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摘 要： 简述了热风炉结构形式的演变，并对现在比较流行的卡鲁金顶燃式热风炉的工艺流程进行了剖析。
关键词： 顶燃式热风炉；剖析
中图分类号： TB
文献标识码： A
文章编号： 16723198（2013）06017501
1 卡鲁金顶燃式热风炉主要特点
（1） 取消了燃烧室，煤气燃烧采用安装在拱顶的喷气-涡流烧嘴来进行。
（2） 提供非常好的煤气燃烧条件，废气中的一氧化碳的浓度低。
（3）热风炉内（燃烧室和蓄热室之间）无热“短路”现象。
（4） 热风炉阻力较小，烧嘴在满载荷运行时也能满足操作要求。
（5） 燃烧时绝对没有脉冲波动和振动。
（6） 对耐火砖炉衬没有直接的火焰冲击及局部过热。
（7） 在预热室内一般温度较低（平均约为900摄氏度）。
（8） 在不进行重大维修情况下的寿命由硅砖和拱顶来确定的，可以达到25～30年，投资明显降低。
2 卡鲁金顶燃式热风炉结构型式
2.1 拱顶
热风炉拱顶由上部球顶和下部圆柱形预热室组成，拱顶与蓄热室用锥段过渡联接，拱顶与锥段大墙完全脱开，由炉壳支撑，大墙的不均匀膨胀不会对拱顶结构产生不良影响。燃烧器喷嘴设在拱顶下部圆柱形预热室上，煤气和助燃空气分别经过预热室由喷嘴喷入拱顶燃烧。
2.2 蓄热室
上部锥段大墙与蓄热室大墙完全脱开，由炉壳支撑，以增强砌体稳定性。蓄热室内砌筑十九孔高效格子砖，以提高其传热效率。热风出口设在蓄热室上部。
2.3 燃烧器
燃烧器采用喷气-涡流烧嘴结构型，燃烧100%的高炉煤气。
2.4 炉篦子
热风炉采用无梁式炉篦子结构，并且每块相邻的炉篦子相互锁住，形成整体结构。
2.5 余热回收装置
采用回收热风炉烟气预热空气及煤气技术，燃烧100%的高炉煤气，使年平均风温达到≥1150℃。
2.6 冷风导流装置
为充分发挥格子砖每个格孔的传热效果，热风炉设置了冷风导流装置。
3 卡鲁金顶燃式热风炉的耐火材料
热风炉内衬厚度及耐火材料的材质，是根据热风炉各部位的工作条件来确定的。
（1）拱顶及过渡锥段采用硅质、高铝、粘土砖砌筑。
（2）蓄热室内采用十九孔格子砖，自下而上依次采用粘土砖、高铝砖、和硅砖。
蓄热室大墙也自下而上依次采用粘土砖、高铝砖、和硅砖。
（3）燃烧器采用硅质、高铝及粘土组合砖砌筑。
（4）热风炉各口不同部位采用不同材质的组合砖砌筑。
4 卡鲁金顶燃式热风炉主要设备安装
图1表示了卡鲁金热风炉系统主要设备安装流程，如下：
三座热风炉： No.1，No.2，No.3；
煤气供应系统；
助燃空气供应系统；
烟气排放系统；
冷风供应系统；
热风送风系统；
助燃空气预热系统；
高炉煤气预热系统；
氮气供应系统；
启动燃烧器系统；
排气系统 ；
“缓慢”运行系统。
另外还需下面的运行系统：
阀门冷却系统；
自动控制系统；
电力供应系统；
煤气供应系统包括高炉煤气管道和煤气预热器，每座热风炉的煤气支管上安装设备：两台补偿器，煤气检修切断阀（17），流量孔板，放散阀（18），调节阀（12），快速切断阀（11），放散阀（10），燃烧阀（9）。
助燃空气供应系统包括两台风机 （34，35），一用一备，空气预热器，调节阀（33）和放散阀（36）。
烟气排放系统，每座热风炉有两烟道阀（14，15），一台废气阀。
冷风供应系统，每座热风炉有一台冷风阀（7）和冷风均压阀（7a） 。
热风送风系统，每座热风炉有一台热风阀（8），一台“万向型”补偿器，以补偿热风炉和热风管道的膨胀收缩位移。
热交换系统包括煤气预热系统和空气预热系统，热烟气通过关闭阀（24）和打开阀（20，22和21，23）被供给热交换器。阀（25，26）分别在空气主管上打开，阀（28，29）分别在煤气主管上打开。空气旁通管上阀（27）和煤气旁通管上阀（30）在无换热器时操作使用。
氮气供应系统，在热风炉转换时靠将氮气吹入煤气切断阀与燃烧器煤气通道之间的空间内，以保证热风炉的安全.要求氮气的纯度大于97%.从工厂来的氮气通过阀（40，
43）和孔板（42）供应到氮气管道上，孔板用来测量氮气的流
速，安全阀（45），放散阀（46）及电接触压力计（44）安装在氮气管道上，快速切断阀（13），手动阀（49），止回阀（48）安装在煤气管网的氮气供应管道上。
启动燃烧器系统，燃烧天然气的启动燃烧器安装在每座热风炉上来干燥和加热热风炉，启动燃烧器有带压的助燃空气供应，当倒流休风系统能力不够或不能用，或者热风炉内有多余压力时，使用启动燃烧器加热热风炉。除此之外，当高炉长时间停炉和热风炉独立于高炉运行时，启动燃
烧器可被用来保持硅砖的工作温度。防止温度波动损坏硅
砖。启动燃烧器应安装带有自动安全控制系统来显示在系统操作过程中出现火焰熄灭或其他情况等。
排气系统，包括风机（F），管道和排气阀（6） 。用于热风炉检修时抽出炉内残留的煤气。空气管道由阀门（37a）连接到风机（B），排气量靠入口调节阀（38）调节，如下：当阀门（38）关闭时排气量增加。通过打开阀（39）将抽出的废气释放。
在高炉停炉时为了避免高炉煤气从风口跑出和含尘煤气破坏拱顶硅砖，倒流休风系统被应用。倒流休风管通过阀（3）直接和热风管道连接。
“缓慢”运行系统，用于高炉检修时，冷风供应停止时而热风炉不需要检修。因此有必要使热风炉预热不让其凉下来保护硅砖。有下面两种情况：管网中的高炉煤气能用或不能用。
如果高炉煤气能用而冷风中断供应，主燃烧器能加热格子砖。
为了冷却热风炉格子砖和炉箅子，由风机（B）鼓出的助燃空气而不是冷风应进入炉箅子，要这样做阀门（37）得打开，阀门（37a，39）应被关闭。加热后的废气由打开阀门（8，3）通过倒流休风管排出，高炉风口应关闭。
如果高炉煤气不能用，启动燃烧器应安装在热风炉拱顶，消耗少量的天然气来保证拱顶温度大约1000℃和废气温度大约200℃，这得需要风机（B）定期的加热和冷却格子砖，这能保持热风炉在工作状态很长时间。
5 结语
（1）先进的工艺和设计生成了一种新型热风炉-卡鲁金顶燃式热风炉.此种热风炉的空气动力学和燃烧问题的解决方法都进行了试验，并在俄罗斯的工业炉上进行了试验。
（2）在不进行重大维修情况下的寿命由硅砖和拱顶来确定，可以达到25～30年，第一座卡鲁金热风炉于1982年运行至今效果良好。
（3）热风炉耐火材料能承受高达1300℃高的热风。陶瓷燃烧器允许所需的煤气和助燃空气预热到600℃。
（4）只燃烧预热为180℃高炉煤气和助燃空气就能提供1220℃的热风，假如一座热风炉停炉，可提供高于1066℃的热风。
顶燃式热风炉是很有前途的，它是高炉热风炉的发展方向。
关键词： 顶燃式热风炉；剖析
中图分类号： TB
文献标识码： A
文章编号： 16723198（2013）06017501
1 卡鲁金顶燃式热风炉主要特点
（1） 取消了燃烧室，煤气燃烧采用安装在拱顶的喷气-涡流烧嘴来进行。
（2） 提供非常好的煤气燃烧条件，废气中的一氧化碳的浓度低。
（3）热风炉内（燃烧室和蓄热室之间）无热“短路”现象。
（4） 热风炉阻力较小，烧嘴在满载荷运行时也能满足操作要求。
（5） 燃烧时绝对没有脉冲波动和振动。
（6） 对耐火砖炉衬没有直接的火焰冲击及局部过热。
（7） 在预热室内一般温度较低（平均约为900摄氏度）。
（8） 在不进行重大维修情况下的寿命由硅砖和拱顶来确定的，可以达到25～30年，投资明显降低。
2 卡鲁金顶燃式热风炉结构型式
2.1 拱顶
热风炉拱顶由上部球顶和下部圆柱形预热室组成，拱顶与蓄热室用锥段过渡联接，拱顶与锥段大墙完全脱开，由炉壳支撑，大墙的不均匀膨胀不会对拱顶结构产生不良影响。燃烧器喷嘴设在拱顶下部圆柱形预热室上，煤气和助燃空气分别经过预热室由喷嘴喷入拱顶燃烧。
2.2 蓄热室
上部锥段大墙与蓄热室大墙完全脱开，由炉壳支撑，以增强砌体稳定性。蓄热室内砌筑十九孔高效格子砖，以提高其传热效率。热风出口设在蓄热室上部。
2.3 燃烧器
燃烧器采用喷气-涡流烧嘴结构型，燃烧100%的高炉煤气。
2.4 炉篦子
热风炉采用无梁式炉篦子结构，并且每块相邻的炉篦子相互锁住，形成整体结构。
2.5 余热回收装置
采用回收热风炉烟气预热空气及煤气技术，燃烧100%的高炉煤气，使年平均风温达到≥1150℃。
2.6 冷风导流装置
为充分发挥格子砖每个格孔的传热效果，热风炉设置了冷风导流装置。
3 卡鲁金顶燃式热风炉的耐火材料
热风炉内衬厚度及耐火材料的材质，是根据热风炉各部位的工作条件来确定的。
（1）拱顶及过渡锥段采用硅质、高铝、粘土砖砌筑。
（2）蓄热室内采用十九孔格子砖，自下而上依次采用粘土砖、高铝砖、和硅砖。
蓄热室大墙也自下而上依次采用粘土砖、高铝砖、和硅砖。
（3）燃烧器采用硅质、高铝及粘土组合砖砌筑。
（4）热风炉各口不同部位采用不同材质的组合砖砌筑。
4 卡鲁金顶燃式热风炉主要设备安装
图1表示了卡鲁金热风炉系统主要设备安装流程，如下：
三座热风炉： No.1，No.2，No.3；
煤气供应系统；
助燃空气供应系统；
烟气排放系统；
冷风供应系统；
热风送风系统；
助燃空气预热系统；
高炉煤气预热系统；
氮气供应系统；
启动燃烧器系统；
排气系统 ；
“缓慢”运行系统。
另外还需下面的运行系统：
阀门冷却系统；
自动控制系统；
电力供应系统；
煤气供应系统包括高炉煤气管道和煤气预热器，每座热风炉的煤气支管上安装设备：两台补偿器，煤气检修切断阀（17），流量孔板，放散阀（18），调节阀（12），快速切断阀（11），放散阀（10），燃烧阀（9）。
助燃空气供应系统包括两台风机 （34，35），一用一备，空气预热器，调节阀（33）和放散阀（36）。
烟气排放系统，每座热风炉有两烟道阀（14，15），一台废气阀。
冷风供应系统，每座热风炉有一台冷风阀（7）和冷风均压阀（7a） 。
热风送风系统，每座热风炉有一台热风阀（8），一台“万向型”补偿器，以补偿热风炉和热风管道的膨胀收缩位移。
热交换系统包括煤气预热系统和空气预热系统，热烟气通过关闭阀（24）和打开阀（20，22和21，23）被供给热交换器。阀（25，26）分别在空气主管上打开，阀（28，29）分别在煤气主管上打开。空气旁通管上阀（27）和煤气旁通管上阀（30）在无换热器时操作使用。
氮气供应系统，在热风炉转换时靠将氮气吹入煤气切断阀与燃烧器煤气通道之间的空间内，以保证热风炉的安全.要求氮气的纯度大于97%.从工厂来的氮气通过阀（40，
43）和孔板（42）供应到氮气管道上，孔板用来测量氮气的流
速，安全阀（45），放散阀（46）及电接触压力计（44）安装在氮气管道上，快速切断阀（13），手动阀（49），止回阀（48）安装在煤气管网的氮气供应管道上。
启动燃烧器系统，燃烧天然气的启动燃烧器安装在每座热风炉上来干燥和加热热风炉，启动燃烧器有带压的助燃空气供应，当倒流休风系统能力不够或不能用，或者热风炉内有多余压力时，使用启动燃烧器加热热风炉。除此之外，当高炉长时间停炉和热风炉独立于高炉运行时，启动燃
烧器可被用来保持硅砖的工作温度。防止温度波动损坏硅
砖。启动燃烧器应安装带有自动安全控制系统来显示在系统操作过程中出现火焰熄灭或其他情况等。
排气系统，包括风机（F），管道和排气阀（6） 。用于热风炉检修时抽出炉内残留的煤气。空气管道由阀门（37a）连接到风机（B），排气量靠入口调节阀（38）调节，如下：当阀门（38）关闭时排气量增加。通过打开阀（39）将抽出的废气释放。
在高炉停炉时为了避免高炉煤气从风口跑出和含尘煤气破坏拱顶硅砖，倒流休风系统被应用。倒流休风管通过阀（3）直接和热风管道连接。
“缓慢”运行系统，用于高炉检修时，冷风供应停止时而热风炉不需要检修。因此有必要使热风炉预热不让其凉下来保护硅砖。有下面两种情况：管网中的高炉煤气能用或不能用。
如果高炉煤气能用而冷风中断供应，主燃烧器能加热格子砖。
为了冷却热风炉格子砖和炉箅子，由风机（B）鼓出的助燃空气而不是冷风应进入炉箅子，要这样做阀门（37）得打开，阀门（37a，39）应被关闭。加热后的废气由打开阀门（8，3）通过倒流休风管排出，高炉风口应关闭。
如果高炉煤气不能用，启动燃烧器应安装在热风炉拱顶，消耗少量的天然气来保证拱顶温度大约1000℃和废气温度大约200℃，这得需要风机（B）定期的加热和冷却格子砖，这能保持热风炉在工作状态很长时间。
5 结语
（1）先进的工艺和设计生成了一种新型热风炉-卡鲁金顶燃式热风炉.此种热风炉的空气动力学和燃烧问题的解决方法都进行了试验，并在俄罗斯的工业炉上进行了试验。
（2）在不进行重大维修情况下的寿命由硅砖和拱顶来确定，可以达到25～30年，第一座卡鲁金热风炉于1982年运行至今效果良好。
（3）热风炉耐火材料能承受高达1300℃高的热风。陶瓷燃烧器允许所需的煤气和助燃空气预热到600℃。
（4）只燃烧预热为180℃高炉煤气和助燃空气就能提供1220℃的热风，假如一座热风炉停炉，可提供高于1066℃的热风。
顶燃式热风炉是很有前途的，它是高炉热风炉的发展方向。