CN101737948A

CN101737948A - 一种喷流式高温气体发生器

Info

Publication number: CN101737948A
Application number: CN200810202982A
Authority: CN
Inventors: 朱彤; 李渊; 王海; 李志茂; 姚钰锋
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2010-06-16

Abstract

本发明涉及一种喷流式高温气体发生器，该发生器由高温电炉、不同直径的内管、外管组成。所述的内管与外管同轴设置，内管一端封闭，且内管侧壁上设有许多小孔；外管置于高温电炉中。气体从内管一端进入加热器，通过内管上的小孔喷向外管，外管被电加热器加热，使气体达到所需的高温。与现有技术相比，本发明具有结构简单，换热效率高，气体可以被加热到很高的温度，而外管壁温不致过高等优点。

Description

一种喷流式高温气体发生器

技术领域

本发明涉及一种高温气体的工业加热装置，尤其涉及一种利用射流冲击技术强化换热的喷流式高温气体发生器。

背景技术

喷流式换热器又称喷流预热器，是利用射流冲击技术，将气体由内管上的小孔高速喷出，对高温外管进行冲击，由于行程短，在冲击驻点区附近形成很薄的边界层，因而具有极高的传热效率，其换热系数要比通常的对流换热高出几倍甚至一个数量级。目前，喷流式换热器主要用于对工业炉窑尾部的烟气余热进行回收，可以显著提高炉窑的热效率。在此情况下，由于外管外侧流动的是高温烟气(对外喷型换热器而言)，二者换热仍然利用对流换热和很有限的辐射换热方式，因此尽管外管内侧采用了喷流式换热，但是综合传热系数受限于烟气侧对流换热表面传热系数小而提高不大。

另外，在工业生产和科研活动中经常需要将气体加热至很高的温度，传统的加热方法往往不能满足需求。因为传统加热方式的传热系数相对较小，在传热面积有限的情况下，会导致传热温差加大，从而出现为了达到很高的气体温度，不得不提高加热面的表面温度。这为加热面材料的选择带来了困难，或者导致加热面短时间内被损坏。尤其是单位质量热容量相对较小的气体，欲加热的温度越高，实现越困难。

采用电加热方式的高温气体发生器已有很多成型的产品，但是尚没有能将气体加热到1000℃以上的高温气体发生器。目前，尚未见到采用电加热和喷流方式结合高温气体发生器的专利或具体应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，而提供一种提高气体加热装置的可靠性，提高加热最高温度的喷流式高温气体发生器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种喷流式高温气体发生器，其特征在于，该发生器包括高温电炉、不同直径的内管、外管。所述的内管与外管同轴设置，内管一端封闭，且内管侧壁上设有许多小孔；外管置于高温电炉中。气体从内管一端进入，通过内管上的小孔喷向外管，外管被高温电炉的电加热元件加热，使气体达到所需的高温。

所述的发生器根据所需加热到的温度高低可分为多段发生器串联，每段发生器的外管内沿轴向设置多个彼此串联设置的独立内管形成多级内管。

所述的许多小孔均匀分布在内管的侧壁上。

所述的内管侧壁上的小孔分布区域与所述的高温电炉加热区相对应，而在非小孔分布区域所对应的高温电炉没有加热元件。

所述的内管和外管可以为带有螺纹或翅片的强化换热金属管。

本发明的高温气体发生器具有结构简单，换热效率高，气体可以被加热到很高的温度，而加热面的温度不致过高等特点。

与现有技术相比，本发明高温气体发生器采用了电加热的方式，由于电热元件的温度很高，辐射换热系数远远大于普通的尾部烟道中的烟气对流换热系数，且由于采用了喷流强化换热技术，因而综合传热系数大大提高，提高了加热气体的最高温度。这样，应用于加热高温气体时，所需要的受热面减小，设备尺寸更加紧凑。同时，由于采用喷流方式强化气侧传热，从而加热面更加接近气体的温度，有效地保护了外管加热面不至超温损坏，提高了设备的可靠性，延长了使用寿命。

另外，多段多级式的设计方式(作为本发明的拓展，其基本原理仍然是喷流式高温气体发生器。)更强化了使用效果。低温段与高温段可采用不同的内管结构形式。低温段宜采用较大的气体喷射速度，以强化传热。根据实际的气体流量，可以采用减小开孔率或者增加级数的方式。高温段主要考虑其工作的稳定性，降低高温射流对外管的破坏和氧化烧损，气体喷射的速度不应太大，宜多开孔且沿周向布置均匀，保护外管不至超温损坏。

附图说明

图1为本发明实施例1的喷流式高温气体发生器的结构示意图；

图2为本发明实施例2的喷流式高温气体发生器的结构示意图；

图3为图2中低温加热段和高温加热段的喷流换热器的结构示意图。

其中：1为流量计、2为调节阀门、3为低温加热段、4为保温层、5为耐火层、6为喷流换热器内管、7为喷流换热器外管、8为高温加热段、9为加热元件、10为低、高温段连接管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种喷流式高温气体发生器，该发生器包括同轴设置的不同直径的内管6和外管7，内管6一端封闭，且内管6侧壁上设有许多小孔，空气由鼓风机流经流量计1与调节阀门2从内管6一端进入，通过内管6上的小孔喷向外管7，外管7置于高温加热器内，电加热元件9设置于外管7外侧，外管7被电加热器加热，使气体达到所需的高温。所述的许多小孔均匀分布在内管的侧壁上，小孔的数量根据内管的表面积大小以及管内气流流量大小确定，包括10～10000个。

实施例2

如图2～3所示，一种喷流式高温气体发生器，该发生器在高温电炉中放置喷流式换热器，采用射流冲击技术强化换热，所述的发生器由不同直径的内管6和外管7及高温加热器组成，所述的内管6与外管7同轴设置，内管6一端封闭，且内管6侧壁上设有许多小孔，气体从内管6一端进入，通过内管6上的小孔喷向外管7，外管7置于加热器内，电加热元件9设置于外管7外侧，外管7被电加热器加热，使气体达到所需的高温。根据温度的高低，加热器分为两段：低温加热段3和高温加热段8，低温加热段3加热器的外管内沿轴向设置两个独立内管，连接方式为串联。

空气由鼓风机流经流量计1与调节阀门2依次进入低温加热段3与高温加热段8。加热段由保温层4、耐火层5、内管6、外管7、电加热元件9组成。空气由内管6的小孔喷出，冲击外管7进行喷流换热。低温加热段3的外管7内布置两级内管，提高其喷流速度，气体由外管7向下游流向高温加热段8。连接管10也应敷设耐火及保温层。高温段采用一级加热，并适当提高开孔率以降低喷流速度，最后加热气体由高温加热段外管流出。

内管和外管可使用多种强化换热管，如带有螺纹的金属管、带有翅片的金属管等。整个加热装置可以根据需要，依据温度高低分为多段，每段的外管内又可沿轴向布置多个独立内管形成多级。多段加热器包括1～5段，多级内管包括1～5级。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种喷流式高温气体发生器，其特征在于，该发生器包括高温电炉、不同直径的内管、外管，所述的内管与外管同轴设置，内管一端封闭，且内管侧壁上设有许多小孔；外管置于高温电炉中，气体从内管一端进入，通过内管上的小孔喷向外管，外管被高温电炉的电加热元件加热，使气体达到所需的高温。

2.根据权利要求1所述的一种喷流式高温气体发生器，其特征在于，所述的发生器根据所需加热到的温度高低分为多段发生器串联，每段发生器的外管内沿轴向设置多个彼此串联设置的独立内管形成多级内管。

3.根据权利要求1所述的一种喷流式高温气体发生器，其特征在于，所述的许多小孔均匀分布在内管的侧壁上。

4.根据权利要求1所述的一种喷流式高温气体发生器，其特征在于，所述的内管侧壁上的小孔分布区域与所述的高温电炉加热区相对应，而在非小孔分布区域所对应的高温电炉没有加热元件。

5.根据权利要求1所述的一种喷流式高温气体发生器，其特征在于，所述的内管和外管为带有螺纹或翅片的强化换热金属管。