CN105758242A - 一种强化传热的网孔蜂窝包及窑炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强化传热的网孔蜂窝包及窑炉，所述强化传热的网孔蜂窝包设置有从外表面到内部密布相互连通的孔，网孔蜂窝包外形顶部截面积≦底部截面积、几何中心线与底部截面的角度15°?90°。本发明强化传热的网孔蜂窝包快速吸收热烟气里面的热量并转换成辐射热量定向传给被加热物体，消除了热量传递过程中的瓶颈，对于设备小型化或节能减排，均可产生明显效果。
Description
技术领域
本发明属于热能工程技术领域，尤其涉及一种强化传热的网孔蜂窝包及使用这种网孔蜂窝包的窑炉。
背景技术
人类的生活和生产领域大量使用燃料燃烧产生热能，要利用这些热能，就必须要将这些热能有效地传递给被加热物体，达到这一目的的设备包括金属冶炼炉、金属加热炉、热处理炉、陶瓷窑炉、水泥窑炉、玻璃炉、化学裂解炉等。在我国，这种方式消耗的能源占全国能源总消耗的很大一部分。不仅能源消耗大而且伴随大量的碳排放以及严重的环境污染。为了减少这些窑炉生产过程中的能源消耗，相关研究机构及生产企业不断探索新的技术以降低能源消耗，同时减少对环境的污染。
目前，人们在燃料的充分燃烧以及回收余热方面，已经取得了相当好的效果。但燃料燃烧产生的热量主要是在其燃烧产生的烟气中，只有通过对流传热才能将这些热能传递给被加热物体。传热学的理论和实践证明气体的对流传热速度是比较低的，为此，人们采用了很多提高对流传热速度的方法和技术，比如强制对流传热、采用翅片增加对流传热面积等。但这些技术的使用，在很多场合并没有改变对热烟气传递热能给被加热物体时，对流传热速度为整个热能传递过程中的瓶颈这一问题。
如果有一种技术，可以加强上述对流传热速度，尽最大可能消除热能传递过程中的瓶颈，必将提高人类热能利用效率。所以有必要进行开发研究，以提供一种新的高效对流传热技术，提高热能利用效率，以达到节能和减少环境污染的目的。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种强化传热网孔蜂窝包及使用这种网孔蜂窝包的窑炉，以提高热能利用率，以达到节能和减少环境污染的目的。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种强化传热网孔蜂窝包，其设置有从外表面到内部密布相互连通的孔，网孔蜂窝包外形顶部截面积≦底部截面积、几何中心线与底部截面的角度15°-90°。
进一步地，所述网孔蜂窝包上开有一个或多个向同一方向开口的空腔。
进一步地，所述网孔蜂窝包的截面外形为圆形、方形或变截面。
进一步地，所述网孔蜂窝包为凸台形或平板型,网孔蜂窝包所有表面涂远红外辐射材料。
本发明另一技术方案为：一种窑炉，包括有由炉底、炉墙、炉顶、以及炉门构成的炉膛，炉膛的底部放置要被加热的物体；其中，在炉顶内衬上或/和炉墙内衬上设置有前述的强化传热的网孔蜂窝包。
本发明又一技术方案为：一种窑炉，包括有由炉底、炉墙、炉顶、以及炉门构成的炉膛，炉膛的底部放置要被加热的物体；其中，在被加热的物体上设置有权利要求1所述的强化传热的网蜂窝包。
相较于现有技术，本发明强化传热的网孔蜂窝包快速吸收热烟气里面的热量并转换成辐射热量定向传给被加热物体，消除了热量传递过程中的瓶颈，对于设备小型化或节能减排，均可产生明显效果。
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的介绍，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，对于本领域的技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A-图1D是本发明强化传热的网孔蜂窝包的示意图。
图2是本发明强化传热的网孔蜂窝包强化对流传热的原理示意图。
图3是一种采用了强化传热的网孔蜂窝包火法工业窑炉图示。
图4是本发明强化传热的网孔蜂窝包安装在炉顶内衬砖上的示意图。
图5是本发明强化传热的网孔蜂窝包安装在炉墙内衬砖上的示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种强化传热的网孔蜂窝包，极大地提高了对流和辐射传热的效率和速度，对整个金属冶炼炉节能降耗产生重大影响。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本发明的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它单元。
以下分别进行详细说明。
本发明一种强化传热的网孔蜂窝包，其设置有从外表面到内部密布相互连通的孔，网孔蜂窝包外形顶部截面积≦底部截面积、几何中心线与底部截面的角度15°-90°，网孔蜂窝包上开有一个或多个向同一方向开口的空腔。
在另一实施例中，网孔蜂窝包的截面为圆形、方形或变截面，网孔蜂窝包底部与要安装的耐火墙体配合，便于安装。
又一实施例中，网孔蜂窝包由金属或耐火材料构成凸台形，从外表到内部密布相互连通的孔，网孔蜂窝包所有表面涂远红外辐射材料。
具体地，如图1A-图1D所示，本发明强化传热的网孔蜂窝包1-1、1-2、1-3和1-4为网孔蜂窝包的四种具体实施形式，当然，不限于这四种形状，其他不规则形状也可以。其中，网孔蜂窝包1-1、1-2的几何中心线与底部截面的角度为90°，网孔蜂窝包1-2开有多个空腔。而网孔蜂窝包1-3几何中心线与底部截面的角度为小于90°。网孔蜂窝包1-4外形为圆形且没有中心空腔。具体实施中，外形、空腔、密布的小孔形状、中心线角度等要素均可以根据满足强化传热的具体情况进行改变，不局限于这几种形状，可以有更多的形式。
图2所示为一种陶瓷窑炉的炉顶热传递原理示意图，是一个吸收流体内热量并转化为辐射热量传递给放置于炉底上的陶瓷的例子。这种情况多用于在冶金炉、陶瓷窑等窑炉炉顶或炉墙受热烟气表面。在这些位置设置强化对流传热网孔蜂窝包加强对流传热并中转传递给被加热物体。如图2所示，其中耐火砖2为绝热耐火材料，热烟气4流过网孔蜂窝包1-1和网孔蜂窝包1-2时，热烟气4分成无数细流7进出蜂窝包上的密布小孔的过程，对流面积大大增加，同时产生无数的湍流6，提高了对流传热系数。根据对流传热计算公式可知，在流体流量和温压相同的情况下，对流传热量与面积和对流传热系数成正比。因此，网孔蜂窝包1-1和网孔蜂窝包1-2吸收到大量热烟气4中的热能，由于耐火砖2是绝热体，网孔蜂窝包1-1和网孔蜂窝包1-2吸收的热能使自身温度升高，并将热能转换成辐射能以保持自身的热平衡。由于网孔蜂窝包内设置有开口的空腔、以及网孔蜂窝包有规律的排列，在网孔蜂窝包与网孔蜂窝包之间也形成了一定方向的开口空腔，这些开口空腔将网孔蜂窝包和耐火砖2发出的辐射射线5按设计的方向发射出去并给被加热物体加热，由此在炉顶上形成了强度很高的中转强化传热。
本发明强化传热的网孔蜂窝包可应用于多种领域，在火法工业炉领域，将强化传热网孔蜂窝包放置在炉墙或炉顶内衬上，就形成了一种新型的节能工业炉。随着炉膛内热烟气的流动，热烟气进出网孔蜂窝包将大量的热能传递给构成网孔蜂窝包的金属或耐火材料，网孔蜂窝包的金属或耐火材料受热后产生热辐射，并被网孔蜂窝包上定向开口的空腔、有序排列的网孔蜂窝包围成的定向空口定向地传递给被加热物体-即网孔蜂窝包强化了将热烟气里面的热量转换为辐射能量传递给被加热物体，防止了热烟气里面有效热能被排放掉，可产生明显的节能效果。
如图4所示，强化传热网孔蜂窝包1-1和1-2与工业窑炉内衬契型耐火砖2做成一体、用于炉顶形成拱顶。
如图5所示，强化传热网孔蜂窝包1-3与工业窑炉内衬方形耐火砖3做成一体，用于炉墙。同时，网孔蜂窝包所有表面涂远红外辐射材料，以便增加蜂窝包的辐射。
图3所示为本发明另一实施例，一种火法工业窑炉，包括有炉底9、炉墙10、炉顶11、炉门；炉底9、炉墙10、炉顶11、炉门组成炉膛，炉膛的底部放置要被加热的物体8，其余为热气室；在炉顶11内衬上设置有强化传热网孔蜂窝包1-1或/和在炉墙10内衬上设置有强化传热网孔蜂窝包1-3。
本发明又一实施例为：一种窑炉，包括有由炉底、炉墙、炉顶、以及炉门构成的炉膛，炉膛的底部放置要被加热的物体；其中，在被加热的物体上设置有前述的强化传热的网蜂窝包。
本发明方法创造出一个适合热工技术领域强化热传递的技术方案。可以改变很多种热能设备的热能使用效率，产生明显的节能效果。
综上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种强化传热的网孔蜂窝包，其特征在于：其设置有从外表面到内部密布相互连通的孔，网孔蜂窝包外形顶部截面积≦底部截面积、几何中心线与底部截面的角度15°-90°。
2.如权利要求1所述的强化传热的网孔蜂窝包，其特征在于：所述网孔蜂窝包上开有一个或多个向同一方向开口的空腔。
3.如权利要求1所述的强化传热的网孔蜂窝包，其特征在于：所述网孔蜂窝包的截面外形为圆形、方形或其它形状的截面。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的强化传热的网孔蜂窝包，其特征在于：所述网孔蜂窝包为凸台形或平板型,网孔蜂窝包所有表面涂远红外辐射材料。
5.一种工业窑炉，包括有由炉底、炉墙、炉顶、以及炉门构成的炉膛，炉膛的底部放置要被加热的物体；其特征在于：在炉顶内衬上或/和炉墙内衬上设置有权利要求1所述的强化传热的网孔蜂窝包。
6.一种工业窑炉，包括有由炉底、炉墙、炉顶、以及炉门构成的炉膛，炉膛的底部放置要被加热的物体；其特征在于：在被加热的物体上设置有权利要求1所述的强化传热的网蜂窝包。
7.如权利要求5或6所述的工业炉，其特征在于：所述网孔蜂窝包上开有一个或多个向同一方向开口的空腔。
8.如权利要求5或6所述的工业炉，其特征在于：所述网孔蜂窝包的截面为圆形、方形或变截面。
9.如权利要求5所述的工业炉，其特征在于：所述网孔蜂窝包为凸台形,网孔蜂窝包所有表面涂远红外辐射材料。
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