CN108224424A - 辐射条加热系统 - Google Patents

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CN108224424A CN201711340371.4A CN201711340371A CN108224424A CN 108224424 A CN108224424 A CN 108224424A CN 201711340371 A CN201711340371 A CN 201711340371A CN 108224424 A CN108224424 A CN 108224424A
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Abstract

辐射条加热系统包括一个容纳在容纳结构中的燃烧器，设有一个燃烧室和混合燃料供应装置，以及一个容纳在容纳结构中的风机，配有一个插入再循环导管中的风扇并在抽吸的作用下推动穿过承载流体穿过辐射条。燃烧器是预混合类型的，并且包括一个便捷的圆柱形燃烧头，其上设有一个用于在其上燃烧的金属网，并且在燃烧室内延伸至少一段并穿过再循环导管。燃烧器供应装置包括一个用于吸入可调节气流的调制鼓风机以及一个连接气体供应源和调制鼓风机的电动气动控制阀，能够根据由调制鼓风机吸入的空气来发送气体量，两种气体在调制鼓风机中被混合然后通过鼓风机注入燃烧头中以便在其圆柱形网上实现一束火焰。

Description

辐射条加热系统
技术领域
本发明涉及一个辐射条加热系统。
所涉及的系统旨在用于加热某个环境，通常为大型建筑物，具体而言一般是工业和商业建筑物如工棚、仓库、飞机库、超市、购物中心或其他制造场所。
因此，本发明所述的系统适合于热技术领域或加热系统生产的技术领域。
背景技术
辐射条加热系统早已为人所知，并在工业领域得到了广泛应用，该系统包括一个或多个闭路辐射管，适于被固定到天花板或待加热的房间的墙壁上，并且易于被燃烧气体形成的加热承载流体在其内部穿行，如下面更详细的阐述那样主要通过辐射来加热环境。
辐射条，由金属管道制成，通常是镀铝钢，在要加热的场所内部延展数十米或甚至达到100-150米的长度。
辐射条形成一个由输送管和回流管限定的闭合回路，这两个管道的相应端部彼此连接以实现回路的闭合并允许承载流体在它们内部再循环，该流体由燃烧气体组成。
系统还包括一个插入燃烧室中的燃烧器，其可以被部分地放置在辐射条输送管的一个开始端内。
燃烧器被连接到第一燃料(尤其是加压气体)供应装置上和第二助燃剂(尤其是空气)供应装置上，以便在燃烧器中生成一种混合物来实现燃烧反应并产生直接进入辐射条回路中的热气，从而加热在其中流动的承载流体，而反过来该载体又由先前燃烧的燃烧气体组成。
此外，该系统还包括一个用于抽吸的风机，该风机被设置在辐射条回流管的末端，靠近燃烧器。燃烧器特别地是多火焰文丘里管的大气压类型。所述系统的风机用于吸入穿过辐射条的输送管和回流管的承载液体，并且将该承载流体的一部分横向地吹向燃烧器以让它被回收。
此外还提供一个用于排出烟气的烟囱，它被优化地连接到对应于风机和燃烧器附近连接处的散热带闭合回路上，用于排出由在燃烧器中产生的新燃烧气体替代的那部分循环承载流体。
辐射条系统具有一个容纳箱体，其中设有带燃烧室的燃烧器、用于循环燃烧气体的风机、用于将空气和燃气注入燃烧室的装置、以及输送管和带有排气烟囱出口的回流管之间的连接件。
优化的是，系统的容纳箱体位于相对于待加热环境的外部环境中。
通常，辐射条系统使用两种类型的燃烧器，即吸气式燃烧器和吹气式燃烧器。
在吸气式燃烧器中，空气被以自然的方式从燃料中吸入，这归功于一个在燃料引入点处截面变窄的管道。来自外部环境的燃烧空气通常由于由燃烧器内部的加压燃气喷射流产生的减压以及由位于与燃烧器连接的辐射条输送管上的风机产生的减压而被吸入到燃烧器中。更详细地说，第二空气供应装置包括一个与燃烧室和外部环境连通的腔室，来自外部环境的燃烧空气通过该腔室被吸入燃烧器内。
吹气式燃烧器通过位于燃烧器上游的风机将空气压入燃烧器内。在这种情况下燃烧器被供应一种由燃料和助燃空气形成的混合物，这两种气体在燃烧器的进气喷嘴处被混合；因此，空气和气体到达燃烧器时已经被混合。这种吹气式燃烧器产生的火焰非常短，只在一个有限的体积上发生。
文件DE 9103004、US 2009/042155、WO 2006/120717、EP 0391818和EP 0248629中描述了上述已知系统的某些示例。
已知类型的采用吸气式燃烧器的辐射条系统具有几个缺点。
第一个缺点在于，通过烟囱排出的燃烧气体含有大量的污染物，特别是高比例的氮氧化物。
第二个缺点在于，气体和助燃空气的混合物不能被优化地用于供应燃烧器的不同功率，结果使得该系统的热效率不高。
此外，对于目前的吸气式燃烧器，还经常存在回火的风险；事实上，如果引起烟气循环的抽风机不能产生足够高的压力，即使是在辐射条输送管的开始处，或者甚至在燃烧室内部，那么燃烧器就不能吸入燃烧所提供的燃料所需的燃烧空气量，从而可能发生危险的回火现象，并有爆炸危险。
为了减少发生这种现象的风险，上述类型的已知系统配备了一个高功率的风机，能够保证在辐射条输送管内部产生一个足够的减压以确保吸入足量的助燃空气。然而这需要较高的系统建设成本，该加热系统的维护和运行成本也较高，并且几乎不能控制燃烧的质量。
另一方面，带吹气式燃烧器的已知类型辐射条系统具有生产成本高的主要缺点，因为它们必须配备一个具有优异耐热变性的燃烧室，在系统运行期间该室必然会承受压力，还因为它们必须配备一个有高功率风机，能够产生所需的湍流以确保燃料和燃烧空气完全混合并被传送到燃烧器头部。
带有吹气式燃烧器的辐射条系统也会通过烟囱排出含有高比例氮氧化物的气体。
此外，带吸气式燃烧器的辐射条系统和带吹气式燃烧器的辐射条系统在燃烧单元中都呈现出相当大的热分散，部分热量被分散到该单元所放置的外部环境中，所以其中部分需要隔热以避免损坏电子器件、阀门和其他用于为燃烧器供电的部件，并且需被容纳在燃烧器旁边的腔室中的同一单元内。
此外，带吸气式燃烧器的辐射条系统和带吹气式燃烧器的辐射条系统通常只具有单级或双级动力操作或仅具有气体侧调节，因为这些燃烧器的一个连续和整合的调制(空气和气体)应用很贵。
最近，所谓的预混合燃烧器(预混合物)已经上市能够在一台风机中提供燃烧空气和燃烧气体的一个完全混合，以便供应燃烧头。
这些燃烧器，可以显著降低氮氧化物的输入量，然而，由于这些系统所需的高功率，将需要一个很高的体积来分散火焰和一个与辐射条正常尺寸不匹配的热量交换，因此尚未应用于辐射条系统领域中。此外，燃烧室和包围它的输送管将承受过高的温度，即使在相当短的时间内也会损害其机械强度。
发明内容
因此，在这种情况下，本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种辐射条加热系统，与当前的辐射条系统相比，能够显著减少有害排放物，特别是氮氧化物的百分比。
本发明的另一个目的是提供一种辐射条加热系统，它能够在很短的时间内根据用户的实际需求以非常广泛的方式调节输送的功率。
本发明的另一个目的是提供一个操作上安全可靠的辐射条加热系统。
本发明的另一个目的是提供一个实现上既简单又便宜的辐射条加热系统。
本发明的另一个目的是提供一个维修商既简单又经济的辐射条加热系统。
本发明的另一个目的是提供一个电耗和气耗低因此运行成本低的辐射条加热系统。
附图说明
根据上述目的，本发明的技术特点及其优点大致体现在了下面的详细描述中，并附图以便参考，这些图纸表示了某些纯粹用于示例并且没有界定的实现形式，其中：
-图1显示作为本发明目的的辐射条加热系统；
-图2显示本发明涉及的辐射条加热系统的一个特定实例关于其所有主要部位的密封结构的透视图，其中去除了一些部件以便更好地突出其他部件；
-图3显示图2中辐射条加热系统的细节沿着一个垂直平面的第一截面图；
-图4显示图2中辐射条加热系统的细节沿着一个水平平面的第二截面图；
-图5显示操作本发明所述系统的燃烧器供应装置的一个控制阀和供应该系统调制风扇的空气流的机械方案；
-图6显示根据第一变型实例本发明所述辐射条加热系统的一个细节的透视图，其中在烟囱上设置了一台热交换器，将预热空气输送到供给系统中；
-图7显示根据第二变型实例本发明所述辐射条加热系统的一个细节的透视图，在这里其中在烟囱上也设置了一台热交换器，将预热空气输送到由一个衬套限定的空腔中，并被设置在烟气再循环管道的外部；
-图8显示图7中一个细节的透视图，其中从交换器输出的预热空气和衬套空腔接触。
具体实施方式
参照附图，通过1完整地展示了作为本发明目的的辐射条加热系统。
根据本发明所述的加热系统1，旨在用于加热大体积的空间，或以大面积和高高度为特征的场所，通常是工业或商业建筑物，如工棚、飞机库、仓库、超市、购物中心、电影院或类似场所。
特别地，根据本发明的系统1旨在被安装到要加热的场所中，在距离地面一定的距离处加热，并且适当地选择一个方向，以确保该场所选区域的所需加热。
作为本发明目的的加热系统1包括一个辐射条回路2，能够被固定到天花板上或待加热场所的墙壁上，保持悬挂，与场所地面存在一定的距离，并且适于由一个被加热的承载流体F在其内部流动，从而通过辐射加热该场所；
显然，系统1的辐射条2即使不直接固定在天花板或墙壁上，也可以固定在梁或与之相连的柱或杆上，或者能够安全支撑辐射条2的任何结构上，因此系统1不会因此而偏离本专利所限定的保护范围。
上述辐射条2由长度为几十米、甚至达到100-150米的金属管形成。
更有利的是，上述金属管由连续的金属材料条实现，例如镀铝钢，按照本行业技术人员已知的生产过程形成一个螺旋形状，并沿着其纵向边缘固定以便实现一个管状体。
在附图中示出并在下面详细描述的系统1，包括相应端彼此相连的一个输送管2’和一个回流管2”，以便限定一个闭合回路并允许承载流体F流在其内部循环。显然，系统1可以包括一个以上的辐射条2，而不会因此偏离由本专利所限定的保护范围。
加热系统1包括一个容纳结构3，该容纳结构优选地是一个箱子形状，由金属例如钢制成，并且有利地被放置在相对于放置辐射条2的待加热环境的外部环境中。
在容纳结构3的内部装有一个再循环管道4，该管道将辐射条回路2的开始部分3’和最终部分3”连接起来，更确切地说，是辐射条回路2的输送管2’的开始部分3’和回流管2”的最终部分3”。
因此，两个输送和回流管2’、2”，其一端连接到容纳结构3上，而另一端则以传统的方式优化地连接到一个180度连接件上或者一个U形件上，或者各种不同的连接件上，附图中未示出，因为这对于本行业技术人员来言是公知的。
系统1包括一个容纳在容纳结构3中的燃烧器5，该燃烧器具有一个由圆柱形壁7限定的燃烧室6，延展进入再循环管道4形成一个第一段7’，该段被承载流体F外部碰触，和一个第二段7”，通过该段从输送管2’的开始部分继续进入辐射条回路2内。
此外，燃烧器5还传统地包括与燃烧室6连接的燃料混合物供应装置8，在燃烧室中发生这些燃料混合物的燃烧，并在随后产生燃烧产物P，该产物将在燃烧室6出口处与承载流体F混合并将该流体加热。
容纳结构3内部容纳有一个风机9，该风机配有一个插入再循环管道4中的风扇10，并在抽吸的作用下推动承载流体F在辐射条2回路中运动，从最终部分2B到开始部分2A。
燃料最好是呈现气态形式，例如由甲烷构成，或者可以呈现液化形式，例如由LPG构成。
由风机9吸入的燃烧气体的一部分并未送至朝向燃烧器5的再循环管道4中以便实现承载流体F的闭环回路，而是被送至烟囱11处，因此使得烟囱处于一个气压之下。
根据本发明的基本思想，燃烧器5是预混合型的，并且包括一个圆柱形燃烧头12，该燃烧头设有一个在其上进行燃烧的金属网13。有利的是，圆柱形燃烧头12在燃烧室6内部延伸，超出至少燃烧室壁7的第一部分7'，以便沿着其延伸部分从内部均匀地加热，并由来自再循环管道4的承载流体F从外部均匀地碰触和冷却。
更详细地说，燃烧器5的供应装置8包括一个由变速电机(更好地是无刷型)驱动的调节鼓风机14，用于吸入可调节的气流；和一个控制阀15，按气体比例开启，一侧连接到一个气体供应源，另一侧连接调节鼓风机14的入口，以在其内部引入气体流。
燃烧器供给装置8根据调制鼓风机14吸入的空气量通过控制阀15从气体源抽取气体流量。因此，空气流和气体流在调制鼓风机14中紧密混合在一起，然后以混合物的形式注入到燃烧头12中，从而在其圆柱形网13上实现一束火焰，最好是一束径向火焰。
控制阀15通过控制装置直接由调制鼓风机14抽吸的空气流以比例形式控制其开合。
这种控制装置可以是机械气动或电动式的。
例如，为此，控制阀15可以通过启动控制装置来获得一个成比例的开口，并且接收一个来自处理空气流或者调制鼓风机14抽吸操作的压力信号。
不同地，控制阀还可以通过一个渐进式驱动装置被机械控制，该驱动装置以可变的方式来响应控制阀所吸入的空气流量。
这些控制装置用于根据供应鼓风机14的空气流量控制气体阀15的打开，如图5所示，对行业内的技术人员而言是公知的，因此不需进一步阐述。
还可以设置一个电子控制单元，例如根据用户的热需求来控制调制鼓风机14的速度，该控制单元将通过电子方式检测调制鼓风机14的流量从而调节阀15，也可能通过假定不同的参数如温度、湿度或烟囱11的排放来优化燃烧参数。
在本发明中，预期混合燃烧器5的性能在辐射条加热系统1中被协同利用，并且通过流体F的较冷的气体在燃烧室6壁7第一段7’外部的再循环对燃烧室6进行冷却，否则将在辐射条结构中达到不可估量的温度，燃烧室也通过来自燃烧器5的圆柱形燃烧头12的照射进行相应地内部加热。
燃烧室壁7的加热也通过来自燃烧器5的圆柱形燃烧头12的金属网13上发生的燃烧的照射来实现。网上的火焰非常紧密，并且最好的是径向的，这使得网能够向壁7散发热量。
优化的是，为了延长火焰提高其稳定性，预混合燃烧器5的圆柱形燃烧头12在燃烧室6内延伸，会超出其第一部分，并且还会穿过辐射条回路2的开始部分2A，长度小于燃烧室6在输送管2’中延伸的第二部分7”。
本发明的一个优化特征是，提供了一个衬套16，位于在再循环管道4的外部，并与再循环管道一起限定出一个空腔17。该空腔通过第一开口18与外部环境连通，并且借助于第一供应管道19与调制鼓风机的抽吸连通。
在这种情况下，由调制鼓风机14通过第一供给管道19和空腔17吸入的空气与再循环管道4接触而被加热，从承载流体F中吸取热量，从而为调制鼓风机14供给预热的空气。
此外，优选的是，供气管道19还包括一个腔室20，该腔室设有将其与再循环管道4分开的壁21，并且其上设置有一个第二开口22用于承载流体F流的一部分F’的流动。另外，壁21还设有用于使腔室20与空腔17连通的第三开口25。
承载流体F流的这一部分F’由作为由燃烧器6预先排出的燃烧气体的排出气体组成，因此其氧气含量比外部空气低得多。
然后，承载流体F流的一部分F’在腔室20中与来自第一开口18的环境空气混合，进一步加热并形成一种氧浓度低于环境空气的空气混合物，以供应调制风机14。
贫氧混合物能够进一步减少在头12上燃烧产生和后续由烟囱11排放的氮氧化物。
优化的是，承载流体F流的一部分F’被进行了选择，以便使直接进入调节鼓风机14的混合物有一个15％-18％的氧含量，而不是正常外部空气的20.9％。
上述两个开口，即环境空气进入的第一个开口18和承载流体F流的一部分F’进入的第二个开头22，可以由一个阻尼器(未说明)调节，以便在燃烧液中限制环境空气和/或承载流体F流的一部分F’的路径。
根据图6所示的发明的一种更优化的实现形式，系统1还包括一台热交换器26，该热交换器与烟囱11连接，并能够通过至少一个开口27接收来自环境的空气。
进入交换器26的空气与烟囱11排放的烟气交换热量从而实现加热，然后与预热的空气一起通过一个第二空气供应管道28提供给调制鼓风机14。由于有此热交换器26，烟囱11的烟气降温并向大气排放较冷的烟气，从而显著节省大量能源，有利于在低于冷凝水温度的温度下进行潜热回收，因此具有一个显著的热量。
根据图7和8所示的一个变型实例，从交换器26出来的预热空气通过第二空气供应管道28被引入之前考虑过的空腔17中，该空腔包裹或者至少部分缠绕再循环管道4，并且通过第一供给管道19与调制鼓风机14的抽吸连通。如先前已经看到的那样，在这种情况下该第一空气供应管道19也可以包括腔室20，该腔室用于从第二开口22接收承载流体F流的一部分F'。
容纳结构3包括一个技术室24，其中容纳有风机9(或其电机)和燃烧器5的供应装置8。
该技术室24通过一个分隔壁23与再循环管道4隔开，在载流流体F的一部分F’预期流动的情况下，部分地由腔室20的一个壁限定。
那么，再循环管道4通过流过空腔17的空气的冷却能够减少或者甚至消除所需的绝缘材料，该绝缘材料用于与相邻的技术室24隔开，从而获得一个足够低的温度以便容纳风机9和供应装置8，而不破坏它们。
上述预混合燃烧器，在燃烧之前将燃料和助燃剂混合。这种技术解决方案使得可以以非常广泛的方式调制输送的功率，从而获得更好的工作效率，因为调制功率的能力以及因此获得的热输入能够满足当时用户的实际需求，减少了使用不能进行重要调制并且操作时功率不足或功率过大的燃烧器所需的熄火和点火。该燃烧器的火焰调制，能够根据外部温度来改变烟气的温度，并且因此改变承载流体的温度，从而优化效果。此外，该燃烧器的火焰呈现紧凑的几何形状，保持一个低噪音水平，因此也获得后续对烟囱的有限声发射，并具有重要的舒适性优势。
因此该构思发明达到了预定的目的。

Claims (12)

1.辐射条加热系统，其中包括：
-至少一个辐射条回路(2)，易于被固定到天花板上或待加热房间的墙壁上，并适于由一个被加热的承载流体(F)在其内部流动，从而通过辐射加热该场所；
-一个容纳结构(3)；
-一个再循环管道(4)，容纳在容纳结构(3)中，易于将辐射条回路(2)的开始部分(2A)和最终部分(2B)相互连接起来；
-一个预混合型燃烧器(5)，被容纳在容纳结构(3)中并具有：
-一个由圆柱形壁(7)限定的燃烧室(6)，该圆柱形壁延伸穿过再循环管道(4)的第一段(7')，该段由承载流体(F)在外部碰触；
-连接到燃烧室(6)的燃料混合物的供应装置(8)，在其中发生燃料混合物的燃烧并产生能够加热承载流体(F)的燃烧产物；
-一个圆柱形燃烧头(12)；
-一个风机(9)，容纳在容纳结构(3)中，设有一个插入再循环管道(4)中的风扇(10)，并在抽吸的作用下推动承载流体(F)在辐射条(2)回路中运动，从最终部分(2B)到开始部分(2A)；
其特征如下：
-圆柱形壁(7)延伸出一个第二段(7”)，并通过该段从开始部分(2A)开始在辐射条回路(2)内继续延伸；
-燃烧器(5)的圆柱形燃烧头(12)设有一个用于在其上发生燃烧的金属网(13)，并且在燃烧室(6)内部延伸至少其圆柱形壁(7)的第一段(7’)，以便均匀地加热圆柱形壁(7)的这个第一段(7’)，该段由循环导管(4)的承载流体(F)在外部均匀碰触。
-所述燃烧器(5)的供应装置(8)包括：
-由一台变速电机驱动的调节鼓风机(14)，用于吸入可调整的气流，-一个的控制阀(15)，可以连接到气体供应源上，也被连接到调节鼓风机(14)上，可根据由调节鼓风机(14)吸入的空气来发送气体；空气流和气体流在调节鼓风机(14)中混合，并由该鼓风机以混合物的形式注入到圆柱形燃烧头(12)中，以便在其圆柱形网格(13)上形成一束火焰。
2.根据权利要求1，加热系统的特征在于，除了其壁(7)的第一段(7’)之外，预混合燃烧器(5)的圆柱形燃烧头(12)还将在燃烧室(6)内部延伸，并穿过辐射条(2)回路的开始部分(2A)，穿过长度(L)小于燃烧室(6)壁(7)的第二段(7”)。
3.根据权利要求1，加热系统的特征在于，包括一个位于再循环管道(4)外部的衬套(16)，这个衬套与再循环管道一起限定一个通过第一开口(18)与外部环境连通的空腔(17)，并通过第一供给管道(19)对调制鼓风机(14)进行抽吸，以便向该调制鼓风机提供预热的空气。
4.根据权利要求3，加热系统的特征在于，第一供应管道(19)包括一个腔室(20)，具有一个用于与再循环管道(4)隔开的壁(21)，并且其中设有至少一个第二开口(22)用于一部分承载流体(F)穿过，这些承载流体在腔室(20)中与来自第一开口(18)的环境空气混合，形成一个贫氧空气的混合物提供给调制鼓风机(14)。
5.根据权利要求4，加热系统的特征在于，第一和/或第二开口(18、22)关联一个阻尼器，以便环境空气和/或承载流体(F)的流动部分(F')部分通过。
6.根据权利要求1，加热系统的特征在于，包括一个连接到调节鼓风机(14)和控制阀(15)的电子控制单元，能够控制要注入到燃烧器(6)中的混合气体的流量以及空气和混合气体比例。
7.根据权利要求1，加热系统特征在于，所述调制鼓风机(14)的电机是无刷式的。
8.根据权利要求1，加热系统特征在于，燃烧器(6)的供应装置(8)的控制阀(15)通过从由被调节鼓风机(14)处理的空气流获取的压力信号而被气动驱动。
9.根据权利要求1，加热系统特征在于，在其上发生燃烧的燃烧器(5)的圆柱形燃烧头(12)的金属网(13)通过辐射加热燃烧室(6)的壁(7)。
10.根据权利要求1，加热系统特征在于，容纳结构(3)包括一个分隔壁(23)，将再循环管道(4)与技术室(24)分隔开，在其中容纳有风机(9)和燃烧器(5)的供应装置(8)。
11.根据权利要求1，加热系统特征在于，包括至少一个与烟囱(11)连接的热交换器(26)，通过至少一个开口(27)接收来自外部环境的空气，并且通过至少一个第二供应管道(28)为调节鼓风机(14)供应交换器(26)中的预热空气。
12.根据权利要求3，加热系统特征在于，包括至少一个与烟囱(11)连接的热交换器(26)，通过至少一个开口(27)接收来自外部环境的空气，并且通过至少一个第二供应管道(28)为调节鼓风机(14)供应交换器(26)中的预热空气，并且其特征还在于，交换器(26)中的预热空气由第二供应管道(28)引导进入空腔(17)中。
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