热风炉的分类及特点
发布日期： 2020-04-30 11:02:38 阅读量（709） 作者：刘梓明根据热风炉燃烧室和蓄热室布置结构形式的不同，可将热风炉分为3种基本结构形式：内燃式热风炉、外燃式热风炉、顶燃式热风炉。
(1)内燃式热风炉
1857年，考贝(D·A·Cowper)首先提出采用蓄热式热风炉，后经过长期的发展演变，形成了传统的内燃式热风炉。内燃式热风炉按燃烧室的形状不同主要有“圆形”、“眼睛型”、“苹果型”三种。圆形燃烧室热稳定性较好，但是热风炉的有效面积利用较差。眼睛型燃烧室的热风炉与圆形燃烧室相比，热稳定性较差，但是有效利用面积高，气流分布均匀。苹果型燃烧室的热风炉在稳定性和有效面积利用率方面居于两者之间。
内燃式热风炉的燃烧室与蓄热室同在一个壳体之内，燃烧室设在壳体的一侧，与蓄热室用砖墙隔开。此种结构存在的主要问题是：隔墙两侧温差大，尤其是下部;大墙和拱顶容易产生裂缝、损坏、掉砖等。针对热风炉进行的改进技术主要体现在三个方面：一、陶瓷燃烧器的结构改进，通过优化燃烧过程以及改进煤气、空气通道结构，使煤气在空气过剩系数较低的条件下可以充分燃烧;二、改善蓄热室的气流分布，加强气体和格子砖之间的热交换;三、对热风炉结构进行改进，延长热风炉使用寿命。
1燃烧室;2蓄热室;3燃烧器;4拱顶;5炉箅子及支柱;6冷风入口;7热风出口;8煤气入口;9助燃空气入口;10烟气出口
图1内燃式、外燃式、顶燃式热风炉结构示意图
霍戈文内燃式热风炉是内燃式热风炉改造最成功的代表，其主要技术特征是：(1)采用悬链线拱顶。这类拱顶结构稳定性强，气流分布好，拱顶与炉墙砌体完全分开，避免拱顶在升温期和凉炉过程中与大墙之间相互作用产生移动;(2)自立式滑动隔墙;(3)眼睛形燃烧室和与之相匹配的矩形套筒式陶瓷燃烧器;(4)燃烧室下部隔墙由隔热砖和耐火砖组成，燃烧室隔墙的温度梯度小，有利于降低耐火砖热应力，防止燃烧室与蓄热室的窜风。霍戈文内燃式热风炉与同级别外燃式热风炉相比，具有占地面积小、建设费用低等优点。生产实践证实，霍戈文改造型内燃式热风炉可以满足高风温长寿的要求。我国内燃式热风炉技术的发展，受到了霍戈文式热风炉技术的启发，引进了霍戈文式热风炉的一些关键技术。新建的2500~3200m3级的高炉许多都是采用霍戈文内燃式热风炉，平均风温达到1150~1200℃。其中，鞍钢新1号高炉以及梅山2号高炉的霍戈文内燃式热风炉采用了矩形燃烧器、独特的隔墙设计、随温度变化的滑动结构、悬链式拱顶以及板块式吸收膨胀等措施，实现了1200℃以上的风温。
虽然霍戈文式热风炉对传统的内燃式热风炉进行了全面、彻底的改进，但内燃式热风炉仍在结构上仍存在着缺点：燃烧室偏置一侧使气流分布不均匀，限制了热风炉本体进一步扩大直径;另外，燃烧室隔墙结构复杂。
(2)外燃式热风炉
外燃式热风炉主要类型有地得式(Didier)、马琴式(MartinandPagenstecher)和新日铁式(NSC)几种。这些外燃式热风炉的技术特征主要表现在拱顶及其连接的方式上。地得式外燃式热风炉的拱顶由半个截头圆锥体联接两个半径不同的接近1/4的球形拱顶组成，整个拱顶整体结构呈半卵形;马琴型外燃式热风炉的蓄热室顶部具有圆锥形的缩口，蓄热室顶部直径与燃烧室相同，拱顶由两个半径相同的1/4球形拱顶和大半个圆柱体组成。地得式拱顶结构庞大，且稳定性差，而马琴式和新日铁式蓄热室内气流分布较均匀，因此，20世纪70年代新建的外燃式热风炉基本淘汰了地得式热风炉。
从使用情况来看，使用数量最多、应用效果最好的为新日铁外燃式热风炉。日本新日铁4座5000m3以上的高炉均配备了新日铁式热风炉。新曰铁式外燃热风炉的技术优点是：①拱顶结构对称，气流分布较好;②结构的长期稳定性较好;③拱顶连接管设置波形膨胀圈，并用拉杆固定，形成柔性.结构。其缺点是：①投资多，占地面积大，建设投资比同规模的内燃式热风炉高约30%;②拱顶结构热应力大，高温高压条件下容易产生晶间应力腐蚀现象，造成钢壳开裂，迫使许多外燃式热风炉将顶温限制在1400~1450℃，从而限制了风温的进一步提高;③耐火材料结构和砖型复杂。
(3)顶燃式热风炉
早在20世纪20年代，德国人哈特曼(Hartmann)就提出了应用顶燃式热风炉的设想，将燃烧室放置在热风炉顶部，下部空间作为蓄热室，但未受到重视，直到60年代，由于高风温的要求，各国冶金工作者才开始了对顶燃式热风炉的研究。顶燃式热风炉的结构设计充分吸收了内燃式、外燃式热风炉的技术优点。和内燃式、外燃式热风炉相比，顶燃式热风炉具有如下特点：①同内燃式热风炉相比，取消了燃烧室和隔墙，不存在隔墙受热不均匀的问题，扩大了蓄热室容积，在相同的热风炉容积下，蓄热面积增加25%~30%;②拱顶为半圆形，均匀对称，炉型简单，结构稳定性增强;③采用大功率短焰燃烧器，直接安装在拱顶部位燃烧，使高温热量集中在拱顶部位，减少了燃烧时的热损失，有利于提高拱顶温度;④热效率提高。在燃烧期，高温烟气由上而下流动，送风期冷风由下而上流动，逆向强化换热有利于提高热风炉热效率;⑤布置紧凑，占地面积小，节约投资。
随着顶燃式热风炉在我国得到广泛推广应用，我国在总结顶燃式热风炉技术经验的基础上，自主研制开发出了多种多样的顶燃式热风炉结构形式，在工程和生产实践中得到应用。1979年，我国首钢2号高炉(1327m3)4座顶燃式热风炉的投入工业应用，在国内外引起不小的震动，这是世界上首次将顶燃式热风炉在1000m3以上的高炉上正式投入工业化应用。首钢型燃烧器直接在拱顶直段侧面设置1个以上大功率烧嘴，煤气和空气首先进入烧嘴混合，再进入混合道进一步混合，实践证明，该热风炉在配5%左右的焦炉煤气条件下，拱顶温度可达1380℃，最高风温为1200~1250℃。但是由于混合道在送风期和燃烧期温差较大，导致很容易损坏，发生炉壳烧红等现象。承钢第一座旋流顶燃式热风炉始建于1993年，经过不断地探索、完善，旋流顶燃式热风炉技术得到了迅速发展。生产实践证明，旋流顶燃式热风炉具有燃烧效率高、风温高、结构稳定等优点。其缺点是燃烧器易烧损、烧嘴个数多、间距小、炉壳温度较高。我国自主研制开发的球式热风炉是顶燃式热风炉的另外一种类型，球式顶燃式热风炉具有体积小、结构简单、热效率高、风温高等优点。由于热风炉球床阻力较大，要求助燃风机的配套电机功率大，因此能耗较高。目前，柳钢7号1080m3、8号1260m3和新4号1260m3高炉均采用球式顶燃式热风炉，2007年4月份平均风温达到1220℃。
卡鲁金顶燃式热风炉实际使用效果良好，可以提供1200℃以上的风温，使用寿命较长，所以在许多国家被广泛使用。与其它顶燃式热风炉相比主要在燃烧器、燃烧室结构上作了重大改进。其独特的技术特征主要有以下几点：(1)卡鲁金顶燃式热风炉的陶瓷燃烧器设置在热风炉拱顶部位，采用多烧嘴环形陶瓷燃烧器，煤气与助燃空气混合良好，彻底消除了燃烧脉动，具有较广泛的适应性。既可以适应预热后的较高温度的助燃空气和煤气工况，又能适应常温下的助燃空气和煤气工况，而且燃烧功率大、燃烧效率高、燃烧稳定、使用寿命较长。采用了特殊的旋流燃烧技术，实现了空气和煤气的充分混合和燃烧，提高了理论燃烧温度，从而有效地提高了热风温度;(2)热风炉陶瓷燃烧器混合室球顶不是温度最高区域，混合室球顶温度一般不会超过1100℃，这样就有效抑制了混合室顶部位出现炉壳晶间应力腐蚀的几率和范围;(3)置于热风炉拱顶的陶瓷燃烧器与热风炉拱顶形成整体结构，拱顶结构更加稳定，而且有利于气流的均匀分布，蓄热室有效面积利用率提高。
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