CN111457736A - 一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及加热炉技术领域，尤其涉及一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体。所述多孔空腔辐射黑体为空腔圆锥台，主要包括小孔、顶盖、壳体、空腔、底盖和螺钉。所述多孔空腔辐射黑体通过底盖的螺钉依次等间距安装在加热炉的炉墙上，顶盖上的小孔法线正对加热炉炉管。本发明一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体，其结构独特，能增大烟气与炉墙的接触面积，提高炉墙的黑度，使得炉膛内热量更加集中在加热炉炉管上，减少了热量损失，提高了加热炉的热效率，同时本发明性价比高，结构设计简单，易于制作，安装方便，不需要改变加热炉的原有的结构，安全性高，便于更换。

Description

一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体

技术领域

本发明涉及加热炉技术领域，尤其涉及一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体。

背景技术

提高加热炉的热效率的方法通常有两种方法：一是强化炉膛内的燃烧传热，二是回收烟气余温。炉内的温度高达1000℃，相对于回收烟气余温，强化炉膛内传热效果更加明显。

目前，强化炉膛内的燃烧传热，很多加热炉采用了些新技术。例如：改变炉墙的结构（适当延长炉墙的高度），墙体使用保温材料，炉墙表面涂上高反射率的涂层（提高墙体的黑度）等方式强化炉膛内的燃烧传热。虽然这些措施在理论层面上可以提高加热炉的热效率，但是提高了这些材料的成本，而且炉墙结构的安装费事费力，安装跟维护工作又很危险。

提高壁面反射率是强化炉内辐射换热的常用方式，目前部分加热炉采用在壁面加装黑体元件的方式提高墙体黑度，但是黑体的发射率还有很大的提升空间，使得热效率提升受到限制，并且黑体元件的内部空间没有得到有效的利用，以及黑体元件如何安全便捷的安装在加热炉内存在很大不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决黑体发射率还有提升空间的问题，黑体内部空间利用不足，安装麻烦等技术问题，本发明提供一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体，黑体增大了烟气与炉墙的接触面积，提高炉墙的黑度，使得炉膛内热量更加集中在加热炉炉管上，减少了热量损失，提高了加热炉的热效率；黑体整体分为两部分铸造，通过拼接的方式组装成一个整体；黑体通过底盖的螺钉嵌入炉墙的内衬材料陶纤棉上，从而固定在炉墙上。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体为空腔圆锥台，主要包括小孔，顶盖，壳体，空腔，底盖和螺钉；所述顶盖上设有小孔。

进一步地，所述小孔为圆形，数量为4～6个，轴中心布置一个，剩余的小孔围绕轴中心均匀布置，不互相接触。

进一步地，所述小孔的总面积占黑体空腔内部总表面积的0.5%～1%。

进一步地， 所述黑体的顶盖直径为150mm～300mm,高150mm～300mm和底盖直径的200mm～600mm。

进一步地，所述底盖上与螺钉一体铸造并且螺钉与底盖两者互相垂直，每个底盖至少配置4根螺钉。

进一步地，所述黑体整体分为两部分铸造，通过拼接的方式组装成一个整体。

进一步地，所述黑体元件通过底盖上的螺钉依次等间距嵌入加热炉的炉墙内衬材料陶纤棉上，从而安装在加热炉的炉墙上，顶盖上的小孔法线方向正对加热炉炉管，这种安装方式简单方便，缩短了施工时间，降低了投资成本。

进一步地，黑体中的顶盖、壳体和底盖材料为耐高温的熔铸氧化铝或者高岭土；螺钉的材料为耐高温的氧化锆陶瓷或者氧化硅陶瓷，这种材质结构致密，耐高温，耐机械强度，有效的延长了陶纤棉的使用寿命，同时减少了炉内热量的损失。

进一步地，所述加热炉炉墙内衬是由耐高温的陶纤棉组成，陶纤棉有优良的化学稳定性、热稳定性、抗拉强度、低热导率、低热容量以及良好的保温性能，能有效的提高加热炉的热效率。

本发明的有益效果是：本发明的加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体，充分利用了内部结构，增大烟气与炉墙的接触面积，提高炉墙的黑度，使得炉膛内热量更加集中在加热炉炉管上，减少了热量损失，提高了加热炉的热效率，同时本发明性价比高，结构设计简单，易于制作，安装方便，不需要改变加热炉的原有的结构，安全性高，便于更换。

附图说明

图1是本发明的一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体安装在加热炉上的示意图。

图2是本发明的一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体安装在加热炉上的俯视图。

图3是本发明的一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体的立体图。

图4是本发明的一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体的半剖视图。

图5是本发明的一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体的主视图和俯视图。

图6是本发明的一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体安装在炉墙上的示意图。

图中：1、进料口，2、出料口，3、炉管，4、黑体，4-1、小孔，4-2、顶盖，4-3、壳体，4-4、空腔，4-5、底盖，4-6、螺钉，5、陶纤棉，6、炉墙，7、加热炉。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1—6所示，是本发明最优实施例，一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体，所述多孔空腔辐射黑体4为空腔圆锥台，主要包括小孔4-1，顶盖4-2，壳体4-3，空腔4-4，底盖4-5和螺钉4-6；所述顶盖4-2上设有小孔4-1；所述小孔4-1为圆形，数量为4～6个，轴中心布置一个，剩余的小孔4-1围绕轴中心均匀布置，不互相接触。

所述底盖4-5上的螺钉4-6通过铸造与黑体4成为一个整体，并且螺钉4-6与底盖4-5两者互相垂直，每个底盖4-5至少配置4根螺钉4-6。

所述黑体4通过底盖4-5上的螺钉4-6依次等间距嵌入加热炉7的炉墙6内衬材料陶纤棉5上，从而固定在炉墙6上，顶盖4-2的小孔4-1法线方向正对加热炉炉管3。

所述黑体4中的顶盖4-2、壳体4-3和底盖4-5材料为耐高温的熔铸氧化铝或者高岭土；螺钉4-6的材料为耐高温的氧化锆陶瓷或者氧化硅陶瓷。

所述黑体4的顶盖4-2直径为150mm～300mm,高150mm～300mm和底盖4-5直径的200mm～600mm。

所述小孔4-1的总面积占黑体4空腔4-4内壁总表面积的0.5%～1%。在黑体4的顶盖4-2上设置小孔4-1是因为辐射能经过小孔4-1进入空腔4-4后，在空腔4-4内要经过多次吸收和反射，而每经过一次吸收，辐射能就能按照黑体4内壁吸收率的份额被减弱一份，最终离开小孔的能量几乎没有。小孔4-1的总面积占黑体4内部空腔4-4总表面积越小，小孔的吸收比就越大，黑度也就越大。

设空腔内的吸收比为α，S_孔/S_空腔=f, S_孔为小孔总面积，S_空腔为空腔内壁总表面积。炉内的辐射能Q由炉膛穿过小孔4-1进入空腔4-4。每次反射后的能量的变化如下表所示：

反射次数	空腔内部吸收的能量	空腔内部反射的能量	穿过小孔的能量
				1	αQ	(1-α)Q	f(1-α)Q
2	α(1-f)(1-α)Q	(1-f)(1-α)<sup>2</sup>Q	f(1-f) (1-α)<sup>2</sup>Q
				3	α(1-f)<sup>2</sup>(1-α)<sup>2</sup>Q	(1-f)<sup>2</sup>(1-α)<sup>3</sup>Q	f(1-f)<sup>2</sup>(1-α)Q
......
				n	α(1-f)<sup>n-1</sup>(1-α)<sup>n-1</sup>Q	(1-f)<sup>n-1</sup>(1-α)<sup>n</sup>Q	f(1-f)<sup>n-1</sup> (1-α)<sup>n</sup>Q

空腔吸收的能量：

Q_壁=αQ+α(1-f)(1-α)Q+…+α(1-f)^n-1(1-α)^n-1Q （1）

穿过小孔的能量：

Q_出孔= f(1-α)Q+f(1-f) (1-α)²Q+ f(1-f)^n-1 (1-α)ⁿQ （2）

简化而得，小孔的吸收率：

α_小孔=(Q- Q_出孔）/Q =α/(1-(1-f)(1-α)) （3）

设本发明的黑体4的顶盖4-2的半径200mm,底盖4-2半径为400mm，高为200mm，小孔4-1的个数为五个，半径12mm，小孔4-1的面积S_孔=0.0022608㎡，空腔4-4内壁的总表面积S_空腔=0.3768㎡，则f=0.006。一般来说，黑体4内壁吸收率α=0.6，计算出α_小孔=0.996。加热炉炉墙看做漫灰表面，所以小孔4-1的黑度ε_小孔=0.996，研究结果如下表所示：

Z轴距离炉底的距离m	500	1000	2000	3000	4000
						温度范围℃	600~900	1500~1800	1800~2000	1800~2000	500~700

根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律可知：黑度的增加使得其反射的热量增加，加热炉炉管单位时间获得热量也就越多，加热炉的热效率能得到很大提高。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体，其特征在于：多孔空腔辐射黑体（4）为空腔圆锥台，主要包括小孔（4-1），顶盖（4-2），壳体（4-3），空腔（4-4），底盖（4-5）和螺钉（4-6）；所述顶盖（4-2）上设有小孔（4-1）；设有4～6个圆形小孔，轴中心布置一个，剩余的小孔（4-1）围绕轴中心均匀布置，不互相接触；

所述小孔（4-1）的顶盖总面积占黑体（4）内部空腔（4-4）总表面积的0.5%～1%；

所述底盖（4-5）与螺钉（4-6）一体铸造，并且螺钉（4-6）与底盖（4-5）铸造时，两者互相垂直，每个底盖（4-5）至少配置4根螺钉（4-6）。

2.根据权利要求1所述的一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体，其特征在于：所述黑体（4）通过底盖（4-5）上的螺钉（4-6）依次等间距嵌入加热炉（7）的炉墙（6）内衬材料陶纤棉（5）上，从而固定在炉墙（6）上，顶盖（4-2）的小孔（4-1）法线方向正对加热炉炉管（3）。

3.根据权利要求1或2所述的一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体，其特征在于：所述黑体（4）整体分为两部分铸造，通过拼接的方式组装成一个整体。

4.根据权利要求3所述的一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体，其特征在于：所述黑体（4）的顶盖（4-2）直径为150mm～300mm,高150mm～300mm和底盖（4-5）直径的200mm～600mm。

5.根据权利要求4所述的一种加热炉炉墙多孔空腔辐射黑体，其特征在于：黑体（4）中的顶盖（4-2）、壳体（4-3）和底盖（4-5）材料为耐高温的熔铸氧化铝或者高岭土；螺钉（4-6）的材料为耐高温的氧化锆陶瓷或者氧化硅陶瓷。

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