專利名稱:空煤氣雙預(yù)熱二次噴射式輻射管燒嘴換熱器及換熱方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及換熱裝置技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種與輻射管燒嘴配套使用的空氣和煤氣雙預(yù)熱換熱裝置和換熱方法。
背景技術(shù):
在物料加熱及金屬熱處理領(lǐng)域,為了避免火焰和產(chǎn)品直接接觸或者由于工藝對特殊氣氛的需求,采用輻射管進行間接加熱的方法已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。輻射管一般采用與之配套的輻射管燒嘴進行加熱,通常輻射管燒嘴由換熱器和主燒嘴兩部分組成。換熱器通過對自身煙氣的余熱回收來預(yù)熱助燃空氣,主燒嘴則通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計來組織空氣和煤氣燃燒,調(diào)節(jié)火焰形狀,控制輻射管表面溫度均勻性。隨著輻射管加熱技術(shù)的發(fā)展,在換熱器結(jié)構(gòu)的設(shè)計上,通常有以下幾種型式(I) 采用內(nèi)外雙翅片結(jié)構(gòu)的換熱器,即在換熱器內(nèi)側(cè)和外側(cè)同時添加翅片的結(jié)構(gòu)型式,或者是在換熱管表加麻面的方式來增強換熱效果。通常來講在正常工藝情況下,這種換熱器能將空氣預(yù)熱到400°C,換熱效率較差;(2)等行程噴流結(jié)構(gòu)換熱器,這種換熱器多采用噴流等行程結(jié)構(gòu)型式,即換熱器外管設(shè)置翅片管,內(nèi)管采用噴流結(jié)構(gòu)來提高換熱效果。在1000°C的煙氣溫度下,空氣能夠預(yù)熱到500°C以上,排煙溫度降到600°C以下,換熱效率較高。(3)采用卷吸回流結(jié)構(gòu)換熱器,這種換熱器通過添加煙氣卷吸回流裝置,將煙氣卷吸入助燃空氣中,在1000°C的煙氣溫度下,空氣預(yù)熱溫度能夠達(dá)到700°C,氮氧化物排放大幅度降低,熱效率很高。現(xiàn)有輻射管燒嘴換熱器在結(jié)構(gòu)設(shè)計上,都僅僅只考慮了對助燃空氣進行預(yù)熱,并未考慮對煤氣進行預(yù)熱,在現(xiàn)有輻射管的排煙溫度下(500-700°C ),完全能夠利用煙氣對煤氣進行預(yù)熱,實現(xiàn)輻射管燒嘴的空煤氣雙預(yù)熱。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷,提供一種空煤氣雙預(yù)熱二次噴射式輻射管燒嘴換熱器及換熱方法,采用直線型雙行程換熱,能夠在對空氣進行噴射換熱的同時對煤氣進行預(yù)熱,通過換熱結(jié)構(gòu)的集成即可實現(xiàn)輻射管燒嘴的空煤氣雙預(yù)熱。本發(fā)明為解決上述問題所采用的技術(shù)方案是
一種空煤氣雙預(yù)熱二次噴射式輻射管燒嘴換熱器,其特征在于主要包括由內(nèi)至外套設(shè)的煤氣導(dǎo)管、煤氣換熱管、煙氣導(dǎo)管;煤氣換熱管左端通過中間堵板與空氣導(dǎo)管連接;空氣導(dǎo)管往右依次連接翅片管和端頭堵頭;翅片管內(nèi)從外至內(nèi)套設(shè)多孔噴流管和中間導(dǎo)管;多孔噴流管由多段直線連接構(gòu)成,各段管壁沿軸向設(shè)置多圈周向均布通孔,且各段的一端在多孔噴流管和翅片管間由擋環(huán)封堵,另一端封閉固定在中間導(dǎo)管上;中間導(dǎo)管的左端連接倒L型空氣射流管,空氣射流管噴射口穿過空氣導(dǎo)管;煤氣進、出口管分別垂直穿過煙氣導(dǎo)管與煤氣換熱管連接,煤氣導(dǎo)管兩端封閉并固定在煤氣換熱管上;空氣進風(fēng)管為L型,豎直端垂直穿過煙氣導(dǎo)管、煤氣換熱管和煤氣導(dǎo)管,水平端水平穿過煤氣導(dǎo)管并連接在中間堵頭上。
按上述技術(shù)方案,煤氣換熱管和空氣導(dǎo)管直線從煙氣導(dǎo)管伸出,煙氣導(dǎo)管的右端設(shè)置與輻射管連接的異形法蘭,異形法蘭位于中間堵板附近。按照上述方案,多孔噴流管管壁軸向分層均布6-10圈周向均布2_3mm的通孔,通孔個數(shù)可根據(jù)噴流管直徑進行調(diào)整。按照上述方案,翅片換熱管為外翅片結(jié)構(gòu),翅片沿?fù)Q熱管管壁均勻布置,根據(jù)換熱管直徑每圈布置36-54個。按照上述方案,端頭堵頭與翅片換熱管固定;內(nèi)側(cè)設(shè)置將空氣導(dǎo)管和中間導(dǎo)管連通的空氣通道。按照上述方案,異形法蘭的上端法蘭盤短于下端法蘭盤,下端法蘭盤上設(shè)置支撐板,并同時設(shè)有與輻射管連接用的安裝孔,異形法蘭與煙氣導(dǎo)管固定。按照上述方案,煤氣導(dǎo)管兩端采用堵頭封閉;煤氣導(dǎo)管四周均布支撐架,并通過支·撐架與煤氣換熱管固定。按照上述方案,煤氣換熱管為不銹鋼光管結(jié)構(gòu),煤氣換熱管左側(cè)設(shè)有堵板;煤氣換熱管右端與空氣導(dǎo)管連接的中間堵板將右側(cè)分為空氣換熱空間、左側(cè)分為煤氣換熱空間。采用上述換熱器的換熱方法,其特征在于通過異形法蘭將換熱器與輻射管和主燒嘴連接,空氣導(dǎo)管和右端的翅片管和端頭堵頭均伸入輻射管的換熱器側(cè);翅片管與輻射管水平端的內(nèi)壁間形成空氣換熱側(cè)煙氣通道,空氣射流管豎直端外緣與輻射管外壁形間成煙氣回流通道,主燒嘴與輻射管內(nèi)壁形成助燃空氣與卷吸煙氣混合通道;
助燃空氣從空氣進風(fēng)管進入,進入中間導(dǎo)管與多孔噴流管間隙后從噴流管的通孔高速噴出到翅片管內(nèi)表面,與空氣換熱側(cè)煙氣通道的煙氣進行換熱,完成與煙氣的換熱后,經(jīng)過堵頭返回進入中間導(dǎo)管然后流入空氣射流管,并通過空氣射流管的噴流口高速噴出,利用噴射形成的負(fù)壓將煙氣從煙氣回流通道向下卷吸回流,之后通過助燃空氣與卷吸煙氣混合通道,然后進入輻射管助燃空氣導(dǎo)管,并通過助燃空氣導(dǎo)管和主燒嘴的空氣通道完成混合后進行燃燒;
煤氣從煤氣進口管進入后,經(jīng)過煤氣導(dǎo)管和煤氣換熱管間的狹窄環(huán)形換熱通道提速后,通過煤氣換熱管與煙氣導(dǎo)管內(nèi)側(cè)的煤氣換熱空間與煙氣進行換熱,換熱后的預(yù)熱煤氣則通過煤氣出口管送入主燒嘴進行燃燒;
燃燒所產(chǎn)生的煙氣則依次通過端頭堵頭的外側(cè)、空氣換熱側(cè)煙氣通道、空氣導(dǎo)管與輻射管間的空氣換熱空間、煤氣換熱管與煙氣導(dǎo)管間的煤氣換熱空間,依次完成與空氣和煤氣的換熱后從煙氣出口管排出。相對于現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明具有以下有益效果
1、采用一字型結(jié)構(gòu)換熱器設(shè)計,將空氣換熱器和煤氣換熱器排成直線結(jié)構(gòu),便于與輻射管結(jié)合,實現(xiàn)輻射管煙氣單行程上的空煤氣雙預(yù)熱;
2、空氣換熱器采用多孔射流管與翅片管結(jié)合使用的方式進行換熱,通過空氣對翅片管的聞速直噴射流,大幅的提聞了傳熱系數(shù),空氣預(yù)熱溫度可提聞近10CTC ;
3、采用空氣雙級噴流結(jié)構(gòu)設(shè)計,在多孔噴流管與翅片管間采用多空噴流進行一級射流預(yù)熱空氣;在空氣射流管處進行二級射流卷空氣,并利用噴射負(fù)壓卷吸煙氣進行再次燃燒,在提高預(yù)熱溫度的同時,降低了助燃空氣的氧含量,能夠有效降低氮氧化合物排放。
圖I為本發(fā)明換熱器的結(jié)構(gòu)示意 圖2為圖I的A-A剖視 圖3為本發(fā)明的換熱器與主燒嘴及輻射管配套使用的結(jié)構(gòu)示意圖(多孔噴流管與翅片管結(jié)合部分的局部視圖);
圖4為本發(fā)明的換熱器與主燒嘴及輻射管配套使用的結(jié)構(gòu)示意圖(W型輻射管的右側(cè)省略)。圖中I-堵頭,2-翅片管,3-擋環(huán),4-多孔噴流管,5-中間導(dǎo)管,6-空氣射流管,
7-空氣導(dǎo)管,8-中間堵板,9-異形法蘭,10-空氣進風(fēng)管,11-煙氣導(dǎo)管,12-煙氣出口管, 13-煤氣進口管,14-煤氣換熱管,15-煤氣導(dǎo)管,16-煤氣出口管,17-換熱器,18-輻射管,19-主燒嘴,20-空氣換熱側(cè)煙氣通道,21-煙氣回流通道,22-助燃空氣與卷吸煙氣混合通道。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式做進一步的說明。參見圖1-4,一種空煤氣雙預(yù)熱噴流管式輻射管燒嘴換熱器,能夠?qū)諝夂兔簹膺M行雙預(yù)熱、空氣雙噴流,結(jié)合有翅片管式換熱結(jié)構(gòu),具有雙行程。它包括堵頭1,采用導(dǎo)流形結(jié)構(gòu)設(shè)計,精密鑄造成型,通過連續(xù)密封焊接與翅片管2固定。翅片管2為耐熱鋼精密鑄造成型,外翅片結(jié)構(gòu)設(shè)計,翅片沿?fù)Q熱管管壁均勻布置,根據(jù)換熱管直徑調(diào)整每圈布置36-54個不等。翅片管2內(nèi)的多孔噴流管4為數(shù)控精加工成型,管壁表面沿軸向分層且每層均布地布置6-10圈2-3mm環(huán)孔,環(huán)孔個數(shù)可根據(jù)噴流管直徑進行調(diào)整。翅片管2之間采用連續(xù)密封焊接固定??諝馍淞鞴?呈倒L型彎頭,豎直端從空氣導(dǎo)管7豎直往下穿出,水平端往右與位于多孔噴流管4正中心的中間導(dǎo)管5焊接固定??諝馍淞鞴?采用數(shù)控精加工成型,通過對預(yù)熱空氣出口的精確控制確保合理的噴出流速。中間堵板8左右兩側(cè)分別與煤氣換熱管14和空氣導(dǎo)管7焊接固定,將換熱器整體分隔為環(huán)形通道狀的空氣換熱空間和煤氣換熱空間。異形法蘭9采用不銹鋼鋼板加工成型,異形法蘭9上設(shè)有支撐板,同時設(shè)有與輻射管18連接用安裝孔,異形法蘭9與煙氣導(dǎo)管11連續(xù)焊接固定在煙氣導(dǎo)管11的右端;煙氣導(dǎo)管11采用無縫鋼管加工成型,上面垂直設(shè)置煙氣出口管12、煤氣進出口管13和16以及空氣進風(fēng)管10,煙氣出口管12與煙氣導(dǎo)管11連續(xù)焊接固定,空氣進風(fēng)管10從煙氣導(dǎo)管11預(yù)留開孔穿入與中間堵板8連接;煤氣進口管13及煤氣出口管16從煙氣導(dǎo)管11預(yù)留開孔穿入分別與煤氣換熱管14垂直連接。煤氣換熱管14為不銹鋼光管結(jié)構(gòu),換熱管左右兩側(cè)均設(shè)有堵板。煤氣導(dǎo)管15位于煤氣換熱管14正中心,左右兩側(cè)均設(shè)有堵頭,四周均布支撐架,與煤氣換熱管14通過點焊固定,并在兩者之間形成狹窄環(huán)形換熱通道用于對煤氣進行提速,加快換熱??諝膺M風(fēng)管10呈L型,豎直端豎直向下依次穿過煙氣導(dǎo)管11、煤氣換熱管14和煤氣導(dǎo)管15,水平端水平穿過煤氣導(dǎo)管15右端的堵頭并連接在中間堵板8上。圖3給出了換熱器與主燒嘴及輻射管配套使用的結(jié)構(gòu)示意圖(多孔噴流管與翅片管結(jié)合部分的局部視圖);翅片管2與輻射管18內(nèi)壁形成煙氣通道,多孔噴流管4通過徑向環(huán)繞的擋環(huán)3的阻隔作用,在翅片管2與中間導(dǎo)管5之間形成多級換熱通道。輻射燃燒過后的煙氣沿翅片管2外壁與內(nèi)側(cè)空氣形成逆流。助燃空氣沿中間導(dǎo)管5與多孔噴流管4之間環(huán)縫流入,受到擋環(huán)3的阻隔,空氣通過多孔噴流管4的環(huán)孔徑向向外高速噴射到翅片管2內(nèi)表面,與翅片管2外側(cè)煙氣進行換熱,換熱完成后繼續(xù)往右進入下一級噴流管和翅片管,多孔噴流管4總共四級,長度逐級增加,換熱完成后,預(yù)熱空氣通過堵頭I的端蓋通道沿中間導(dǎo)管5返回,從空氣射流管6向下噴出。圖4給出了換熱器17與主燒嘴及輻射管配套使用的結(jié)構(gòu)示意圖,此圖中右側(cè)的W型輻射管省略;換熱器異形法蘭9與輻射管18換熱器側(cè)連接,主燒嘴19通過螺栓與輻射管18另一側(cè)連接。翅片管2與輻射管18水平端的內(nèi)壁間形成空氣換熱側(cè)煙氣通道20,空氣射流管6豎直端外緣與輻射管18外壁形間成煙氣回流通道21,主燒嘴19與輻射管18內(nèi)壁形成助燃空氣與卷吸煙氣混合通道22。進行換熱時,助燃空氣從空氣進風(fēng)管10進入,進入中間導(dǎo)管5與多孔噴流管4間隙后高速噴出到翅片管2內(nèi)表面,完成與煙氣的換熱后,經(jīng)過堵頭I返回進入中間導(dǎo)管5然后流入空氣射流管6,并通過空氣射流管6噴流口高速噴 出,利用噴射形成的負(fù)壓將煙氣從煙氣回流通道21向下卷吸回流,之后通過助燃空氣與卷吸煙氣混合通道22,然后進入輻射管18助燃空氣導(dǎo)管,并通過助燃空氣導(dǎo)管和主燒嘴19的空氣通道完成混合后進行燃燒。煤氣從煤氣進口管13進入后,經(jīng)過煤氣導(dǎo)管15和煤氣換熱管14間的狹窄環(huán)形換熱通道提速后,通過煤氣換熱管14與煙氣導(dǎo)管11內(nèi)側(cè)煙氣進行換熱,換熱后的預(yù)熱煤氣則通過煤氣出口管16送入主燒嘴19進行燃燒。燃燒所產(chǎn)生的煙氣則依次通過堵頭I的外側(cè)、翅片管2與輻射管18水平端的內(nèi)壁間形成空氣換熱側(cè)煙氣通道20、空氣導(dǎo)管7與輻射管18間的空氣換熱空間、煤氣換熱管14與煙氣導(dǎo)管11間的煤氣換熱空間,完成與空氣和煤氣的換熱后從煙氣出口管12排出。
權(quán)利要求
1.一種空煤氣雙預(yù)熱二次噴射式輻射管燒嘴換熱器,其特征在于主要包括由內(nèi)至外套設(shè)的煤氣導(dǎo)管、煤氣換熱管、煙氣導(dǎo)管;煤氣換熱管左端通過中間堵板與空氣導(dǎo)管連接;空氣導(dǎo)管往右依次連接翅片管和端頭堵頭;翅片管內(nèi)從外至內(nèi)套設(shè)多孔噴流管和中間導(dǎo)管;多孔噴流管由多段直線連接構(gòu)成,各段管壁沿軸向設(shè)置多圈周向均布通孔,且各段的一端在多孔噴流管和翅片管間由擋環(huán)封堵,另一端封閉固定在中間導(dǎo)管上;中間導(dǎo)管的左端連接倒L型空氣射流管,空氣射流管噴射口穿過空氣導(dǎo)管;煤氣進、出口管分別垂直穿過煙氣導(dǎo)管與煤氣換熱管連接,煤氣導(dǎo)管兩端封閉并固定在煤氣換熱管上;空氣進風(fēng)管為L型,豎直端垂直穿過煙氣導(dǎo)管、煤 氣換熱管和煤氣導(dǎo)管,水平端水平穿過煤氣導(dǎo)管并連接在中間堵頭上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輻射管燒嘴換熱器,其特征在于煤氣換熱管和空氣導(dǎo)管直線從煙氣導(dǎo)管伸出,煙氣導(dǎo)管的右端設(shè)置與輻射管連接的異形法蘭,異形法蘭位于中間堵板附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的輻射管燒嘴換熱器,其特征在于多孔噴流管管壁軸向分層均布6-10圈周向均布2-3_的通孔,通孔個數(shù)可根據(jù)噴流管直徑進行調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的輻射管燒嘴換熱器,其特征在于翅片換熱管為外翅片結(jié)構(gòu),翅片沿?fù)Q熱管管壁均勻布置,根據(jù)換熱管直徑每圈布置36-54個。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2或4所述的輻射管燒嘴換熱器,其特征在于端頭堵頭與翅片換熱管固定;內(nèi)側(cè)設(shè)置將空氣導(dǎo)管和中間導(dǎo)管連通的空氣通道。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輻射管燒嘴換熱器,其特征在于異形法蘭的上端法蘭盤短于下端法蘭盤,下端法蘭盤上設(shè)置支撐板,并同時設(shè)有與輻射管連接用的安裝孔,異形法蘭與煙氣導(dǎo)管連續(xù)固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2或4或6所述的輻射管燒嘴換熱器,其特征在于煤氣導(dǎo)管兩端采用堵頭封閉;煤氣導(dǎo)管四周均布支撐架,并通過支撐架與煤氣換熱管固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的輻射管燒嘴換熱器,其特征在于煤氣換熱管左側(cè)設(shè)有堵板;煤氣換熱管右端與空氣導(dǎo)管連接的中間堵板將右側(cè)分為空氣換熱空間、左側(cè)分為煤氣換熱空間。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的換熱器的換熱方法,其特征在于通過異形法蘭將換熱器與輻射管和主燒嘴連接,空氣導(dǎo)管和右端的翅片管和端頭堵頭均伸入輻射管的換熱器側(cè);翅片管與輻射管水平端的內(nèi)壁間形成空氣換熱側(cè)煙氣通道,空氣射流管豎直端外緣與輻射管外壁形間成煙氣回流通道,主燒嘴與輻射管內(nèi)壁形成助燃空氣與卷吸煙氣混合通道; 助燃空氣從空氣進風(fēng)管進入,進入中間導(dǎo)管與多孔噴流管間隙后從噴流管的通孔高速噴出到翅片管內(nèi)表面,與空氣換熱側(cè)煙氣通道的煙氣進行換熱,完成與煙氣的換熱后,經(jīng)過堵頭返回進入中間導(dǎo)管然后流入空氣射流管,并通過空氣射流管的噴流口高速噴出,利用噴射形成的負(fù)壓將煙氣從煙氣回流通道向下卷吸回流,之后通過助燃空氣與卷吸煙氣混合通道,然后進入輻射管助燃空氣導(dǎo)管,并通過助燃空氣導(dǎo)管和主燒嘴的空氣通道完成混合后進行燃燒; 煤氣從煤氣進口管進入后,經(jīng)過煤氣導(dǎo)管和煤氣換熱管間的狹窄環(huán)形換熱通道提速后,通過煤氣換熱管與煙氣導(dǎo)管內(nèi)側(cè)的煤氣換熱空間與煙氣進行換熱,換熱后的預(yù)熱煤氣則通過煤氣出口管送入主燒嘴進行燃燒; 燃燒所產(chǎn)生的煙氣則依次通過端頭堵頭的外側(cè)、空氣換熱側(cè)煙氣通道、空氣導(dǎo)管與輻 射管間的空氣換熱空間、煤氣換熱管與煙氣導(dǎo)管間的煤氣換熱空間,依次完成與空氣和煤氣的換熱后從煙氣出口管排出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種空煤氣雙預(yù)熱二次噴射式輻射管燒嘴換熱器及換熱方法,煤氣換熱管左端通過中間堵板與空氣導(dǎo)管連接;空氣導(dǎo)管往右依次連接翅片管和端頭堵頭;翅片管內(nèi)從外至內(nèi)套設(shè)多孔噴流管和中間導(dǎo)管;中間導(dǎo)管的左端連接倒L型空氣射流管,空氣射流管噴射口穿過空氣導(dǎo)管;煤氣進、出口管分別垂直穿過煙氣導(dǎo)管與煤氣換熱管連接,煤氣導(dǎo)管兩端封閉并固定在煤氣換熱管上;空氣進風(fēng)管豎直端垂直穿過煙氣導(dǎo)管、煤氣換熱管和煤氣導(dǎo)管,水平端水平穿過煤氣導(dǎo)管并連接在中間堵頭上。采用直線型雙行程換熱,多孔射流管與翅片管結(jié)合雙級噴流結(jié)構(gòu),能夠在對空氣進行噴射換熱的同時對煤氣進行預(yù)熱。
文檔編號F23L15/00GK102759107SQ201210267069
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者徐少春, 沈小軍, 鄭劍輝, 高陽 申請人:中冶南方(武漢)威仕工業(yè)爐有限公司