CN106439814A

CN106439814A - 一种辐射加热器及工业炉

Info

Publication number: CN106439814A
Application number: CN201611041204.5A
Authority: CN
Inventors: 陈万里; 吴道洪
Original assignee: Beijing Shenwu Environmental and Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Shenwu Environmental and Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2017-02-22

Abstract

本发明提出一种辐射加热器，包括燃烧室、烧嘴、烟气出口；所述燃烧室是封闭的腔室，包括内壁、外壁、上壁、下壁、第一侧壁、第二侧壁；所述燃烧室的内壁是辐射面，所述燃烧室的外壁是绝热壁。本发明提供的是一种大型的辐射加热器，应用本发明的辐射加热器能提高燃气加热器燃烧空间，增加单台加热器加热能力，并且控制简单方便。本发明还提出一种工业炉，所述工业炉的炉体由所述辐射加热器组合构成，这种工业炉加热设备与炉体融为一体，不需另建炉体，传热面积大，能够充分利用炉膛空间，加热功率高。

Description

一种辐射加热器及工业炉

技术领域

本发明涉及燃气辐射加热领域，特别是涉及一种采用燃气提供热源，适用于将物料进行隔绝加热的大型辐射加热器，以及应用这种辐射加热器组合构成的工业炉。

背景技术

辐射加热是金属热处理、中低温热解、医药食品等行业常用的一种常用加热方式，工业上应用实例有罩式辐射炉、辐射加热管等。按照加热介质不同，常用的有电辐射、蒸汽辐射、燃气辐射等。蒸汽辐射加热温度较低，一般低于200℃；电辐射使用简单灵活，但能耗较高、成本较贵；燃气辐射运行成本较低、适用于中高温加热领域，目前在工业领域广泛使用。现有的燃气辐射一般都是采用高温耐热钢作为辐射体，燃气燃烧发出的热量要通过耐热钢作为中间辐射介质，通过钢材热辐射的方式将热量传递给炉膛和被加热物料。但由于辐射管管内空间限制，其表面加热功率一般有限。

罩式辐射炉一般用于冶金行业钢卷退火热处理工艺，为间歇式加热炉，工艺上经过加热和冷却两个阶段，每次加热需要炉膛重新升温，设备物理热损失较大，影响热效率。罩式炉主要设备包括:全封闭炉台、炉台循环风机、加热罩、冷却罩、内罩等。加热罩内分层沿环形布置多个切向烧嘴，用以给内罩加热。内罩布置在加热罩内，被加热物料放在以炉台和内罩形成的密闭空间里，密闭空间里以充入保护气体，以循环风机的高速旋转形成保护气的强对流循环，内罩以辐射和对流的方式将热量传递给被加热物料，常用于热轧钢卷的退火热处理工艺。罩式炉是一种间歇式加热装置，工艺上经过加热和冷却两个阶段，每次加热需要炉膛重新升温，设备物理热损失较大，影响热效率。且单台产量有限，并且不适用于散状运输的物料加热。

辐射加热管能够连续工作，但尺寸有限，管内空间较小，结构复杂，燃气和空气的燃烧控制较为困难，特别是在低温阶段着火失败率较高，火焰检测故障频发。为了提高表面发热功率，一般燃气辐射管的燃烧温度较高，容易烧坏辐射管，且容易增加NOx排放，不符合环保要求。

目前，围绕燃气辐射的技术问题一般集中在外型结构、管壳材质、节能技术、低NOx燃烧技术等方面。在外型结构方面，燃气辐射管按照形状可分为I型、U型、W型、P型、A型等；I型辐射管辐射面较小，功率较低；W型辐射管辐射面较大，功率较大；U型辐射管加热功率处于I型、W型两者之间；P型、A型辐射在管结构上具有烟气再循环能力，NOx排放较低。在管壳材质方面，一般使用合金耐热钢和不锈钢，一些特殊领域使用性能更高的特种钢。在管壳表面喷涂特种涂料，可以保护钢材，提高辐射率，有益效果很明显。在节能技术方面，罩式辐射炉在冷却阶段回收烟气余热，用于发电等。辐射加热管的目前发展趋势为蓄热式辐射管，可以使用高炉煤气、发生炉煤气等低热值燃料，利用陶瓷蜂窝蓄热体将烟气热量回收。

目前还有一种蓄热式辐射管燃烧装置是在传统U型辐射管基础上，通过在燃烧入口和烟气出口之间设置烟气回流支管，大部分烟气在辐射管内循环，借此形成低氧燃烧，降低高温污染物Nox生成速率，并通过优化布置燃气和空气喷口位置，使辐射管内形成无焰燃烧状态，降低燃烧温度，减少NOx排放。但管道压力波动和功率调节对改装置的燃烧效率影响较大，容易着火失败，工作状态监控困难。

上述的燃气辐射管加热器燃烧空间尺寸相对较小，单台辐射管加热器加热能力有限。并且由于材质耐热能力有限，辐射管容易过热烧损，使用寿命有限。在大型加热设备上，为了提高产量必须增加辐射管加热器数量，一些大型装置的辐射管加热器数量能够达到150～200个，控制系统复杂，故障率相对较高，维护成本较高。因此如何提高燃气辐射加热器燃烧空间，增加单台辐射加热器加热能力，成为人们亟待解决的问题。

发明内容

为了解决背景技术中的燃气辐射管加热器燃烧空间尺寸相对较小，单台加热能力有限的不足，本发明意在提出一种辐射加热器，能够增加传热面积，提高加热功率，充分利用炉膛空间，并且控制简单方便。

本发明提出一种辐射加热器，包括燃烧室、烧嘴、烟气出口；

所述燃烧室是封闭的腔室，包括内壁、外壁、上壁、下壁、第一侧壁、第二侧壁；

所述燃烧室的内壁是辐射面，所述燃烧室的外壁是绝热壁。

进一步地，所述烧嘴包括燃气喷口和空气喷口；

所述烧嘴设置有多个；

所述多个烧嘴分别设置在所述燃烧室的第一侧壁和/或第二侧壁。

进一步地，所述燃气喷口和所述空气喷口沿燃烧室的侧壁交错设置；

所述燃气喷口设置3～5组；所述空气喷口设置4～6组。

进一步地，所述烧嘴为蓄热燃烧方式或者是非蓄热的常规燃烧式；所述蓄热燃烧方式为空气单蓄热式、燃气单蓄热式、或者空气燃气双蓄热式之一。

进一步地，所述辐射面表面具有纹状结构或者光滑平整无纹状结构；所述纹状结构为波纹状结构，或者为花纹状结构，或者为凸纹状结构，或者为麻点纹状结构；所述纹状结构的厚度为2～20mm；所述辐射面表面涂有高辐射率涂层。

进一步地，所述辐射面材料是结构钢，或者是合金钢，或者是耐热钢，或者是不锈钢，或者是铜，或者主要成分是Al₂O₃，或者主要成分是SiO₂，或者主要成分是石墨，或者主要成分陶瓷。

进一步地，所述辐射绝热壁由内到外分别是耐火浇注料层、耐火纤维毡层和外壳钢板。

进一步地，所述辐射加热器为直形、或者折线形、或者环形、或者弧形、或者U型。

本发明还提出一种工业炉，包括上述的辐射加热器，所述工业炉的炉体由所述辐射加热器组合构成。

进一步地，所述工业炉为方形、或者井形、或者隧道形、或者环形。

应用本发明，可实现如下有益效果：

(1)传热面积大，能够充分利用炉膛空间，加热功率高；

(2)燃烧室空间较大，烧嘴燃烧效率高，控制简单方便；

(3)采用蓄热式烧嘴，周期换向燃烧，炉膛温度均匀；

(4)燃烧温度相对较低，NOx排放少；

(5)烧嘴和炉体融为一体，不需另建炉体；

(6)装置为模块式结构，生产和建设安装成本低。

附图说明

图1是本发明实施例的一种辐射加热器的断面截图；

图2是本发明实施例的一种辐射加热器的俯视图；

图3是本发明实施例的一种井式炉结构简图；

图4是本发明实施例的一种多辐射加热器拼接图。

附图标记：

1、辐射加热器：

11、绝热壁；12、辐射面；13、燃烧室；14、烧嘴；15、燃气管道；

16、空气管道；17、排烟管道；

2、被加热物料存放区；

3、炉盖；4、环型辐射加热器构成的炉体；5、炉底。

具体实施方式

下面结合附图具体说明本发明的实施方式。

从图1、图2可见，辐射加热器1为截面为矩形、长度方向呈环型的管状设备；辐射加热器1的长度方向外型也可变形为直形、半圆形、圆形、弧形、U型或者其它曲线型。辐射加热器1的外侧面对环境空气，为绝热壁11；内侧面对被加热物料，为辐射面12。

参见图1和图2，辐射面12由耐热不锈钢板焊制，为横波纹结构，厚度2～20mm，可以加强抗变形能力、延长使用寿命、增加传热面积、提高加热能力。辐射面12形状不限于波纹状，也可为花纹、凸纹、麻点等多种纹状，也可为光滑平整无纹状。辐射面12不仅直接接收火焰和烟气的热量，而且也能接收绝热壁面反射出火焰和烟气热量，炉膛传热效率更高。辐射面12作为中间介质隔绝了火焰和被加热物料，以辐射的方式进行间接加热。

从图1、图2可见，燃烧室13是封闭的腔室，包括内壁、外壁、第一侧壁、第二侧壁、上壁、下壁；燃烧室13的内壁是辐射面，燃烧室13的外壁、上壁、下壁是绝热壁；燃烧室13为与外型一致的长条状、向内弯曲的管状或其它形状的夹壁状空间，燃烧室13的第一侧壁布置烧嘴14，第二侧壁布置排烟管道17。

如图1、图2所示，燃烧室13腔室的内壁的材料由内到外分别是轻质耐火浇注料、耐火纤维毡和外壳钢板。轻质耐火砖能够承受高速烟气冲刷，耐火纤维毡起绝热保温作用。辐射面12主要成分不限于结构钢、合金钢、耐热钢、不锈钢、铜等金属，也可为非金属，如Al₂O₃、SiO₂、石墨、陶瓷等。

参见图1和图2，燃气在燃烧室13内燃烧，产生火焰和高温烟气，其部分热量通过辐射和对流方式直接传输给辐射面12，另一部分热量经绝热内壁反射给辐射面12。燃料在燃烧室13内燃烧，热量只能通过内侧的辐射面向外传递，其他壁面绝热。

如图1、图2所示，烧嘴14为空气单蓄热式烧嘴，包括多组燃气喷口和空气喷口。烧嘴14布置在燃烧室的AB两端，燃气喷口和空气喷口沿燃烧室的高度方向交错布置，其中燃气喷口布置3～5组，空气喷口布置4～6组。该蓄热式烧嘴的排烟温度为100～200度。换向周期为30～120秒。烧嘴14可采用燃气单蓄热式、空燃双蓄热式等多种蓄热燃烧方式；也可采用非蓄热的常规燃烧方式，利用换热器回收烟气热量。

换向装置的核心机构为一套四通换向阀，具有四个连接端，其中一端、二端连接烧嘴14，三端连接空气管道16，四端连接排烟管道17上；它有两个工位。当处于工位二时，烧嘴14与排烟管道17相连，烧嘴14处于排烟状态，对侧烧嘴14处于燃烧状态；当处于工位一时，烧嘴14与空气管道16相连，烧嘴14处于燃烧状态，对侧烧嘴14处于排烟状态。

换向装置的四通换向阀也可由两套三通换向阀替换，同样能够实现该功能。

多套辐射加热器1组合排列后形成的加热设备与炉体融为一体，不需另建炉体。如图3所示的是一种井式炉，包括：炉盖3、环型辐射加热器构成的炉体4、炉底5，其中环型辐射加热器构成的炉体4由3～5套辐射加热器1组合排列后形成；图中井式炉的加热设备通过高温辐射面向外辐射的热量实现加热，被加热物料布置在辐射面围成的封闭空间内，即如图2所示的被加热物料存放区2。多套辐射加热器1组合排列后形成的加热设备的布置方向也可以有多种，即可沿垂直方向呈井型，也可沿水平直线方向呈隧道型、沿圆周方向呈环形等多种方向。

参见图2和图3，辐射加热器1也可呈向内弯曲的弧线形、折线形或者其他形状。可由多套呈向内弯曲形状的辐射加热器1首尾拼接成封闭曲线形结构，如图4。多套辐射加热器1拼接成的封闭曲线形结构也可以进一步并行排列成不同形状的加热空间，如方形、井形、隧道形、环形等，上述并行排列成不同形状的加热空间与炉体融为一体，不需另建炉体；这样构造的工业炉传热面积大，能够充分利用炉膛空间，加热功率高。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims

1.一种辐射加热器，包括燃烧室、烧嘴、烟气出口；

所述燃烧室的内壁是辐射面，所述燃烧室的外壁是绝热壁。

2.如权利要求1所述的辐射加热器，其特征在于，

所述烧嘴包括燃气喷口和空气喷口；

所述辐射加热器包括多个烧嘴；

3.如权利要求2所述的辐射加热器，其特征在于，

所述燃气喷口和所述空气喷口沿燃烧室的侧壁交错设置；

所述燃气喷口设置3～5组；所述空气喷口设置4～6组。

4.如权利要求1所述的辐射加热器，其特征在于，

所述烧嘴为蓄热燃烧方式或者是非蓄热的常规燃烧式；

所述蓄热燃烧方式为空气单蓄热式、燃气单蓄热式、或者空气燃气双蓄热式之一。

5.如权利要求1所述的辐射加热器，其特征在于，

所述辐射面表面具有纹状结构或者光滑平整无纹状结构；

所述纹状结构为波纹状结构，或者为花纹状结构，或者为凸纹状结构，或者为麻点纹状结构；

所述纹状结构的厚度为2～20mm；

所述辐射面表面涂有高辐射率涂层。

6.如权利要求1所述的辐射加热器，其特征在于，

所述辐射面材料是结构钢，或者是合金钢，或者是耐热钢，或者是不锈钢，或者是铜，或者主要成分是Al₂O₃，或者主要成分是SiO₂，或者主要成分是石墨，或者主要成分陶瓷。

7.如权利要求1所述的辐射加热器，其特征在于，

所述辐射绝热壁由内到外分别是耐火浇注料层、耐火纤维毡层和外壳钢板。

8.如权利要求1所述的辐射加热器，其特征在于，

所述辐射加热器为直形、或者折线形、或者环形、或者弧形、或者U型。

9.一种工业炉，包括如权利要求1-8之一所述的辐射加热器，

所述工业炉的炉体由所述辐射加热器组合构成。

10.如权利要求9所述的工业炉，其特征在于，

所述工业炉为方形、或者井形、或者隧道形、或者环形。