豫兴大拱顶热风炉结构与性能特征及高风温运行实践.pdf

豫兴大拱顶热风炉结构与性能特征及高风温运行实践1、大拱顶热风炉的技术特征大拱顶热风炉是气体燃料反冲预混预热燃烧技术的典型应用之一，是环形交错布臵喷嘴强预混燃烧技术的巧妙应用之一该顶燃式热风炉具有倒臵悬链线形大拱顶燃烧室与设臵在其底部的煤气与空气喷嘴交错环形布臵垂直上喷的燃烧器，以及其下部同轴相连的蓄热室与冷风室这样的热风炉结构，能使交错上喷的煤气与空气气流很好地预混燃烧，随后烟气经拱顶折返而形成一个夹在两股反向气流中间的烟气回流涡旋，其对上行混合气流的预热功能实现了气流的提前着火与火焰稳定这样的自激稳定属性保证了整个气流流场的流型稳定同时，回流涡旋的静压强相对于主气流为低的特征对于向下气流有牵引作用，致使主气流自然趋向于分散流动，而最终形成较为均匀的进入格子砖的气流分布可见，这样的燃烧室气流场结构就能有效而巧妙地解决气体燃料燃烧过程中气流混合、气流预热、着火燃烧、气流稳定、气流分布均匀等一系列问题基于蓄热室中蓄热体采用带水平通道的锥形通孔的格子砖，有效提高格子砖的通孔率、显著增强蓄热体与气流间的传热、明显改善蓄热室气流分布的均匀性因此，大拱顶热风炉能够完全实现燃烧火焰稳定、提高燃烧强度、防止燃烧震荡、改善传热效果，进而能提升热风炉的效率、增强负荷调节功能、实现安全与稳定的运行，并且还能达到节省燃料、节约投资的目标。

基于在燃烧室、燃烧器、及蓄热室中合理地应用了热稳定性强的材料与结构，使得热风炉的使用寿命得到有效的延长2、大拱顶热风炉使用案例与分析2-1 使用案例1)山西通才工贸公司 450m3高炉配套的由大拱顶热风炉， 该炉自 2007 年 12月份投产，热风炉采用 2 烧 1 送运行模式，在助燃空气单预热到180～200℃的情况下，燃烧单一的高炉煤气，其热风炉的月平均热风温度能稳定在1220℃上下，拱顶温度在1300℃上下，而送风时间在60 90 分钟之间 ( 随负荷情况而定 ) ；有记录最高月平均风温为 1243℃，最高的小时平均风温为1318℃，排烟温度均值在300℃左右；经测试，烟气中一氧化碳的含量几乎为零，氧气的含量在 0.17%上下，由此可以计算出对应的过量空气系数为1.02 左右2)河北澳森 510 m3球床热风炉，经燃烧器（选用大拱顶热风炉燃烧器技术）和蓄热体（耐火球改为小孔径格孔互通的格子砖）改造后今年投入使用，热风炉运行模式为 2 烧 2 送，在煤气与助燃空气均不预热的情况下，燃烧单一的高炉煤气，其热风炉的月平均热风温度能稳定在1214℃上下，拱顶温度在1260℃左右，最高的小时平均风温为1246℃，而送风时间在150 分钟左右，排烟温度均值在250℃左右；经测试，烟气中一氧化碳的含量0.1%，氧气的含量在 0.7%上下，由此可以计算出对应的过量空气系数为1.08 左右。

3)河南林州合鑫450 m3高炉热风炉，也是采用大拱顶热风炉，在煤气与空气均不预热下，前者月均热风温度在1150 度左右，且送风时间均在2 小时左右，平均排烟温度在 200 度以下4)此外，陕西略阳、江苏成日、河北广耀、山西翼城的大拱顶结构热风炉均已投入使用，使用效果明显2-1 案例分析从实际运行数据不难看出：1)热风温度与拱顶温度之差明显小于其它热风炉，在40～80℃之间，而其它热风炉均在 100℃以上，乃至更高；这是燃烧均匀、燃烧强度大、高温蓄热充裕、换热能力强、散热损失小的充分表现，只有性能优良的燃烧器与燃烧室才会产生的；2)热风温度在同等条件下高出其它炉型50～100℃，在单预热下稳定热风温度在1200℃以上实属不易，而不预热的情况下超过1200℃更不多见；这是热风炉内快速均匀燃烧、蓄热体传热蓄热性能强的表现，尤其是不预热实现1220℃左右的稳定风温，更显示出大拱顶热风炉的技术优势；3)蓄热体采用小直径锥形格孔和格孔互通结构，因锥孔格子砖上下组合成缩放的波纹结构，其与气流间的传热效果明显增强；而格孔互通能产生类似于球床中的气流流动特征，故而在送风周期和燃烧周期都能使气流流场压力分布均匀、继而使气流流速分布均匀的结果（均压均流结构） ，从而提高格子砖有效利用程度；增强气流与格孔间的传热与提高格子砖有效利用率的双重功效，成就了锥形格孔且格孔互通格子砖在实现高风温中不可取代的地位；4)排烟温度均在260～300℃之间，显示出热风炉热效率比其它炉型为高；这与燃烧过程的优化、蓄热体结构选择与合理布臵、整体结构的优化均有密切关系；同时，这与设计时参数也极为相符，为改进现有的热风炉设计给定参数很有助益；5)烟气中煤气含量较低，表明煤气与空气实现了均匀而快速的混合燃烧，氧含量低表明过量空气系数不大，完全燃烧程度高；这是环形交错布臵喷嘴的燃烧器能够实现快速混合、预热着火而高强度燃烧的体现。

总之，运行实践证明，大拱顶热风炉的整体结构与流场特征，实现了气体燃料快速且充分的燃烧和烟气均匀高效的传热，在安全可靠的炉体结构支撑下做到了高热风温度、高热风负荷、高燃烧效率、及高传热效果地稳定运行2-1 发展案例1、山西通才 1580m3高炉热风炉，采用豫兴大拱顶结构的热风炉，准备实现1350 度的高风温，四座热风炉、 两座预热炉、 及管路系统均由豫兴公司制造，合同正在执行中 这是山西通才工贸公司基于豫兴热风炉稳定高效运行的结果而做出选择2、陕西汉中 1260m3高炉热风炉，采用豫兴大拱顶结构热风炉，设计风温1250 度，采用煤气与空气双预热；目前已基本建成，不久就会投入使用3、河北文安 1260 m3高炉热风炉，采用豫兴大拱顶结构热风炉，设计风温1250度，采用煤气与空气双预热，目前正在建设之中4、河北敬业2 座 1260m3高炉的热风炉已经决定采用大拱顶结构的热风炉，设计风温1250 度以上，项目正在建设之中5、安徽旋力1 座 1080m3高炉的热风炉已经决定采用大拱顶结构的热风炉，设计风温1200 度以上，项目正在建设之中6、 天津天丰 1座 630m3高炉的热风炉已经决定采用大拱顶结构的热风炉，设计风温 1200度以上，项目正在建设之中。

7、河北鑫汇1 座 1200m3高炉的热风炉已经决定采用大拱顶结构的热风炉，设计风温1250 度以上，项目正在实施之中8、河北东海 600 m3高炉热风炉，采用豫兴大拱顶结构热风炉，设计风温1250 度，采用煤气与空气双预热，目前正在建设之中；该公司1080m3高炉的热风炉也将采用大拱顶结构的热风炉3、大拱顶热风炉结构稳定性分析大拱顶热风炉不仅具有良好的燃烧与传热性能，其结构的稳定性也是其他结构的热风炉所无法比拟的悬链线结构的大拱顶是力学上的自稳定结构，设臵在蓄热室大墙外的环形燃烧器上，除喷嘴部位外均处在较低的温度区域，使得结构应力复杂的燃烧器不再受到大的温度（热）应力的影响这样，热风炉最不稳定部位的结构稳定得到极大地增强然而带预燃室的小拱顶热风炉，其锥段拱顶的力学结构本来就不是很稳定，再加上预燃室混合燃烧比较差（喷嘴分层混合） ，燃烧过程主要在燃烧室中完成，尤其是在高负荷运行时这样锥段燃烧室中温度分布就不均匀，加之旋流的作用产生中心回流，燃烧过程会集中在燃烧室壁面附近完成这势必导致壁面温度局部过高而整体分布不均匀，而当燃烧过程结束后在送风期各部温度在辐射换热下又逐步趋于一致反复的温度变化必然有热应力的变化，在耐材质量欠佳时出现拱顶裂缝就不可避免。

燃烧器拱顶裂缝导致送风阶段热风大量漏出，造成隔热层损坏、炉壳温度过高，最后在送风期出现炉壳爆裂与拱顶塌陷近期出现的这类热风炉拱顶垮塌事故就是明证当使用此类热风炉时，改变燃烧方式或者改变旋流状态是避免拱顶结构出现问题的主要办法四、结束语通过上述分析不难看出，大拱顶热风炉在结构上与性能上，都具有其他类型热风炉不可比拟的优势上臵球帽型拱顶燃烧器与下臵环形交错上喷的燃烧器的结构完美而有效地实现了一个利于燃烧和传热的流体流动的流型，完成了气体燃料快速且充分的燃烧和以均温均流的烟气进入蓄热室而完成高效的传热，辅之以锥形格孔且格孔互通的格子砖作为蓄热体，以其能增强传热、均压均流的结构很好处理了冷风进入蓄热体不均匀分布的流动问题，从而有效地提高了冷（热）风与格子砖间的传热效果以及提高了格子砖的利用率因此，在安全可靠的炉体结构支撑下实现高热风温度、高热风负荷、高燃烧效率、及高传热效果地稳定运行显然，使用大拱顶热风炉一定会获得良好的的使用效果与满意的经济效益。