于高爐的高溫?zé)犸L(fēng)爐，用于解決進(jìn)一步提高現(xiàn)有熱風(fēng)爐風(fēng)溫以滿足高爐需要的任意溫度的問(wèn)題，并適合于改造，使安裝以及維護(hù)極為方便。它的主要技術(shù)特征在于，增設(shè)了對(duì)煤氣與/或助燃空氣的預(yù)加熱裝置[1]，可以在有效的條件下，很方便地提高熱風(fēng)爐的送風(fēng)溫度。同時(shí)，它還具有煤氣與/或助燃空氣的溫度設(shè)定值便于調(diào)整，易于實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐工況的最佳匹配；基本不影響熱風(fēng)爐主燃燒室內(nèi)的溫度梯度、壓力場(chǎng)和流場(chǎng)，有助于熱風(fēng)爐的穩(wěn)定順行；煤氣與/或助燃空氣的供氣過(guò)程連續(xù)、穩(wěn)定；不排斥余熱利用的基本方法等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。因此，本發(fā)明具有較廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C21B9/04GK1626681SQ200410033158
公開(kāi)日2005年6月15日 申請(qǐng)日期2004年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月8日
發(fā)明者姚朝勝, 黃東生, 任浩 申請(qǐng)人:山東省冶金設(shè)計(jì)院