CN106931637A - 一种用于烟叶烘烤设备的高效热风炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于烟叶烘烤设备的高效热风炉，包括：导热管(1)，翅片管(2)，炉壁(3)，炉顶(4)和钢质翅片(5)；其特征在于，所述导热管(1)为一组非相变循环回路导热管；所述翅片管(2)为铝合金翅片管。本发明采用单相传热机制，大大提高了导热器件的传热能力和对炉膛温度的承载能力，突破炉膛温度对相变传热的多种极限限制，解决了普通相变传热机制无法胜任的大密度传热工况，并通过燃料燃烧和散热一体化设计，利用具有较高热交换能力的铝合金开缝翅片充分扩展换热面积，使热风炉形成一个具有强大热转换能力的散热结构，大幅提高烟叶烘烤设备的热能利用效率，实现烤烟生产节能降耗的目的。

Description

一种用于烟叶烘烤设备的高效热风炉

技术领域

本发明涉及传热学领域，尤其涉及一种用于烟叶烘烤设备的高效热风炉。

背景技术

烟叶烘烤是一项能耗很大的干燥作业，烟叶烘烤的成本很大一部分来源于能耗，热风炉是烟叶烘烤设备的重要组成部分，在烟叶烘烤设备中扮演的是热能转换的重要作用，热风炉换热性能的好坏直接影响到烟叶烘烤设备的能耗和烤烟成本，寻求高效率低耗能的烟叶烘烤设备一直是烟叶烘烤设备发展的方向和目标。

近年来，国内烟叶烘烤领域在应用燃煤型火管式热风炉基础上，陆续出现了燃油、燃气、热泵、生物质、太阳能等供热设备。但是，这些设备也都明显存在有其自身的不足，不是设备一次性投入太大，就是燃料价格较贵，设备运行成本高，导致烤烟成本居高不下，在经济性和实用性方面不适合现阶段国内烟区的实际情况。新能源在烟叶烘烤领域的开发利用是一种发展趋势和方向，目前还处于探索发展阶段，很多因素还不能完善，与实际应用尚存在一定距离，大规模应用在经济上还不尽合理。由于我国煤炭燃料资源丰富，价格低廉，目前国内烟叶密集烤房的供热设备仍然是以燃煤型的火管式热风炉为主的局面，而且在近期以燃煤为热源的自控或半自控密集烤房仍将是我国烟叶烘烤设备的发展方向。

但是，目前烟叶密集烤房中普及应用的燃煤型火管式热风炉存在的问题是热能利用效率普遍较低，烤烟能耗居高不下。究其原因：一是气一气换热方式的换热系数本来就较低，加之火管式热风炉又受到金属导热性质的限制，热阻大，热转换效率低。二是炉膛容量与三段式烤烟工艺不匹配，在小火期和中火期炉膛内燃料燃烧不充分，燃烧效率低，以及挥发份、可燃物向外排放和燃料细微颗粒从炉篦间隙下漏造成浪费。三是火管式热交换器受结构体积的限制，散热面积小，散热能力受限，烟气排放温度高。四是火管式热交换器的换热管设置方式极易堵灰，使换热管的热阻增大，造成换热能力不同程度的下降，堵灰严重时甚至使部分换热管失效。由于多种因素的制约影响到热风炉的热交换性能，造成热能利用效率普遍较低，烤烟能耗居高不下。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于烟叶烘烤设备的高效热风炉，包括：导热管(1)，翅片管(2)，炉壁(3)，炉顶(4)和钢质翅片(5)；本发明采用单相导热机制，大大提高了导热器件的传热能力和对炉膛温度的承载能力，突破炉膛温度对相变传热的多种极限限制，解决了普通相变传热机制无法胜任的大密度传热工况，并通过燃料燃烧和散热一体化设计，利用具有较高热交换能力的铝合金开缝翅片充分扩展换热面积，使热风炉形成一个具有强大热交换能力的换热结构，可以在不改变原有烤房框架结构和原有配套设施的情况下，大幅提高烟叶烘烤设备的热能利用效率，实现烤烟生产节能降耗的目的。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：包括：导热管(1)，翅片管(2)，炉壁(3)，炉顶(4)和钢质翅片(5)；所述导热管(1)为一组非相变循环回路导热管，导热管(1)在热风炉上围绕炉壁(3)的周长依次排列分布，沿炉壁(3)的高度方向垂直设置，导热管(1)两端的弧形弯曲段在炉壁(3)上穿越固定，导热管(1)的两条轴线以炉壁(3)为隔板分布在炉壁(3)的内、外两侧，炉壁(3)外侧的管段上设置有翅片管(2)，炉壁(3)内侧的管段为滑璧光管。

所述翅片管(2)为铝合金翅片管，铝合金管上设置有直肋翅片，翅片平面上设置有多区域间断型开缝结构，翅片管(2)通过胀管固定在导热管(1)一侧的管段上。

所述炉顶(4)板面上分布设置有钢质翅片(5)。

所述热风炉为立式的圆柱形结构，热风炉上还设置有添煤口(6)和出渣口(7)，燃烧室与储渣室之间设置有炉篦(8)，炉顶(4)上设置有与烟囱连接的排烟出口(9)，在出渣口(6)的一侧设置有鼓风机进风管(10)。

本发明除了翅片管(2)采用铝合金材质外，其他配件均采用NS钢材质；导热管(1)经过清洗、钝化处理后制作成形，并在管腔内灌注合适的工作介质。

本发明的技术效果在于：本发明的设计目的是通过大幅度提高热风炉的热能转换效率，解决现有烤烟设备热能利用效率普遍较低的技术问题。在通常热能利用过程当中，能量的利用通常是通过能量的传输来实现的，所以能量的利用过程也是一个能量的传递过程，能量传递的实质实际上就是能量利用的实质；热风炉在烤烟设备中扮演的是热能转换的重要角色，能否将炉膛内燃料燃烧的发热量及时有效的转换到烤房当中，对烤烟能耗和烤烟成本有着直接和关键性的作用。一款高效的热风炉不但要实现能量的高效传输，还必须有一个合理的换热结构和足够的热交换面积，具备高效的换热能力，才能实现热能的高效利用。本发明针对目前国内烤烟设备中大量普及应用的燃煤型火管式热风炉存在热能利用效率普遍较低的问题，结合现有烤烟炕房的框架结构和烤烟工艺，以独特的结构设计和效能优化的热交换方式，大幅提高热风炉的热能转换效率来提高热能利用效率，实现本发明的设计目的。

单相导热机制在热风炉上的应用，大大提高了导热器件的传热能力和对炉膛温度的承载能力，突破了炉膛温度对相变传热的多种极限限制，解决了普通相变传热无法胜任的传热工况，在高热流密度工况下，为实现热能的快速转换和有效利用建立了快速导热通道。

热风炉独特的结构设计为扩展散热面积提供了条件，能够充分的扩展散热面积，使热风炉形成了一个具有强大热交换能力的散热结构，热风炉的整个换热过程得到强化，具备了足够的换热能力，从而从根本上解决了气一气换热系数低的问题，炉膛外部的换热条件为导热元件的高效运行和散热结构的可靠稳定性提供了保障。

热风炉的换热结构采用直肋翅片设置使热风炉的热风流程阻力明显减小，翅片平面上多区域间断型开缝结构使散热翅片平面结构发生变化，流经翅片表面流体的边界层形成分层发展态势，有效减薄边界层厚度，加强气流扰动，换热系数得到提高，对强化传热效果产生了显著影响，使热风炉的换热效率得到大幅提升。

铝材质换热材料的选用在热风炉中发挥了重要作用，性价比优良的铝材质具有较高的热交换能力，其高导热能力和低比热容的特性决定了其高效的散热效果，对提高热风炉的换热性能有很大帮助。

燃料燃烧和散热结构的一体化，使热风炉形成了一个紧凑的产品结构，热风炉的金属耗材明显减少、体积减小、重量大幅减轻。

与现有技术相比，由于热风炉换热性质的改变，热交换过程增强和热转换效率的提升，在三段式烘烤工艺的任何期段，炉膛内燃料的添加量和添加次数都相应减少，炉膛内燃料的堆放体积均明显下降，在相同供风量情况下燃料燃烧条件得到改善，供氧均匀，燃烧充分，燃烧效率得到提高。由于导热器件的高效传热特性和循环风机的不间断运行，在烤房稳温、保温时段内的温度维持时间延长，鼓风机启动次数减少、启动间隔时间延长、鼓风机工作时运行时间明显缩短，烤烟设备运行期间的各时段温度调节灵敏，室内温度与控制系统配合良好。应用测试结果表明，与现有设备同比热能利用效率有较大幅度的提高，节能效果非常明显。可以在不改变原有炕房框架结构和原有配套设施的情况下，配合既定烤烟工艺要求，实现强制通风、热风循环和烘烤过程自动控制，大幅提高烟叶烘烤设备的热能利用效率，实现烤烟生产节能降耗，降低烤烟成本，增加烟叶种植收益。

附图说明

图1是一种用于烟叶烘烤设备的高效热风炉侧面剖视示意图。

图2是热风炉上的单相循环回路换热器件示意图。

图3是直肋翅片平面上的多区域间断型开缝结构示意图。

图4是热风炉横截面俯视示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明包括：导热管(1)，翅片管(2)，炉壁(3)，炉顶(4)和钢质翅片(5)；导热管(1)为一组非相变循环回路导热管；导热管(1)在热风炉上围绕炉壁(3)的周长依次排列分布，沿炉壁(3)的高度方向垂直设置，导热管(1)两端的弧形弯曲段在炉壁(3)上穿越固定，导热管(1)的两条轴线以炉壁(3)为隔板分布在炉壁(3)的内、外两侧，炉壁(3)外侧的管段上设置有翅片管(2)，炉壁(3)内侧的管段为滑璧光管。炉顶(4)的板面上分布设置有钢质翅片(5)。热风炉为立式的圆柱形结构，热风炉上还设置有添煤口(6)和出渣口(7)，燃烧室与储渣室之间设置有炉篦(8)，炉顶(4)上设置有与烟囱连接的排烟出口(9)，在出渣口(7)的一侧设置有鼓风机进风管(10)。

如图2或图1所示，导热管(1)为非相变循环回路导热管，导热管(1)一侧的管段上设置有翅片管(2)，翅片管(2)为铝合金管，铝合金管上设置有直肋翅片，翅片管(2)通过胀管固定在导热管(1)一侧的管段上，导热管(1)另一侧的管段为滑璧光管。

如图3所示，直肋翅片平面上设置有多区域间断型开缝结构。

如图4或图1所示，热风炉为立式的圆柱形结构，导热管(1)在热风炉上围绕炉壁(3)的周长依次排列分布，炉壁(3)外侧的管段上设置有翅片管(2)，翅片管(2)通过胀管固定在导热管(1)外侧的管段上，炉壁(3)内侧的管段为滑璧光管。

本发明的技术原理：本发明在使用时，将本发明固定于原有炕房供热室的循环风机下方，热风炉工作时，炉膛内的燃料燃烧产生热量，环路管腔一侧的工质吸热膨胀密度发生变化，分子扩散产生压差，形成动力，工质向上运动；传递到另一侧的工质散热冷却后密度增大，工质向下运动，在热能转换过程中，工质依靠密度差维持自然循环流动过程，将大量的热量从一侧传向另一侧。同时，炉壁外部有一个强有力的散热结构，在强力风机作用下具备有足够的换热能力，工质的热涨与冷缩在管腔中形成了一个对等关系，两侧管腔中的涨、缩对等形成了工质相变的抑制作用，封闭体系中的流体在有效状态下被控制在单相或接近单相的形态中，工质在温度、压力和体积相互转换过程中，管腔中只有一种相对统一的物质密度空间，物质在吸收和释放热能的膨、缩只在同相态下进行，工作状态下完全无相变发生。虽然相变无法出现，但管腔内却存在很大的温差应力，所以只要另一端的温度下降，应力就立即减弱，这样压力大的一侧工质就会发生舒展并释放热量，而这样的释放是在分子间和原子间进行的，所以热量也就在这样的过程中传导运动，如果分子间的距离与一定的热运动相吻合并出现步骤和幅度相一致的运动，那么其导热量和导热速度就会以趋向最大化的态势来完成热在封闭体系中的快速传导，实现导热工质的合理流动和热量传递过程，被转换出来的热量在循环风机的作用下形成强制对流，将热风送入烤房当中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进，以及不同的用途变换均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于烟叶烘烤设备的高效热风炉，包括：导热管(1)，翅片管(2)，炉壁(3)，炉顶(4)和钢质翅片(5)；其特征在于，所述导热管(1)为一组非相变循环回路导热管，导热管(1)在热风炉上围绕炉壁(3)的周长依次排列分布，沿炉壁(3)的高度方向垂直设置，导热管(1)两端的弧形弯曲段在炉壁(3)上穿越固定，导热管(1)的两条轴线以炉壁(3)为隔板分布在炉壁(3)的内、外两侧，炉壁(3)外侧的管段上设置有翅片管(2)，炉壁(3)内侧的管段为滑璧光管。

2.根据权利要求1所述一种用于烟叶烘烤设备的高效热风炉，其特征在于，所述翅片管(2)为铝合金翅片管，铝合金管上设置有直肋翅片，直肋翅片上设置有多区域间断型开缝结构，翅片管(2)通过胀管固定在导热管(1)一侧的管段上。

3.根据权利要求1所述一种用于烟叶烘烤设备的高效热风炉，其特征在于，所述炉顶(4)上分布设置有钢质翅片(5)。

4.根据权利要求1所述一种用于烟叶烘烤设备的高效热风炉，其特征在于，所述热风炉为立式圆柱形结构，热风炉上还设置有添煤口(6)和出渣口(7)，燃烧室与储渣室之间设置有炉篦(8)，炉顶(4)上设置有与烟囱连接的排烟出口(9)，在出渣口(6)的一侧设置有鼓风机进风管(10)。