CN102278758B

CN102278758B - 一种辐射管加热装置

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Publication number: CN102278758B
Application number: CN2011101638995A
Authority: CN
Inventors: 刘长春; 吴启明; 江华
Original assignee: BEIJING JINGCHENG FENGHUANG INDUSTRIAL FURNACE ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd; Zhongye Jingcheng Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: BEIJING JINGCHENG FENGHUANG INDUSTRIAL FURNACE ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd; MCC Capital Engineering and Research Incorporation Ltd; Zhongye Jingcheng Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2031-06-17
Also published as: CN102278758A

Abstract

本发明公开了一种辐射管加热装置，包括双A型辐射管，包括中间管、第一侧管和第二侧管，第一侧管与中间管形成封闭的第一烟气循环通道，第二侧管与中间管形成封闭的第二烟气循环通道，在辐射管的同一侧分别向外侧延伸有中间安装管道、第一安装管道和第二安装管道，换热器包括第一换热器和第二换热器；烧嘴固设于所述中间安装管道内，所述第一换热器和第二换热器分别通过空气导管与所述烧嘴相连通。本发明使辐射管温度分布均匀，降低火焰温度，减少NOx的排放；并增大了换热面积，能有效提高空气预热温和降低排烟温度，热效率增加。且延长辐射管的使用寿命，提高辐射管的温度均匀性。

Description

一种辐射管加热装置

技术领域

本发明属于辐射管加热技术领域，尤其涉及一种用于保护气氛炉的双A型辐射管加热装置，可适用于各种辐射管加热炉和热处理炉。

背景技术

在加热炉和热处理炉等工业炉领域中，辐射管加热装置用于保护气氛炉并提供热源。辐射管加热装置的主要技术指标为温度均匀性和热效率。目前，传统的辐射管加热装置有U型、W型辐射管，燃烧气体在U型或W型管子内一边混合一边燃烧，通过对流和辐射传热方式将热量传递给管子，达到热量传递的目的。但此类辐射管加热装置在管子上存在有温度差，影响了温度的均匀性和传热效率。近年来发展起来的单端套管型、P型、双P型等辐射管加热装置，由于其使用了烟气回流技术，与传统的U型、W型辐射管相比，极大的提高了辐射管表面温度均匀性。但由于现有的单端套管型、P型、双P型等辐射管加热装置采用自身预热一体烧嘴或者单预热器烧嘴，存在受结构形式和空间限制，换热面积有限，热效率偏低等诸多技术问题。

有鉴于上述现有技术存在的缺点，本设计人基于从事相关设计及现场经验和专业知识，积极加以改进和创新，以期实现既能利用烟气回流技术，提高辐射管表面温度均匀性，降低火焰温度，减少NOx的排放，又能增加换热器的换热面积，提高辐射管的热效率的辐射管加热装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能利用烟气回流技术，提高辐射管表面温度均匀性，降低火焰温度，减少NOx的排放，又能增加换热器的换热面积，提高辐射管的热效率的辐射管加热装置。

为达到上述目的，本发明提出一种辐射管加热装置，包括：

辐射管，包括中间管、第一侧管和第二侧管，所述第一侧管和第二侧管分别平行位于所述中间管的两侧，所述第一侧管与所述中间管通过弧形回烟管首尾相连通形成封闭的第一烟气循环通道，所述第二侧管与所述中间管通过弧形回烟管首尾相连通形成封闭的第二烟气循环通道，在所述辐射管的同一侧对应于所述中间管、第一侧管和第二侧管分别向外侧延伸有中间安装管道、第一安装管道和第二安装管道，所述中间管、第一侧管和第二侧管通过所述回烟管分别与所述中间安装管道、第一安装管道和第二安装管道相连通，形成双A型辐射管；

换热器，包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器固设于所述第一安装管道内，所述第二换热器固设于所述第二安装管道内；

烧嘴，固设于所述中间安装管道内，所述第一换热器和第二换热器分别通过空气导管与所述烧嘴相连通；

在所述第一安装管道和所述第二安装管道上分别开设有烟气出口。

如上所述的辐射管加热装置，其中，在所述中间管内沿轴向设有内套筒，所述内套筒的两端开放，所述内套筒的外壁与所述中间管的内壁之间具有环状间隙。

如上所述的辐射管加热装置，其中，所述内套筒为碳化硅内套筒。

如上所述的辐射管加热装置，其中，所述中间管直径为Dm，所述第一侧管和第二侧管的直径均为Ds，所述回烟管的直径为Db，其中，Dm/Ds的数值为1.3～1.5，Db/Ds的数值为0.8～1.0。

如上所述的辐射管加热装置，其中，所述内套筒的直径为Dc，其中，Dc/Dm的数值为0.7～0.8。

如上所述的辐射管加热装置，其中，所述烧嘴包括烧嘴喷口，所述烧嘴喷口沿所述中间安装管道伸入至所述辐射管内，所述烧嘴喷口直径为Do，所述烧嘴喷口与靠近该烧嘴喷口的所述回烟管的纵向中心线之间的距离为dL1，其中，dL1数值在0～Do之间。

如上所述的辐射管加热装置，其中，所述内套筒与靠近所述烧嘴喷口的所述回烟管的纵向中心线之间的距离为dL2，其中，dL2/Dc的数值为1.0～1.2。

如上所述的辐射管加热装置，其中，所述烧嘴喷口处的燃气喷出速度为130m/s～180m/s。

如上所述的辐射管加热装置，其中，所述第一换热器、第二换热器和烧嘴分别通过法兰与所述第一安装管道、第二安装管道和中间安装管道相连接。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

1、本发明辐采用双A型辐射管，中间布置烧嘴，两侧布置换热器，燃烧后的废气从烧嘴中高速喷出，在喷口附近形成负压，引射大量烟气，一方面使辐射管温度分布均匀，另一方面降低火焰温度，减少NOx的排放。

2、由于换热器数量增加到两个，增大了换热面积，能有效提高空气预热温度和降低排烟温度，增加了热效率。

3、在辐射管的中间管内设置碳化硅内套筒，避免火焰直接冲刷辐射管表面，延长辐射管的使用寿命，此外还能进一步增加烟气的回流，提高辐射管的温度均匀性。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1为本发明双A型辐射管加热装置的结构示意图；

图2为图1中A-A向的剖面结构示意图；

图3为本发明的烧嘴喷口处的局部放大结构示意图。

附图标记说明：

1-双A型辐射管；11-第一侧管；12-第二侧管；13-中间管；14-回烟管；15-第一烟气循环通道；16-第二烟气循环通道；17-第一安装管道；18-第二安装管道；19-中间安装管道；2-换热器；21-第一换热器；22-第二换热器；23-空气入口；3-烧嘴；31-燃气入口；32-点火装置；33-烧嘴喷口；34-燃烧室；4-空气导管；5-烟气出口；6-内套筒；7-炉墙。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

请参考图1、图2，分别为本发明双A型辐射管加热装置的结构示意图和图1中A-A向的剖面结构示意图。如图所示，本发明提出的辐射管加热装置包括双A型辐射管1、两个换热器2和烧嘴3，双A型辐射管1由第一侧管11、第二侧管12、中间管13、两回烟管14及安装管道连接而成。具体地讲，所述第一侧管11、第二侧管12、中间管13呈直管状，所述两回烟管14呈连续的弧弯状，所述第一侧管11和第二侧管12分别沿轴向平行位于所述中间管13的上、下两侧，所述两回烟管14分别密封连接于所述第一侧管11、第二侧管12、中间管13的两端，这样，所述第一侧管11与所述中间管13通过两弧形回烟管14首尾相连通形成封闭的第一烟气循环通道15，而所述第二侧管12与所述中间管13通过两弧形回烟管14首尾相连通形成封闭的第二烟气循环通道16。在所述辐射管1的同一侧对应于所述中间管13、第一侧管11和第二侧管12分别向外侧延伸有中间安装管道19、第一安装管道17和第二安装管道18并贯穿于炉墙7中，中间安装管道19、第一安装管道17和第二安装管道18外侧开口，用于从外侧安装烧嘴3及两换热器2。所述中间管13、第一侧管11和第二侧管12通过所述回烟管14分别与所述中间安装管道19、第一安装管道17和第二安装管道18相连通，形成双A型辐射管1。这样，在双A型辐射管1中形成有第一烟气循环通道15和第二烟气循环通道16，利用烟气回流原理，辐射管1内的烟气可同时在第一烟气循环通道15和第二烟气循环通道16内循环流动，提高了辐射管表面温度均匀性，降低了辐射管加热装置的烧嘴火焰温度，减少了NOx的排放。

所述换热器2包括第一换热器21和第二换热器22，所述第一换热器21固设于所述第一安装管道17内，所述第二换热器22固设于所述第二安装管道18内；所述烧嘴3固设于所述中间安装管道19内，所述第一换热器21和第二换热器22分别通过空气导管4与所述烧嘴3相连通；在所述第一安装管道17和所述第二安装管道18上分别开设有烟气出口5。这样，空气由换热器2的空气入口23进入换热器2，与烟气进行逆流换热后，预热后的空气通过空气导管4汇总于烧嘴3内。同时，燃气由烧嘴3的燃气入口31进入烧嘴3，与预热后的空气在烧嘴3的燃烧室34内混合，由点火装置32引燃后，进行燃烧，并由烧嘴喷口33高速喷出。由于本发明采用了两个换热器，与现有技术中仅使用一个换热器相比，增大了换热面积，有效提高了空气预热温度并降低了烟气排放温度，增加了热效率。

作为本发明的另一改进，如图1所示，在所述中间管13内沿轴向设有内套筒6，所述内套筒6的两端开放，使得烟气能够由内套筒6中穿过，并且，所述内套筒6的外壁与所述中间管13的内壁之间具有环状间隙。由于本发明在中间管13内设置内套筒6，减少了烧嘴喷射出的火焰直接冲刷辐射管表面而对辐射管造成的损害，从而延长辐射管的使用寿命，此外，烟气穿过内套筒6后，一部分烟气由环状间隙回流至烧嘴喷口32处，再次进入内套筒6循环，这样就进一步增加了烟气的回流量，而辐射管管表面温度均匀性与烟气回流量成正比，回流量越大，则温度均匀性越好，因此提高了辐射管的温度均匀性。另外，增加内套管6后，烧嘴喷口喷射出的火焰直接冲刷内套管6，先将热量传递给内套管6，再由内套管6将热量传递给金属中间管，从而起到均匀辐射管壁温的作用。

进一步的，所述内套筒6为碳化硅材料制成的内套筒，但本发明的内套筒6也可以采用其它公知的耐热材料制成，只要能够起到减少辐射管表面损害，延长辐射管使用寿命的功效即可。

请参考图3，为本发明的烧嘴喷口处的局部放大结构示意图。如图所示，所述中间管13直径为Dm，所述第一侧管11和第二侧管12的直径均为Ds，所述回烟管14的直径为Db，其中，Dm/Ds的数值为1.3～1.5，Db/Ds的数值为0.8～1.0，从而保证了烟气在第一烟气循环通道15和第二烟气循环通道16内循环流动。

进一步的，所述内套筒的直径为Dc，其中，Dc/Dm的数值为0.7～0.8，从而保证内套管内的流通面积和内套管与中间管之间环状间隙的流通面积比在1.0左右。

进一步的，所述烧嘴3包括燃烧室34、烧嘴喷口33、点火装置32和燃气入口31，烧嘴3具体结构为公知技术，在此不再详细描述。其中，所述烧嘴喷口33沿所述中间安装管道19伸入至所述辐射管1内，所述烧嘴喷口33直径为Do，所述烧嘴喷口33与靠近该烧嘴喷口33的所述回烟管14的纵向中心线之间的距离为dL1，其中，dL1数值在0～Do之间，即dL1不大于Do值，从而保证烧嘴喷口位于回烟管中心线附近，使燃烧室喷出的气体最大能力的引射烟气。

进一步的，所述内套筒6与靠近所述烧嘴喷口33的所述回烟管14的纵向中心线之间的距离为dL2，其中，dL2/Dc的数值为1.0～1.2，保证了内套管6与烧嘴喷口33之间规定的距离，以获得最大的烟气回烟量。

进一步的，所述第一换热器21、第二换热器22和烧嘴3分别通过法兰与所述第一安装管道17、第二安装管道18和中间安装管道19相连接，以保证第一换热器21、第二换热器22和烧嘴3与辐射管1连接的牢固可靠性。

进一步的，所述烧嘴喷口33处的燃气喷出速度为130m/s～180m/s，在喷口附近形成负压，从而引射大量烟气，以保证烟气在双A型辐射管内循环流动。

如图1所示，本发明的工作过程如下：

空气由空气入口23进入换热器2，与烟气进行逆流换热后，折回汇总于烧嘴3内。燃气由燃气入口31进入烧嘴3，与预热后的空气在燃烧室内混合，由点火装置32引燃后，进行燃烧，并通过烧嘴喷口33高速喷出燃烧室34。由燃烧室34高速喷出的燃气在喷口烧嘴喷口33附近形成低压区，回烟管14和中间管13外的烟气被引射进入碳化硅内套筒6中，烟气在中间管13末端分为三股：一股烟气由内套筒6和中间管13管壁间的环形间隙回流至烧嘴喷口33处，另外两股烟气分别通过第一烟气循环通道15和第二烟气循环通道16进入两侧管11、12。进入两侧管11、12的烟气一部分因引射作用继续参与循环，另一部分则经换热器2与空气进行逆向换热后，由烟气出口5排出。

本发明辐射管加热装置中的辐射管采用双A型辐射管，中间布置烧嘴，两侧布置换热器，燃烧后的废气从烧嘴中高速喷出，在喷口附近形成负压，引射大量烟气，一方面使辐射管温度分布均匀，另一方面降低火焰温度，减少NOx的排放。由于换热器数量增加到两个，增大了换热面积，能有效提高空气预热温度和降低排烟温度，增加了热效率。在辐射管的中间管内设置碳化硅内套筒，避免火焰直接冲刷辐射管表面，延长辐射管的使用寿命，此外还能进一步增加烟气的回流，提高辐射管的温度均匀性。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种辐射管加热装置，其特征在于，所述辐射管加热装置包括：

2.如权利要求1所述的辐射管加热装置，其特征在于，在所述中间管内沿轴向设有内套筒，所述内套筒的两端开放，所述内套筒的外壁与所述中间管的内壁之间具有环状间隙。

3.如权利要求2所述的辐射管加热装置，其特征在于，所述内套筒为碳化硅内套筒。

4.如权利要求2或3所述的辐射管加热装置，其特征在于，所述中间管直径为Dm，所述第一侧管和第二侧管的直径均为Ds，所述回烟管的直径为Db，其中，Dm/Ds的数值为1.3～1.5，Db/Ds的数值为0.8～1.0。

5.如权利要求4所述的辐射管加热装置，其特征在于，所述内套筒的直径为Dc，其中，Dc/Dm的数值为0.7～0.8。

6.如权利要求5所述的辐射管加热装置，其特征在于，所述烧嘴包括烧嘴喷口，所述烧嘴喷口沿所述中间安装管道伸入至所述辐射管内，所述烧嘴喷口直径为Do，所述烧嘴喷口与靠近该烧嘴喷口的所述回烟管的纵向中心线之间的距离为dL1，其中，dL1数值在0～Do之间。

7.如权利要求6所述的辐射管加热装置，其特征在于，所述内套筒与靠近所述烧嘴喷口的所述回烟管的纵向中心线之间的距离为dL2，其中，dL2/Dc的数值为1.0～1.2。

8.如权利要求6所述的辐射管加热装置，其特征在于，所述烧嘴喷口处的燃气喷出速度为130m/s～180m/s。

9.如权利要求1所述的辐射管加热装置，其特征在于，所述第一换热器、第二换热器和烧嘴分别通过法兰与所述第一安装管道、第二安装管道和中间安装管道相连接。