CN109404913A - 一种应用在辐射管的火焰内管及其辐射管 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种应用在辐射管的火焰内管及其辐射管，通过设有火焰内管，火焰内管沿其进口端向出口端延伸的方向依序设置有收缩管段、直管段和扩展管段，烧嘴内燃烧的烟气通过火焰内管后，通过收缩管段使高速气流引射周边低速气流，掺混并传递能量，形成引射区，随后经过直管段使引射气流与被引射气流混合并形成均速均压气流，最后经过扩展管段降低流速，提高静压，火焰内管配合单端进口的封闭型辐射管体应用在自预热烧嘴后，能最大限度回流内部烟气，与燃气和助燃空气混合后，形成混合物进行较为温和且更均匀的燃烧方式，提高整体辐射管表面的温度均匀性。

Description

一种应用在辐射管的火焰内管及其辐射管

技术领域

本发明涉及辐射管领域，尤指一种应用在辐射管的火焰内管及其辐射管。

背景技术

辐射管正式诞生于较早（20世纪30年代左右）时期，当常规直接火焰加热方式不能满足某些特定加热环境和特定产品生产时，人们想出来的一种间接加热工具。

现今辐射管主要两大类：电加热辐射管和燃气类辐射管，常用于工业上的加热炉和热处理炉中，其中燃气辐射管较为广泛，热效率较高。由于是间接加热，辐射管能满足较好的加热温度均匀性和加热空间的气氛控制，实现某些特定高要求产品的正常生产。

辐射管应用方面主要包括三要素：温度均匀性、热效率和使用寿命，当下国家对环保问题愈发重视，NOx等污染物的排放也成为了辐射管加热的重要评价指标。

现今最常用的燃气辐射管为I、U和W型辐射管。

I型：标配内部直火焰内管，不能足量卷吸烟气混合燃烧，燃烧强度剧烈，火焰高温区明显，即NOx生成量大；

U和W型：为提高热效率研发的类型，大多在第一弯段及之前是火焰高温区，容易产生局部受热，同时U和W辐射管总体长度比较大，容易产生内应力，使用寿命不高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种应用在辐射管的火焰内管及其辐射管，能同时兼顾到热效率、加热效率、使用寿命和减少NOx等污染物排放的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案之一：提供一种应用在辐射管的火焰内管，包括内管本体，内管本体外表面沿径向和轴向均匀分布有支撑片，所述内管本体沿其进口端向出口端延伸的方向依序设置有收缩管段、直管段和扩展管段，其中收缩管段的管径沿其延伸方向变小，直管段的管径保持不变，扩展管段的管径沿其延伸方向增大，其中收缩管段的最大管径大于直管段的管径，收缩管段的最大管径处为内管本体的进口端。

具体地，所述内管本体还包括延伸管段，所述延伸管段的一端与扩展管段对接，且延伸管段的管径沿延伸方向增大。

具体地，位于不同径向平面间的支撑片相互交错设置。

具体地，所述内管本体进口端的内径是直管段内径的两倍。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案之二：提供一种内置火焰内管的辐射管，包括辐射管体和内管本体，

内管本体外表面沿径向和轴向均匀分布有支撑片，所述内管本体沿其进口端向出口端延伸的方向依序设置有收缩管段、直管段和扩展管段，其中收缩管段的管径沿其延伸方向变小，直管段的管径保持不变，扩展管段的管径沿其延伸方向增大，其中收缩管段的最大管径大于直管段的管径，收缩管段的最大管径处为内管本体的进口端；

所述辐射管体为单端进口的封闭型辐射管，所述辐射管在同一管段为双向流动，所述内管本体设置在辐射管体内，其中收缩管段靠近辐射管体的进口端，扩展管段远离辐射管体的进口端，内管本体通过支撑片固定在辐射管体内，辐射管内壁面与火焰内管的进口端和出口端外沿之间留有烟气通道，使烟气从辐射管体进入内管本体后到达辐射管体末端后再反向回流，经烟气通道流出。

具体地，所述辐射管体的外形结构为连续延伸且内径相同的I型辐射管体，其中火焰内管末端至辐射管端部的距离等于辐射管体的内径。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案之二：一种内置火焰内管的辐射管，包括辐射管体和内管本体，

内管本体外表面沿径向和轴向均匀分布有支撑片，所述内管本体沿其进口端向出口端延伸的方向依序设置有收缩管段、直管段和扩展管段，其中收缩管段的管径沿其延伸方向变小，直管段的管径保持不变，扩展管段的管径沿其延伸方向增大，其中收缩管段的最大管径大于直管段的管径，收缩管段的最大管径处为内管本体的进口端；

所述辐射管体为单端进口的封闭型辐射管体，所述辐射管在同一管段为单向流动，所述内管本体设置在辐射管体内，其中收缩管段靠近辐射管体的进口端，扩展管段远离辐射管体的进口端，内管本体通过支撑片固定在辐射管体内，火焰内管进口端外径不小于辐射管体的内径，使烟气从辐射管体进入内管本体后沿辐射管体的延伸方向流出。

具体地，所述辐射管体的外形结构为连续延伸且内径相同的P型辐射管体,所述P型辐射管体包括连续延伸进口管和回流管，回流管的一端与进口管的侧壁连通形成回流口，所述内管本体的收缩管段位于回流口的下侧，使烟气从辐射管体进口管进入内管本体后，沿辐射管体的回流管延伸方向进入回流口流出。

具体地，所述回流管设有两条以上。

具体地，所述辐射管体的内径大于内管本体出口端的外径。

本发明的有益效果在于：

本发明通过设置有火焰内管，火焰内管沿其进口端向出口端延伸的方向依序设置有收缩管段、直管段和扩展管段，烧嘴内燃烧的烟气通过火焰内管后，通过收缩管段使高速气流引射周边低速气流，掺混并传递能量，形成引射区，随后经过直管段使引射气流与被引射气流混合并形成均速均压气流，最后经过扩展管段降低流速，提高静压，火焰内管配合单端进口的封闭型辐射管体应用在自预热烧嘴后，能最大限度回流内部烟气，与燃气和助燃空气混合后，形成混合物进行较为温和且更均匀的燃烧方式，提高整体辐射管表面的温度均匀性。

附图说明

图1是内管本体的结构示意图；

图2是实施例二的结构示意图；

图3是实施例三的结构示意图。

图4 是实施例三的另一结构示意图。

具体实施方式

实施例一

请参阅图1所示，本实施例关于一种应用在辐射管的火焰内管，包括内管本体6，内管本体6外表面沿径向和轴向均匀分布有支撑片7，当内管本体6设于辐射管体5内时起限位和固定的作用，其支撑片7形式包括但不限于径向为一组，分布一个或多个支撑7片，同时轴向分布多组支撑片7，为了保证内管本体不受热应力等变形，沿轴向两组支撑片7交错分布，比如第一组均布分别为0°-90°-180°-270°，那么轴向第二组均布就是45°-135°-225°-315°。

所述内管本体6沿其进口端向出口端延伸的方向依序设置有收缩管段8、直管段9和扩展管段10，其中收缩管段8的管径沿其延伸方向变小，直管段9的管径保持不变，扩展管段10的管径沿其延伸方向增大，其中收缩管段8的最大管径大于直管段的管径，收缩管段8的最大管径处为内管本体6的进口端。烟气通过内管本体6后，通过收缩管段8使高速气流引射周边低速气流，掺混并传递能量，形成引射区，随后经过直管段9使引射气流与被引射气流混合并形成均速均压气流，最后经过扩展管段10降低流速，提高静压，火焰内管6配合单端进口的封闭型辐射管体5应用在自预热烧嘴后，能最大限度回流内部烟气，与燃气和助燃空气混合后，形成混合物进行较为温和且更均匀的燃烧方式，提高整体辐射管表面的温度均匀性。

进一步地，本实施例中所述内管本体6还包括延伸管段11，所述延伸管段11的一端与扩展管段10对接，且延伸管段11的管径沿延伸方向增大，延伸管段11相当于的扩展管段10的延伸，实际根据内管本体6应用场合调节长度或者删减，目的是最好使扩展管段11出口气流静压与出口附近气流静压相等或者接近，进一步提高整体辐射管体5表面的温度均匀性。

进一步地，本实施例中所述内管本体6进口端的内径是直管段9内径的两倍，可实现内管本体6最佳的引射效果。

实施例二

请参阅图2所示，本实施例提供一种内置火焰内管的辐射管，包括辐射管体5和内管本体6，

内管本体6采用如实施例一中的方案，而辐射管体5为单端进口的封闭型辐射管体5，所述辐射管体5在同一管段为双向流动，所述内管本体6设置在辐射管体5内，其中收缩管段8靠近辐射管体5的进口端，扩展管段10远离辐射管体5的进口端，内管本体6通过支撑片7固定在辐射管体5内，辐射管体5内壁面与火焰内管6的进口端和出口端外沿之间留有烟气通道，使烟气从辐射管体5进入内管本体6后到达辐射管体5末端后再反向回流，经烟气通道流出。

本实施例中，辐射管体5采用的外形结构为连续延伸且内径相同的I型辐射管体，配合自预热烧嘴的使用。具体的工作原理如下：

（1）从冷态或者低温模式开始时，燃气通过烧嘴燃气进口2进入烧嘴1，助燃空气从空气进口3进入烧嘴1后经换热器被烟气预热后与燃气混合后经点燃形成高温燃烧产物进入辐射管体5内的内管本体6中继续反应，在过程中卷吸部分周围烟气进入燃烧产物中。在靠近内管本体6出口端时，混合产物沿内管本体6与辐射管体5两者壁面形成的烟气通道回流，全程通过辐射管体5壁面对外放热，之后进入烧嘴1区域，一部分再次被卷吸，另一部分通过烧嘴1的换热器预热助燃空气，然后通过排烟出口4排出烧嘴1。内管本体6呈引射器型，能较多引射烟气混合，使整体燃烧变缓变温和，使火焰燃烧区域加大，减少局部高温区，均匀温度场且减少NOx生成。

（2）在高温时（燃烧产物空间温度大于850℃），燃气与助燃空气进入烧嘴1的路径与（1）相同，但不经过点燃，直接混合后喷入辐射管体5内的内管本体6中，同时卷吸大量烟气进行混合，形成无焰燃烧模式，使燃烧反应区几乎充满这个辐射管内空间，温度更加均匀，NOx生成量更少。

（3）辐射管体5内部温度场较为均匀后，不会产生辐射管体5局部高温，也不会有局部热应力，可以有效保证辐射管使用寿命。

作为较优的实施方式，其中内管本体6末端至辐射管体5端部的距离等于辐射管体5的内径，当内管本体6越长，内管本体6末端至辐射管体5端部的距离越小，外侧辐射管体5表面温度更均匀，但烟气在辐射管体5端部回流时阻力越大，本实施方式是温度均匀性和压损的优化值。

实施例三

请参阅图3所示，本实施例与实施例二的不同之处在于，本实施例中辐射管体5为单端进口的封闭型辐射管体5，所述辐射管体5在同一管段为单向流动，所述内管本体6设置在辐射管体5内，其中收缩管段8靠近辐射管体5的进口端，扩展管段10远离辐射管体5的进口端，内管本体6通过支撑片7固定在辐射管体5内，内管本体6进口端外径不小于辐射管体5的内径，使烟气从辐射管体5进入内管本体后沿辐射管体5的延伸方向流出。

本实施例中，所述辐射管体5的外形结构为连续延伸且内径相同的P型辐射管体,所述P型辐射管体5包括连续延伸进口管51和回流管52，回流管52的一端与进口管51的侧壁连通形成回流口53，所述内管本体6的收缩管段8位于回流口53的下侧，使烟气从辐射管体5进口管进入内管本体6后，沿辐射管体5的回流管52延伸方向进入回流口53流出。

具体的工作原理如下:

（1）从冷态或者低温模式开始时，燃气通过燃气进口2进入烧嘴1，助燃空气从空气进口3进入烧嘴1后经换热器被烟气预热后与燃气混合后经点燃形成高温燃烧产物进入辐射管体5内进口管51，随后进入内管本体6中继续反应，在过程中卷吸部分周围烟气进入燃烧产物中。在靠近内管本体6另出口端时，混合燃烧产物沿P型辐射管体5回流管52转向，然后继续单向流动，最后进入回流口53流出，全程通过辐射管体5壁面对外放热，之后进入烧嘴1区域分为两部分，一部分再次被卷吸，另一部分通过烧嘴1的换热器预热助燃空气，然后通过排烟出口4排出烧嘴1。内管本体6呈引射器型，能较多引射烟气混合，使整体燃烧变缓变温和，使火焰燃烧区域加大，减少局部高温区，均匀温度场且减少NOx生成。

（2）在高温时（燃烧产物空间温度大于850℃），燃气与助燃空气进入烧嘴1的路径与（1）相同，但不经过点燃，直接混合后喷入辐射管体5内的内管本体6中，同时卷吸大量烟气进行混合，形成无焰燃烧模式，使燃烧反应区几乎充满这个辐射管体内空间，温度更加均匀，NOx生成量更少。

（3）辐射管体5内部温度场较为均匀后，不会产生辐射管局部高温，也不会有局部热应力，可以有效保证辐射管使用寿命。

作为较优的实施方式，回流管52设有两条以上，如图4所示为双P型辐射管体，设置多条回流管有助于进一步提高热效率。

作为较优的实施方式，辐射管体5的内径大于内管本体6出口端的外径。采用上述方案的作用如下：一是内管本体6在出口端若附近有布置支撑片7，要求流出一定缝隙；二是允许部分燃烧后的烟气连通却不穿过内管本体6与辐射管体5之间的空间，充斥这段空间的烟气能够均匀辐射管体5表面温度，使辐射温度较为均匀，同时使此段辐射管体5能避免此段空间只有低温气流时局部高低温差产生热应力影响寿命。

以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用在辐射管的火焰内管，其特征在于，包括内管本体，内管本体外表面沿径向和轴向均匀分布有支撑片，所述内管本体沿其进口端向出口端延伸的方向依序设置有收缩管段、直管段和扩展管段，其中收缩管段的管径沿其延伸方向变小，直管段的管径保持不变，扩展管段的管径沿其延伸方向增大，其中收缩管段的最大管径大于直管段的管径，收缩管段的最大管径处为内管本体的进口端。

2.根据权利要求1所述的一种应用在辐射管的火焰内管，其特征在于，所述内管本体还包括延伸管段，所述延伸管段的一端与扩展管段对接，且延伸管段的管径沿延伸方向增大。

3.根据权利要求2所述的一种应用在辐射管的火焰内管，其特征在于，位于不同径向平面间的支撑片相互交错设置。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种应用在辐射管的火焰内管，其特征在于，所述内管本体进口端的内径是直管段内径的两倍。

5.一种内置火焰内管的辐射管，其特征在于，包括辐射管体和内管本体，

内管本体外表面沿径向和轴向均匀分布有支撑片，所述内管本体沿其进口端向出口端延伸的方向依序设置有收缩管段、直管段和扩展管段，其中收缩管段的管径沿其延伸方向变小，直管段的管径保持不变，扩展管段的管径沿其延伸方向增大，其中收缩管段的最大管径大于直管段的管径，收缩管段的最大管径处为内管本体的进口端；

所述辐射管体为单端进口的封闭型辐射管，所述辐射管在同一管段为双向流动，所述内管本体设置在辐射管体内，其中收缩管段靠近辐射管体的进口端，扩展管段远离辐射管体的进口端，内管本体通过支撑片固定在辐射管体内，辐射管内壁面与火焰内管的进口端和出口端外沿之间留有烟气通道，使烟气从辐射管体进入内管本体后到达辐射管体末端后再反向回流，经烟气通道流出。

6.根据权利要求5所述的内置火焰内管的辐射管，其特征在于，所述辐射管体的外形结构为连续延伸且内径相同的I型辐射管体，其中火焰内管末端至辐射管端部的距离等于辐射管体的内径。

7.一种内置火焰内管的辐射管，其特征在于，包括辐射管体和内管本体，

管本体外表面沿径向和轴向均匀分布有支撑片，所述内管本体沿其进口端向出口端延伸的方向依序设置有收缩管段、直管段和扩展管段，其中收缩管段的管径沿其延伸方向变小，直管段的管径保持不变，扩展管段的管径沿其延伸方向增大，其中收缩管段的最大管径大于直管段的管径，收缩管段的最大管径处为内管本体的进口端；

所述辐射管体为单端进口的封闭型辐射管体，所述辐射管在同一管段为单向流动，所述内管本体设置在辐射管体内，其中收缩管段靠近辐射管体的进口端，扩展管段远离辐射管体的进口端，内管本体通过支撑片固定在辐射管体内，火焰内管进口端外径不小于辐射管体的内径，使烟气从辐射管体进入内管本体后沿辐射管体的延伸方向流出。

8.根据权利要求7所述的内置火焰内管的辐射管，其特征在于，所述辐射管体的外形结构为连续延伸且内径相同的P型辐射管体,所述P型辐射管体包括连续延伸的进口管和回流管，回流管的一端与进口管的侧壁连通形成回流口，所述内管本体的收缩管段位于回流口的下侧，使烟气从辐射管体进口管进入内管本体后，沿辐射管体的回流管延伸方向进入回流口流出。

9.根据权利要求8所述的内置火焰内管的辐射管，其特征在于，所述回流管设有两条以上。

10.根据权利要求7-9任一项所述的内置火焰内管的辐射管，其特征在于，所述辐射管体的内径大于内管本体出口端的外径。