一文了解高炉用热风炉设备

高炉用热风炉

1、简介：热风炉是为工艺需要提供热气流的集燃烧与传热过程于一体的热工设备。热风炉一般采用高炉煤气加焦炉煤气作燃料。现代热风炉在仅使用高炉煤气的条件下，采用预热助燃空气和煤气的方法，也可提高风温至1200~1300℃以上。

2、分类：

按工作机制分为间歇式工作的蓄热式热风炉（主流）和连续换热式热风炉（技术尚不成熟）两大类。

其中蓄热式热风炉按照内部的蓄热体分球式热风炉（简称球炉）和采用格子砖的热风炉。蓄热式格子砖热风炉是目前现代高炉、尤其是大高炉最常用的热风炉形式。

目前使用的蓄热式热风炉按照结构形式又可分为：

（1）外燃式热风炉：燃烧室在蓄热室外侧，外燃式热风炉结构最复杂而材料用量大，故实现结构稳定和提高风温的技术要求也就较高；

外燃式热风炉结构示意

（2）内燃式热风炉：燃烧室与蓄热室并行放置，内燃式热风炉的火井墙结构稳定性差、且存在燃烧震荡、热风温度不易提高等问题；

内燃式热风炉结构示意

（3）顶燃式热风炉：燃烧室放置在蓄热室上部，顶燃式热风炉结构简单而材料用量少，也便于实现高风温。顶燃式热风炉正在逐步取代内燃式热风炉和外燃式热风炉而成为热风炉的主流产品。

顶燃式热风炉结构示意

卡式顶燃式热风炉由于具有结构稳定性好、气流分布均匀、布置紧凑、占地面积小、投资省、热效率高、寿命长等优势，已成为世界上最具发展潜力的热风炉。

3、设备组成

（1）燃烧器与燃烧室

高炉热风炉的燃烧器基本上都是适于气体燃料燃烧的装置。按照气体燃料燃烧的模式，可分为预混燃烧的无焰燃烧器、半预混燃烧的短焰燃烧器、以及扩散燃烧的长焰燃烧器等。按照其结构的形式可分为圆形燃烧器、矩形燃烧器、环形燃烧器、以及其他形状的燃烧器等。按照燃烧气流的组织形态可分为旋流燃烧器、直流燃烧器、对冲燃烧器、回流燃烧器、以及其它组合型流场的燃烧器等。

为了完成燃烧过程和组织气流的形态在燃烧器后提供的燃烧空间称为燃烧室。

（2）蓄热体与蓄热室

从燃烧室出来的烟气流向下进入堆放着蓄热体的蓄热室，蓄热室为竖向放置的筒状结构。蓄热体主要以多孔棱柱形的格子砖堆砌而成，或者由球状耐火球随机堆放而成。蓄热室是堆放蓄热体的圆筒状结构的空间，其主要作用是承受气流的压力和格子砖（或耐火球）对其的作用力（结构应力和热应力）、保持蓄热体适当的温度环境、以及自身结构的稳定性。

（3）炉箅子及其支撑与冷风室

蓄热室中的格子砖或耐火球是放置在蓄热室底部的炉箅子上，炉箅子本身是由炉箅子横梁与支柱来支撑的。炉底到炉箅子之间就有了一个相应的空间，常称为冷风室。通过此空间，高炉鼓风由此进入热风炉,再通过格子砖而被加热为热风后送入高炉，而从蓄热体流出的烟气也通过它而流进热风炉的烟道。因此,冷风室是高炉冷鼓风进入和炉内热烟气流出的一个过渡空间。

（4）热风炉各管口

热风炉因其交替地完成炉内蓄热体的加热过程（燃料燃烧与蓄热体吸热）与送风过程（冷鼓风加热与蓄热体放热），设置不同气流的进、出口管并设置阀门以调节气流大小和实现气流的切换时是热风炉完成其向高炉输送热鼓风所必不可少的装置。主要管口与阀门为：

热风出口管——是热风炉最重要的管口，由于始终处于高温状态，需要用优质耐火材料砌筑，由于存在较大的热应力和结构应力，其结构的优化设计不容忽视；

煤气、助燃空气进口管——是接入热风炉燃烧器主要管口，对于外置式燃烧器他们是由金属管制成，期内进行防腐内喷涂；如果是进入诸如预燃室或环形耐材砌筑的陶瓷燃烧器，是采用金属外壳内由耐火砖砌筑而成，因其所处温度不高，可用普通耐火粘土砖砌筑，对于温度变化较大的情况，可采用红柱石粘土砖砌筑；

烟气出口管——是烟气排出的通道，开口于冷风室的墙体上，通常是在金属外壳内用普通的耐火粘土砖砌筑，金属外壳一定要采用防腐内涂层；

冷风进口管——冷风管可以单独设置，也可以借助烟气出口而进热风炉，其砌筑结构与用材与烟气出口管一样。

顶燃式热风炉组成示意顶燃式热风炉组成示意

4、工作原理

热风炉工作原理可描述为：在热风炉中煤气与空气在燃烧装置中混合燃烧而产生高温烟气，并通过传热装置将其携带的热量在其与蓄热体进行热交换的过程中传递到蓄热体中，一定时间之后进行切换，通入冷鼓风，在其与蓄热体的热交换过程中获得热量变成热鼓风而最后送需要的热利用装置，对于高炉热风炉而言就是通过这种方式为高炉提供足够高的热鼓风（热风）风。

5、工作机制

热风炉燃烧分三个阶段：加热初期、拱顶温度管理期和废气温度管理期。热风炉是烧炉、送风交替进行的，其循环周期根据高炉生产和送风制度确定.例如，配备三台热风炉时可选择二烧一送模式，或半并联交叉送风的模式。

热风炉实物照