一种高速喷流换热的自预热钢包烘烤装置
阅读说明：本技术 一种高速喷流换热的自预热钢包烘烤装置 (Self-preheating ladle baking device with high-speed jet flow heat exchange ) 是由 戴方钦 郭悦 陈莉 代正武 房红涛 覃章新 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高速喷流换热的自预热钢包烘烤装置,设有空气管、煤气管、引射排烟管,喷流换热器、旋流进风器、高速燃烧器和钢包盖。喷流换热器同轴安装在高速燃烧器外侧和上方；空气管设有集气管、引射空气管和助燃空气管；煤气管一端通过喷流换热器插入到高速燃烧器的煤气入口；引射排烟管安装在喷流换热器两侧上方。高温烟气与助燃空气在喷流换热器内高效换热提升助燃空气温度,升温后的助燃空气以三次送风方式进入高速燃烧器与煤气混合燃烧喷出火焰烘烤钢包；所述钢包盖上焊有型钢加强构件通过连接法兰与力臂连接,用于钢包盖起降的动作实现对钢包的保温。本发明钢包烘烤装置结构简单,操作便捷,使用寿命长。(The invention relates to a self-preheating ladle baking device with high-speed jet flow heat exchange, which is provided with an air pipe, a gas pipe, an injection smoke exhaust pipe, a jet flow heat exchanger, a rotational flow air inlet device, a high-speed combustor and a ladle cover. The jet flow heat exchanger is coaxially arranged at the outer side and the upper part of the high-speed combustor; the air pipe is provided with a gas collecting pipe, an injection air pipe and a combustion-supporting air pipe; one end of the gas pipe is inserted into a gas inlet of the high-speed combustor through the jet flow heat exchanger; the ejection smoke exhaust pipe is arranged above the two sides of the jet flow heat exchanger. The high-temperature flue gas and the combustion air exchange heat efficiently in the jet flow heat exchanger to raise the temperature of the combustion air, and the heated combustion air enters the high-speed combustor in a tertiary air supply mode to be mixed with the coal gas to be combusted and sprayed out to flame to bake the steel ladle; the steel ladle cover is welded with a profile steel reinforcing member which is connected with the force arm through a connecting flange and used for realizing the heat preservation of the steel ladle through the lifting action of the steel ladle cover. The ladle baking device is simple in structure, convenient and fast to operate and long in service life.)
技术领域
本发明涉及一种自身预热式钢包烘烤设备，具体地说是涉及一种高速喷流换热的自预热钢包烘烤装置，属于钢包烘烤加热技术领域。
背景技术
炼钢厂盛装钢水的钢包在使用前必须经过干燥、烘烤到一定的温度以去除钢包中的水分，并且需要蓄热到设定的温度以后才能使用。钢包烘烤是炼钢工序中的重要环节，介于炼钢和铸钢两个工序之间，钢包烘烤温度的高低对协调整个炼钢生产有重要作用，对连铸生产的意义更加重大。早期的钢包烘烤技术主要是排除钢包内衬耐火材料中的水分，烘烤温度很低，只有600℃左右，采用一支煤气管或其它简易的燃烧装置置于钢包内进行烘烤。随着炼钢连铸工艺以及对钢铁质量要求的提高，钢包烘烤工艺也得到了较快的技术进步。但是，目前使用的蓄热式钢包烘烤装置其换向阀寿命低、蓄热体对气体的阻力大导致烘烤装置整体性能不可靠，且蓄热式钢包烘烤装置存在设备结构复杂、维护难度大等问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有钢包烘烤装置结构复杂、换向阀和蓄热体寿命低的问题，而提供一种结构简单，能保证钢包内衬耐火材料水分充分排除，还能通过高速喷流换热的方式，充分利用烟气热量，预热进入高速燃烧器助燃空气的高速喷流换热的自预热钢包烘烤装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种高速喷流换热的自预热钢包烘烤装置，设有空气管、煤气管、引射排烟管、喷流换热器、旋流进风器、高速燃烧器和钢包盖；
所述空气管包括集气管、引射空气管和助燃空气管，集气管用于与外接的助燃风机或空气供给系统相连，所述引射空气管用于从集气管把助燃空气连接到引射排烟管的空气喷口，助燃空气管用于把助燃空气连接到喷流换热器的空气入口；所述煤气管通过喷流换热器中心插入到高速燃烧器的煤气入口；所述引射排烟管安装在喷流换热器两侧；喷流换热器包裹在高速燃烧器外侧及上部；
所述的喷流换热器由烟气室及5个空气室组成；喷流换热器从外向内分别由空气室A、空气室B、烟气室、空气室E及空气室D同轴安装，空气室C设在空气室B、空气室E上方并将空气室B、空气室E联通；所述烟气室上与引射排烟管连通，下与烧嘴砖中的若干个烟气入口连通，从烟气入口进入的高温烟气经过烟气室时，烟气的热量通过烟气室的钢壳体及其上的肋片与空气室B、空气室E的间隔钢板实现烟气与空气的换热；所述的空气室A与助燃空气管相连，将助燃空气引入喷流换热器；所述空气室A与空气室B的间隔钢板上开设有若干按矩阵分布的喷射孔，空气室A中的助燃空气通过喷射孔喷射到空气室B与烟气室间的钢壳体上进行喷流换热；所述的空气室D与空气室E的间隔钢板上也开设有若干按矩阵分布的喷射孔，空气室D中的助燃空气通过喷射孔喷射到空气室E与烟气室间的钢壳体上进行喷流换热；
所述的高速燃烧器由预燃室、三次风口和烧嘴砖组成；所述的预燃室上部入口安装有旋流进风器，空气室E内的助燃空气从侧面通过旋流进风器旋流进入预燃室，实现对高速燃烧器的一次送风以及煤气与一次助燃空气的预混合；所述的预燃室钢板上开设有若干按矩阵分布的喷射孔，空气室E中的助燃空气通过预燃室钢板上的喷射孔进入预燃室，实现对高速燃烧器的二次送风；所述的三次风口设在预燃室下部，呈环状或间隔孔通道，空气室E中的部分助燃空气通过三次风口与预燃室喷出的已预燃烧产生的烟气在烧嘴砖中心出口混合燃烧；所述的预燃室与烧嘴砖同轴安装，高速燃烧器产生的火焰通过烧嘴砖中心出口喷出加热钢包；烧嘴砖上环烧嘴砖中心出口开设有若干个烟气入口；
所述的钢包盖与喷流换热器、高速燃烧器同轴安装，钢包盖的钢外壳内有耐火材料；钢包盖上方焊接有型钢加强构件，型钢加强构件通过连接法兰与力臂连接，完成钢包盖的起降动作；烘烤钢包时，钢包盖盖在钢包上，高速燃烧器燃烧的火焰和产生的高温烟气加热钢包后，烟气通过烧嘴砖上的烟气入口回流进入烟气室内，烟气进入位于烟气室上部两侧的引射排烟管烟气出口，在引射空气管内的高速空气引射下排入大气。
所述的喷流换热器包裹在高速燃烧器的外侧及上部，喷流换热器与高速燃烧器为一体式结构。
所述烟气室的钢壳体内为一空腔，钢壳体上安装有用于辐射换热的肋片，肋片焊接在钢壳体一侧或与钢壳体铸造为一体的铸件，烟气经过烟气室时，烟气热量通过烟气室钢壳体以及肋片与空气室B、E间的助燃空气换热。
所述的高速燃烧器中在预燃室入口的助燃空气通过旋流进风器进入预燃室，经一次送风的空气占煤气燃烧空气总量10％～30％，空气和煤气喷管喷出的煤气预混合燃烧；二次送风的空气占煤气燃烧空气总量30％～60％，通过预燃室钢板上的喷射孔喷入预燃室，与预燃室内的预燃烧烟气叉流强烈混合再燃烧；三次送风的空气占煤气燃烧空气总量20％～40％，在预燃室出口以环流或断续环流的方式与预燃室出来的已经燃烧的烟气在烧嘴砖中心出口再混合燃烧。
本发明中的自预热钢包烘烤装置在烘烤钢包时，所述的烟气室内烟气温度为600～1150℃；所述的引射排烟管内烟气温度为300～600℃；所述的空气室B内空气温度为100～200℃；所述空气室E内空气温度为150～450℃；所述空气室A与助燃空气管相连，将助燃空气引入喷流换热器；所述空气室A与空气室B的间隔钢板上开设有若干按矩阵分布的喷射孔，空气室A中的助燃空气通过喷射孔以30～80m/s的高速喷射到空气室B与烟气室的间隔钢板上进行高效喷流换热；所述空气室D与空气室E的间隔钢板上也开设有若干按矩阵分布的喷射孔，空气室D中的助燃空气也通过喷射孔以30～80m/s高速喷射到空气室E与烟气室的间隔钢板上进行高效喷流换热。
本发明高速喷流换热的自预热钢包烘烤装置与现有技术相比具有的有益效果是：
⑴、本发明的烘烤装置中喷流换热器由空气室与烟气室同轴安装，烟气室的钢壳体上设有高效辐射换热的肋片，烟气经过烟气室时，烟气热量通过烟气室钢壳体、肋片与空气室的间隔钢板实现烟气与空气的高效换热。此外，空气室与空气室间隔钢板上分布的喷射孔，使助燃空气经喷射孔高速喷射到间隔钢板后提升助燃空气对流换热系数，增强换热效果。
⑵、本发明的烘烤装置中高速燃烧器一次风采用旋流加入，提高了一次风和煤气的混合，尤其利于助燃空气与高热值煤气的混合；二次风采用与预燃室气体流向垂直的二次助燃空气喷射加入方式，强化了二次风与煤气的混合；三次风采用在预燃室出口以直流或旋流方式加入方式，利于调节火焰形状和燃烧特性；助燃空气分三级参与燃烧，可有效地抑制NOX的生成。
⑶、本发明中高速燃烧器的烧嘴砖采用高温性能好、热稳定性好的莫来石质浇注料预制烧结而成，烧嘴砖上设计有中心出口和烟气入口，一则解决了钢包烘烤装置前端的耐高温问题，二则在同一个烧嘴砖上解决了烟气的喷出口和回流入口问题，三则烟气通过烧嘴砖回流进入烟气室，烧嘴砖的耐火材料阻隔了高温烟气和钢包壁对烟气室的辐射热，也降低的进入烟气室的烟气温度，有利于延长自预热高速燃烧器的使用寿命。
⑷、本发明的烘烤装置结构简单，操作方便，换热效率高。尤其是采用空气引射排烟，使烘烤装置系统简化。
附图说明
图1为本发明高速喷流换热的自预热钢包烘烤装置结构主视示意图。
图2为图1的M—M向结构俯视示意图。
图3为本发明的烟气室及其肋片结构俯视示意图。
图4为本发明的烧嘴砖结构俯视图示意图。
上述图中：1—助燃空气管；2—煤气管；3—空气室A；4—空气室E；5—空气室B；6—空气室C；7—空气室D；8—引射排烟管；9—喷流换热器；10—喷射孔；11—烟气室；12—旋流进风器；13—高速燃烧器；14—预燃室；15—连接法兰；16—型钢加强构件；17—钢包盖；18—烧嘴砖；19—三次风口；20—烟气入口；21—力臂；22—集气管；23—引射空气管；24—肋片。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明高速喷流换热的自预热钢包烘烤装置做进一步详述。本发明的实施例仅用于阐述本发明的精神，对于本发明中所阐述的烘烤装置，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1：本发明提供的一种高速喷流换热的自预热钢包烘烤装置，其结构如图1～4所示。烘烤装置设有空气管、煤气管2、引射排烟管8、喷流换热器9、旋流进风器12、高速燃烧器13和钢包盖17。
所述空气管包括集气管22、引射空气管23和助燃空气管1，集气管用于与外接的助燃风机或空气供给系统相连，所述引射空气管用于从集气管把助燃空气连接到引射排烟管8的空气喷口，助燃空气管1用于把助燃空气连接到喷流换热器9的空气入口；所述煤气管2通过喷流换热器中心插入到高速燃烧器煤气入口；所述引射排烟管8安装在喷流换热器的两侧上方；喷流换热器包裹在高速燃烧器13外侧及上部，喷流换热器与高速燃烧器为一体的结构。
所述的喷流换热器9由烟气室11及5个空气室组成；5个空气室分别为空气室A3、空气室B5、空气室C6、空气室D7和空气室E4；喷流换热器从外向内分别由空气室A、空气室B、烟气室、空气室E及空气室D同轴安装，空气室C设在空气室B、空气室E上方并将空气室B与空气室E联通。所述烟气室11，上与引射排烟管8连通，下与烧嘴砖18中的若干个烟气入口20连通。所述的引射排烟管为拉法尔管结构。如图3所示，所述烟气室为在钢壳体上有若干高效辐射换热肋片24的空腔，肋片焊接在钢壳体上，所述烟气室中有烟气经过时，高温的烟气热量通过烟气室钢壳体及肋片与空气室B、空气室E间的钢板实现烟气与助燃空气的高效换热。所述空气室A与助燃空气管相连，将助燃空气引入喷流换热器；所述空气室A与空气室B的间隔钢板上开设有若干按矩阵分布的喷射孔10，空气室A中的助燃空气通过喷射孔高速喷射到空气室B与烟气室的钢壳体上进行高效喷流换热；所述空气室D与空气室E的间隔钢板上也开有若干按矩阵分布的喷射孔，空气室D中的助燃空气通过喷射孔高速喷射到空气室E与烟气室间的钢壳体上进行高效喷流换热。
本发明中所述的高速燃烧器13由预燃室14、三次风口19和烧嘴砖18组成；所述的预燃室上部入口安装旋流进风器12，空气室E 4内的助燃空气通过旋流进风器旋流进入预燃室，实现对高速燃烧器的一次送风以及煤气与一次助燃空气的预混合；所述的预燃室钢板上开有若干按矩阵分布的喷射孔10，空气室E 4中的部分助燃空气通过预燃室钢板上的喷射孔进入预燃室，实现对高速燃烧器的二次送风；所述的三次风口19设在预燃室下部，呈环状或间隔孔通道，空气室E中的部分助燃空气通过三次风口与预燃室喷出的已预燃烧产生的烟气在烧嘴砖中心出口混合燃烧；参见图4，所述的预燃室与烧嘴砖同轴安装，高速燃烧器产生的火焰通过烧嘴砖18的中心出口喷出加热钢包，所述的烧嘴砖上环烧嘴砖中心出口开设有若干个烟气入口20。所述的烧嘴砖采用莫来石质浇注料预制烧结而成，莫来石质浇注料高温性能好、热稳定性好。
所述的钢包盖17与喷流换热器9、高速燃烧器13同轴安装，钢包盖的钢外壳内有耐火材料，烧嘴砖18底部与钢包盖底部平齐；钢包盖上方焊接有型钢加强构件16，型钢加强构件通过连接法兰15与力臂21连接，用于完成钢包盖的起降动作。
烘烤钢包时，钢包盖盖在钢包上，高速燃烧器燃烧的火焰和产生的高温烟气加热钢包后，高温烟气通过烧嘴砖上的烟气入口20回流进入烟气室11内，与助燃空气换热后降温的烟气进入位于烟气室上部两侧的引射排烟管8的烟气出口，在引射空气管23内的高速空气引射下排入大气。
本实施例中的自预热钢包烘烤装置在烘烤钢包时，所述的高速燃烧器中的一次送风占助燃空气总量的10％；二次送风占助燃空气总量的60％；三次送风占助燃空气总量的30％。所述的通过在空气室A与空气室B的间隔钢板、空气室D与空气室E的间隔钢板上开的喷射孔喷射的助燃空气的速度为30m/s。
本发明中的自预热钢包烘烤装置在烘烤钢包时，所述烟气室内烟气温度为600～1150℃；所述引射排烟管8内烟气温度为300～600℃；所述空气室B内空气温度为100～200℃；所述空气室E内空气温度约150～450℃。
实施例2：本发明提供的一种高速喷流换热的自预热钢包烘烤装置，其结构与实施例1基本相同，不同的只是本发明中所述烟气室为肋片24与钢壳体铸造在一起；所述的烘烤装置在烘烤钢包时，高速燃烧器中的一次送风占助燃空气总量的15％；二次送风占助燃空气总量的55％；三次送风占助燃空气总量的30％。所述的通过在空气室A与空气室B的间隔钢板、空气室D与空气室E的间隔钢板上开的喷射孔喷射的助燃空气的速度为60m/s。
实施例3：本发明提供的一种高速喷流换热的自预热钢包烘烤装置，其结构与实施例1基本相同，不同的只是本发明中的烘烤装置在烘烤钢包时，所述的高速燃烧器中的一次送风占助燃空气总量的30％；二次送风占助燃空气总量的40％；三次送风占助燃空气总量的30％。所述的通过在空气室A3与空气室B5的间隔钢板、空气室D7与空气室E4的间隔钢板上开的喷射孔喷射的助燃空气的速度为80m/s。
本发明的烘烤装置结构简单，尤其是采用空气引射排烟的排烟方式，使烘烤装置系统结构更简化；本发明的烘烤装置操作方便，采用通过旋流进风器、喷射孔高速喷射到空气室与烟气室的钢壳体上等技术措施等实现高速换热，达到节能、高效率地预热助燃空气；同时采用三级送风方式使助燃空气分三级参与燃烧，有效地抑制了NOX的生成。