CN102219351B - 节能炉窑 - Google Patents

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Abstract

本发明节能炉窑涉及一种加热炉窑。其目的是为了提供一种结构简单、辐射率高、节能效果好、使用寿命长的节能炉窑。本发明节能炉窑，其中加热炉膛的顶壁和侧壁上固定连接有若干节能锥，所述节能锥包括基体，所述基体具有平行的上表面与下表面，以及上表面与下表面之间的侧表面，所述上表面上向下开设有辐射腔，所述侧表面的横截面为圆形或椭圆形，所述上表面、侧表面和辐射腔的内壁上，以及炉膛的内壁上涂覆有高温高辐射率涂料，所述辐射腔的开口朝向炉膛内加热工件的区域。

Description

节能炉窑
技术领域
本发明涉及一种加热炉窑，特别是涉及一种在炉窑上安装有节能装置的加热炉窑。
背景技术
为了提高工业加热炉窑的热效率，各国科技工作者进行了卓有成效的探索，据英国《玻璃》NO.10.1992报道，Didier Fomital蜂窝状耐火砖在玻璃池窑顶使用，通过增大炉膛面积来强化传热，理论上可实现节能5～8％。但此砖不能调控热射线，热射线不能直接射向被加热工件，节能率也不高；《实用节能技术》一书(上海科学技术出版社1993年4月)所述，日本川崎钢铁公司水岛厂在轧钢加热炉上“改变传热方式的装置”，将部分对流传热转换为辐射传热，以提高传热效率，使加热炉节能5％左右，但这种办法达到传热面积增加不大，不能调控热射线，也未能提高发射率；《红外与毫米学报》1993.12刊登“高发射率节能涂料及其应用”一文，采取通过红外喷涂炉膛来节能，因这种办法无法调控热射线，也没有增加传热面积，节能效果5～10％左右，使用寿命在5～12月之间。专利号ZL94236755.3的“强辐射传热节能工业炉”，虽然解决了增大传热面积、提高发射率、可以调控热射线，节能率达到15～20％，但其实施方式复杂，施工难度大，施工时间过长，遇到较硬的耐火材料因无法打孔而无法施工等，应用受到很大限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、辐射率高、节能效果好、使用寿命长的节能炉窑。
本发明节能炉窑，其中加热炉膛的顶壁和侧壁上固定连接有若干节能锥，所述节能锥包括基体，所述基体具有平行的上表面与下表面，以及上表面与下表面之间的侧表面，所述上表面上向下开设有辐射腔，所述侧表面的横截面为圆形或椭圆形，所述上表面、侧表面和辐射腔的内壁上，以及炉膛的内壁上涂覆有高温高辐射率涂料，所述辐射腔的开口朝向炉膛内加热工件的区域。
本发明节能炉窑，其中所述辐射腔腔体的横截面为圆形、椭圆形、矩形、菱形或多边形。
本发明节能炉窑，其中所述辐射腔腔体的横截面的面积由上之下逐渐增大或减小。
本发明节能炉窑，其中所述侧表面上均匀设置有若干连接上表面和下表面的凸起，所述凸起的横截面为扇形，所述凸起的外表面上涂覆有高温高辐射率涂料。
本发明节能炉窑，其中所述基体的材料为耐火材料、陶瓷材料、陶瓷纤维或不锈钢材料。
本发明节能炉窑，其中所述高温高辐射率涂料由以下方法制成：
A、按各组分的重量配比称重备料，
碳化硅50～500份
氧化铝100～500份
氧化铁10～150份
氧化锆1～50份
氧化锰0～50份
氧化镧0～15份
氧化铈0～50份
膨润土0～90份
耐火粘土0～200份
钛白粉0～200份
硅溶胶120～500份
水玻璃0～50份
羧甲基纤维素0～50份
其中硅溶胶、水玻璃和羧甲基纤维素作为溶剂备用；
B、将其他原料混合后在1200～1400℃高温烧结2～4小时，将烧结所得物进行纳米级超细化磨，将材料的粒径处理成2～100nm；
C、将细化处理好的材料按比例与溶剂混合，用三辊机充分分散均匀，制成粘稠状悬浮液体，得到高温高辐射率涂料。
本发明节能炉窑，其中所述高温高辐射率涂料的厚度为0.02～2mm。
本发明节能炉窑，其中所述节能锥的下表面通过粘接的方式固定连接在炉膛的内壁上。
本发明节能炉窑，其中所述节能锥依次串联在陶瓷杆上，所述陶瓷杆的两端固定连接在炉膛的内壁上。
本发明节能炉窑，其中所述炉膛的底壁和炉门上固定连接有所述若干节能锥。
本发明节能炉窑与现有技术不同之处在于本发明节能炉窑的炉膛内壁上固定连接有若干节能锥，节能锥具有特有的几何形状，能够提高炉膛内部伸展度，增大传热面积一倍以上；同时节能锥和炉膛内壁以其表面上涂覆的高温高辐射率涂料吸收漫射和散射热射线，发射率在0.93～0.96之间，使之从无序到有序，形成的热射线束有效地、集中地直接射向被加热工件，提高了热效率10～20％，提高生产效率15～25％，同时还可节约能源20～35％，使用寿命达到5年。
下面结合附图对本发明的节能炉窑作进一步说明。
附图说明
图1为本发明节能炉窑的主视剖视图；
图2为本发明节能炉窑的立体结构示意图；
图3a为本发明节能炉窑中节能锥第一种实施方式的主视剖视图；
图3b为本发明节能炉窑中节能锥第一种实施方式的俯视图；
图4a为本发明节能炉窑中节能锥第二种实施方式的主视剖视图；
图4b为本发明节能炉窑中节能锥第二种实施方式的俯视图；
图5a为本发明节能炉窑中节能锥第三种实施方式的主视剖视图；
图5b为本发明节能炉窑中节能锥第三种实施方式的俯视图；
图6a为本发明节能炉窑中节能锥第四种实施方式的主视剖视图；
图6b为本发明节能炉窑中节能锥第四种实施方式的俯视图；
图7a为本发明节能炉窑中节能锥第五种实施方式的主视剖视图；
图7b为本发明节能炉窑中节能锥第五种实施方式的俯视图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明节能炉窑的加热炉膛的顶壁6和侧壁7上采用粘接的方式固定连接有若干节能锥8，结合图3a和图3b所示，节能锥的包括大体呈圆台形的基体1，基体1具有平行的上表面2与下表面，以及上表面2与下表面之间的侧表面3，上表面2上向下开设有辐射腔4，辐射腔4为上小下大圆台形，上表面2、侧表面3和辐射腔4的内壁上，以及炉膛的内壁上涂覆有高温高辐射率涂料，辐射腔4的开口都朝向炉膛内加热工件的区域。
对于节能锥8的安装方式，还可以采用其他方式，例如将节能锥8串联在一根陶瓷杆上，在将陶瓷杆的两端固定连接在炉膛的内壁上。
如图4a和图4b所示，本发明节能炉窑中节能锥的第二种实施方式中的基体1也为圆台形，辐射腔4为上大下小的圆台形。
如图5a和图5b所示，本发明节能锥的第三种实施方式中的基体1也为圆台形，辐射腔4为圆柱形。
如图6a和图6b所示，本发明节能锥的第四种实施方式中的基体1为椭圆柱形，辐射腔4也为椭圆柱形。
如图7a和图7b所示，本发明节能锥的第五种实施方式中的基体1为圆柱形，辐射腔4也为圆柱形。侧表面3上均匀设置有若干连接上表面2和下表面的凸起5，凸起5的横截面为扇形，凸起5与基体1一体加工成型，凸起5的外表面上涂覆有高温高辐射率涂料。
上述几种实施方式中的基体材料为耐火材料、陶瓷材料、陶瓷纤维或不锈钢材料，根据所应用加热炉窑的温度来选择不同的材料。上述实施方式中高温高辐射率涂料可以采用以下几种方式获得。
第一种制备方法：
A、按各组分的重量配比称重备料，
碳化硅300份
棕刚玉(Al2O3)200份
氧化铁110份
氧化锆10份
氧化铈50份
膨润土90份
耐火粘土120份
硅溶胶200份
羧甲基纤维素10份
其中硅溶胶和羧甲基纤维素作为溶剂备用；
B、将其他原料混合后在1200℃高温烧结4小时，将烧结所得物进行纳米级超细化磨，将材料的粒径处理成2～100nm；
C、将细化处理好的材料按比例与溶剂混合，用三辊机充分分散均匀，制成粘稠状悬浮液体，得到微纳米超细粉高温高辐射率涂料。
第二种制备方法：
A、按各组分的重量配比称重备料，
碳化硅200份
棕刚玉(Al2O3)500份
氧化铁100份
氧化锆20份
氧化锰50份
氧化镧15份
耐火粘土200份
钛白粉200份
硅溶胶450份
羧甲基纤维素50份
其中硅溶胶和羧甲基纤维素作为溶剂备用；
B、将其他原料混合后在1400℃高温烧结2小时，将烧结所得物进行纳米级超细化磨，将材料的粒径处理成2～100nm；
C、将细化处理好的材料按比例与溶剂混合，用三辊机充分分散均匀，制成粘稠状悬浮液体，得到微纳米超细粉高温高辐射率涂料。
第三种制备方法：
A、按各组分的重量配比称重备料，
碳化硅160份
棕刚玉(Al2O3)100份
氧化铁100份
氧化锆50份
氧化铈40份
膨润土10份
钛白粉20份
硅溶胶120份
水玻璃50份
其中硅溶胶和水玻璃作为溶剂备用；
B、将其他原料混合后在1300℃高温烧结2小时，将烧结所得物进行纳米级超细化磨，将材料的粒径处理成2～100nm；
C、将细化处理好的材料按比例与溶剂混合，用三辊机充分分散均匀，制成粘稠状悬浮液体，得到微纳米超细粉高温高辐射率涂料。
一般而言，当炉体温度在900℃以上时，热量传递以辐射为主，热辐射是对流的15倍，占90％以上。高温辐射能量大多数集中在1～5μm波段，比如1000℃和1300℃时，分别有76％和85％的辐射能量集中在这一波段内，而一般的耐火材料在这一波段的发射率很低(0.2～0.6)高发射率涂料在1～15μm波谱范围都具有很高的发射率(0.9以上)。
常温下耐火材料的发射率随着炉温的升高会大幅度下降，而高发射率涂料能一直保持较高的发射率0.9以上。众所周知，材料的吸收率与发射率相等，当节能锥的发射率提高后，它的吸收热量的能力也相应提高。加热炉炉膛材料的发射率一般为0.6～0.8，高温下只有0.4～0.5，辐射传热效果较差，大量的热量来不及被工件吸收随烟气带走。高温高辐射率涂料层可使节能锥及炉膛高温时的发射率由0.4～0.5提高到0.9以上。
燃料炉内，高温炉气与炉墙辐射换热热流量的计算式如下：
Q = 5.675 1 ϵ G + 1 ϵ W - 1 [ ϵ G ϵ GW ( T g 100 ) 4 - ( T W 100 ) 4 ] F W - - - ( W )
式中：TG、TW分别为炉气和炉墙的温度
εG、εGW分别为炉气在TG和炉墙在TW时的黑度
εW为炉墙的黑度
FW为炉墙的面积
当TG与TW相差不大时，可近似认为：εG＝εGW，这时上式可简化为：
Q = 5.675 1 ϵ G + 1 ϵ W - 1 [ ( T G 100 ) 4 - ( T W 100 ) 4 ] FW - - - ( W )
这表明，增大εW和FW，会强化炉气与炉墙之间的辐射传热Q，使炉衬内表面的温度升高，从而也就强化了炉衬与被加热工件之间的辐射传热。增大炉膛面积和提高炉墙黑度是增强炉膛内辐射传热的有效途径。在工艺加热炉炉膛内的适当部位，比如炉膛顶壁和侧壁上，以及不易受热部位，如炉门和炉底上安装节能锥，并对炉膛内部进行红外强化处理，使炉膛内形成了一个红外加热系统，数量众多的节能锥不断吸收漫射和散射的热射线，同时又以同样的比率连续不断的放射出热射线，因节能锥的几何形状，使这些被发射出来的热射线完成了从无序到有序并直接射向工件的调控过程。
本发明节能炉窑的节能锥经中国建筑建材研究院测试，其发射率在0.93以上，基本不老化，使用寿命可达5年以上。如前所述，数量众多的节能锥在完成了对热射线调控后，直接射向被加热工件，提高了热射线的到位率和辐照度，强化了方式传热。本发明适用能源种类为电、天然气、煤气、燃油等。实践证明，加热炉窑经过节能锥强化红外传热技术改造后，节能15～30％；提高工作效率10～15％；提高炉膛温度均匀性，排烟温度降低50～100℃，减少大气污染，具有环保效应。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种节能炉窑，其特征在于：所述节能炉窑的加热炉膛的顶壁（6）和侧壁（7）上固定连接有节能锥（8），所述节能锥（8）包括基体（1），所述基体（1）具有平行的上表面（2）与下表面，以及上表面（2）与下表面之间的侧表面（3），所述上表面（2）上向下开设有辐射腔（4），所述侧表面（3）的横截面为圆形或椭圆形，所述上表面（2）、侧表面（3）和辐射腔（4）的内壁上，以及炉膛的内壁上涂覆有高温高辐射率涂料，所述辐射腔（4）的开口朝向炉膛内加热工件的区域;
所述高温高辐射率涂料由以下方法制成：
A、按各组分的重量配比称重备料，
碳化硅50～500份
氧化铝100～500份
氧化铁10～150份
氧化锆1～50份
氧化锰0～50份
氧化镧0～15份
氧化铈0～50份
膨润土0～90份
耐火粘土0～200份
钛白粉0～200份
硅溶胶120～500份
水玻璃0～50份
羧甲基纤维素0～50份
其中硅溶胶、水玻璃和羧甲基纤维素作为溶剂备用；
B、将除上述溶剂外的其他原料混合后在1200～1400℃高温烧结2～4小时，将烧结所得物进行纳米级超细化磨，将材料的粒径处理成2～100nm；
C、将细化处理好的材料按比例与溶剂混合，用三辊机充分分散均匀，制成粘稠状悬浮液体，得到高温高辐射率涂料。
2.根据权利要求1所述的节能炉窑，其特征在于：所述辐射腔（4）腔体的横截面为圆形、椭圆形或多边形。
3.根据权利要求2所述的节能炉窑，其特征在于：所述辐射腔（4）腔体的横截面的面积由上至下逐渐增大或减小。
4.根据权利要求3所述的节能炉窑，其特征在于：所述侧表面（3）上均匀设置有连接上表面（2）和下表面的凸起（5），所述凸起（5）的横截面为扇形，所述凸起（5）的外表面上涂覆有高温高辐射率涂料。
5.根据权利要求4所述的节能炉窑，其特征在于：所述基体（1）的材料为陶瓷材料或不锈钢材料。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的节能炉窑，其特征在于：所述高温高辐射率涂料的厚度为0.02～2mm。
7.根据权利要求1所述的节能炉窑，其特征在于：所述节能锥（8）的下表面通过粘接的方式固定连接在炉膛的内壁上。
8.根据权利要求1所述的节能炉窑，其特征在于：所述节能锥（8）依次串联在陶瓷杆上，所述陶瓷杆的两端固定连接在炉膛的内壁上。
9.根据权利要求7或8所述的节能炉窑，其特征在于：所述节能炉窑的加热炉膛的底壁和炉门上固定连接有所述节能锥（8）。
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