本实用新型涉及热能工程领域，特别是一种超低氮氧化物排放的高风温热风炉。
背景技术：
热风炉是高炉炼铁中不可缺少的重要附属设备，是燃烧装置（由燃烧器和燃烧室构成）与传热-蓄热装置（由蓄热室及其内的格子砖构成）的组合；目前国家对环保政策的日益趋紧，对热风炉的排放要求也越来越严格，对于以高炉煤气为燃料的热风炉而言，高炉煤气在燃烧时会生成氮氧化物，其中no约占燃烧时生成氮氧化合物总数的95%，no2约占5%，温度升高化学反应速度通常是成倍增加，热风炉的拱顶温度是平衡提高热风炉送风温度与降低氮氧化合物排放的关键因素；并且两者之间呈现出了一定的负相关关系，即提高热风炉拱顶温度则会提高热风炉送风温度同时也会增加废气中氮氧化合物排放量，怎样以尽可能低的拱顶温度达到对热风炉高风温的要求成了解决这对矛盾体的关键，如何设计热风炉结构，从而更好的改善热风炉内部烟气流场和冷风流场分布状态，成了解决这个问题的关键。因此，改进燃烧装置结构，使其与炉膛空间形成合理可控的流场结构，实现高强度燃烧与均匀高效传热的完美结合，是燃烧器发展的方向。
技术实现要素：
针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种超低氮氧化物排放的高风温热风炉，可有效解决现有燃烧装置结构复杂、燃烧气体分配不均、燃烧气流可控性差、排放氮氧化合物高的问题。
本实用新型解决的技术方案是，包括拱顶、燃烧室、炉体和燃烧器，炉体顶部设置有拱顶，炉体上部设置有燃烧器，炉体下部设有炉篦，炉篦下部设有冷风室，燃烧器由外墙和内墙组成，下部设有蓄热室，蓄热室的上部同轴插入燃烧器内，与燃烧器内墙对接，燃烧器外墙置于炉体上部外支撑板上，蓄热室与燃烧器之间由迷宫式密封连接构成稳定的组合体，燃烧器由墙体、煤气通道和空气通道构成，煤气通道和空气通道呈上下相互对应状态置于燃烧器墙体内，燃烧器墙体的顶部设置有直段墙体，直段墙体上设有热风出口管，直段墙体上连接有拱顶，直段墙体与拱顶之间的空间构成燃烧室，煤气通道的外侧壁上连通有伸出燃烧器墙体外的煤气入口，煤气通道的上部内侧壁上均布有煤气联络管，煤气联络管的顶部设有倾斜的煤气出口管，空气通道的外侧壁上连通有伸出燃烧器墙体外的空气入口，空气通道的上部内侧壁下部均布有空气联络管，煤气联络管和空气联络管沿燃烧器墙体的周向相互交替均布在燃烧器墙体内。
本实用新型通过合理的热风炉炉顶结构、优化配置燃烧器、提高格子砖热交换效率等途径大幅优化了热风炉内部烟气流场和冷风流场分布状态，将热风炉拱顶温度与鼓风温度之间的差值缩小到50℃左右，达到尽可能低的拱顶温度以及高风温的要求，实现了热风炉高风温和低氮排放的双重目标，是热风炉上的创新。
附图说明
图1为本实用新型的结构主视剖面图。
图2为本实用新型图1的1-1向截面图。
图3为本实用新型图1的2-2向截面图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。
由图1-3给出，本实用新型包括拱顶、燃烧室、炉体和燃烧器，炉体顶部设置有拱顶7，炉体上部设置有燃烧器18，炉体下部设有炉篦14，炉篦14下部设有冷风室15，燃烧器18由外墙和内墙组成，下部设有蓄热室16，蓄热室16的上部同轴插入燃烧器18内，与燃烧器18内墙对接，燃烧器18外墙置于炉体上部外支撑板上，蓄热室16与燃烧器18之间由迷宫式密封连接构成稳定的组合体，燃烧器18由墙体、煤气通道2和空气通道1构成，煤气通道2和空气通道1呈上下相互对应状态置于燃烧器墙体3内，燃烧器18墙体的顶部设置有直段墙体5，直段墙体5上设有热风出口管6，直段墙体上连接有拱顶7，直段墙体5与拱顶之间的空间构成燃烧室，煤气通道2的外侧壁上连通有伸出燃烧器墙体外的煤气入口11，煤气通道2的上部内侧壁上均布有煤气联络管12，煤气联络管12的顶部设有倾斜的煤气出口管13，空气通道1的外侧壁上连通有伸出燃烧器墙体外的空气入口8，空气通道1的上部内侧壁下部均布有空气联络管9，煤气联络管12和空气联络管9沿燃烧器墙体的周向相互交替均布在燃烧器墙体内。
所述的热风出口管6设置在直段墙体5上，直段墙体5支撑在焊接在炉壳的托板之上，与燃烧器18相分离。
所述的空气联络管9的顶部有和煤气出口管13的倾斜方向呈相对状态的空气出口管10，空气出口管10和煤气出口管13中心轴线上端呈相互交叉状态，空气出口管10和煤气出口管13设置在环形燃烧器的上平面并处于热风出口管6下方的蓄热室16内。
所述的蓄热室16内设有三段不同材质等截面同轴对接的传热孔孔互通高利用率高效蓄热的格子砖，格子砖结构为横向之间有空空相连接的水平气流通道和纵向气流通道，在一定差异压力和差异阻力作用下实现不均匀的烟气和冷风流场自行调节，达到高效蓄热换热的目的。
所述的空气出口管10和煤气出口管13相邻的两个之间夹角为30-150°，其上均设置有喷嘴，喷嘴数量相对设置有10-100对，煤气喷嘴截面积大，空气喷嘴截面积小，空气出口管角度为70-150度，煤气出口管13角度为30-60度；这样设置的重要作用就是让煤气和空气利用燃烧室高温辐射对没有混合前的煤气和空气实施二次自身预热，同时形成煤气和空气上喷混合过程中的依据喷嘴不同的角度实施弱旋流、强旋流，空气出口管的角度越大，喷出的空气与煤气相遇形成的旋流就越强烈，最终起到强化自身预热和均匀混合的作用，是煤气空气混合均匀燃烧完全，同时可以提高理论燃烧问题30-200度，提高节能的风温10-150度。
所述的燃烧器采用环形煤气、空气对冲上喷的栅格式陶瓷燃烧器；这种燃烧器结构能够使煤气和空气以独特的涡旋搅扰方式进行充分混合，使得高炉煤气在过剩空气系数α=1.02-1.05之间即可实现充分燃烧，从而使该燃烧器具备了高温、低氮、低co排放的多重性能，同时由于燃烧器喷嘴处火焰形态为短焰燃烧，配合拱形拱顶结构，混合燃烧的火焰运行距离长，从而使环形燃烧器具备了长短焰混合燃烧的低氮氧化物燃烧器排放特征进一步降低了燃烧器的氮氧化合物排放。
所述的格子砖为孔孔相通的孔径为φ15-φ40mm的19孔或37孔格子砖，以19孔格子砖为例，19孔格子砖一个平面底部设计有15毫米深的联接18格孔的联通凹槽，孔孔互通格子砖的互联互通依靠压力和流速自行调节烟气流场和冷风流场均匀分布的作用，当气流通过格子砖第19个孔径（即中心孔径）时，由于流动的阻力和压力的作用，其气流会在联通的18个凹槽区域做均匀调节作用，放大到整个蓄热室，就形成了互联互通的均压均流床平面状态，优化了蓄热室烟气流场和冷风流场分布状态，提高了热风炉换热效率,降低了热风炉拱顶温度与送风温度之间的差值，解决了普通格子砖格孔错台、错位影响气流通过的弊端，在提高热风炉送风风温与降低氮氧化物排放中发挥了关键作用。
由上述结构可以看出，本实用新型采用了把预混室和燃烧室设置在同一个空间内，并把煤气喷嘴和空气喷嘴空气成对为一组的倾斜向上喷射、预热、预混燃烧的结构。当烟气遇拱顶时自然折返形成涡流状混合结构，同时，由于煤气、空气带有成对为一组的带角度对冲角度结构，使动量较大的煤气和动量较小的空气碰撞混合时自然形成螺旋的往拱顶上方的旋流状，当旋流的混合气体和涡流烟气上升至拱顶，形成燃烧室的气流外壳，折返向下二次混合充分燃烧，使烟气流场分布均匀，充分燃烧。涡流、旋流的形成可以使煤气混合燃烧均匀、完全、烟气流场分布自然均匀，节省煤气、提高风温、提高效率。
本实用新型采用独立的拱形拱顶结构、环形上喷成对设置的带角度的煤气空气喷嘴结构，特殊的格子砖互联互通孔孔相同高效格子砖结构三大核心技术，实现了自身预热，提高卢纶燃烧温度，上喷折返和对冲差异的动量形成旋流，强化混合完全燃烧，以及互联互通高效高利用率调节烟气流场和冷风流场的高利用率格子砖蓄热体，三大核心综合高效技术，煤气和空气喷射流速20-40米每秒钟，确保拱顶温度低于1300-1350度，实现1200-1300度风温，使氮燃烧热风炉技术的氮氧化物排放在15-50毫克之间，当拱顶温度低于1350-1400度，实现1300-1350度风温，使氮燃烧热风炉技术的氮氧化物排放在50-100毫克之间，拱顶温度与送风温差降低在50度范围之内。
本实用新型以简单而合理的结构，有效防止热风炉地解决了燃烧器喷射气流混合效果差，产生局部高温；有效保证气流燃烧充分，减少烟气含氧量，减少气流燃烧时间，减少氮氧化物产生量，提高热风炉使用寿命，降低燃烧不稳定与燃烧强度低、燃烧气流速度温度分布不均或不可控等关键问题，能有效地保证热风炉、工业炉窑等高效、均温、高热强度、且安全与稳定地运行；继而实现节省燃料、节约投资、降低废气温度与排放量、减少环境污染，具有良好的经济和社会效益。
1.一种超低氮氧化物排放的高风温热风炉，包括拱顶、燃烧室、炉体和燃烧器，其特征在于，炉体顶部设置有拱顶(7)，炉体上部设置有燃烧器(18)，炉体下部设有炉篦(14)，炉篦(14)下部设有冷风室(15)，燃烧器(18)由外墙和内墙组成，下部设有蓄热室(16)，蓄热室(16)的上部同轴插入燃烧器(18)内，与燃烧器(18)内墙对接，燃烧器(18)外墙置于炉体上部外支撑板上，蓄热室(16)与燃烧器(18)之间由迷宫式密封连接构成稳定的组合体，燃烧器(18)由墙体、煤气通道(2)和空气通道(1)构成，煤气通道(2)和空气通道(1)呈上下相互对应状态置于燃烧器墙体(3)内，燃烧器(18)墙体的顶部设置有直段墙体(5)，直段墙体(5)上设有热风出口管(6)，直段墙体上连接有拱顶(7)，直段墙体(5)与拱顶（7）之间的空间构成燃烧室，煤气通道(2)的外侧壁上连通有伸出燃烧器墙体外的煤气入口(11)，煤气通道(2)的上部内侧壁上均布有煤气联络管(12)，煤气联络管(12)的顶部设有倾斜的煤气出口管(13)，空气通道(1)的外侧壁上连通有伸出燃烧器墙体外的空气入口(8)，空气通道(1)的上部内侧壁下部均布有空气联络管(9)，煤气联络管(12)和空气联络管(9)沿燃烧器墙体的周向相互交替均布在燃烧器墙体内。
2.根据权利要求1所述的超低氮氧化物排放的高风温热风炉，其特征在于，所述的直段墙体(5)支撑在焊接在炉壳的托板之上，与燃烧器(18)相分离。
3.根据权利要求1所述的超低氮氧化物排放的高风温热风炉，其特征在于，所述的空气联络管(9)的顶部有和煤气出口管(13)的倾斜方向呈相对状态的空气出口管(10)，空气出口管(10)和煤气出口管(13)中心轴线上端呈相互交叉状态，空气出口管(10)和煤气出口管(13)设置在环形燃烧器的上平面并处于热风出口管(6)下方的蓄热室(16)内。
4.根据权利要求1所述的超低氮氧化物排放的高风温热风炉，其特征在于，所述的蓄热室(16)内设有三段不同材质等截面同轴对接的传热孔孔互通高利用率高效蓄热的格子砖。
5.根据权利要求3所述的超低氮氧化物排放的高风温热风炉，其特征在于，所述的空气出口管(10)和煤气出口管(13)相邻的两个之间夹角为30-150°，其上均设置有喷嘴，喷嘴数量相对设置有10-100对，煤气喷嘴截面积大，空气喷嘴截面积小，空气出口管(10)角度为70-150度，煤气出口管(13)角度为30-60度。
6.根据权利要求1所述的超低氮氧化物排放的高风温热风炉，其特征在于，所述的燃烧器采用环形煤气、空气对冲上喷的栅格式陶瓷燃烧器。
7.根据权利要求4所述的超低氮氧化物排放的高风温热风炉，其特征在于，所述的格子砖为孔孔相通的孔径为φ15-φ40mm的19孔或37孔格子砖。
技术总结