高炉热风炉专利技术的发展

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1、顶燃式热风炉结构的演变历程高炉热风炉结构的演变华中科技大学陈维汉电话：15136271687一、国外几种典型的热风炉结构1、下图为卡卢金1978年提出的著作权，一种热风炉SU602555的结构图(图1)，这是煤气与空气交错排列预燃室底部预混喷口多喷孔对冲混合（图2），预混气流垂直上行回流预热燃烧，烟气折返进入蓄热室换热的一种新结构的热风炉炉型。这里也将气流预燃室混合作为一个实施方案提出（图5），这也是后面国内2007年专利的原型。图1图5图2图3图42、下图所示为卡卢金在上一个炉型基础上于1982年提出的另一个著作权16顶燃式热风炉结构的演变历程SU962017的热风炉结构（图1

2、），是前一个炉型的改进炉型，这个炉型在俄罗斯下塔吉尔钢铁公司予以实施，成为大球顶燃烧室预混气流上喷，受回流烟气预热而燃烧、烟气流拱顶折返、因回流涡旋作用而形成均匀进入蓄热室的热风炉的典型代表。该热风炉结构稳定性好、流动、燃烧、传热性能具佳。至今包括卡卢金二代热风炉在内，其结构与性能均无出其右者（图2显示出沿圆周的气流预混合的方式）。图2图3图13、下图所示热风炉专利是早期的顶燃式热风炉或加热炉的炉型，是1928提出的德国专利483824，是煤气与空气喷口并列进入燃烧室，气流垂直上喷，拱顶折返，在完成边混合边燃烧之后进入其下的蓄热体中，是扩散燃烧类型的热风炉，是现代高炉热风炉的一种

3、开创性的结构，上述的卡卢金热风炉中，及其后热风炉专利都有它的身影，也就成为如下所述专利US3473793预混合燃烧热风炉的参考模型。16顶燃式热风炉结构的演变历程4、下图显示，1967年W.CRONERT申请的热风炉专利（美国专利号3473793）该专利公开了顶燃式中两种最具实用价值的热风炉炉型结构，即大球顶燃烧室结构和小球顶预燃室与锥段拱顶燃烧室结构，煤气与空气环槽预混向上缝隙喷口喷射进入燃烧室（或预燃室）的无焰燃烧的热风炉。前述的卡卢金热风炉的两个前苏联著作权SU602555和SU926017均为受此专利启发的发明创造，以及后续的卡卢金的中国专利热风炉- 02157064.7

4、 都可以看到该专利结构的影子。16顶燃式热风炉结构的演变历程图5图2图416顶燃式热风炉结构的演变历程图1图3图15、下图显示1953年ALFREDSCHACK等提出的空气加热炉专利（法国专利）技术特征：燃烧室双燃烧器（煤气与空气混合器）旋流喷射燃烧（图1、2）与倾斜向上喷射对冲（图3、4）燃烧的热风炉，应该属于短焰燃烧的一种热风炉。该专利的热风炉结构简单易于实施，是后续的首钢型热风炉和球床热风炉的主要参考炉型。16顶燃式热风炉结构的演变历程图4图2二、国内几种典型的热风炉结构上世纪70年代初受国外顶燃式热风炉结构的影响，中国开始了顶燃式热风炉的研究与实践，下面对几种较为典型的热

5、风炉做一个简评。1、首钢研制的顶燃式热风炉下图显示的热风炉结构属于外置燃烧器（气流混合器）的短焰燃烧的热风炉，其雏形应该来至于上述的法国的加热炉专利，只是燃烧器的放置位置有所改变，燃烧器的结构更是采用了上用的气体燃料燃烧的半预混燃烧的燃烧器结构，基于预混燃烧或半预混燃烧，其燃烧室应该大大地缩小，但燃烧室还是设置了足够的空间，这是一种不合理的结构，很可能是对燃烧过程的理解存在误区所致。2、中国实际应用的球床热风炉结构（内混合旋流短焰燃烧器）16顶燃式热风炉结构的演变历程下图显示炉型应该是首钢型热风炉的应用，采用了大空间的燃烧室是该炉型的最大败笔，显示设计者对燃烧学知识的匮乏，一直存

6、在混合燃烧欠佳、球床不规则燃烧、热风温度波动大等问题。克服办法：改进燃烧器结构、缩小燃烧室空间、增加蓄热体用量（图中橘红色区域改造时是要堆砌蓄热体的）。3、1985年中科院化工业进研究所刘德华等人提出的顶燃式热风炉这就是下图显示的 多火孔环形燃烧器及顶燃式热风炉 ，其专利号： 85100733，这是在上述美国专利3473793（1967）基础上的发展，也是在预混气流燃烧的道路上更向前迈进了一步，可是太过提前的煤气与空气的混合，安全性值得思考，还不如原专利在进入燃烧室前在预混环槽中与混合较为安全与合理。因此，该专利还没有找到实施的案例。由于热风炉在预混燃烧的推广应用上走过了弯路，也

7、就给重新大力推广应用创造了时机，且上述专利均变成了自由公知技术，应用的空间就会更大一些、应用的成本就必然下降（应注意21世纪以来的改进型专利的保护范围有扩大的趋势，这是中国专利审查制度的原因，因而应该合理地加以规避，同时以新的思路去创新以获得新的专利技术）。16顶燃式热风炉结构的演变历程1、段润心、段中坚，以及贺友多等人提出的热风炉燃烧器下面显示的是段润心、段中坚在1991年针对内燃式热风炉燃烧器提出的申请号：90106015.1的热风炉多孔中空高效陶瓷燃烧器（图1），以及200