旋切顶燃式热风炉燃烧器的制作方法

本实用新型涉及冶炼设备技术领域，具体是一种旋切顶燃式热风炉燃烧器。

背景技术：

顶燃式热风炉以其送风温度高而备受钢铁厂的青睐。我国高炉炼铁生产中所采用的顶燃式热风炉种类很多，其主要的不足表现为：助燃空气和煤气混合不均匀，火焰燃烧较长，煤气利用率低；燃烧末期拱顶残留的煤气量大，不易吹扫干净，容易产生爆燃。

技术实现要素：

为了解决现有顶燃式热风炉助燃空气和煤气混合不均匀的问题，本实用新型提供了一种旋切顶燃式热风炉燃烧器，该旋切顶燃式热风炉燃烧器能够使空煤气混合均匀，拱顶残留的煤气量小，具有燃烧效率高、结构稳定性好、寿命长等有益效果。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种旋切顶燃式热风炉燃烧器，包括炉衬和第一气体引入系统，炉衬内设有气体混合分布室，第一气体引入系统含有第一气体环道，第一气体环道位于炉衬内，第一气体环道通过多个第一上层气体喷口和多个第一下层气体喷口与所述气体混合分布室连通，第一上层气体喷口位于第一下层气体喷口的上方，第一上层气体喷口的喷射方向为倾斜向上，每个第一上层气体喷口的喷射方向在水平面上的投影均与第一旋切圆在水平面上的投影相切。

每个第一上层气体喷口的喷射方向均与所述第一旋切圆相交，第一上层气体喷口的喷射方向与水平面之间的夹角为大于0°且小于或等于45°，第一旋切圆在水平面上的投影的直径为0.5m-2.5m。

第一下层气体喷口的喷射方向为水平方向，第一下层气体喷口的喷射方向为指向炉衬的轴线，每个第一下层气体喷口的喷射方向与炉衬的轴线相交于第一焦点。

炉衬的轴线、第一气体环道的轴线和第一旋切圆在水平面上的投影的轴线重合，多个第一上层气体喷口沿炉衬的周向均匀间隔排列，多个第一下层气体喷口沿炉衬的周向均匀间隔排列，第一上层气体喷口与第一下层气体喷口上下交错排布。

所述旋切顶燃式热风炉燃烧器还包括第二气体引入系统，所述气体混合分布室含有上下设置的上部气体分布室和下部气体分布室，第一气体引入系统的位置与下部气体分布室的位置相对应，第二气体引入系统的位置与上部气体分布室的位置相对应。

第二气体引入系统含有第二气体环道，第二气体环道位于炉衬内，第二气体环道通过多个第二上层气体喷口和多个第二下层气体喷口与所述气体混合分布室连通，第二上层气体喷口位于第二下层气体喷口的上方，第二上层气体喷口的喷射方向为倾斜向下，每个第二上层气体喷口的喷射方向在水平面上的投影均与第二旋切圆在水平面上的投影相切。

每个第二上层气体喷口的喷射方向均与所述第二旋切圆相交，第二上层气体喷口的喷射方向与水平面之间的夹角为大于15°且小于60°，第二旋切圆在水平面上的投影的直径为0.5m-2m。

第二下层气体喷口的喷射方向为倾斜向下，第二下层气体喷口喷射方向与水平面之间的夹角为大于15°且小于60°，第二下层气体喷口的喷射方向为指向炉衬的轴线，每个第二下层气体喷口的喷射方向与炉衬的轴线相交于第二焦点。

炉衬的轴线、第二气体环道的轴线和第二旋切圆在水平面上的投影的轴线重合，多个第二上层气体喷口沿炉衬的周向均匀间隔排列，多个第二下层气体喷口沿炉衬的周向均匀间隔排列，第二上层气体喷口与第二下层气体喷口上下交错排布。

所述旋切顶燃式热风炉燃烧器还包括拱顶室，拱顶室、上部气体分布室和下部气体分布室从上向下依次连通，下部气体分布室呈圆柱形结构，上部气体分布室的上端直径小于上部气体分布室的下端直径，拱顶室为球冠形结构；当第一气体引入系统为助燃空气引入系统时，第二气体引入系统为煤气引入系统；或者，当第一气体引入系统为煤气引入系统时，第二气体引入系统为助燃空气引入系统。

本实用新型的有益效果是：

1、通过合理设置煤气喷口和助燃空气喷口，使气体混合更加均匀，减少了煤气消耗，提高了拱顶温度。

2、上部气体分布室采用上小下大的空腔结构，缩小了拱顶室的容积，减少了燃烧末期拱顶残留的煤气量，有利于煤气被吹扫干净，降低了爆燃的风险。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型所述旋切顶燃式热风炉燃烧器的示意图。

图2是图1中的沿a-a方向的剖视图。

图3是图1中的沿b-b方向的剖视图。

图4是图1中的沿c-c方向的剖视图。

图5是图1中的沿d-d方向的剖视图。

1、下部气体分布室；2、上部气体分布室；3、拱顶室；4、炉衬；5、炉壳；6、第一气体引入系统；7、第二气体引入系统；

61、第一气体管道；62、第一气体环道；63、第一上层气体喷口；64、第一下层气体喷口；65、第一旋切圆在水平面上的投影；

71、第二气体管道；72、第二气体环道；73、第二上层气体喷口；74、第二下层气体喷口；75、第二旋切圆在水平面上的投影。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种旋切顶燃式热风炉燃烧器，包括炉衬4和第一气体引入系统6，炉衬4内设有气体混合分布室，第一气体引入系统6含有第一气体环道62，第一气体环道62位于炉衬4内，第一气体环道62通过多个第一上层气体喷口63和多个第一下层气体喷口64与所述气体混合分布室(下述的下部气体分布室1)连通，第一上层气体喷口63位于第一下层气体喷口64的上方，第一上层气体喷口63的喷射方向为倾斜向上，每个第一上层气体喷口63的喷射方向在水平面上的投影均与第一旋切圆在水平面上的投影65相切，如图1和图4所示。

第一气体引入系统6的作用是将第一气体引入到炉衬4的气体混合分布室内，第一气体引入系统6含有第一气体管道61、第一气体环道62、第一上层气体喷口63和第一下层气体喷口64，第一气体环道62通过第一气体管道61与该旋切顶燃式热风炉燃烧器外的外部助燃空气管道或外部煤气管道相连，第一气体管道61的轴线与炉衬4的轴线垂直并相交。

在本实施例中，每个第一上层气体喷口63的喷射方向均与所述第一旋切圆相交，图4中穿过第一上层气体喷口63的点划线表示第一上层气体喷口63的喷射方向在水平面上的投影。第一上层气体喷口63的喷射方向与水平面之间的夹角为大于0°且小于或等于45°，第一旋切圆在水平面上的投影65的直径为0.5m-2.5m。第一下层气体喷口64的喷射方向为水平方向，第一下层气体喷口64的喷射方向为指向炉衬4的轴线，每个第一下层气体喷口64的喷射方向与炉衬4的轴线相交于第一焦点，如图1和图5所示。

多个第一上层气体喷口63喷出的第一上气流旋转上行，在下部气体分布室1内形成立体旋转上升气流；多个第一下层气体喷口64喷出的第一下气流水平直对下部气体分布室1的中心，从而在下部气体分布室1内形成“上旋下切”的均匀第一气流，如图1、图4和图5所示。

在本实施例中，炉衬4的轴线、所述气体混合分布室的轴线、第一气体环道62的轴线和第一旋切圆在水平面上的投影65的轴线重合，多个第一上层气体喷口63沿炉衬4的周向均匀间隔排列，多个第一下层气体喷口64沿炉衬4的周向均匀间隔排列，第一上层气体喷口63与第一下层气体喷口64上下交错排布。

在本实施例中，当俯视该旋切顶燃式热风炉燃烧器时，每个第一上层气体喷口63的喷射方向在水平面上的投影均与第一旋切圆在水平面上的投影65顺时针相切，如图4所示。当仰视该旋切顶燃式热风炉燃烧器时，每个第一上层气体喷口63的喷射方向在水平面上的投影均与第一旋切圆在水平面上的投影65逆时针相切。

在本实施例中，所述旋切顶燃式热风炉燃烧器还包括第二气体引入系统7，所述气体混合分布室含有上下连接的上部气体分布室2和下部气体分布室1，第一气体引入系统6的位置与下部气体分布室1的位置相对应，第二气体引入系统7的位置与上部气体分布室2的位置相对应，如图1所示。

第一气体引入系统6的作用是将第一气体引入到下部气体分布室1内，第二气体引入系统7的作用是将第二气体引入到上部气体分布室2内，第二气体引入系统7含有第二气体管道71、第二气体环道72、第二上层气体喷口73和第二下层气体喷口74。第二气体环道72通过第二气体管道71与该旋切顶燃式热风炉燃烧器外的外部助燃空气管道或外部煤气管道相连，第二气体管道71的轴线与炉衬4的轴线垂直并相交，如图1所示。

在本实施例中，第二气体引入系统7含有第二气体环道72，第二气体环道72位于炉衬4内，第二气体环道72通过多个第二上层气体喷口73和多个第二下层气体喷口74与所述气体混合分布室(的上部气体分布室2)连通，第二上层气体喷口73位于第二下层气体喷口74的上方，第二上层气体喷口73的喷射方向为倾斜向下，每个第二上层气体喷口73的喷射方向在水平面上的投影均与第二旋切圆在水平面上的投影75相切，如图1和图2所示。

在本实施例中，每个第二上层气体喷口73的喷射方向均与所述第二旋切圆相交，图2中穿过第二上层气体喷口73的点划线表示第二上层气体喷口73的喷射方向在水平面上的投影。第二上层气体喷口73的喷射方向与水平面之间的夹角为大于15°且小于60°，第二旋切圆在水平面上的投影75的直径为0.5m-2m。第二下层气体喷口74的喷射方向为倾斜向下，第二下层气体喷口74喷射方向与水平面之间的夹角为大于15°且小于60°，第二下层气体喷口74的喷射方向为指向炉衬4的轴线，每个第二下层气体喷口74的喷射方向与炉衬4的轴线相交于第二焦点，如图1和图3所示。

多个第二上层气体喷口73喷出的第二上气流旋转下行，在上部气体分布室2内形成立体旋转下降气流；多个第二下层气体喷口74喷出的第二下气流倾斜直对上部气体分布室2的中心，从而在上部气体分布室2内形成“上旋下切”的均匀第二气流，如图1、图2和图3所示。

在本实施例中，炉衬4的轴线、所述气体混合分布室的轴线、第二气体环道72的轴线和第二旋切圆在水平面上的投影75的轴线重合，多个第二上层气体喷口73沿炉衬4的周向均匀间隔排列，多个第二下层气体喷口74沿炉衬4的周向均匀间隔排列，第二上层气体喷口73与第二下层气体喷口74上下交错排布，第二上层气体喷口73的数量小于第二下层气体喷口74的数量。

在本实施例中，当俯视该旋切顶燃式热风炉燃烧器时，每个第二上层气体喷口73的喷射方向在水平面上的投影均与第二旋切圆在水平面上的投影75顺时针相切，如图2所示。当仰视该旋切顶燃式热风炉燃烧器时，每个第二上层气体喷口73的喷射方向在水平面上的投影均与第二旋切圆在水平面上的投影75逆时针相切。

或者，当俯视该旋切顶燃式热风炉燃烧器时，每个第一上层气体喷口63的喷射方向在水平面上的投影均与第一旋切圆在水平面上的投影65顺时针相切，每个第二上层气体喷口73的喷射方向在水平面上的投影均与第二旋切圆在水平面上的投影75逆时针相切。

或者，当俯视该旋切顶燃式热风炉燃烧器时，每个第一上层气体喷口63的喷射方向在水平面上的投影均与第一旋切圆在水平面上的投影65逆时针相切，每个第二上层气体喷口73的喷射方向在水平面上的投影均与第二旋切圆在水平面上的投影75顺时针相切。

或者，当俯视该旋切顶燃式热风炉燃烧器时，每个第一上层气体喷口63的喷射方向在水平面上的投影均与第一旋切圆在水平面上的投影65逆时针相切，每个第二上层气体喷口73的喷射方向在水平面上的投影均与第二旋切圆在水平面上的投影75逆时针相切。

在本实施例中，所述旋切顶燃式热风炉燃烧器还包括拱顶室3，拱顶室3、上部气体分布室2和下部气体分布室1从上向下依次连通，下部气体分布室1呈圆柱形结构，上部气体分布室2大致呈圆锥台结构，上部气体分布室2的上端直径小于上部气体分布室2的下端直径，拱顶室3为球冠形结构。下部气体分布室1的体积大于上部气体分布室2，上部气体分布室2的体积大于拱顶室3的体积。炉衬4的外部设有炉壳5，炉壳5的变径结合处一般采用圆弧连接形式。炉壳5的轴线、炉衬4的轴线、拱顶室3的轴线、上部气体分布室2的轴线、下部气体分布室1的轴线重合。

该旋切顶燃式热风炉燃烧器可以选择下部注入助燃空气上部注入煤气，或也可以选择下部注入煤气上部注入助燃空气。例如，当第一气体引入系统6为助燃空气引入系统时，第二气体引入系统7为煤气引入系统，即第一气体引入系统6的第一气体管道61与该旋切顶燃式热风炉燃烧器外的外部助燃空气管道相连，第二气体引入系统7的第二气体管道71与该旋切顶燃式热风炉燃烧器外的外部煤气管道相连。或者，当第一气体引入系统6为煤气引入系统时，第二气体引入系统7为助燃空气引入系统，即第一气体引入系统6的第一气体管道61与该旋切顶燃式热风炉燃烧器外的外部煤气管道相连，第二气体引入系统7的第二气体管道71与该旋切顶燃式热风炉燃烧器外的外部助燃空气管道相连。另外，第二气体管道71还可以与高压氮气气源连接。

该旋切顶燃式热风炉燃烧器通过合理设置煤气喷口和助燃空气喷口，使气体混合更加均匀，减少了煤气消耗，提高了拱顶温度；而且缩小了拱顶室的容积，减少了燃烧末期残留的煤气量，有利于煤气被吹扫干净，降低了爆燃的风险。

另外，所述第一旋切圆、第一焦点、第二旋切圆、第二焦点之间的位置关系为：所述第一旋切圆位于所述第一焦点的上方，所述第二旋切圆位于所述第二焦点的上方。

下面介绍该旋切顶燃式热风炉燃烧器的工作过程。

第一气体引入系统6为助燃空气引入系统，第二气体引入系统7为煤气引入系统，第一气体引入系统6的第一气体管道61与该旋切顶燃式热风炉燃烧器外的外部助燃空气管道相连，第二气体引入系统7的第二气体管道71与该旋切顶燃式热风炉燃烧器外的外部煤气管道相连。第一气体引入系统6可以向该气体混合分布室内注入助燃空气，第二气体引入系统7可以向该气体混合分布室内注入煤气。

当该旋切顶燃式热风炉燃烧器工作时，煤气从第二气体管道71进入第二气体环道内，再由第二上层气体喷口73和第二下层气体喷口74喷入上部气体分布室2内。助燃空气从第一气体管道61进入第一气体环道62内，再由第一上层气体喷口63和第一下层气体喷口64喷入下部气体分布室1内。

第二上层气体喷口73喷出的煤气流旋转下行，在上部气体分布室2内形成立体旋转煤气流；第二下层气体喷口74喷出的煤气流斜向下直对中心冲入旋转下行的煤气流中，在所述上部气体分布室2内形成“上旋下切”的均匀煤气流。

第一上层气体喷口63喷出的助燃空气流具有一定的旋转动量，其倾斜向上冲入由所述上部气体分布室2下行的所述均匀煤气流中；旋转的混合气流继续下行，与第一下层气体喷口64直冲中心喷出的助燃空气流再次混合；最终在下部气体分布室1的下部得到分布均匀的混合气流。该结构气流混合均匀，能够有效的提高热风炉拱顶温度，提高煤气的利用率。

由于所述拱顶室3的容积很小，燃烧末期残存于此的煤气量也很小；当燃烧末期煤气阀门关闭后，由第二气体引入系统7吹入的高压氮气，很容易将整个燃烧器空腔内残留的煤气吹扫干净，保证送风初期不会产生爆燃现象，增强了燃烧器的结构稳定性，提高了热风炉的使用寿命。

为了便于理解和描述，本实用新型中采用了绝对位置关系进行表述，其中的方位词“上”表示图1中的上侧方向，“下”表示图1中的下侧方向，“左”表示图1中的左侧方向，“右”表示图1中的右侧方向。本实用新型采用了阅读者的观察视角进行描述，但上述方位词不能理解或解释为是对本实用新型保护范围的限定。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

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