用于炼钢设备的燃烧装置

摘要

本发明提出了一种用于炼钢设备的燃烧装置(10)，尤其是与蓄热式或回热式热发生器连接使用的燃烧装置，其中，燃烧装置(10)包括：混合区(18)；多个用于将可燃性燃料供应至混合区(18)的燃料供应通道(32)；以及多个用于将助燃空气供应至混合区(18)的空气供应通道(34)。根据本发明的一个重要方面，燃烧装置(10)包括：第一燃烧器(42)，其具有包括沿周向交替的燃料供应通道(32)和空气供应通道(34)的环形供应布置(30)；穿过环形供应布置(30)的中心通道(44)；以及布置在燃烧装置(10)的中心通道(44)中的第二燃烧器(46)，中心通道(44)与环形供应布置(30)同轴。

权利要求

1.用于炼钢设备的燃烧装置(10)，其中，所述燃烧装置(10)包括：混合区(18)；

多个燃料供应通道(32)，用于将可燃性燃料供应至所述混合区(18)；以及多个空气供应通道(34)，用于将助燃空气供应至所述混合区(18)，第一燃烧器(42)，具有环形供应布置(30)，所述环形供应布置包括所述燃料供应通道(32)和所述空气供应通道(34)；

中心通道(44)，穿过所述环形供应布置(30)，所述中心通道(44)与所述环形供应布置(30)同轴；以及第二燃烧器(46)，布置在所述燃烧装置(10)的所述中心通道(44)中，其特征在于，

所述燃烧装置(10)包括用于将可燃性燃料和/或助燃空气供应至所述混合区(18)的辅助供应通道(64，66)，所述辅助供应通道(64，66)的横截面小于所述燃料供应通道(32)或者所述空气供应通道(34)的横截面；以及所述第一燃烧器(42)的所述燃料供应通道(32)和所述空气供应通道(34)被设置在沿周向交替的布置中，其中，所述环形供应布置(30)由其中包括多个内部通道的环形通道形成，所述内部通道将所述环形通道分成沿周向交替的所述燃料供应通道(32)和所述空气供应通道(34)，所述环形通道被连接以输送所述可燃性燃料或所述助燃空气中的一种，所述内部通道用于输送所述可燃性燃料或所述助燃空气中的另一种。

2.根据权利要求1所述的燃烧装置，其中，所述辅助供应通道(64，66)穿过所述燃烧装置(10)的周向壁(28)。

3.根据权利要求2所述的燃烧装置，其中，所述燃烧装置(10)的外壁周围布置有环形供应室(68，72)，所述环形供应室被布置以将燃料或空气供应至所述辅助供应通道(64，

66)。

4.根据权利要求1所述的燃烧装置，其中，所述辅助供应通道(72)穿过所述燃烧装置(10)的后壁，所述辅助供应通道(72)平行于所述燃烧装置(10)的轴线布置。

5.根据权利要求4所述的燃烧装置，其中，所述辅助供应通道(72)被布置在所述第一燃烧器(42)的所述环形供应布置(30)与所述第二燃烧器(46)之间。

6.根据权利要求4所述的燃烧装置，其中，所述辅助供应通道(72)被布置在所述第一燃烧器(42)的所述环形供应布置(30)内。

7.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧装置，其中，

所述可燃性燃料为鼓风炉气体，以及/或者

所述助燃空气是空气或低发热气体。

8.根据权利要求1所述的燃烧装置，其中，

通过所述辅助燃料供应通道(64)供应的所述可燃性燃料是高发热气体，以及/或者通过所述辅助空气供应通道(66)供应的所述助燃空气是氧气。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的燃烧装置，其中，所述第二燃烧器(46)包括空气供应管线和燃料供应管线。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的燃烧装置，其中，所述空气供应通道(34)和所述燃料供应通道(32)平行于所述燃烧装置(10)的中心轴线。

11.根据权利要求1所述的燃烧装置，其中，所述燃烧装置连接至蓄热式或回热式热发生器。

12.根据权利要求8所述的燃烧装置，其中，通过所述辅助燃料供应通道(64)供应的所述可燃性燃料是天然气或焦炉气体。

说明书

用于炼钢设备的燃烧装置

[0001] 引言

[0002] 本发明涉及一种用于炼钢设备的燃烧装置(burner unit)。更具体地，本发明涉及一种蓄热式或回热式热发生器的外部燃烧装置。蓄热式热发生器例如可以是鼓风炉的热风炉。

[0003] 通常在邻近的蓄热式热发生器(公知为热风炉)中对用于鼓风炉的空气进行预热。这些热风炉通常包括燃烧室和贮热炉身(heat-retention shaft)。在内部燃烧室的炉的情况下，燃烧室与贮热炉身通过由耐火砖构造的壁彼此隔开。燃烧装置通常位于燃烧室的底部中。将助燃空气(combustion air，燃烧空气)和可燃性燃料(通常是可燃性气体)供应至燃烧装置，并且助燃空气和可燃性燃料的混合物在炉的燃烧室中燃烧。从燃烧中散发出的烟道气在燃烧室中向上升起，经由圆顶(dome，穹顶)转向，然后穿过由格子砖填充的贮热炉身。格子砖吸收来自烟道气的热量。现在已经冷却的烟道气经由排气室和至少一个排放口从炉中逸出。

[0004] 一旦将格子砖加热至足够的温度，便停止供应助燃空气和燃料，并且在相反的方向上将空气吹入炉中。空气穿过包含热格子砖的贮热炉身时会被加热，进而经由圆顶转向进入燃烧室中，在燃烧室中，空气经由炉壳中的热风出口离开炉，以被供应给鼓风炉。

[0005] 通常，燃烧装置包括布置在炉内(即，在其燃烧室的底部中)的陶瓷燃烧器。还可能提供安装在炉壳外部的外部燃烧装置。可用一个或多个这种外部燃烧装置替代内部陶瓷燃烧器。可替代地，如果与内部陶瓷燃烧器一起使用，这种外部燃烧装置可用作附加的加热器。

[0006] 这种外部燃烧装置的一个优点是其容易接近，即，适于维修或调节的目的。事实上，调节燃烧装置有利于实现不同的温度或不同的烟道气成分。如果炉用作实验目的，那么这尤其有益。

[0007] 发明目的

[0008] 因此，本发明的目的是提供一种用于炼钢设备的改进的燃烧装置，尤其是连接蓄热式或回热式热发生器的燃烧装置。

发明内容

[0009] 为了实现此目的，本发明提出了一种用于炼钢设备的燃烧装置，尤其是与蓄热式或回热式热发生器一起使用的燃烧装置，其中，该燃烧装置包括：混合区；用于将可燃性燃料供应至混合区的多个燃料供应通道；以及用于将助燃空气供应至混合区的多个空气供应通道。该燃烧装置包括：第一燃烧器，具有包括沿周向交替的燃料供应通道和空气供应通道的环形供应布置(annular feed arrangement)；中心通道，穿过该环形供应布置；以及第二燃烧器，布置在燃烧装置的中心通道中，中心通道与环形供应布置同轴。

[0010] 可把第一燃烧器看作是主燃烧器，将其尺寸构造为总体上像传统的燃烧器一样工作。可把第二燃烧器看作是用于执行附加任务(例如，在接通第一燃烧器之前加热燃烧装置，或者帮助第一燃烧器的燃烧)的辅助燃烧器。事实上，可将第二燃烧器用作后燃燃烧器(post combustion burner)，以便用尽来自第一燃烧器的任何过量的可燃性燃料或助燃空气，由此改变离开燃烧装置的烟道气的成分。然而，在传统的燃烧装置中，在任何一个时间只能使用一种类型的可燃性燃料和一种类型的助燃空气，可能难以调节烟道气的成分。在将不同类型的可燃性燃料或助燃空气供应至燃烧装置之前，可以对它们进行混合。然而，这通常比较麻烦，而且有时比较危险。通过使用第二燃烧器，本发明允许在燃烧装置内混合不同类型的可燃性燃料或助燃空气，即，可以将两种不同类型的可燃性燃料或助燃空气供应至混合区，由此改变燃烧条件以及烟道气温度和/或成分。因此，根据本发明的燃烧装置在操作模式方面比传统的燃烧装置更加灵活。

[0011] 燃烧装置也可用于将特定成分的烟直接供应至其所连接的炼钢设备。

[0012] 应该注意，空气供应通道也可称作氧气供应通道。事实上，可通过空气供应通道将氧气O2(而不是助燃空气)供应至混合区。

[0013] 根据本发明，燃烧装置进一步包括用于将可燃性燃料以及/或者助燃空气供应至混合区的辅助供应通道，该辅助供应通道的横截面小于燃料供应通道或者空气供应通道的横截面。

[0014] 有利地，辅助供应通道包括用于将可燃性燃料供应至混合区的辅助燃料供应通道，该辅助燃料供应通道的横截面小于第一燃烧器的燃料供应通道的横截面。类似地，辅助供应通道还可进一步包括用于将助燃空气供应至混合区的辅助空气供应通道，该辅助空气供应通道的横截面小于第一燃烧器的空气供应通道的横截面。因此辅助燃料供应通道和辅助空气供应通道优选地是低流速通道，然而，燃料供应通道和空气供应通道优选地是高流速通道。

[0015] 辅助供应通道允许将附加的可燃性燃料和/或助燃空气供应至混合区，由此改变第一燃烧器的燃烧条件。

[0016] 附加的可燃性燃料或助燃空气可以与通过主燃料供应通道和主空气供应通道供应的可燃性燃料或助燃空气是相同的类型，由此调节第一燃烧器的燃烧条件。然而，优选地，附加的可燃性燃料或助燃空气与通过主燃料供应通道和主空气供应通道供应的可燃性燃料或助燃空气是不同的类型，由此还改变烟道气的成分。附加的可燃性燃料或助燃空气还可能给第一燃烧器提供非化学计量的混合物，由此第一燃烧器仅实现混合物的部分燃烧。然后，第二燃烧器可以用来使混合物完全燃烧。

[0017] 因此辅助供应通道有助于燃烧装置的灵活性。

[0018] 通过燃料供应通道供应的可燃性燃料可以是鼓风炉气体(blast furnace gas，鼓风炉煤气)和/或通过空气供应通道供应的助燃空气可以是空气或低发热(calorific，热值)气体。

[0019] 通过辅助燃料供应通道供应的可燃性燃料可以是高发热气体(例如，天然气或焦炉气体)和/或通过辅助空气供应通道供应的助燃空气可以是氧气。

[0020] 第二燃烧器优选地包括空气供应管线和燃料供应管线，由此允许独立于第一燃烧器使用。然而，应该注意，不排除提供仅具有空气供应管线和燃料供应管线其中之一的第二燃烧器。事实上，第二燃烧器可用作后燃燃烧器，接收来自第一燃烧器的烟道气中的空气或燃料。

[0021] 第二燃烧器可以是任何适当的类型，这取决于将要使用的燃料。可从包括油、焦炉气体、鼓风炉气体或天然气的非穷举列表中选择这种燃料。

[0022] 根据本发明的一个实施方式，辅助燃料供应通道和/或辅助空气供应通道穿过燃烧装置的周向壁。环形供应室可以布置在燃烧装置的外壁周围，环形供应室被布置以将可燃性燃料或助燃空气供应至辅助燃料供应通道和辅助空气供应通道。

[0023] 根据本发明的另一实施方式，辅助燃料供应通道和/或辅助空气供应通道穿过燃烧装置的后壁，辅助燃料供应通道和/或辅助空气供应通道平行于燃烧装置的轴线布置。可以将辅助燃料供应通道和/或辅助空气供应通道布置在第一燃烧器的环形供应布置与第二燃烧器之间。可替代地，可将辅助燃料供应通道和/或辅助空气供应通道布置在第一燃烧器的环形供应布置内。

[0024] 环形供应布置由其中包括多个内部通道的环形通道形成，这些内部通道将环形通道分成沿周向交替的燃料供应通道和空气供应通道，其中，环形通道被连接以输送可燃性燃料或助燃空气中的一种，而内部通道用来输送可燃性燃料或助燃空气中的另一种。通过提供布置在环形通道中的内部通道，可以在燃料供应通道与空气供应通道之间形成气密分隔，由此避免在环形供应布置内从一个通道到另一个通道的任何泄漏。

[0025] 空气供应通道和燃料供应通道优选地平行于燃烧装置的中心轴线。然而，不应排除其他构造。例如，空气供应通道和燃料供应通道可围绕中心轴线扭曲，当可燃性燃料和助燃空气进入混合区时，这可以引起可燃性燃料和助燃空气的旋涡。虽然通常并不希望这样，但是，在一些情况下，这种旋涡可能是有利的。应该注意，也可使用其他实现旋涡的方式。

[0026] 应该注意，虽然本申请主要描述了与热风炉连接的燃烧装置，但是燃烧装置也可与其他炼钢设备一起使用，例如，煤粉喷射(PCI)设备或直接回热式热交换器。

附图说明

[0027] 从如下参照附图对非限制性实施方式的描述中，本发明将更显而易见。在这些附图中，其中，相同的参考标号用来标示相同或相似的元件，

[0028] 图1是根据本发明的第一实施方式的燃烧装置的剖面；

[0029] 图2是沿着图1的线A-A剖开燃烧装置的局部截面图；

[0030] 图3是根据本发明的第二实施方式的燃烧装置的剖面；以及

[0031] 图4是沿着图3的线B-B剖开燃烧装置的局部截面图。

具体实施方式

[0032] 图1示出了根据本发明的第一实施方式的燃烧装置10的剖面。该燃烧装置10包括带有燃烧室14的前部12和带有供应管线的后部16，供应管线用于将可燃性燃料和助燃空气供应至燃烧室14的混合区18。前部12包括用于将烟道气从燃烧装置10供应至炼钢设备(例如，热风炉(未示出))的开口20。燃烧装置10经由连接法兰22连接至热风炉。在前部12中，在周向壁28的内表面26上应用耐火材料24，以保护周向壁的内表面不受燃烧室14中产生的热量的影响。

[0033] 通过同时参照图1和图2，更容易描述包括供应管线的后部16，图2是沿着图1的线A-A的局部截面图。后部16包括环形供应布置30，其交替地包括燃料供应通道32和空气供应通道34。燃料供应通道32和空气供应通道34以交替的方式沿周向布置，优选地以规则扇形布置。燃料供应通道32和空气供应通道34分别将可燃性燃料和助燃空气从燃料入口36和空气入口38引入燃烧室14的混合区18。在混合区18中，可燃性燃料和助燃空气相遇，并且其混合物被点燃以形成第一燃烧，由火焰40表示。环形供应布置30以其燃料供应通道32与空气供应通道34形成燃烧装置10的第一燃烧器42。

[0034] 环形供应布置30围绕中心通道44，构造该中心通道以便将第二燃烧器46容纳于其中。环形供应布置30和中心通道44与燃烧装置10的中心轴线47同轴。用耐火材料48加衬中心通道44。第二燃烧器46将可燃性燃料和助燃空气供应至混合区18，可燃性燃料和助燃空气的混合物在混合区18中点燃以形成第二燃烧，由火焰50表示。第二燃烧器46通过燃烧装置10的后壁54中的承座(socket)52插入燃烧装置10内。

[0035] 通过参照图2，可更详细地描述第一燃烧器42的环形供应布置30的构造。环形供应布置30由两个同轴管(外管56和内管58)形成，在这两个管之间形成环形通道60。在环形通道60内，通过插入连接至内管58的管状元件62来形成多个内部通道61。管状元件62在内部通道61与环形通道60之间形成气密的分隔壁，由此形成燃料供应通道32和空气供应通道34。

[0036] 可以提供辅助燃料供应通道64和辅助空气供应通道66，以将其他的可燃性燃料和其他的助燃空气供应至混合区18。虽然图1同时示出了辅助燃料供应通道64和辅助空气供应通道66，但是应该注意，还可能提供仅带有这些辅助供应通道64、66其中之一的燃烧装置10。

[0037] 布置辅助燃料供应通道64，以便将其他的可燃性燃料从穿过燃烧装置10的周向壁28而连接至燃料入口70的环形燃料供应室68供应到混合区18中。类似地，布置辅助空气供应通道66，以便将其他的助燃空气从穿过燃烧装置10的周向壁28而连接至空气入口74的环形空气供应室72供应到混合区18中。

[0038] 辅助燃料供应通道64和辅助空气供应通道66为低流速通道，被布置以便将高发热气体(例如，天然气或焦炉气体或氧气)输送至混合区18，由此改变第一燃烧器42的燃烧条件。供应至混合区18的其他燃料和/或空气的量可能很大，从而，混合区18中的混合物是非化学计量的，由此第一燃烧器42仅实现部分燃烧。然后，可以在第二燃烧器46的帮助下对来自第一次燃烧的烟道气进行进一步燃烧。

[0039] 图3和图4示出了根据本发明的第二实施例的燃烧器10，其中，图4是沿着图3的线B-B的局部截面图。此燃烧装置与图1和图2所示的燃烧装置非常相似，因此在这里将不再详细描述。在两个实施例中，相同的参考标号表示相同的特征。图3和图4的燃烧装置在辅助供应通道的位置上与第一实施例不同。

[0040] 辅助空气供应通道76布置在环形供应布置30的燃料供应通道32和空气供应通道34与中心通道44的耐火材料48之间。在一端，辅助空气供应通道76与布置在燃烧装置10的后壁54中的空气入口78连接，在相对端，辅助空气供应通道76包括通向燃烧装置10的混合区18的端口80。

[0041] 虽然图4仅示出了辅助空气供应通道76，但是应该注意，还可能以相似方式提供具有辅助燃料供应通道的燃烧装置10。

[0042] 在燃烧装置10的典型操作期间，通常通过燃料供应通道32和空气供应通道34供应可燃性燃料和助燃空气，以便在混合区18中形成可燃性混合物。然后，可燃性混合物在第一燃烧器42中燃烧产生的烟道气通过开口20被供应至热风炉中。

[0043] 辅助燃料供应通道64和辅助空气供应通道66允许将附加的可燃性燃料和助燃空气引入混合区18，由此产生可能包括两种不同类型的可燃性燃料和两种不同类型的助燃空气的可燃性混合物。因此，烟道气成分可以改变，而不必在燃烧装置10的上游处采用潜在危险的混合物。

[0044] 第二燃烧器不仅允许燃烧来自第一燃烧器的烟道气中的任何过量的成分，而且其允许在第一燃烧器接通之前加热燃烧装置和任何下游装置。

[0045] 为了调节供给至热风炉的烟道气的温度、流速或成分，由于本燃烧装置的创新设计，可获得燃烧器与燃烧介质的多种组合。

[0046] 应该注意，在本发明的上下文中，燃料供应通道和空气供应通道以及辅助燃料供应通道和辅助空气供应通道的“高流速”和“低流速”的表述是相对彼此而言的。供应通道的流速或截面尺寸将很大程度上取决于所使用的燃烧介质。仅为了提供实例的目的，高流2
速的燃料供应通道32和空气供应通道34可具有1500cm 的区域的截面；而低流速的辅助
2
燃料供应通道64和辅助空气供应通道66可具有200cm 的区域的截面。

[0047] 表1中示出了根据本发明的燃烧装置的操作模式实例的非穷举列表。

[0048]

[0049] 表1

[0050] 参考标号

[0051] 10 燃烧装置 46 第二燃烧器

[0052] 12 前部 50 火焰

[0053] 14 燃烧室 52 承座

[0054] 16 后部 54 后壁

[0055] 18 混合区 56 外管

[0056] 20 开口 58 内管

[0057] 22 连接法兰 60 环形通道

[0058] 24 耐火材料 61 内部通道

[0059] 26 内表面 62 管状元件

[0060] 28 周向壁 64 辅助燃料供应通道

[0061] 30 环形供应布置 66 辅助空气供应通道

[0062] 32 燃料供应通道 68 环形燃料供应室

[0063] 34 空气供应通道 70 燃料入口

[0064] 36 燃料入口 72 环形空气供应室

[0065] 38 空气入口 74 空气入口

[0066] 40 火焰 76 辅助空气供应通道

[0067] 42 第一燃烧器 78 空气入口

[0068] 44 中心通道 80 端口