CN101900324B - 大气式燃气辐射加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大气式燃气辐射加热装置，它由燃烧器、石英玻璃辐射管和点火器构成，燃烧器包括喷嘴、引射管和燃烧器头部。燃烧器头部由同心的内管和外管构成，内管和外管之间的环带一端封闭，引射管与所述环带连通。内管封闭环带所在端为二次空气入口，内管另一端设有内火盖，外管对应端设有外火盖，内火盖和外火盖之间形成火孔。在内管中设有二次空气调节装置。本发明结构简单，安装方便，制造及维修成本低，燃烧强度高，使用寿命长，燃烧器负荷调节比大，能较大程度的满足不同的加热功率需要，可广泛用于钢铁、石油化工、机械、建材、锅炉和垃圾焚烧等行业工业窑炉上。

Description

大气式燃气辐射加热装置

技术领域

本发明涉及一种大气式燃气辐射加热装置，它可广泛用于使用燃气的机械制造、材料制造等领域的加热工艺及干燥工艺，也可在钢铁及机械行业内需要保护性气氛的工业炉上使用，属于燃气燃烧与应用工程技术领域。

背景技术

燃气辐射管是一种燃烧气体燃料的加热装置。利用燃气辐射管作为加热装置，在经济上是比较合理，能源利用效率高，且环境污染小。辐射管管体多采用耐热钢离心铸造管，也有采用轧材和高温陶瓷材料的，而辐射管燃烧器供风方式可分为鼓风式、吸风式、抽吸式和抽鼓式。随着工业加热要求的不断提高，辐射管在工作过程中，还存在一些问题：

(1)辐射管的寿命短

当炉膛温度比较高时,耐热铸钢已不能满足工艺的要求,需选用其它材质来制造辐射管。另外，金属辐射管由于管体表面的温度不均匀性，容易变形；且高温火焰以及燃气-空气混合燃烧的产物长时间对辐射管的冲刷会造成管体腐蚀，这些因素都影响燃气辐射管的使用寿命及使用效果。

(2)辐射管内空气/燃气的混合需要电能，且空气/燃气混合比例不易控制

常规的辐射管是将燃气/空气通过强制预混的方式在燃烧室内混合燃烧后通过高温烟气将辐射管加热的，这样会需要专门的空气供给系统且消耗电力，而燃气/空气的混合比则需要用专门的控制装置进行控制，负荷调节比很小。

(3)辐射管热效率不高

常规的辐射管的黑度较低，为提高效率，经常采用在金属管表面涂刷辐射涂料的方法来增加辐射管的黑度，设备长时间运行后会出现表面涂料脱落的问题，给生产增加成本且带来不便。

(4)污染物排放含量高

由于常规辐射管内火焰温度可达到1500℃，这将造成NO_x的大量生成，并且CO排放含量在燃烧控制不当的情况下极易超标。

(5)安装不方便

常规的加热用燃气辐射管，有的为一体式结构，有的为分体式结构。当一体式结构其中任何设备出现损坏时，不能进行更换维修。对于分体式结构，燃烧器与辐射管的连接复杂，经常出现燃烧器偏心的问题。因为燃料是在辐射管的限制空间内燃烧，当燃烧器偏心时，将使周向温度分布不均，使火焰直接冲刷管壁造成局部温度过高，缩短其使用寿命。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、燃烧强度高、辐射效率高、使用寿命长、维护费用低、负荷调节比大、污染物排放含量低的工业用大气式燃气辐射加热装置。

本发明解决技术问题的技术手段是这样实现的：大气式燃气辐射加热装置，它由燃烧器、辐射管和点火器三大部分构成，其中燃烧器包括喷嘴、引射管和燃烧器头部，喷嘴从引射管一端插入，喷嘴外壁与引射管内壁间形成一次空气入口，辐射管与燃烧器头部连接。本发明的辐射管采用石英玻璃；燃烧器头部由同心的内管和外管构成，内管和外管之间的环带一端封闭，引射管另一端与所述环带连通。内管封闭环带所在端为二次空气入口，内管另一端设有内火盖，外管对应端设有外火盖，内火盖和外火盖之间形成火孔；在内管中设有二次空气调节装置，二次空气调节装置由调节螺柱和锥形调节帽构成，调节帽安装在调节螺柱一端并位于辐射管内靠近内管端，螺柱另一端与固定在内管二次空气入口处的螺母连接。

所述火孔进口处设有防回火用金属网。

在外火盖的凸沿上设有环形槽，辐射管通过环形槽安装在外火盖上实现与燃烧器头部的连接。

在辐射管尾端设有加强烟气扰动的具有螺旋结构的插入物。

在喷嘴上位于引射管外套设有一次空气调风板，一次空气调风板上设有滑块，喷嘴外壁上设有轴向的滑槽，滑块位于滑槽内并可带动一次空气调风板沿滑槽滑动。

所述点火器包括点火针、火焰探针和点火总成，点火针和火焰探针分别与点火总成连接，在内火盖上设有两个孔，点火针和火焰探针分别放入其中一个孔中。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1．采用石英玻璃管作为辐射管，黑度高，辐射能力强；

2．在燃烧器内加入二次空气调节装置，加强二次空气与燃气的混合程度，降低了过剩空气系数， CO排放含量低的同时，提高了燃料利用率；

3．火盖下方布置多孔金属网，在小负荷下有效防止回火，燃烧火焰稳定，可明显提高燃烧器的负荷调节比；

4．辐射管尾部加入螺旋结构插入物，可进一步提高辐射管热效率，并且减轻了NO_x等有害产物的排放；

5．燃烧器与辐射管连接简单，不会出现燃烧器偏心的问题，周向温度分布均匀，有利于提高产品使用寿命。

总之，本发明结构简单，安装方便，制造及维修成本低，燃烧强度高，使用寿命长，燃烧器负荷调节比大，能较大程度的满足不同的加热功率需要，可广泛用于钢铁、石油化工、机械、建材、锅炉和垃圾焚烧等行业工业窑炉上。加热炉或工业加热装置采用本发明，将大大降低运行成本，节能环保。

附图说明

图1-本发明结构示意图。

图2-辐射管尾端及插入物剖面图。

图3-燃烧器引射管及底座俯视图。

图4-燃烧器内火盖俯视图。

图5-图4的A-A、B-B剖面图。（A-A、B-B剖面图一样）

图6-燃烧器外火盖剖面图。

图7-二次空气调节装置剖面图。

其中，1-内火盖；2-外火盖；3-火孔；4-点火针；5-火焰探针；6-燃烧器头部；7-二次空气入口；8-二次空气调节装置；9-引射管；10-一次空气入口；11-一次空气调风板；12-喷嘴；13-辐射管；14-环形槽；15-底座；16-螺孔；17-螺母；18-金属网；19-点火总成；20-插入物；21-内管；22-外管；23-调节螺柱；24-调节帽；25-孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参见图1，从图上可以看出，本发明大气式燃气辐射加热装置，它由燃烧器、辐射管13和点火器三大部分构成，其中燃烧器主要由喷嘴12、引射管9和燃烧器头部6构成。喷嘴12从引射管9一端插入，喷嘴12外壁与引射管9内壁间形成一次空气入口10。辐射管13下端与燃烧器头部6连接，上端用管卡固定于炉壁上。本发明燃烧器头部6由同心且等高的内管21和外管22构成，内管21和外管22之间的环带一端封闭，引射管9另一端螺纹连接在外管22上且与所述环带连通。内管21封闭环带所在端（图1下端）为二次空气入口7，内管21另一端设有内火盖1，外管22对应端设有外火盖2，内火盖1和外火盖2之间形成火孔3。在内管21中设有二次空气调节装置8，二次空气调节装置8由调节螺柱23和锥形调节帽24构成，见图7，调节帽24安装在调节螺柱23一端并位于辐射管13内靠近内管端，螺柱23另一端与固定在内管二次空气入口处的螺母17连接。锥形调节帽24的锥度约为40度，直径为辐射管直径的1/2左右，调节螺柱23上自下至上有一定长度螺纹，且长度不小于该装置总高度的1/2。

针对燃烧器低负荷下极易出现回火、燃烧状况不稳定的现象，本发明在火孔3进口处设有防回火用多孔金属网18，增大了燃烧器的负荷调节比。

在外火盖2的凸沿上设有环形槽14，辐射管13通过环形槽14安装在外火盖2上，见图1和图6。本发明安装方便，使用时直接将辐射管13套装在外火盖上的环形槽14内即实现与燃烧器头部的连接，不会出现燃烧器偏心的问题。辐射管与燃烧器采用分体设计，当任一设备运行出现故障，不必对其整体进行更换，减少了维修成本。

在辐射管13尾端设有具有螺旋结构的插入物20，见图2，加强了烟气扰动，强化烟气与辐射管表面的对流换热系数，较好的控制了空气消耗系数，提高辐射管效率。于此同时，对抑制NO_x的生成有很好的效果。当采用的插入物材料黑度越高，对提高热效率的效果会更加明显。

在喷嘴12上位于引射管外套设有一次空气调风板11，一次空气调风板上设有滑块，喷嘴外壁上设有轴向的滑槽，滑块位于滑槽内并可带动一次空气调风板沿滑槽滑动，见图1。

所述点火器包括点火针4、火焰探针5和点火总成19，点火针4和火焰探针5分别与点火总成19连接，点火总成完成点火和熄火保护功能。当燃气进气阀门开启，点火针自动点火，火焰偶然熄灭，进气阀关闭，保证了生产的安全性。见图4和图5，在内火盖1上设有两个相邻的孔25，点火针4和火焰探针5分别放入其中一个孔25中。

本发明的辐射管13材质为石英玻璃，其具有一系列优良的物理、化学性能：耐高温，可在1100℃下长时间使用，短时间最高使用温度可达1450℃；耐腐蚀、热稳定性好，热膨胀系数极小，能承受剧烈的温度变化；黑度高达0.90以上，同样温度下比其他辐射材料的黑度高，克服了涂刷辐射材料容易脱落的问题。石英辐射管使用寿命长，将大大降低生产及运行成本。

图3所述的燃烧器的底座15上开有螺孔16，便于与其他装置连接。

本发明在受限的燃烧空间中采用了大气式燃气燃烧方式，并在燃烧器上加入二次空气调节装置，改变了进入燃烧室的二次空气的流向，优化辐射管内燃气空气的混合，有效改善燃烧工况。热负荷增大时,将该装置向上调高，反之将其调低，并且可根据具体的辐射管表面温度均匀性需要，调整该装置的高度，使辐射管内燃料气体与空气混合强度适当，以获得合适长度的火焰。二次空气调节装置的设置，可使燃烧器在更大负荷范围内运行。整个燃烧调节过程中，空气消耗系数较小且相对稳定，火焰稳定性良好，并且在频繁开关时，不会产生回火或严重积炭的情况。

本发明工作过程：

燃气以一定压力自燃气管进入喷嘴12，高速喷射进入引射管9，同时靠本身的能量通过一次空气入口10获取燃气燃烧所需的一次空气，形成燃气/空气混合物。在一次空气入口10外面安装有一次空气调风板11，通过其前后移动来改变一次空气吸入量。燃气/空气混合物在引射管9内扩压，进入燃烧器头部6，穿过一层多孔金属网18从火孔3喷出，在点火针4的点燃下开始部分预混燃烧。由于燃烧室内的负压对二次空气具有抽吸力，使大气从燃烧器头部6中心的二次空气入口7进入，并在二次空气调节装置8的调节下，与剩余的燃空混合物进行二次燃烧，此时燃烧产生的高温烟气流经石英玻璃辐射管13，并以辐射和对流的方式将热量传递给辐射管，在辐射管尾端被螺旋式插入物20扰动。烟气在加热插入物的同时，增强了与管壁的对流换热，进而通过辐射管的外壁对炉内物料进行辐射加热。

本发明中大气式燃烧器是在辐射管内燃烧，通过受热的辐射管表面以辐射为主将热量传给加热工件或物体，燃烧产物不直接与被加热物体接触，不会造成燃烧气氛污染或影响产品质量。炉内气氛及加热温度便于控制和调节，特别是用于产品质量要求高的加热处理。

本发明不局限以上的实施方式，辐射管的形状和结构形式可是为：直通型、套管型、U型、W型、P型、O型、三叉型等。辐射管尾端的插入物，其形状、材质及长度等根据具体情况实施。

Claims (6)

1.大气式燃气辐射加热装置，它由燃烧器、辐射管（13）和点火器三大部分构成，其中燃烧器包括喷嘴（12）、引射管（9）和燃烧器头部（6），喷嘴（12）从引射管（9）一端插入，喷嘴（12）外壁与引射管（9）内壁间形成一次空气入口（10），辐射管（13）与燃烧器头部（6）连接，其特征在于：所述辐射管（13）为石英玻璃辐射管；燃烧器头部（6）由同心的内管（21）和外管（22）构成，内管和外管之间的环带一端封闭，引射管另一端与所述环带连通；内管（21）封闭环带所在端为二次空气入口（7），内管（21）另一端设有内火盖（1），外管（22）对应端设有外火盖（2），内火盖（1）和外火盖（2）之间形成火孔（3）；在内管（21）中设有二次空气调节装置（8），二次空气调节装置（8）由调节螺柱（23）和锥形调节帽（24）构成，调节帽（24）安装在调节螺柱（23）一端并位于辐射管（13）内靠近内管端，调节螺柱（23）另一端与固定在内管二次空气入口处的螺母（17）连接。

2.根据权利要求1所述的大气式燃气辐射加热装置，其特征在于：所述火孔（3）进口处设有防回火用金属网（18）。

3.根据权利要求1所述的大气式燃气辐射加热装置，其特征在于：在外火盖（2）的凸沿上设有环形槽（14），辐射管（13）通过环形槽（14）安装在外火盖（2）上实现与燃烧器头部的连接。

4.根据权利要求1所述的大气式燃气辐射加热装置，其特征在于：在辐射管（13）尾端设有加强烟气扰动的具有螺旋结构的插入物（20）。

5.根据权利要求1所述的大气式燃气辐射加热装置，其特征在于：在喷嘴（12）上位于引射管（9）外套设有一次空气调风板（11），一次空气调风板上设有滑块，喷嘴外壁上设有轴向的滑槽，滑块位于滑槽内并可带动一次空气调风板沿滑槽滑动。

6.根据权利要求1所述的大气式燃气辐射加热装置，其特征在于：所述点火器包括点火针（4）、火焰探针（5）和点火总成（19），点火针（4）和火焰探针（5）分别与点火总成（19）连接，在内火盖（1）上设有两个孔（25），点火针（4）和火焰探针（5）分别放入其中一个孔（25）中。

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