CN103255271A - 一种气体双循环辐射管加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体双循环辐射管加热装置，该装置炉内部分为由第一直管、第一弯管、第二直管、第二弯管、第三直管、第三弯管和第四直管以及增设的烟气回流管在炉内形成封闭的内环气体循环管道，炉外部分为空烟转接装置、混合气输送管、烧嘴形成的外环气体循环管道。本发明弥补了辐射管在沿管长度方向上温度分布不均匀及局部温度较高的缺陷。内环气体循环使回流烟气与燃烧火焰相混合，能够降低火焰中心温度，增强辐射管表面温度分布的均匀性，延长其使用寿命，减少热力型NOx生成；由于增加了烟气回流管，炉内有效辐射换热面积增加，而外环气体循环能有效提高空气预热温度，降低空气中含氧量，实现低氧燃烧，从而在降低污染的同时增加热效率。

Description

一种气体双循环辐射管加热装置

 

技术领域

本发明属于燃气辐射管加热技术领域，特别是一种适用于保护气氛下进行热处理的气体双循环辐射管加热装置，能够用于各种对产品加热质量要求高的工业炉。

背景技术

金属热处理可以使被加热金属具有良好的性能，其加热过程大多需要在可控气氛下进行，目前最常见的热处理加热方式是电加热和燃气加热，燃气辐射管能够满足热处理加热的要求，与电加热相比，燃气辐射管加热具有一次能源热利用率高、单位表面积热功率大、运行费用低等优点。

对于燃气辐射管加热装置来说，在火焰区，烟气温度较高，相应会形成辐射管壁面的高温区，而火焰区之后，烟气温度降低，相应形成辐射管壁面温度的低温区，因此存在沿管长方向温度不均匀及局部高温的问题；而管体材质、表面温度分布、使用环境等，管体内表面与燃烧火焰及高温烟气直接接触，容易被局部灼烧，同时会出现氧化、渗碳、渗氮的情况，由表面温度分布不均匀引起的热应力会使管体变形，这些也严重影响着辐射管的使用寿命；含氮气体在高温有氧条件下会形成NOx，其生成机理主要有三种：热力型、瞬时反应型和燃料型，排放至大气中就会污染环境甚至危害人体。因此，如何提高辐射管壁面温度均匀性、延长辐射管使用寿命和降低NOx排放是关键要解决的问题。

NOx的生成量和排放量与燃烧温度、过量空气系数等条件有关，针对NOx的生成机理，低NOx燃烧技术主要包括降低火焰温度，高温空气燃烧，烟气再循环，空气分级燃烧，再燃法等；根据烟气是否再循环，燃气辐射管可分为非循环型（U型）和循环型（P型、双P型），由于烟气再循环能够降低燃烧火焰中心区的温度、提高热效率和改善温度均匀性，循环型辐射管的研究越来越受到重视。

发明内容

本发明的目的是通过采取低氧燃烧技术，在空气中混入部分烟气，降低助燃气体中含氧量，提高空气预热温度，达到降低火焰中心温度，减少NOx排放的目的，以及通过采取烟气回流技术，降低辐射管燃烧火焰峰值，从而增强辐射管在长度方向温度温度分布的均匀性，提高辐射管的热效率。

本发明所提出的一种气体双循环辐射管加热装置，一种气体双循环辐射管加热装置，其特征在于，该装置包括置于炉内的内环气体循环管道部分和炉外的外环气体循环管道部分，

所述内环气体循环管道部分包括第一直管、第一弯管、第二直管、第二弯管、第三直管、第三弯管、第四直管和烟气回流管；

所述外环气体循环管道部分包括烧嘴、空烟转接装置，混合气输送管；所述空烟转接装置包括空气入口和烟气出口，所述烧嘴包括喷口、燃烧室和燃气入口；

其中，所述第一直管、第二直管、第三直管和第四直管为直管，且互相平行；所述第一弯管、第二弯管、第三弯管和烟气回流管为弧形；所述的第一直管和第二直管通过第一弯管首尾相连，第二直管和第三直管通过第二弯管首尾相连，第三直管和第四直管通过第三弯管首尾相连，所述第一直管与第二直管、第二直管与第三直管、第三直管与第四直管之间分别设置管间支撑组件，所述第一弯管与第三弯管分别与端部支撑组件固结，再与连杆铰接；所述第四直管和第一直管通过烟气回流管首尾相连，所述的空烟转接装置通过法兰与所述第四直管尾段连接，所述烧嘴通过法兰与所述第一直管的首段连接，所述喷口设置于所述烧嘴一端，所述喷口沿管道深入到所述第一直管与所述烟气回流管的连接处，所述混合气输送管的一端与所述空烟转接装置的空气渐缩出口相连通，且所述空气渐缩出口与所述混合气输送管联通处预留有环形间隙，另一端与所述烧嘴相连通。

进一步，该装置还包括用于调节烧嘴喷口位置的烧嘴喷口伸缩调节装置，所述烧嘴喷口伸缩调节装置设置在炉外。

进一步，所述第一直管直径为D1，烟气回流管直径为D2，其中，D2/D1=0.70~1.0。

进一步，从所述喷口喷出的速度为100m/s~200 m/s的高速气体。

进一步，所述混合气输送管为渐扩管，窄口一端与所述空气出口端连接，宽口一端与所述烧嘴连接。

本发明具有以下优点：

1、本发明为气体双循环辐射管加热装置，在辐射管一端布置烧嘴，另一端布置空烟转接装置；

2、烧嘴喷口高速喷出气体约（100m/s~200 m/s），从而在喷口处形成负压区，烟气沿管道流动至辐射管第四直管段，分为两路：

一路烟气进入空烟转接装置，该路烟气分两部分：一部分经烟气出口排出，另外一部分经从空气渐缩喷口喷出的高速空气引射进入混合气输送管，与空气混合，降低其含氧量，同时提高空气预热温度，进入烧嘴，实现低氧燃烧，降低火焰中心温度，减少热力型NOx生成，提高辐射管热效率；另一路经引射进入烟气回流管回流至烧嘴喷口处，形成气体的内循环，与燃烧的火焰相混合，从而达到消除火焰峰值、提高辐射管壁面温度分布的均匀性、提高辐射管使用寿命、减少NOx排放的目的。

附图说明

图1为本发明气体双循环辐射管加热装置的结构示意图。

图2为本发明空烟转接装置的局部放大结构示意图。

图3为本发明烧嘴处局部放大结构示意图。

图中：

1．辐射管烧嘴， 1a．燃气入口，1b．分流孔，1c．点火枪，1d．燃烧室，1e．烧嘴喷口，1f．烧嘴喷口伸缩调节装置，2．第一直管，3．第一弯管，4a．端部支撑组件，4b．管间支撑组件，5．第二直管，6．第二弯管，7．第三直管，8．地三弯管，9．第四直管，10．烟气回流管，11．空烟转接装置， 11a．空气入口，11b．烟气出口，11c．空气渐缩喷口，12．混合气输送管，13．炉墙。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体的技术方案作进一步说明。

如图1-3所示为本发明气体双循环辐射管加热装置的结构示意图，该装置包括置于炉内的内环气体循环管道部分和炉外的外环气体循环管道部分，

所述内环气体循环管道部分包括第一直管2、第一弯管3、第二直管5、第二弯管6、第三直管7、第三弯管8、第四直管9和烟气回流管10；

所述外环气体循环管道部分包括烧嘴1、空烟转接装置11，混合气输送管12；所述空烟转接装置11包括空气入口11a、空气渐缩出口11c和烟气出口11b，所述烧嘴1包括喷口1e、燃烧室1d和燃气入口1a；

其中，所述第一直管2、第二直管5、第三直管7和第四直管9为直管，且互相平行；所述第一弯管3、第二弯管6、第三弯管8和烟气回流管10为弧形；所述的第一直管2和第二直管5通过第一弯管3首尾相连，第二直管5和第三直管7通过第二弯管6首尾相连，第三直管7和第四直管9通过第三弯管8首尾相连，所述第一直管2与第二直管5、第二直管5与第三直管7、第三直管7与第四直管9之间设置管间支撑组件4b，所述第一弯管3与第三弯管8分别与端部支撑组件4a固结，再与连杆铰接；所述第四直管9和第一直管2通过烟气回流管10首尾相连，所述的空烟转接装置11通过法兰与所述第四直管9尾段连接，所述烧嘴1通过法兰与所述第一直管2的首段连接，所述喷口1e设置所述烧嘴1一端，所述喷口1e沿管道深入到所述第一直管2与所述烟气回流管10的连接处，所述混合气输送管12的一端与所述空烟转接装置11的空气渐缩出口11c相连通，且所述空气渐缩出口11c与所述混合气输送管12联通处预留有环形间隙，另一端与所述烧嘴1相连通。

 实际上，对于内环气体循环来说，循环管道是相通的，其循环气体除燃烧烟气外无其他外部气体参与；但是对于外环气体循环来说，烟气经过空烟转接装置11后，分为两部分，一部分烟气从烟气出口11b排出，脱离外环气体循环，而另一部分烟气与空气相混合，通过混合气输送管12进入烧嘴1，再参与外环气体循环。

所述烧嘴喷口1e沿第一直管2深入辐射管内，且喷口1e位置位于图中A虚线与B虚线之间；喷口1e位置可以通过炉外调节装置1f进行伸缩量调节，随喷口1e位置的不同，回流气体流量不同，具体为，以A虚线为起始，随喷口1e深入，回流量变大，回流量变化率逐渐减小，循环倍率可出现2%~10%的提高。

所述第一直管2直径为D1，烟气回流管10直径为D2，其中，D2/D1的数值为0.70~1.0，具体为，随烟气回流管10直径变大，回流量增加，循环倍率甚至可出现20%左右的提高。

工作时，从换热装置输出的空气经空气入口11a进入空烟转接装置11，经空气渐缩喷口11c以高速喷出，卷吸一部分烟气共同进入混合气输送管12中混合，空烟混合气进入烧嘴1的燃烧室1d，空烟混合气经过分流孔1b分流后与从燃气入口1a进入的燃气在燃烧室1d内混合，在点火枪1c点燃后燃烧，从喷口1e以高速喷出，在喷口1e处形成负压区，并且与从烟气回流管10经引射回流的烟气继续混合燃烧，经过第一直管2、第一弯管3、第二直管5、第二弯管6、第三直管7、第三弯管8、第四直管9后，气体分为两路，一路经引射进入烟气回流管（10），另一路进入空烟转接装置11，一部分从烟气出口11b排出，另一部分被空气卷吸进入混合气输送管12。

本发明将低氧燃烧技术和烟气回流技术应用于单端燃烧的辐射管中，形成独特的气体双循环辐射管加热装置，在其一端布置烧嘴，另一端布置空烟转接装置。经弧形烟气回流管回流到达烧嘴喷口端的烟气稀释了从喷口喷出的燃烧气体浓度，从而降低火焰中心温度，提高了辐射管在长度方向温度分布的均匀性，减少NOx的排放；由于消除了峰值，减少了辐射管壁面的局部高温，能够避免热应力集中，从而延长了辐射管的使用寿命；同时燃烧后的烟气进入空烟转接装置，与空气进行混合后参与燃烧，一方面降低了空气含氧量，实现低氧燃烧，降低NOx排放，另一方面提高了空气温度，提高了辐射管的热效率。以上所述保证了辐射管加热系统的稳定性和可靠性。 

Claims (5)

1. 一种气体双循环辐射管加热装置，其特征在于，该装置包括置于炉内的内环气体循环管道部分和炉外的外环气体循环管道部分，

所述内环气体循环管道部分包括第一直管（2）、第一弯管（3）、第二直管（5）、第二弯管（6）、第三直管（7）、第三弯管（8）、第四直管（9）和烟气回流管（10）；

所述外环气体循环管道部分包括烧嘴（1）、空烟转接装置（11），混合气输送管（12）；所述空烟转接装置（11）包括空气入口(11a)、空气渐缩出口（11c）和烟气出口（11b），所述烧嘴（1）包括喷口（1e）、燃烧室（1d）和燃气入口（1a）；

其中，所述第一直管（2）、第二直管（5）、第三直管（7）和第四直管（9）为直管，且互相平行；所述第一弯管（3）、第二弯管（6）、第三弯管（8）和烟气回流管（10）为弧形；所述的第一直管（2）和第二直管（5）通过第一弯管（3）首尾相连，第二直管（5）和第三直管（7）通过第二弯管（6）首尾相连，第三直管（7）和第四直管（9）通过第三弯管（8）首尾相连，所述第四直管（9）和第一直管（2）通过烟气回流管（10）首尾相连，所述的空烟转接装置（11）通过法兰与所述第四直管（9）尾段连接，所述烧嘴（1）通过法兰与所述第一直管（2）的首段连接，所述喷口（1e）设置于所述烧嘴（1）一端，所述喷口（1e）沿管道深入到所述第一直管（2）与所述烟气回流管（10）的连接处，所述混合气输送管（12）的一端与所述空烟转接装置（11）的空气渐缩出口（11c）相连通，且所述空气渐缩出口（11c）与所述混合气输送管（12）联通处预留有环形间隙，另一端与所述烧嘴（1）相连通。

2.如权利要求书1所述的气体双循环辐射管加热装置，其特征在于，该装置还包括用于调节烧嘴喷口（1e）位置的烧嘴喷口伸缩调节装置（1f），所述烧嘴喷口伸缩调节装置（1f）设置在炉外。

3.如权利要求书1或2所述的气体双循环辐射管加热装置，其特征在于，所述第一直管（2）直径为D1，烟气回流管（10）直径为D2，其中，D2/D1=0.70~1.0。

4.如权利要求书1或2所述的气体双循环辐射管加热装置，其特征在于，从所述喷口（1e）喷出的速度为100m/s~200 m/s的高速气体。

5.如权利要求书1或2所述的气体双循环辐射管加热装置，其特征在于，所述混合气输送管（12）为渐扩管，窄口一端与所述空气出口端（11c）连接，宽口一端与所述烧嘴（1）连接。

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