CN107957064A - 一种蓄热式辐射管燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓄热式辐射管燃烧装置，包括辐射管、第一法兰、第二法兰、第一蓄热烧嘴和第二蓄热烧嘴，在辐射管的两端采用了变径设计，且辐射管两端均与蓄热烧嘴连接，在循坏工作过程中，在燃烧侧，辐射管内的高温烟气通过变径突扩后，流速降低，在辐射管内停留时间延长，提高了管壁外侧辐射热量的能力，在排烟侧，高温烟气变径缩小后，流速提高，快速通过蓄热体，提高了蓄热体使用寿命，极大地降低了生产和运行成本，保障生产稳定运行。

Description

一种蓄热式辐射管燃烧装置

技术领域

本发明属于高温空气加热技术领域，尤其涉及蓄热式高温空气燃烧技术领域，具体涉及一种蓄热式辐射管燃烧装置。

背景技术

蓄热式辐射管将较为先进的高温空气燃烧技术应用于燃气辐射管上，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，且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。

目前，公开号为P2000-356310A[P]，专利名称为Regenerative radiant tubeburner的日本专利提供了一种双端型蓄热式辐射管燃烧器，该燃烧器采用了空气分级燃烧的形式，同时设计了两类二次空气喷口的形状，通过大小不同的二次空气喷口来改变辐射管周向方向燃烧烟气与二次空气的混合状况，从而改善辐射管周向方向的温度分布。然而，辐射管周向方向燃烧烟气与二次空气混合后，在一定程度上降低了NOx排放，但是火焰直接冲刷辐射管套管管壁，影响套管管壁轴向温度分布均匀性和套管使用寿命，辐射管燃烧效率受限。

公开号为P2007-278963A[P]的日本专利提供了一种蓄热式辐射管燃烧器，通过管内的内衬管及燃烧筒装置的阻隔作用使助燃空气发生分级燃烧。但该燃烧器装置调节空气分级供风比例的灵活性较差，且一次燃烧和二次燃烧出口口径一致，火焰出口速度、燃烧稳定性方面有一定的局限性，且高温烟气通过辐射管速度过快，辐射管热效率低。

蓄热式燃气辐射管的性能主要是以套管内燃烧热效率、套管管壁温度分布均匀性以及烟气中NOx排放量来评价。近年来，由于蓄热式燃气辐射管套管内燃烧组织结构不合理，严重影响套管管壁轴向温度分布和套管使用寿命。

辐射管表面温度分布的均匀性是衡量辐射管性能的一个重要指标。它主要影响到辐射管的加热质量和辐射管的寿命等。而影响辐射管表面温度分布均匀性的主要因素是燃气与空气的混合情况。燃气与空气的混合强度越低，则混合时间变长、火焰拉长，燃气不能完全燃烧，辐射管表面温度分布均匀性降低，还会造成燃气浪费，降低辐射管的燃烧效率；若空气与燃气的混合强度过大，则混合时间缩短、火焰过短，同样会使辐射管表面温度分布不均匀性增大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种蓄热式辐射管燃烧装置，以解决现有蓄热式辐射管由于高温烟气流速过高而导致辐射管单位面积辐射功率（热效率）低，辐射管表面温度分布的不均匀，辐射管成本高等问题

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种蓄热式辐射管燃烧装置，包括：辐射管、第一法兰、第二法兰、第一蓄热烧嘴和第二蓄热烧嘴，所述第一蓄热烧嘴和第二蓄热烧嘴对称设置于所述辐射管两端，所述第一蓄热烧嘴和第二蓄热烧嘴通过所述第一法兰和第二法兰分别与辐射管连接；

其中：

所述辐射管为变径管，端部管径小于中间管径，包括两端的锥管缩颈部和中间的大圆柱部，其中，所述锥管缩颈部设置于所述辐射管的两端，所述大圆柱部设置于所述辐射管的中部，所述锥管缩颈部与水平线的夹角为15-30°。

进一步的，所述第一蓄热烧嘴和第二蓄热烧嘴结构相同，包括隔焰管套、喷管、蓄热体、喷头和隔焰罩，所述蓄热体、所述隔焰罩依次设于所述隔焰管套中，所述隔焰罩从靠近所述蓄热体的一端至靠近所述辐射管的一端呈渐缩形状，所述喷管沿隔焰管套轴向嵌设于所述蓄热体中，所述喷头套设于所述隔焰罩内并与所述喷管相连。

进一步的，所述隔焰罩上设有小孔。

进一步的，所述辐射管的端部的直径与所述辐射管的大圆柱部的直径比1:(1.08-1.28)。

进一步的，所述喷头设有旋流叶片。

进一步的，所述隔焰罩为阶梯状，与所述蓄热体连接的一端为粗径段，背离蓄热体的一端为细径段，中间为中径段，在所述粗径段与中径段之间具有过渡的台阶面，所述台阶面上设有通孔。

进一步的，所述通孔的中心线与隔焰罩中心轴线的夹角为15-30°。

进一步的，所述隔焰管套为与所述辐射管的端部相配合的直筒形。

进一步的，所述隔焰罩由碳化硅制成。

进一步的，所述蓄热体为蜂窝状。

本发明的有益效果在于：

（1）在燃烧侧，高温烟气通过变径突扩后，流速降低，在辐射管内停留时间延长，提高了管壁外侧辐射热量的能力，进而燃烧效率提高3%以上，节约燃料10%以上；

（2）在排烟侧，高温烟气变径缩小后，流速提高，快速通过蓄热体，提高了通过蓄热体时间，降低了燃用高热值燃料蓄热体积碳现象的出现，使得蓄热体使用寿命提高6个月以上，极大地降低了生产和运行成本，保障生产稳定运行；

（3）辐射管单位面积辐射功率提高5%，辐射管制作成本降低10%；

（4）烟气中所形成氮氧化物较传统燃烧装置降低约30%。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术的方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种蓄热式辐射管燃烧装置的辐射管的结构示意图。

图2为本发明一种蓄热式辐射管燃烧装置的结构示意图。

其中，1、辐射管；2、第一法兰；3、第二法兰；4、第一蓄热烧嘴；5、第二蓄热烧嘴；6、蓄热体；7、喷管；8、喷头；9、长明火焰；10、隔焰管套；11、隔焰罩。

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。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字，这种重复是为了简化和清楚目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于和/或其他材料的使用。

根据本发明的实施例，本发明提供了一种蓄热式辐射管燃烧装置，图2为本发明一种蓄热式辐射管燃烧装置的结构示意图，如图2所示，本发明包括:辐射管1、第一法兰2、第二法兰3、第一蓄热烧嘴4和第二蓄热烧嘴5，其中：

图1为本发明一种蓄热式辐射管燃烧装置的辐射管的结构示意图，如图1所示，所述辐射管1为变径管，端部管径小于中间管径，包括两端的锥管缩颈部和中间的大圆柱部，其中，所述锥管缩颈部设置于所述辐射管1的两端，所述大圆柱部设置于所述辐射管1的中部，所述锥管缩颈部与水平线的夹角为15-30°；

所述第一蓄热烧嘴4和第二蓄热烧嘴5对称设置于所述辐射管1两端，所述第一蓄热烧嘴4和第二蓄热烧嘴5通过所述第一法兰2和第二法兰3分别与所述辐射管1连接；

所述第一蓄热烧嘴4和第二蓄热烧嘴5结构相同，包括隔焰管套10、喷管7、长明火焰9、蓄热体6、喷头8和隔焰罩11，所述蓄热体6、所述隔焰罩11依次设于所述隔焰管套10中，所述隔焰罩11从靠近所述蓄热体6的一端至靠近所述辐射管1的一端呈渐缩形状，所述隔焰罩11上设有均匀的小孔，即从前端至后端看呈喇叭形状。所述喷管7沿隔焰管套轴向嵌设于所述蓄热体6中，所述喷头8套设于所述隔焰罩11内并与所述喷管7相连，所述长明火焰9设置于所述喷头8的中心，优选的，所述蓄热体6为蜂窝状。

使用时，当第一蓄热烧嘴4燃烧时，第一蓄热烧嘴4作为燃烧侧，第二蓄热烧嘴5作为排烟侧，此时，一部分助燃空气从喷管7流入，流到喷头8，助燃空气进蓄热体6时被预热，进入隔焰罩11，与喷头8喷出的煤气混合，在所述长明火焰9的前提下，在渐缩形状的隔焰罩11的前端开始燃烧，此时燃料过剩，进行不完全燃烧，燃烧温度低；由于所述隔焰罩11上设有均匀的小孔，另一部分助燃空气进入所述辐射管1，与之前辐射管1内未燃尽烟气混合燃烧，此时燃烧处于贫氧环境，并最终在辐射管1内形成温度分布均匀、燃烧完全的火焰，此时所产生烟气中氮氧化物降低30%。

此时，在第二蓄热烧嘴5中，辐射管中的高温烟气一部分进入隔焰罩11，并流经喷头8和喷管，对蓄热体6进行蓄热；另一部分流经隔焰罩11上的小孔对蓄热体6进行蓄热。第一蓄热烧嘴4和第二蓄热烧嘴5依次作为燃烧侧和排烟侧循环工作。

根据本发明的实施例，所述辐射管的锥管缩颈部与水平线的夹角为15-30°，所述辐射管的端部与所述辐射管的大圆柱部的直径比1:(1.08-1.28)，优选为1:(1.1-1.15)，在辐射管内，高温烟气通过变径突扩后，流速降低，在辐射管内停留时间延长，提高了管壁外侧辐射热量的能力，进而燃烧效率提高3~5%，高温烟气在经过隔焰管套时，高温烟气变径缩小后，流速提高，快速通过蓄热体，缩短了通过蓄热体时间，降低了燃用高热值燃料蓄热体积碳现象的出现，使得蓄热体使用寿命提高6个月以上，极大地降低了生产和运行成本，保障生产稳定运行。

根据本发明的实施例，所述喷头设有旋流叶片，助燃空气流经有旋流叶片的喷口进一步提高了气体流速，使喷口以高速旋转气流卷吸喷口喷出的煤气，改善了助燃空气和燃气的混合状况，提高辐射管内燃烧热效率，节约了燃料，有效降低了烟气中NO_X的排放量。

根据本发明的实施例，在喷头出口位置布置隔焰罩，可提高辐射管管壁轴向温度分布均匀性，降低辐射管管壁外表面温度差，同时能够延长火焰长度，延长辐射管管壁的使用寿命，提高热处理产品加热质量，改善了燃气与空气的混合情况，节约了燃料。

根据本发明的实施例，所述隔焰罩为阶梯状，与所述蓄热体连接的一端为粗径段，背离蓄热体的一端为细径段，中间为中径段，在所述粗径段与中径段之间具有过渡的台阶面，所述台阶面上设有通孔。根据本发明的具体实施例，所述通孔的中心线与隔焰罩中心轴线的夹角为15-30°。

根据本发明的实施例，所述辐射管两端通过所述第一法兰和第二法兰分别与所述第一蓄热烧嘴和第二蓄热烧嘴的隔焰管套连接，且所述第一法兰和第二法兰的结构相同。在本发明的具体实施例中，所述的第一法兰将所述隔焰管套和辐射管管壁先各自固定在一个法兰盘上，然后在两个法兰盘之间加上法兰垫，用螺栓连接，该种连接方式具有较好的机械承受力。在本发明的具体实施例中，所述辐射管与所述隔焰管套的连接方式不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需求进行选择。

根据本发明的实施例，所述隔焰管套为与所述辐射管的端部相配合的直筒形。

根据本发明的实施例，所述隔焰罩由碳化硅制成。需要说明的是，在本发明的具体实施例中，所述隔焰罩的材质、结构不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需求进行选择。

根据本发明的实施例，本发明辐射管的设计遵循文丘里原理，在火焰出口位置和高温烟气进口位置采用常规材质辐射管，辐射管单位面积辐射功率提高5%，辐射管制作成本降低10%，避免燃用高热值燃料蓄热体出现积碳现象的风险，蓄热体使用寿命提高6个月以上。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

本发明的蓄热式辐射管燃烧装置，包括:辐射管、第一法兰、第二法兰、第一蓄热烧嘴和第二蓄热烧嘴，所述辐射管为沿水平轴线向两端延伸的结构，所述辐射管为变径管，端部管径小于中间管径，包括两端的锥管缩径部和中间的大圆柱部，其中，所述锥管缩径部设置于所述辐射管的两端，所述大圆柱部设置于所述辐射管的中部，所述第一蓄热烧嘴和第二蓄热烧嘴结构相同，包括隔焰管套、喷管、长明火焰、蓄热体、喷头和隔焰罩，所述蓄热体、所述隔焰罩依次设于所述隔焰管套中，所述隔焰罩从靠近所述蓄热体的一端至靠近所述辐射管的一端呈渐缩形状，所述隔焰罩上设有均匀的小孔，即从前端至后端看呈喇叭形状。所述喷管沿隔焰管套轴向嵌设于所述蓄热体中，所述喷头套设于所述隔焰罩内并与所述喷管相连，所述长明火焰设置于所述喷头的中心。

其中，所述锥管缩径部与水平线夹角为15°，辐射管的大圆柱部的直径是辐射管的端部的直径的1.1倍，助燃空气经所述蓄热体预热后，进入所述隔焰罩前端，分为两部分：一部分流经所述喷头后，与所述喷头中心位置喷出的燃气混合，在所述长明火提供热源的前提下，于所述隔焰罩末端发生一次燃烧，此时燃料过剩（空燃比为：0.8~1:1），进行不完全燃烧，燃烧温度低；第二部分预热后的空气经开设在所述隔焰罩上的小孔，在辐射管内进一步与之前未燃尽烟气混合燃烧，并最终在所述辐射管内形成温度分布均匀、燃烧完全的火焰，所产生烟气中氮氧化物降低31.66%。

此时，在燃烧侧，完全燃烧后的火焰（高温烟气）经变径突扩后，流速降低，在辐射管内停留时间延长，提高了管壁外侧辐射热量的能力，进而燃烧效率提高3.68%，节约燃料10.29%；在排烟侧，高温烟气流经辐射管变径缩小后，流速提高，快速通过蓄热体，提高了通过蓄热体时间，降低了燃用高热值燃料蓄热体积碳现象的出现，使得蓄热体使用寿命提高6个月以上，极大地降低了生产和运行成本，保障生产稳定运行。

根据本发明的实施例，本发明提供了一种蓄热式辐射管燃烧装置，在辐射管的两端采用了变径设计，且辐射管两端均与蓄热烧嘴连接，在循坏工作过程中，在燃烧侧，高温烟气通过变径突扩后，流速降低，在辐射管内停留时间延长，提高了管壁外侧辐射热量的能力，进而燃烧效率提高3%以上，节约燃料10%以上，在排烟侧，高温烟气变径缩小后，流速提高，快速通过蓄热体，提高了通过蓄热体时间，降低了燃用高热值燃料蓄热体积碳现象的出现，使得蓄热体使用寿命提高6个月以上，极大地降低了生产和运行成本，保障生产稳定运行，不仅使辐射管单位面积辐射功率提高5%，辐射管制作成本降低10%，而且，烟气中所形成氮氧化物较传统燃烧装置降低约30%，提高了热处理产品加热质量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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必针对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一个 或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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：辐射管、第一法兰、第二法兰、第一蓄热烧嘴和第二蓄热烧嘴，所述第一蓄热烧嘴和第二蓄热烧嘴对称设置于所述辐射管两端，所述第一蓄热烧嘴和第二蓄热烧嘴通过所述第一法兰和第二法兰分别与辐射管连接；

其中：所述辐射管为变径管，端部管径小于中间管径，包括两端的锥管缩颈部和中间的大圆柱部，其中，所述锥管缩颈部设置于所述辐射管的两端，所述大圆柱部设置于所述辐射管的中部，所述锥管缩颈部与水平线的夹角为15-30°。

2.根据权利要求1所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，所述第一蓄热烧嘴和第二蓄热烧嘴结构相同，包括隔焰管套、喷管、蓄热体、喷头和隔焰罩，所述蓄热体、所述隔焰罩依次设于所述隔焰管套中，所述隔焰罩从靠近所述蓄热体的一端至靠近所述辐射管的一端呈渐缩形状，所述喷管沿隔焰管套轴向嵌设于所述蓄热体中，所述喷头套设于所述隔焰罩内并与所述喷管相连。

3.根据权利要求2所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，所述隔焰罩上设有小孔。

4.根据权利要求1所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，所述辐射管的端部的直径与所述辐射管的大圆柱部的直径比1:(1.08-1.28)。

5.根据权利要求2所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，所述喷头设有旋流叶片。

6.根据权利要求2所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，所述隔焰罩为阶梯状，与所述蓄热体连接的一端为粗径段，背离蓄热体的一端为细径段，中间为中径段，在所述粗径段与中径段之间具有过渡的台阶面，所述台阶面上设有通孔。

7.根据权利要求6所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，所述通孔的中心线与隔焰罩中心轴线的夹角为15-30°。

8.根据权利要求2所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，所述隔焰管套为与所述辐射管的端部相配合的直筒形。

9.根据权利要求2所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，所述隔焰罩由碳化硅制成。

10.根据权利要求2所述的蓄热式辐射管燃烧装置，其特征在于，所述蓄热体为蜂窝状。