CN106482100B - 一种新型蓄热式辐射管燃烧装置 - Google Patents

一种新型蓄热式辐射管燃烧装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及蓄热式高温空气燃烧技术领域，尤其涉及一种新型蓄热式辐射管燃烧装置。包括：至少两个单预热空气蓄热式燃烧器、炉体、至少三根辐射管、点火烧嘴、点火烧嘴套管、至少两个燃烧室、四通阀；所述单预热空气蓄热式燃烧器包括：盖板，空气本体，保温层，蓄热体，烧嘴砖，煤气喷枪，连接法兰。该装置具有蓄热式多管束辐射管，具有满足高效、节能、环保蓄热式燃烧技术优点的同时具有更高效的集成性，辐射功率高，温度更加均匀，而其结构更简单，安装、调试和检修更加方便。

Description

一种新型蓄热式辐射管燃烧装置
技术领域
本发明涉及蓄热式高温空气燃烧技术领域，尤其涉及一种新型蓄热式辐射管燃烧装置。
背景技术
燃气辐射管，主要以煤气为燃料，在特制的密封套管内燃烧，通过受热的套管表面以热辐射的形式把热量传递给被加热物体，燃烧产物不与被加热物体接触；蓄热式燃气辐射管通过蓄热体的设置利用套管内燃烧后烟气的显热来预热助燃空气或燃气，具有燃烧热效率高、运行稳定、设备可靠性高等特点，广泛应用于各种热处理炉和连续退火炉等。由于燃气辐射管在正常工作过程中，需要配置相应的换向控制系统及装置。随着工程化项目的广泛应用，一座热处理炉需配备几十乃至几百支辐射管燃烧器，以蓄热式燃气辐射管为例，需配置辐射管燃烧器的数量和点火烧嘴及相应的点火控制系统相互配套，系统十分庞大，人工操作繁琐，成本高。因此如何设计一种高效、简单的蓄热式辐射管燃烧装置成为本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种新型蓄热式辐射管燃烧装置，该装置具有蓄热式多管束辐射管，具有满足高效、节能、环保蓄热式燃烧技术优点的同时具有更高效的集成性，辐射功率高，温度更加均匀，而其结构更简单，安装、调试和检修更加方便。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种新型蓄热式辐射管燃烧装置，根据本发明的实施例，该装置包括：至少两个单预热空气蓄热式燃烧器、炉体（8）、至少三根辐射管（9）、点火烧嘴（10）、点火烧嘴套管（11）、至少两个燃烧室（12）、四通阀（13）；所述单预热空气蓄热式燃烧器包括：盖板（1），空气本体（2），保温层（3），蓄热体（4），烧嘴砖（5），煤气喷枪（6），连接法兰（7），其中：第一燃烧器A和第一燃烧室A位于所述炉体的一侧，第二燃烧器B和第二燃烧室B位于所述炉体的另一侧，所述第一燃烧器A和第二燃烧器B的烧嘴砖分别伸入到所述第一燃烧室A和第二燃烧室B的开孔处，并向燃烧室内延伸，所述烧嘴砖外部金属法兰板与对应的燃烧室紧固连接；每个燃烧器的所述烧嘴砖内设有煤气喷枪，用于将燃气引入到燃烧室内，使燃烧器燃烧出的火焰在燃烧室中燃烧，从而使得辐射管内部无火焰面；所述第一燃烧室A和第二燃烧室B的内部空间沿火焰传播方向呈“倒圆台”型结构，用于提高火焰传播速度，所述“倒圆台”的上台面设有与辐射管连接的火焰出口；所述辐射管在所述炉体的内腔中延伸，其一端与第一燃烧室A的火焰出口通过连接法兰连接，另一端与第二燃烧室B的火焰出口通过连接法兰连接，且所述辐射管轴线与燃烧室内的所述火焰传播方向同向。
发明人发现，根据本发明所述的蓄热式辐射管燃烧装置，炉内气氛、温度比较均匀，炉内温度波动在±5℃，辐射管内部无火焰面，不会产生局部高温，辐射管的功率可以随燃烧器功率的增加而增大，延长了辐射管的使用寿命；同时缩小了安装燃烧装置所需要的空间，方便工艺管路的布置，操作和维护方便，提高了安全性，进一步对烟气余热进行回收，排烟温度可控制在150℃以下；此外其独特的“倒圆台”型式的燃烧室内部结构，能够将燃烧室与辐射管之间的热量传递实现“无缝”对接，提高了燃烧室内的热利用率，进一步提高了辐射管表面辐射功率，并且辐射管的数量可以根据工艺参数设置多个辐射管，降低了投入成本同时减少了装置的安装使用面积，操作更加方便、安全。
根据本发明的实施例，所述空气本体（2）的连接法兰与烧嘴砖（5）的法兰固定连接，所述盖板（1）与空气本体（2）通过螺栓紧固，保温层（3）设置在空气本体（2）的内部，形成蓄热体放置的腔体，所述蓄热体（4）安放于所述腔体内部。
根据本发明的实施例，所述第一燃烧器A和第二燃烧器B的连接法兰（7）分别与所述四通阀（13）的两个连接口通过管道上的金属法兰进行连接，四通阀(13)的另外两个连接口分别与排烟总管和空气总管的金属法兰紧固。
根据本发明的实施例，烧嘴砖外部金属法兰板与对应的燃烧室采用螺栓紧固连接；所述空气本体（2）的连接法兰与烧嘴砖（5）的法兰用螺栓固定连接；所述第一燃烧室A的火焰出口和第二燃烧室B的火焰出口处，分别设有辐射管连接法兰（14），其与辐射管（9）通过螺栓相连接；四通阀(13)的另外两个连接口分别与排烟总管和空气总管的金属法兰通过螺栓紧固。
根据本发明的实施例，每个燃烧室上部都设有一个所述点火烧嘴，所述点火烧嘴深入到所述呈“倒圆台”型的内部空间中，并且，所述点火烧嘴外围设有点火烧嘴套管。
根据本发明的实施例，辐射管（9）水平方式放置于炉体内部，或者竖直分列排布于炉体内部，亦或呈“品”字型布置。
根据本发明的实施例，所述连接法兰（7）与所述四通阀之间设有阀门，用于控制燃烧器内空气的通断。
根据本发明的实施例，所述煤气喷枪（6）包括快切阀。
根据本发明的实施例，所述“倒圆台”的上台面的火焰出口的数量与所述辐射管相同，并沿所述辐射管的分布方向设置。
根据本发明的实施例，所述火焰出口在所述上台面上均匀分布。
本发明至少包括以下有益效果：本发明所述的蓄热式辐射管燃烧装置，炉内气氛、温度比较均匀，炉内温度波动在±5℃，辐射管内部无火焰面，不会产生局部高温，辐射管的功率可以随燃烧器功率的增加而增大，延长了辐射管的使用寿命；同时缩小了安装燃烧装置所需要的空间，方便工艺管路的布置，操作和维护方便，提高了安全性，进一步对烟气余热进行回收，排烟温度可控制在150℃以下；此外其独特的“倒圆台”型式的燃烧室内部结构，能够将燃烧室与辐射管之间的热量传递实现“无缝”对接，提高了燃烧室内的热利用率，进一步提高了辐射管表面辐射功率，并且辐射管的数量可以根据工艺参数设置多个辐射管，降低了投入成本同时减少了装置的安装使用面积，操作更加方便、安全。
附图说明
图1为本发明蓄热式辐射管燃烧装置的结构示意图。
图2为本发明燃烧器的结构示意图。
图3为本发明燃烧室内部空间结构主视图。
图4为本发明燃烧室内部空间结构右视图。
其中，盖板1，空气本体2，保温层3，蓄热体4，烧嘴砖5，煤气喷枪6，连接法兰7，炉体8，辐射管9，点火烧嘴10，点火烧嘴套管11，燃烧室12，第一燃烧室A 1201，第二燃烧室B1202，四通阀13，辐射管连接法兰14，燃烧器15，第一燃烧器A 1501，第二燃烧器B1502。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
本发明提出了一种新型蓄热式辐射管燃烧装置，图1为本发明蓄热式辐射管燃烧装置的结构示意图，根据本发明的实施例，参照图1所示，本发明所述装置包括：至少两个单预热空气蓄热式燃烧器15、炉体8、至少三根辐射管9、点火烧嘴10、点火烧嘴套管11、至少两个燃烧室12和四通阀13；根据本发明的一些实施例，当单预热空气蓄热式燃烧器和燃烧室均为2个时，包括：第一燃烧器A 1501和第一燃烧室A 1201、第二燃烧器B 1502和第二燃烧室B 1202；其中，第一燃烧器A和第一燃烧室A位于所述炉体的一侧，第二燃烧器B和第二燃烧室B位于所述炉体的另一侧，所述第一燃烧器A和第二燃烧器B的烧嘴砖分别伸入到所述第一燃烧室A和第二燃烧室B的开孔处，并向燃烧室内延伸，所述烧嘴砖外部金属法兰板与对应的燃烧室采用螺栓紧固连接；每个燃烧器的所述烧嘴砖内设有煤气喷枪，用于将燃气引入到燃烧室内，使燃烧器燃烧出的火焰在燃烧室中燃烧，从而使得辐射管内部无火焰面；图3为本发明燃烧室内部空间结构主视图，参照图3所示，所述第一燃烧室A和第二燃烧室B的内部空间沿火焰传播方向呈“倒圆台”型结构，用于提高火焰传播速度，图4为本发明燃烧室内部空间结构右视图，参照图4所示，所述“倒圆台”的上台面均匀设有与辐射管连接的火焰出口，所述火焰出口的数量与所述辐射管相同，并沿所述辐射管的分布方向设置；所述第一燃烧室A的火焰出口和第二燃烧室B的火焰出口处，分别设有辐射管连接法兰14，其与辐射管9通过螺栓相连接，并且每个燃烧室上部都设有一个所述点火烧嘴，所述点火烧嘴深入到所述呈“倒圆台”型的内部空间中，并且，所述点火烧嘴外围设有点火烧嘴套管。
根据本发明的一些实施例，参照图1所示，所述辐射管的具体设置方式不受限制，可以为水平方式放置于炉体内部，或者竖直分列排布于炉体内部，亦或呈“品”字型布置，所述辐射管在所述炉体的内腔中延伸，其一端与第一燃烧室A的火焰出口通过连接法兰连接，另一端与第二燃烧室B的火焰出口通过连接法兰连接，且所述辐射管轴线与燃烧室内的所述火焰传播方向同向。
本发明所述的装置的单预热空气蓄热式燃烧器通过燃烧室与辐射管结合，开发出多管束辐射管燃烧装置，该装置将燃烧器燃烧出的火焰在燃烧室中燃烧，并且燃烧室内的火焰传播方向与辐射管轴线同向，同时高温烟气均匀通过辐射管联通的另一个蓄热式燃烧器排出，高温烟气通过辐射管向炉体内部传热，辐射管沿轴向方向无火焰面，不会产生局部高温，同时提高了辐射管的辐射功率，延长辐射管使用寿命，每两个燃烧器和燃烧室为一组，辐射管的数量可以根据工艺参数设置多个辐射管，降低了投入成本同时减少了装置的安装使用面积，操作更加方便、安全。
根据本发明的实施例，图2为本发明燃烧器的结构示意图，参照图1和图2所示，所述单预热空气蓄热式燃烧器包括：盖板1，空气本体2，保温层3，蓄热体4，烧嘴砖5，煤气喷枪6和连接法兰7，其中，所述空气本体2的连接法兰与烧嘴砖5的法兰固定连接，所述盖板1与空气本体2通过螺栓紧固，保温层3设置在空气本体2的内部，形成蓄热体放置的腔体，所述蓄热体4安放于所述腔体内部，所述煤气喷枪6包括快切阀，所述第一燃烧器A和第二燃烧器B的连接法兰7分别与所述四通阀13的两个连接口通过管道上的金属法兰进行连接，四通阀13的另外两个连接口分别与排烟总管和空气总管的金属法兰紧固，所述连接法兰7与所述四通阀之间设有阀门，用于控制燃烧器内空气的通断。
根据本发明的一些实施例，本发明的工作过程为：当第一燃烧器A为燃烧侧，第二燃烧器B为排烟侧，所述辐射管为三根时，先将点火烧嘴A点燃，在其温度达到200℃以上，稳定燃烧后，均开启第一燃烧器A、第二燃烧器B金属法兰的阀门，此时四通阀工作，使得第一燃烧器A的空气管路被连通，同时开启煤气喷枪A的快切阀，使得第一燃烧器A的煤气管路被连通，第一燃烧器A燃烧，火焰向第一燃烧室A内传播，通过第一燃烧室A内的燃烧将高温烟气经火焰出口通过辐射管1、2、3到达第二燃烧室B内，再经第二燃烧器B内的蓄热体将高温烟气进行降温，切换四通阀将排烟管路连通，使烟气通过第二燃烧器B，再经与四通阀连接的排烟总管进行排烟，根据燃烧装置的热负荷，一定流量的室温空气进入空气蓄热体，经过蓄热体后，室温空气被预热到900~1000℃，此时整个燃烧系统正常运行；所述第一燃烧器A和第二燃烧器B在一个周期换向时间后，所述四通阀执行相反操作，使第一燃烧器A为排烟侧，第二燃烧器B为燃烧侧，使整个燃烧系统周期性换向燃烧-排烟。此实施例燃气为液化石油气热值12000kcal/m3，空气过剩系数为1.1，燃烧后辐射管1、2、3表面温度分别对应为810℃，850℃，830℃，每只辐射管轴向方向温度差为±5℃，排烟温度低于150℃。
发明人发现，根据本发明所述的蓄热式辐射管燃烧装置，炉内气氛、温度比较均匀，炉内温度波动在±5℃，辐射管内部无火焰面，不会产生局部高温，辐射管的功率可以随燃烧器功率的增加而增大，延长了辐射管的使用寿命；同时缩小了安装燃烧装置所需要的空间，方便工艺管路的布置，操作和维护方便，提高了安全性，进一步对烟气余热进行回收，排烟温度可控制在150℃以下；此外其独特的“倒圆台”型式的燃烧室内部结构，能够将燃烧室与辐射管之间的热量传递实现“无缝”对接，提高了燃烧室内的热利用率，进一步提高了辐射管表面辐射功率，并且辐射管的数量可以根据工艺参数设置多个辐射管，降低了投入成本同时减少了装置的安装使用面积，操作更加方便、安全。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是点连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。

Claims (10)

1.一种蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于,包括：至少两个单预热空气蓄热式燃烧器、炉体（8）、至少三根辐射管（9）、点火烧嘴（10）、点火烧嘴套管（11）、至少两个燃烧室（12）、四通阀（13）；所述单预热空气蓄热式燃烧器包括：盖板（1），空气本体（2），保温层（3），蓄热体（4），烧嘴砖（5），煤气喷枪（6），连接法兰（7），其中：
第一燃烧器A和第一燃烧室A位于所述炉体的一侧，第二燃烧器B和第二燃烧室B位于所述炉体的另一侧，所述第一燃烧器A和第二燃烧器B的烧嘴砖分别伸入到所述第一燃烧室A和第二燃烧室B的开孔处，并向燃烧室内延伸，所述烧嘴砖外部金属法兰板与对应的燃烧室紧固连接；
每个燃烧器的所述烧嘴砖内设有煤气喷枪，用于将燃气引入到燃烧室内，使燃烧器燃烧出的火焰在燃烧室中燃烧，从而使得辐射管内部无火焰面；
所述第一燃烧室A和第二燃烧室B的内部空间沿火焰传播方向呈“倒圆台”型结构，用于提高火焰传播速度，所述“倒圆台”的上台面设有与辐射管连接的火焰出口；
所述辐射管在所述炉体的内腔中延伸，其一端与第一燃烧室A的火焰出口通过连接法兰连接，另一端与第二燃烧室B的火焰出口通过连接法兰连接，且所述辐射管轴线与燃烧室内的所述火焰传播方向同向。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空气本体（2）的连接法兰与烧嘴砖（5）的法兰固定连接，所述盖板（1）与空气本体（2）通过螺栓紧固，保温层（3）设置在空气本体（2）的内部，形成蓄热体放置的腔体，所述蓄热体（4）安放于所述腔体内部。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一燃烧器A和第二燃烧器B的连接法兰（7）分别与所述四通阀（13）的两个连接口通过管道上的金属法兰进行连接，四通阀(13)的另外两个连接口分别与排烟总管和空气总管的金属法兰紧固。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，烧嘴砖外部金属法兰板与对应的燃烧室采用螺栓紧固连接；所述空气本体（2）的连接法兰与烧嘴砖（5）的法兰用螺栓固定连接；所述第一燃烧室A的火焰出口和第二燃烧室B的火焰出口处，分别设有辐射管连接法兰（14），其与辐射管（9）通过螺栓相连接；四通阀(13)的另外两个连接口分别与排烟总管和空气总管的金属法兰通过螺栓紧固。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，每个燃烧室上部都设有一个所述点火烧嘴，所述点火烧嘴深入到所述呈“倒圆台”型的内部空间中，并且，所述点火烧嘴外围设有点火烧嘴套管。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，辐射管（9）水平方式放置于炉体内部，或者竖直分列排布于炉体内部，亦或呈“品”字型布置。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述连接法兰（7）与所述四通阀之间设有阀门，用于控制燃烧器内空气的通断。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述煤气喷枪（6）包括快切阀。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述“倒圆台”的上台面的火焰出口的数量与所述辐射管相同，并沿所述辐射管的分布方向设置。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述火焰出口在所述上台面上均匀分布。
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