一種空氣預熱式輻射管燃燒器的製作方法

2023-05-29 15:40:26

本發明屬於熱處理爐以及加熱爐的燃燒器設備領域，特別涉及一種輻射管燃燒器。

背景技術：

輻射管燃燒器作為一種常用的間接加熱設備，主要用於非明火加熱，廣泛用於各種無氧化加熱及熱處理設備中。為了保證輻射管內熱量傳遞過程中的溫度均勻性和輻射範圍，輻射管多採用u型、w型結構。輻射管燃燒器的主要結構包括輻射管，輻射管的一端裝設有燃料噴嘴，另一端裝設有引射器，以吸出燃燒產物；這種輻射管燃燒器在運行時，輻射管的燃燒端和排煙端的溫度差較大，輻射管沿燃燒氣體的流程方向會產生溫度不均勻的問題，而隨著輻射管長度的增加，該問題會愈加明顯，這不僅會影響到設備的無氧化加熱及熱處理質量，還會導致輻射管燃燒器的燃料消耗量增大，熱效率降低，燃燒不完全以及煙氣排放量的增加。

現有技術中，有一種輻射管燃燒器，其專利申請號：201320857159.6；申請日：2013.12.24；公開號：cn203671603u；公開日：2014.06.25；其結構包括燃燒器主體和與所述燃燒器主體連接的熱輻射管，所述燃燒器主體包括助燃空氣管道、燃氣管道和空氣預熱室，所述熱輻射管具有p型的管體結構且所述熱輻射管一端連通所述助燃氣管道另一端連通所述空氣預熱室。該裝置工作時，燃氣燃燒產生的煙氣通過空氣預熱室的換熱裝置對其加熱，換熱裝置可以預熱助燃空氣，使得燃氣和助燃空氣混合後燃燒的更加充分，提高熱效率；其不足之處在於：不帶空氣預熱功能的傳統輻射管燃燒器在市場上仍有很大的保有量，受成本、安裝和維護條件等因素的制約，這部分用戶更希望能夠在不整體替換現有設備的情況下，得到一種簡便易行的節能改造方案，而該裝置不能滿足在不整體替換現有設備的前提下，使得傳統的輻射管燃燒器可以進行空氣預熱，以提高燃燒效率；輻射管沿著燃燒氣體流程方向的溫度分布不均勻，在燃燒氣體高溫以及沿程溫差應力的作用下，輻射管容易變形和破損；輻射管燃燒器的燃料消耗量增加，燃燒不完全，熱效率較低。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種空氣預熱式輻射管燃燒器，使得輻射管沿著燃燒氣體流程方向的溫度分布更均勻，防止輻射管變形、破損，燃料燃燒更加充分，提高輻射管燃燒器的熱效率，可以對傳統的燃燒器進行改造，推廣應用更方便。

本發明的目的是這樣實現的：一種空氣預熱式輻射管燃燒器，包括安裝在爐牆上的輻射管，輻射管包括若干直管段和彎管段，所述輻射管的兩端均延伸穿過爐牆，輻射管的兩伸出端一上一下分布，輻射管兩伸出端均設置有密封隔牆，所述密封隔牆包括包裹住相應輻射管伸出端的耐火材料，耐火材料外周設置有殼體，殼體靠近爐牆的一端經內法蘭與爐牆固定連接，所述殼體遠離爐牆的一端設置有外法蘭，位於上方的殼體與燒嘴相對應設置，燒嘴包括內管段和外管段，燒嘴內管段伸入輻射管內部，燒嘴內管段的端部設有火焰噴射口，燒嘴外管段的端部通入燃氣，燒嘴外管段外周設置有第一法蘭，第一法蘭與對應外法蘭固定連接；所述位於下方的殼體與空氣預熱器相對應設置，空氣預熱器的一端設有煙氣出口，空氣預熱器內部軸向設置有換熱管組，換熱管組的一端伸入輻射管內部，所述空氣預熱器的另一端外周設置有第二法蘭，第二法蘭與對應外法蘭固定連接，所述空氣預熱器內部靠近第二法蘭的位置設置有密封支撐板，密封支撐板上設有可容換熱管組穿過的通孔，所述空氣預熱器的下側設置有空氣進口，空氣預熱器的上側設置有預熱空氣出口，所述燒嘴下側設置有預熱空氣進口，預熱空氣出口與預熱空氣進口之間經連接管相連；遠離所述燒嘴的各輻射管直管段內均設有蓄熱組件，蓄熱組件包括若干個首尾依次相連的翅片。

本發明工作時，燃氣從燒嘴外管段進入，空氣從空氣進口進入空氣預熱器，空氣再通過連接管進入燒嘴，燃氣和空氣混合燃燒，燒嘴內管段的火焰噴射口噴出火焰，產生的熱量沿著輻射管的管程進行傳遞，輻射管內的熱量發生對流並向外輻射，燃燒產生的煙氣沿著輻射管進入換熱管內，並從煙氣出口排出，各換熱管獲得熱量，從空氣進口進入的空氣與換熱管進行換熱，空氣被預熱，預熱後的空氣從預熱空氣出口進入連接管，再經預熱空氣進口進入燒嘴，與燃氣混合的空氣其實是預熱後的空氣，燃燒更充分；燃氣燃燒，輻射管向外輻射熱量，用於非明火加熱。

與現有技術相比，本發明的有益效果在於：靠近燒嘴的輻射管直管段吸收的熱量更多，溫度也較高，輻射管彎管段存在上下高度差，可以形成熱量的對流，溫度也較高，而遠離燒嘴的輻射管直管段缺少對流，換熱效果差，溫度比較低，安裝在輻射管的低溫直管段的蓄熱組件可以吸收熱量，翅片增大了換熱面積，提高了輻射管低溫直管段的換熱效率，沿著輻射管燃燒氣體流程方向的的熱量均勻分布，避免在燃燒氣體高溫以及沿程溫差應力的作用下，輻射管發生變形和破損；輻射管內的熱量分布均勻，提高了熱效率，燃燒更加充分，燃氣的用量減少，煙氣排放中的汙染物濃度降低；密封隔牆起到隔絕熱量的作用，使得燒嘴和空氣預熱器工作更安全可靠；通過在輻射管的兩伸出端安裝密封隔牆，將位於上方和下方的兩殼體通過外法蘭分別連接燒嘴和空氣預熱器，再將燒嘴和空氣預熱器經連接管相連，能夠對傳統的輻射管燃燒器進行改造，不需要將整個燃燒器替換，就可以用煙氣對空氣進行預熱，預熱後的空氣與燃氣混合燃燒時，減少了點火所需的熱量，更加節能，燃燒效率更高，燃燒更充分；在傳統的輻射管燃燒器的輻射管伸出端上加裝空氣預熱器，在輻射管的低溫直管段內加裝蓄熱組件，可以提高燃燒效率，燃燒更充分，改造方便，便於推廣應用，不必拆除整個燃燒器，提高資源利用率。

作為本發明的進一步改進，所述翅片為雙螺旋翅片，雙螺旋翅片與輻射管相匹配設置，雙螺旋翅片的兩端分別設置有定位凸起和定位凹槽，雙螺旋翅片的定位凸起插入相鄰雙螺旋翅片的定位凹槽內。雙螺旋翅片的換熱面積更大，可以吸收更多熱量，提高輻射管低溫直管段的溫度，輻射管內的溫度分布更加均勻，相鄰的雙螺旋翅片之間經定位凸起和定位凹槽安裝定位，組裝方便，現場安裝時更加靈活。雙螺旋翅片式的蓄熱插件的使用可以顯著改善輻射管表面溫度分布的均勻性，因為芯塊增加了2倍以上的輻射管排煙端的換熱面積，增加了管壁與高溫氣體之間的對流換熱，提高熱氣流的流動性,從而加快了輻射管的升溫速率，加強輻射管內壁的熱量傳遞；還可以改善輻射管的燃燒工況，使空氣消耗係數維持在穩定範圍之間，同時降低了化學不完全燃燒度，提高了燃料的利用率。

作為本發明的進一步改進，所述輻射管的直管段內部對應位於首尾兩端的雙螺旋翅片分別設置有定位擋環，輻射管的內壁塗敷有wc-co塗層。定位擋環可以防止蓄熱組件發生軸向竄動，wc-co塗層提高了輻射管內表面的耐高溫強度以及耐煙氣衝刷、腐蝕的性能，提高輻射管的使用壽命。

作為本發明的進一步改進，所述雙螺旋翅片的螺距等於輻射管的內徑，每個雙螺旋翅片的軸向長度小於或等於2倍螺距。雙螺旋翅片的螺距等於輻射管的內徑，可以在增大換熱效果的同時，不過分增加煙氣的通行阻力；不超過2倍螺距的雙螺旋翅片的軸向長度，可以適應不同軸向長度的輻射管直管段，蓄熱組件組裝時更加方便和靈活。

為了提高蓄熱組件的耐高溫性能，所述雙螺旋翅片由氧化鋁和氧化鋯為基體的陶瓷材料製成。

為了使得空氣與換熱管的接觸時間更長，空氣換熱更加充分，提高換熱效果，所述空氣預熱器內壁的上側和下側交錯設置有若干折流板，折流板與換熱管垂直，折流板上設置有可容換熱管穿過的通孔，各換熱管呈陣列分布。空氣通過折流板形成的s形通道與換熱管接觸後預熱，溫度提高至150℃左右。

作為本發明的進一步改進，所述換熱管組伸入輻射管內部的一端設置有密封擋板，密封擋板與輻射管內壁相匹配設置。密封擋板可以防止煙氣進入空氣預熱器內部，確保煙氣先進入換熱管內，然後從煙氣出口排出，密封擋板還起到加強支撐換熱管組的作用，使得空氣預熱器更穩固地連接在殼體上。

作為本發明的進一步改進，所述空氣預熱器的下側設置有進氣管一，進氣管一的開口為空氣進口；空氣預熱器的上側設置有出氣管，出氣管的開口為預熱空氣出口，出氣管的端部設置有第三法蘭；燒嘴的下側設置有進氣管二，進氣管二的開口為預熱空氣進口，進氣管二的端部設置有第四法蘭；連接管的上端和下端均設有第五法蘭；位於下方的第五法蘭與第三法蘭固定連接，位於上方的第五法蘭與第四法蘭固定連接。空氣經進氣管一進入空氣預熱器，空氣與換熱管換熱後，通過連接管進入燒嘴，出氣管和進氣管二的端部均設有法蘭，連接管通過第五法蘭分別與出氣管和進氣管二相連，安裝方便，可以根據不同型號、尺寸的輻射管，調整連接管的軸向長度，以適應不同類型的輻射管燃燒器。

為了便於燃氣與預熱空氣充分混合，所述進氣管二設置在燒嘴外管段。

作為本發明的優選，所述輻射管為u形管或w形管。

附圖說明

圖1為本發明的輻射管為u形管時的結構示意圖。

圖2為雙螺旋翅片的結構示意圖。

圖3為雙螺旋翅片的立體結構圖。

圖4為雙螺旋翅片的另一種立體結構圖。

圖5為本發明的局部結構示意圖。

圖6為空氣預熱器的結構示意圖。

圖7為圖6的側視圖。

圖8為折流板的結構示意圖。

圖9為本發明的輻射管為w形管時的結構示意圖。

其中，1輻射管，1a直管段，1b彎管段，2爐牆，3密封隔牆，301耐火材料，302殼體，302a外法蘭，302b內法蘭，4燒嘴，401內管段，402外管段，402a第一法蘭，5火焰噴射口，6空氣預熱器，6a第二法蘭，7煙氣出口，8換熱管組，9密封支撐板，10進氣管一，11出氣管，11a第三法蘭，12進氣管二，12a第四法蘭，13連接管，13a第五法蘭，14蓄熱組件，1401雙螺旋翅片，1401a定位凸起，1401b定位凹槽，15折流板，16密封擋板，17定位擋環。

具體實施方式

實施例1

如圖1-8，為一種空氣預熱式輻射管燃燒器，包括安裝在爐牆2上的輻射管1，輻射管1包括若干直管段1a和彎管段1b，輻射管1的兩端均延伸穿過爐牆2，輻射管1的兩伸出端一上一下分布，輻射管1兩伸出端均設置有密封隔牆3，密封隔牆3包括包裹住相應輻射管1伸出端的耐火材料301，耐火材料301外周設置有殼體302，殼體302靠近爐牆2的一端經內法蘭302b與爐牆2固定連接，殼體302遠離爐牆2的一端設置有外法蘭302a，位於上方的殼體302與燒嘴4相對應設置，燒嘴4包括內管段401和外管段402，燒嘴4內管段401伸入輻射管1內部，燒嘴4內管段401的端部設有火焰噴射口5，燒嘴4外管段402的端部通入燃氣，燒嘴4外管段402外周設置有第一法蘭402a，第一法蘭402a與對應外法蘭302a固定連接；位於下方的殼體302與空氣預熱器6相對應設置，空氣預熱器6的一端設有煙氣出口7，空氣預熱器6內部軸向設置有換熱管組8，換熱管組8的一端伸入輻射管1內部，空氣預熱器6的另一端外周設置有第二法蘭6a，第二法蘭6a與對應外法蘭302a固定連接，空氣預熱器6內部靠近第二法蘭6a的位置設置有密封支撐板9，密封支撐板9上設有可容換熱管組8穿過的通孔，空氣預熱器6的下側設置有空氣進口，空氣預熱器6的上側設置有預熱空氣出口，燒嘴4下側設置有預熱空氣進口，預熱空氣出口與預熱空氣進口之間經連接管13相連；遠離燒嘴4的各輻射管1直管段1a內均設有蓄熱組件14，蓄熱組件14包括若干個首尾依次相連的翅片。所述翅片為雙螺旋翅片1401，雙螺旋翅片1401與輻射管1相匹配設置，雙螺旋翅片1401的兩端分別設置有定位凸起1401a和定位凹槽1401b，雙螺旋翅片1401的定位凸起1401a插入相鄰雙螺旋翅片1401的定位凹槽1401b內。輻射管1的直管段1a內部對應位於首尾兩端的雙螺旋翅片1401分別設置有定位擋環15，輻射管1的內壁塗敷有wc-co塗層。雙螺旋翅片1401的螺距等於輻射管1的內徑，每個雙螺旋翅片1401的軸向長度小於或等於2倍螺距。雙螺旋翅片1401由氧化鋁和氧化鋯為基體的陶瓷材料製成。空氣預熱器6內壁的上側和下側交錯設置有若干折流板15，折流板15與換熱管垂直，折流板15上設置有可容換熱管穿過的通孔，各換熱管呈陣列分布。換熱管組8伸入輻射管1內部的一端設置有密封擋板16，密封擋板16與輻射管1內壁相匹配設置。空氣預熱器6的下側設置有進氣管一10，進氣管一10的開口為空氣進口；空氣預熱器6的上側設置有出氣管11，出氣管11的開口為預熱空氣出口，出氣管11的端部設置有第三法蘭11a；燒嘴4的下側設置有進氣管二12，進氣管二12的開口為預熱空氣進口，進氣管二12的端部設置有第四法蘭12a；連接管13的上端和下端均設有第五法蘭13a；位於下方的第五法蘭13a與第三法蘭11a固定連接，位於上方的第五法蘭13a與第四法蘭12a固定連接。進氣管二12設置在燒嘴4外管段402。輻射管1為u形管。

工作時，燃氣從燒嘴4外管段402進入，空氣從進氣管一10的空氣進口進入空氣預熱器6，再從出氣管11的預熱空氣出口進入連接管13，通過連接管13進入進氣管二12，從進氣管二12的預熱空氣出口進入燒嘴4，最終燃氣和空氣混合燃燒，燒嘴4內管段401的火焰噴射口5噴出火焰，產生的熱量沿著輻射管1的管程進行傳遞，輻射管1內的熱量發生對流並向外輻射，燃燒產生的煙氣沿著輻射管1進入換熱管內，並從煙氣出口7排出，各換熱管獲得熱量，從進氣管一10的空氣進口進入的空氣與換熱管進行換熱，空氣被預熱，預熱後的空氣再經連接管13進入燒嘴4，與燃氣混合的空氣其實是預熱後的空氣，燃燒更充分；燃氣燃燒，輻射管1向外輻射熱量，用於非明火加熱。

本裝置的優點在於：靠近燒嘴4的輻射管1直管段1a吸收的熱量更多，溫度也較高，輻射管1彎管段1b存在上下高度差，可以形成熱量的對流，溫度也較高，而遠離燒嘴4的輻射管1直管段1a缺少對流，換熱效果差，溫度比較低，安裝在輻射管1的低溫直管段1a的蓄熱組件14可以吸收熱量，雙螺旋翅片1401增大了換熱面積，提高了輻射管1低溫直管段1a的換熱效率，沿著輻射管1燃燒氣體流程方向的的熱量均勻分布，避免在燃燒氣體高溫以及沿程溫差應力的作用下，輻射管1發生變形和破損；輻射管1內的熱量分布均勻，提高了熱效率，燃燒更加充分，燃氣的用量減少，煙氣排放中的汙染物濃度降低；密封隔牆3起到隔絕熱量的作用，使得燒嘴4和空氣預熱器6工作更安全可靠；通過在輻射管1的兩伸出端安裝密封隔牆3，將位於上方和下方的兩殼體302通過外法蘭302a分別連接燒嘴4和空氣預熱器6，再將燒嘴4和空氣預熱器6經連接管13相連，能夠對傳統的輻射管1燃燒器進行改造，不需要將整個燃燒器替換，就可以用煙氣對空氣進行預熱，預熱後的空氣與燃氣混合燃燒時，減少了點火所需的熱量，更加節能，燃燒效率更高，燃燒更充分；在傳統的輻射管燃燒器的輻射管1伸出端上加裝空氣預熱器6，在輻射管1的低溫直管段1a內加裝首尾相連的雙螺旋翅片1401，可以提高燃燒效率，燃燒更充分，改造方便，便於推廣應用，不必拆除整個燃燒器，提高資源利用率。雙螺旋翅片式的蓄熱插件的使用可以顯著改善輻射管表面溫度分布的均勻性，因為芯塊增加了2倍以上的輻射管排煙端的換熱面積，增加了管壁與高溫氣體之間的對流換熱，提高熱氣流的流動性，從而加快了輻射管的升溫速率，加強輻射管內壁的熱量傳遞；還可以改善輻射管的燃燒工況，使空氣消耗係數維持在穩定範圍之間，同時降低了化學不完全燃燒度，提高了燃料的利用率。

實施例2

如圖9，與實施例1的不同之處在於，輻射管1為w形管。在w形輻射管1遠離燒嘴4的各直管段1a內均安裝蓄熱組件14，蓄熱組件14包括若干個首尾依次相連的雙螺旋翅片1401。

本發明並不局限於上述實施例，在本發明公開的技術方案的基礎上，本領域的技術人員根據所公開的技術內容，不需要創造性的勞動就可以對其中的一些技術特徵作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本發明的保護範圍內。