CN102230626B - 拆流板扁管式自身预热烧嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拆流板扁管式自身预热烧嘴，其包括：燃气管道，其具有燃气通道；助燃剂管道，其内穿设有助燃剂隔离筒，助燃剂管道与助燃剂隔离筒之间的环形通道为助燃剂通道，燃气管道穿设在助燃剂隔离筒内；烟气管道，其内穿设有烟气隔离筒，烟气隔离筒套设在助燃剂隔离筒穿出助燃剂管道的一端，在烟气隔离筒穿出烟气管道的一端连接有集气室，烟气管道与烟气隔离筒之间的环形通道为烟气通道，在烟气通道内穿设有多根换热扁管，换热扁管的一端与助燃剂通道相连通，另一端与集气室相连通。本发明的拆流板扁管式自身预热烧嘴，在烟气通道内设置多根换热扁管，加强了助燃剂与烟气的换热，提高了烧嘴的换热效率，并且其结构更加紧凑。

Description

拆流板扁管式自身预热烧嘴

技术领域

本发明有关于一种烧嘴，尤其有关于一种适用于各种辐射管加热炉和明火加热炉的拆流板扁管式自身预热烧嘴。

背景技术

众所周知，自身预热式烧嘴是把烧嘴本体、换热装置和燃烧装置有机地组合在一起的烧嘴，其在燃烧时有效地利用自身产生的废气，把供自身燃烧的助燃空气预热到一定温度，几乎在没有热损大的情况下送到烧嘴的喷口前面，与煤气激烈混合燃烧，并高速喷向炉膛，在高速喷流和引射回流的作用下，使炉温的均匀性与传热情况得到改善，其具有结构紧凑、温度均匀性好、自动化程度高等特点，近年来广泛应用于各种保护气氛辐射管热处理炉和明火热处理炉。

传统的自身预热式烧嘴的换热方式主要有蓄热式和翅片换热器式两大类。其中，自身蓄热式烧嘴主要由蓄热体、燃料喷口、高温空气喷口、绝热管道、换向阀等组成，通常，在烧嘴上安装有四个蓄热室和相应的四个独立的气体通道，相对的两个蓄热室和气体通道组合成一个工作组，这样，一个工作组在喷射火焰，另一个工作组就起排烟蓄热的作用，经过一段时间后通过换向阀进行切换。该烧嘴将供热与排烟在一个烧嘴内同时完成，在烧嘴周围形成烟气循环，其虽然换热效果较好，但是关键的换向设备构造复杂，价格昂贵，实际使用中故障率高，往往达不到预期的换热效果。

而翅片换热器式自身预热烧嘴，主要包括燃气管道和套设在燃气管道外的空气管道，其中在空气管道的外管壁上设有多片翅片，当助燃空气与燃气混合燃烧后，炉膛内产生的高温烟气将从空气管道的外周流出，空气管道外的烟气与空气管道内的助燃空气进行换热，此时，翅片可增加空气管道外管壁的换热面积，从而使高温烟气在翅片的作用下与空气管道内的助燃空气进一步换热。但是，该翅片换热器式自身预热烧嘴受空间和制造工艺限制，翅化效率有限，故其换热效率较低，排烟温度较高。

因此，有必要提供一种新的换热效率高且结构紧凑的自身预热烧嘴，来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种拆流板扁管式自身预热烧嘴，在烟气通道内设置多根换热扁管，加强了空气与烟气的换热，提高了烧嘴的换热效率，并且其结构更加紧凑。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种拆流板扁管式自身预热烧嘴，所述拆流板扁管式自身预热烧嘴包括：

燃气管道，其具有燃气通道；

助燃剂管道，其内穿设有助燃剂隔离筒，所述助燃剂管道与所述助燃剂隔离筒之间的环形通道为助燃剂通道，所述燃气管道穿设在所述助燃剂隔离筒内；

烟气管道，其内穿设有烟气隔离筒，所述烟气隔离筒套设在所述助燃剂隔离筒穿出所述助燃剂管道的一端，在所述烟气隔离筒穿出所述烟气管道的一端连接有集气室，所述烟气管道与所述烟气隔离筒之间的环形通道为烟气通道，在所述烟气通道内穿设有多根换热扁管，所述换热扁管的一端与所述助燃剂通道相连通，另一端与所述集气室相连通，所述烟气通道内的多根所述换热扁管之间连接有拆流板，所述拆流板沿所述烟气通道的轴向方向间隔设置有多列。

在优选的实施方式中，多根所述换热扁管沿所述烟气通道的周向方向间隔设置有多列，并沿所述烟气通道的径向方向间隔设置有多排。

在优选的实施方式中，所述集气室内设有燃烧室，所述燃烧室与所述燃气管道相连，所述集气室设有开口，所述燃烧室设有燃烧喷口，所述燃烧喷口伸入所述开口内，并与所述开口之间形成出气环通道，所述燃烧室远离所述燃烧喷口的一端沿周向方向开设有多个进气孔。

在优选的实施方式中，所述烟气隔离筒向所述集气室内进一步延伸设有导流环，所述燃烧室位于所述导流环内。

在优选的实施方式中，所述燃气管道伸入所述燃烧室的一端连接有旋转喷头，所述旋转喷头具有柱状部和与所述柱状部相连的锥台部，所述柱状部的侧壁上沿圆周方向开设有多个第一燃气通孔，所述锥台部的侧壁上沿圆周方向开设有多个第二燃气通孔，所述第一燃气通孔与所述燃烧室相连通，所述第二燃气通孔与所述燃气通道相连通。

在优选的实施方式中，所述第一燃气通孔为斜孔，其沿所述柱状部的径向方向向一侧所述第二燃气通孔处倾斜设置。

在优选的实施方式中，所述助燃剂隔离筒与所述燃气管道之间的环形通道内设有点火电极，所述点火电极连接在所述燃气管道的外管壁上，所述点火电极的打火头靠近所述第二燃气通孔处设置。

在优选的实施方式中，所述烟气管道远离所述集气室的一端设有烟气出口端，在所述烟气通道内位于所述烟气出口端处设有陶瓷绝热纤维。

在优选的实施方式中，所述助燃剂管道上设有助燃剂入口端，在所述助燃剂管道远离所述集气室的一端连接有烧嘴端盖，所述烧嘴端盖上开设有燃气进口，所述燃气进口与所述燃气通道相连通。

在优选的实施方式中，所述烧嘴端盖上设有观察窗。

本发明的拆流板扁管式自身预热烧嘴的特点及优点是：

一、本发明的拆流板扁管式自身预热烧嘴，在烟气通道内设置有多根换热扁管，换热扁管的一端连接助燃剂通道，另一端连接集气室，由此助燃剂可自换热扁管流入集气室内，并与换热扁管外、烟气通道内流过的经混合燃烧后的烟气进行换热，换热扁管因自身尺度及流速的限制，使得换热扁管内外的流动状态均为层流，其降低了助燃剂自换热扁管内的流动速度及换热扁管外烟气的流动速度，使烟气与助燃剂可以充分进行换热，提高了烧嘴的换热效率，另外，换热扁管被设置在烟气通道内，使得烧嘴结构更加紧凑。

二、本发明的拆流板扁管式自身预热烧嘴，在沿烟气通道的周向方向的各列换热扁管之间设置拆流板，拆流板一方面相当于翅片增加了换热扁管外部的换热面积，另一方面，烟气遇到拆流板后将被迫从换热扁管的径向空隙中流过，拆流板起到扰动烟气的作用，增加烟气的紊乱程度，进一步强化换热。

三、本发明的拆流板扁管式自身预热烧嘴，集气室采用内部设置导流环，并使燃烧室位于导流环内，助燃剂在集气室内的运动，一方面使助燃剂继续预热，另一方面助燃剂被迫绕过导流环经燃烧室外壁设置的进气孔流入燃烧室内，因此，助燃剂在导流环的作用下可冷却燃烧室壁温，延长其使用寿命。

四、本发明的拆流板扁管式自身预热烧嘴，采用分级燃烧方式，燃气在陶瓷燃烧室内部分燃烧后高速喷出，卷吸自燃烧室的燃烧喷口与集气室的开口之间的出气环通道内流出的二次助燃剂与集气室外的烟气，实现分级低氧燃烧。流入燃烧室内的一次助燃剂与二次助燃剂的比例约为7∶3，一次助燃剂的比例高于二次助燃剂，因此，可保证燃烧室内有足够的助燃剂参与燃烧，保证燃烧喷口气体的喷出速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的拆流板扁管式自身预热烧嘴的主视剖视图。

图2为图1中的A-A向剖视图。

图3为图1中的B-B向剖视图。

图4为本发明的拆流板扁管式自身预热烧嘴的拆流板示意图。

图5为图1中的C-C向剖视图。

图6为本发明的拆流板扁管式自身预热烧嘴的集气室内助燃剂的流动状态示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种拆流板扁管式自身预热烧嘴，其包括燃气管道1、助燃剂管道2和烟气管道3。其中，燃气管道1具有燃气通道11；助燃剂管道2内穿设有助燃剂隔离筒21，所述助燃剂管道2与所述助燃剂隔离筒21之间的环形通道为助燃剂通道22，所述燃气管道1穿设在所述助燃剂隔离筒21内；烟气管道3内穿设有烟气隔离筒31，所述烟气隔离筒31套设在所述助燃剂隔离筒21穿出所述助燃剂管道2的一端，在所述烟气隔离筒31穿出所述烟气管道3的一端连接有集气室4，所述烟气管道3与所述烟气隔离筒31之间的环形通道为烟气通道32，在所述烟气通道32内穿设有多根换热扁管35，所述换热扁管35的一端与所述助燃剂通道22相连通，另一端与所述集气室4相连通。

具体是，燃气管道1大体呈圆柱筒状，其内的燃气通道11通有燃气，在本发明中，燃气为煤气或天然气；助燃剂管道2大体呈扁圆柱筒状，其内穿设的助燃剂隔离筒21大体呈圆柱筒状，该助燃剂隔离筒21自助燃剂管道2的一端穿出，在助燃剂隔离筒21与助燃剂管道2之间形成的环形助燃剂通道22内通有助燃剂，助燃剂隔离筒21用于隔离助燃剂，防止助燃剂流入燃气管道1与助燃剂隔离筒21之间的环形通道内，本发明中的助燃剂为空气或氧气；烟气管道3及其内穿设的烟气隔离筒31均大体呈圆柱筒状，烟气隔离筒31套设在助燃剂隔离筒21的外表面上，其用于隔离烟气，使烟气仅能在烟气管道3与烟气隔离筒31之间形成的环形烟气通道32内流动，该烟气通道32与助燃剂通道22相对，在烟气管道3的外管壁上连接有法兰盘33，该拆流板扁管式自身预热烧嘴可通过法兰盘33固定连接在加热炉的炉膛开口处。

集气室4连接在烟气隔离筒31穿出烟气管道3的一端上，从而使得集气室4与烟气管道3之间形成环形烟气入口34，炉膛内经混合燃烧后的烟气可自该烟气入口34流入烟气通道32内，并自烟气管道3排出烧嘴外。

换热扁管35的截面大体呈椭圆形，在本发明中，换热扁管35的高度小于4.5mm，其换热面积A与烧嘴功率P比小于70KW/m²，换热扁管35设置在烟气通道32内，用于连通助燃剂通道22和集气室4，使助燃剂通道22内的助燃剂自换热扁管35流入集气室4内，并与燃气管道1输出的燃气混合燃烧。

本发明的拆流板扁管式自身预热烧嘴，在烟气通道32内设置多根换热扁管35，该多根换热扁管35一方面增加了助燃剂与烟气的换热面积，另一方面，换热扁管35内介质为助燃剂，换热扁管35外介质为烟气，因换热扁管35设置成截面为椭圆形状，因此换热扁管35内外流体的流动状态均为层流，降低了助燃剂自换热扁管35内的流动速度及烟气自换热扁管35外的流动速度，换热扁管35因自身尺度及流速的限制，使得换热扁管35内、外的助燃剂与烟气可以充分进行换热，提高了烧嘴的换热效率。再有，本发明的烧嘴，燃气管道1、助燃剂管道2及其助燃剂隔离筒21、烟气管道3及其烟气隔离筒31构成四层套筒结构，燃气管道1位于最内层，助燃剂隔离筒21位于第二层，烟气隔离筒31位于第三层，烟气管道3及助燃剂管道2位于最外层，采用四层套筒结构并使换热扁管35设置在烟气通道32内的本发明烧嘴在结构上更加紧凑，而且也便于拆卸组装。

根据本发明的一个实施方式，多根所述换热扁管35沿所述烟气通道32的周向方向间隔设置有多列，并沿所述烟气通道32的径向方向间隔设置有多排，所述烟气通道32周向方向的各列所述换热扁管35之间连接有拆流板36，所述拆流板36沿所述烟气通道32的轴向方向间隔设置有多列。

具体是，如图2所示，在本发明中，沿烟气通道32的周向方向设置有十六列换热扁管35，各列换热扁管35间具有一定的距离，沿烟气通道32的径向方向呈放射状设置有三排，每排中的各换热扁管35间也具有一定的间距，因此，本发明中烟气通道32内共设有四十八根换热扁管35，当然，在其它的实施方式中，换热扁管35可根据烟气隔离筒31的尺寸大小及烟气通道32的截面积大小，设置为例如十八列四排，或更多列更多排等，在此不作限制。

如图3所示，拆流板36大体呈扇形，其设置在烟气通道32内沿其周向方向的各列换热扁管35间的空隙内，在本发明中，拆流板36通过焊接的方式固定连接在各列的每根换热扁管35上，在烟气通道32的同一环周上共设置有十六片拆流板36，该十六片拆流板36组成一组形成拆流板组。如图1及图4所示，在本发明中，沿烟气通道32的轴向方向间隔设置有四列拆流板组，每列拆流板组的布置间隔为80～120mm。当然，在其它的实施方式中，也可根据烟气通道32的长度或实际需换热量的多少来设置拆流板组的数量，在此不作限制。

本发明的拆流板扁管式自身预热烧嘴，设置在各列换热扁管35间的拆流板36，一方面相当于翅片增加了换热扁管35外部的换热面积，另一方面，当烟气(如图4中箭头所示)流入烟气通道32内后，烟气经各换热扁管35间的周向空隙351及径向空隙352流动，当烟气遇到拆流板36后将被迫从各换热扁管35间的径向空隙352中流过，拆流板36起到扰动烟气的作用，增加烟气的紊乱程度，进一步强化烟气与换热扁管35内助燃剂的换热。

请再次参阅图1，根据本发明的一个实施方式，所述集气室4内设有燃烧室41，所述燃烧室41与所述燃气管道1相连，所述集气室4设有开口42，所述燃烧室41设有燃烧喷口411，所述燃烧喷口411伸入所述开口42内，并与所述开口42之间形成出气环通道43，所述燃烧室41远离所述燃烧喷口411的一端沿周向方向开设有多个进气孔412。

具体是，燃烧室41为碳化硅燃烧室，其可承载较大的燃烧热负荷，如图5所示，在燃气管道1的外管壁上连接有三个支撑爪12，燃烧室41的侧壁通过铆钉13铆入支撑爪12而固定连接在燃气管道1上。另外，燃烧室41与燃气管道1相连的一端沿周向方向设有多个进气孔412，助燃剂自换热扁管35流入集气室4后，一部分助燃剂自进气孔412流入燃烧室41，与燃气管道1内流出的燃气混合燃烧后从燃烧喷口411高速喷出；另一部分助燃剂自出气环通道43流出集气室4，与燃烧室41内喷出的火焰再次进行混合燃烧。

本发明的拆流板扁管式自身预热烧嘴，采用分级燃烧方式，燃气在燃烧室41内部分燃烧后高速喷出，卷吸出气环通道43内流出的助燃剂与集气室4外的烟气，实现分级低氧燃烧，使得燃烧更加充分，减少了氮氧化物的排放量。另外，流入燃烧室41内的一次助燃剂与自出气环通道43流出的二次助燃剂的比例约为7∶3，一次助燃剂的比例高于二次助燃剂，因此，可保证燃烧室41内有足够的助燃剂参与燃烧，保证燃烧喷口411气体的喷出速度。

根据本发明的一个实施方式，所述烟气隔离筒31向所述集气室4内进一步延伸设有导流环37，所述燃烧室41位于所述导流环37内。具体是，如图6所示，导流环37大体呈环状，其一端固定连接在烟气隔离筒31上，另一端为开口状，该导流环37分别与集气室4的内侧壁、燃烧室41的外侧壁具有一定的间隙，从而可使自换热扁管35流出的助燃剂先自导流环37与集气室4之间的环缝流入，一部分助燃剂经导流环37另一端的开口处向内流进导流环37与燃烧室41之间的环缝中，最后通过进气孔412流入燃烧室41内；另一部分助燃剂经导流环37的开口处向出气环通道43方向流动并流出集气室4外。

本发明的拆流板扁管式自身预热烧嘴，集气室4采用内部设置导流环37，并使燃烧室41位于导流环37内，助燃剂在集气室4内的运动，一方面，使助燃剂被迫绕过导流环37经燃烧室41外壁设置的进气孔412流入燃烧室41内，提高了集气室4内助燃剂的流动速度，增加了对流换热面积，使助燃剂继续预热；另一方面助燃剂在导流环37的作用下还可冷却燃烧室41壁温，延长燃烧室41的使用寿命。

根据本发明的一个实施方式，所述燃气管道1伸入所燃烧室41的一端连接有旋转喷头14，所述旋转喷头14具有柱状部141和与所述柱状部141相连的锥台部142，所述柱状部141的侧壁上沿圆周方向开设有多个第一燃气通孔1411，所述锥台部142的侧壁上沿圆周方向开设有多个第二燃气通孔1421，所述第一燃气通孔1411与所述燃烧室41相连通，所述第二燃气通孔1421与所述燃气通道11相连通。

具体是，所述第一燃气通孔1411为斜孔，其沿所述柱状部141的径向方向向所述第二燃气通孔1421处倾斜设置。助燃剂从燃烧室41的进气孔412进入燃烧室41后，经旋风喷头14的第一燃气通孔1411形成旋转风，与第二燃气通孔1421喷入的燃气混合燃烧，由燃烧室41的燃烧喷口411高速喷入炉膛。

根据本发明的一个实施方式，所述助燃剂隔离筒21与所述燃气管道1之间的环形通道内设有点火电极5，所述点火电极5连接在所述燃气管道1的外管壁上，所述点火电极5的打火头51靠近所述第二燃气通孔1421处设置。

具体是，在燃气管道1的外管壁上设有连接有两个支架15，点火电极5通过支架15固定连接在燃气管道1上；打火头51靠近第二燃气通孔1421处设置，这样设置的好处是，使助燃剂通过旋风喷头14后形成旋转气流与从第二燃气通孔421中喷出的燃气在点火位置充分混合，易于实现电极点火。

根据本发明的一个实施方式，所述烟气管道3远离所述集气室4的一端设有烟气出口端38，在所述烟气通道32内位于所述烟气出口端38处设有陶瓷绝热纤维39。具体是，在烟气通道32与助燃剂通道22相对的一端设置有直径大于烟气管道3的烟气壳体311，陶瓷绝热纤维38呈环状，密封设置在烟气壳体311的内环壁上，烟气由炉膛进入烟气管道3和烟气隔离筒31之间的环形烟气通道32，逆流进入烟气壳体311和陶瓷绝热纤维39包裹的空腔，由烟气出口端38排出烧嘴。陶瓷绝热纤维39内置于烟气壳体311中，减少烟气与环境的换热，降低了烧嘴壳体温度。

根据本发明的一个实施方式，所述助燃剂管道2上设有助燃剂入口端23，在所述助燃剂管道2远离所述集气室4的一端连接有烧嘴端盖6，所述烧嘴端盖6上开设有燃气进口61，所述燃气进口61与所述燃气通道11相连通。具体是，燃气进口61大体呈“L”形，燃气可通过该燃气进口61输送至燃气管道1内，并自旋转喷头14喷出。设置在助燃剂隔离筒21内的点火电极5的点火端52穿出助燃剂隔离筒21，并固定在烧嘴端盖6上，方便操作。

根据本发明的一个实施方式，所述烧嘴端盖6上设有观察窗7。该观察窗7用于UV火焰监测，通过紫外线感测火焰，查看烧嘴工作是否稳定。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种拆流板扁管式自身预热烧嘴，其特征在于，所述拆流板扁管式自身预热烧嘴包括：

燃气管道，其具有燃气通道；

助燃剂管道，其内穿设有助燃剂隔离筒，所述助燃剂管道与所述助燃剂隔离筒之间的环形通道为助燃剂通道，所述燃气管道穿设在所述助燃剂隔离筒内；

烟气管道，其内穿设有烟气隔离筒，所述烟气隔离筒套设在所述助燃剂隔离筒穿出所述助燃剂管道的一端，在所述烟气隔离筒穿出所述烟气管道的一端连接有集气室，所述烟气管道与所述烟气隔离筒之间的环形通道为烟气通道，在所述烟气通道内穿设有多根换热扁管，所述换热扁管的一端与所述助燃剂通道相连通，另一端与所述集气室相连通，所述烟气通道内的多根所述换热扁管之间连接有拆流板，所述拆流板沿所述烟气通道的轴向方向间隔设置有多列。

2.如权利要求1所述的拆流板扁管式自身预热烧嘴，其特征在于，多根所述换热扁管沿所述烟气通道的周向方向间隔设置有多列，并沿所述烟气通道的径向方向间隔设置有多排。

3.如权利要求2所述的拆流板扁管式自身预热烧嘴，其特征在于，所述集气室内设有燃烧室，所述燃烧室与所述燃气管道相连，所述集气室设有开口，所述燃烧室设有燃烧喷口，所述燃烧喷口伸入所述开口内，并与所述开口之间形成出气环通道，所述燃烧室远离所述燃烧喷口的一端沿周向方向开设有多个进气孔。

4.如权利要求3所述的拆流板扁管式自身预热烧嘴，其特征在于，所述烟气隔离筒向所述集气室内进一步延伸设有导流环，所述燃烧室位于所述导流环内。

5.如权利要求3所述的拆流板扁管式自身预热烧嘴，其特征在于，所述燃气管道伸入所述燃烧室的一端连接有旋转喷头，所述旋转喷头具有柱状部和与所述柱状部相连的锥台部，所述柱状部的侧壁上沿圆周方向开设有多个第一燃气通孔，所述锥台部的侧壁上沿圆周方向开设有多个第二燃气通孔，所述第一燃气通孔与所述燃烧室相连通，所述第二燃气通孔与所述燃气通道相连通。

6.如权利要求5所述的拆流板扁管式自身预热烧嘴，其特征在于，所述第一燃气通孔为斜孔，其沿所述柱状部的径向方向向所述第二燃气通孔处倾斜设置。

7.如权利要求5所述的拆流板扁管式自身预热烧嘴，其特征在于，所述助燃剂隔离筒与所述燃气管道之间的环形通道内设有点火电极，所述点火电极连接在所述燃气管道的外管壁上，所述点火电极的打火头靠近所述第二燃气通孔处设置。

8.如权利要求2所述的拆流板扁管式自身预热烧嘴，其特征在于，所述烟气管道远离所述集气室的一端设有烟气出口端，在所述烟气通道内位于所述烟气出口端处设有陶瓷绝热纤维。

9.如权利要求2所述的拆流板扁管式自身预热烧嘴，其特征在于，所述助燃剂管道上设有助燃剂入口端，在所述助燃剂管道远离所述集气室的一端连接有烧嘴端盖，所述烧嘴端盖上开设有燃气进口，所述燃气进口与所述燃气通道相连通。

10.如权利要求9所述的拆流板扁管式自身预热烧嘴，其特征在于，所述烧嘴端盖上设有观察窗。

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