CN113446732A - 一种热风炉尾部混风装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热风炉尾部混风装置，属于热风炉相关设备技术领域。它包括外套筒、内筒、连接管和螺旋挡风板，所述外套筒和内筒嵌套设置，外套筒设置在内筒外侧，外套筒与内筒之间形成环形腔体，所述连接管与外套筒相接，所述螺旋挡风板设置在外套筒和内筒之间的环形腔体中。在解决混风均匀性问题的基础上，减少了气体流动过程中产生的阻力，在有限的空间内强化冷、热烟气混合均匀，避免管道表面产生局部高温，同时降低阻力损失。

Description

一种热风炉尾部混风装置

技术领域

本发明属于热风炉相关设备技术领域，更具体地说，涉及一种热风炉尾部混风装置。

背景技术

燃油或燃气式热风炉在燃烧室内产生的高温烟气与配风装置送入的冷气体掺混后，进入混合室或烟道，由于流程较短，高温烟气与冷气体混合不充分，容易产生局部高温，不但需要增加保温层的厚度，还会造成部分结构由于热应力而损坏，影响热风炉正常运行及使用寿命。基于此，需要对热风炉的相关设备进行改进。

中国专利申请号为：200720187320.8，公告日为：2008-11-12的“一种在热烟气中混入冷烟气的装置”，其结构组成包括：上下两平面上开有相贯穿的热烟气进口和冷热烟气混合后的出口，侧壁上开有冷烟气进气孔的冷烟气均化腔体、垂直穿过冷烟气均化腔体贯穿且管壁上均匀开有冷烟气进气孔热烟气基体节管、一端与冷烟气管道同管径相同，另一端为扩口型的通管，其扩口型管的端边固接在冷烟气均化腔体外壁上的冷烟气进气管。通过在热烟气管道上开设若干小孔，冷烟气从360°方向与热烟气进行混合，然而该装置的冷烟气进气管与热烟气基管垂直，冷烟气均化腔体内的气流容易出现分布不均匀的问题。

中国专利申请号为：201710680185.9，公开日为：2017-12-08的“用于带配风装置的燃油燃气热风炉燃烧室的烟气混流装置”，其包括：法兰，外壳体，中环导流通道，内环导流通道，连接钢板，外环导流通道，固定壳体；外部由钢板制成外壳体，外壳体内壁设置耐火纤维，在耐火纤维内侧和重质耐火材料之间设置固定壳体，在重质耐火材料内部设置内环导流通道，中环导流通道，外环导流通道；在外壳体两侧设有法兰，通过法兰与燃烧通道和转烟室连接；烧嘴燃烧产生的高温烟气与配风装置送入的冷气体经燃烧通道，通过混流装置的内环导流通道，中环导流通道和外环导流通道导向，使混流气体以一定的角度相互交叉相遇，充分混合，再经转烟室进入换热体。冷、热烟气通过混流装置后会以一定的角度相互交叉相遇，充分混合，该装置虽然混风效果较好，但阻力损失极大。

综述所述，虽然关于冷、热烟气混合的相关专利较多，但都难以解决混风均匀性和流动阻力大的问题，如何保证在有限的空间内强化冷、热烟气混合均匀，避免管道表面产生局部高温，同时降低阻力损失显得尤为重要。

发明内容

1.要解决的问题

针对热风炉冷热烟气混合均匀性差的问题，本发明提供一种热风炉尾部混风装置。在解决混风均匀性问题的基础上，减少了气体流动过程中产生的阻力，在有限的空间内强化冷、热烟气混合均匀，避免管道表面产生局部高温，同时降低阻力损失。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种热风炉尾部混风装置，包括外套筒、内筒、连接管和螺旋挡风板，所述外套筒和内筒嵌套设置，外套筒设置在内筒外侧，外套筒与内筒之间形成环形腔体，所述连接管与外套筒相接，所述螺旋挡风板设置在外套筒和内筒之间的环形腔体中。内筒内表面紧密贴合于热风炉尾部炉壳外表面，并通过焊接或铆接与炉壳相连，内筒为变直径圆管，等径段和变径段，等径段整体呈平直状态，与热风炉出口贴合，变径段为收缩状态，进行内筒直径的收缩，外套筒和内筒之间主要是形成环形腔体，环形腔体用于进行气体的充分混匀。

作为本发明进一步可能实施的方案中，所述连接管为三通管，所述三通管包括一根主管和两根分管，所述主管和分管通过过渡段相接，两根分管之间设置分流板。三通管的两根分管焊接于外套筒上，并使其内部与外套筒和内筒所形成的环形腔体连通。主管截面可以是圆形或矩形，与低温配风输入管道相接。

作为本发明进一步可能实施的方案中，所述分流板内表面为弧形，两根分管的轴线距离为内筒直径的1/3～2/3。两根分管由中心两块分流板所隔开，形成“水滴形”间隙，减小分流阻力，分管出口截面形状可以是圆形或矩形，主管轴线与热风炉轴线垂直相交。

作为本发明进一步可能实施的方案中，所述螺旋挡风板包括第一螺旋板、第一扇形平板、第二螺旋板和第二扇形平板，所述第一螺旋板、第一扇形平板、第二螺旋板和第二扇形平板依次相接构成螺旋挡风板整体，四块板依次连接，形成不在同一个平面的圆环，所述第二螺旋板设置在三通管的两个分管之间。

作为本发明进一步可能实施的方案中，所述螺旋挡风板上设置有导流通道。螺旋板和扇形平板既可以是实心板，也可以是带有导流通道的孔板，导流通道的数量根据流量而定，但不宜过多，导流通道的形状可以是圆形或矩形，优选的为圆形。

作为本发明进一步可能实施的方案中，所述螺旋挡风板外侧边缘与外套筒相接，内侧边缘与内筒之间留有环形缝隙，所述环形缝隙是环形腔体宽度的1/10～1/4，优选的为1/5。

作为本发明进一步可能实施的方案中，所述外套筒包括扩张段、平直段和收缩段，并按照扩张段、平直段和收缩段的顺序构成外套筒整体。外套筒与热风炉同轴布置，其中扩张段的边缘与热风炉尾部炉壳相接，收缩段的边缘为热风炉出口。

作为本发明进一步可能实施的方案中，还包括旋流器，所述旋流器设置在外套筒与内筒之间的环形腔体尾部。

作为本发明进一步可能实施的方案中，所述旋流器包括外套环、内套环和旋流叶片，所述外套环与外套筒相接，所述内套环与内套筒相接，外套环与内套环之间设置旋流叶片。

作为本发明进一步可能实施的方案中，所述旋流叶片的旋流方向与热风炉端部的旋流燃烧器的旋转方向一致，旋流角为30°～60°。旋流角越大，混风效果越好，但阻力损失也越大。

就上述的装置进行详细说明，待加热的低温配风进入三通管后被分为两股送入外套筒与内筒所形成的环形腔体中，在螺旋挡风板的作用下，两股流体会一边绕内筒周向流动，一边沿着内筒轴向流出，在该过程中流体的压力和流量都在不断减小，然而螺旋挡风板两侧的流体绕内筒周向流动的方向相反，因此两侧压力和流量恰好能够相互补充，从而提高轴向速度的均匀性。两股汇聚的低温配风在经过内筒尾部旋流器后，大部分以高旋流状态与高温烟气迅速混合，而另一小部分则会附着在外套筒表面，形成流动边界层，对烟道起到保护作用。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种热风炉尾部混风装置，三通管中的两块分流板所形成“水滴形”的间隙，能够以较小的阻力损失将流体分为两股，同时，三通管还避免了单股流体垂直撞击内筒时所导致的阻力损失过大的问题，并且，两根分管下的螺旋挡风板会将进入热风炉内的两股流体隔开，避免了两股流体绕内筒半圈后相互撞击所造成的动量大幅度损失与流体分布极度不均匀的问题；

(2)本发明的一种热风炉尾部混风装置，经过两根分管分别进入螺旋挡风板两侧的流体会在螺旋挡风板的作用下一边绕内筒周向流动，一边沿着内筒轴向流出，在该过程中流体的压力和流量都在不断减小，然而螺旋挡风板两侧的流体绕内筒周向流动的方向相反，因此两侧压力和流量恰好能够相互补充，从而提高轴向速度的均匀性；

(3)本发明的一种热风炉尾部混风装置，旋流器安装于外套筒与内筒所形成的间隙中，仅与低温配风接触，因此无需使用价格高昂的耐热钢，成本较低；

(4)本发明的一种热风炉尾部混风装置，从旋流器离开的小部分低温配风会附着在外套筒表面，形成流动边界层，对烟道起到保护作用，节约烟道材料成本。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1是本发明的一种热风炉尾部混风装置的基本结构示意图；

图2是本发明的一种热风炉尾部混风装置外套筒的结构示意图；

图3是本发明的一种热风炉尾部混风装置内筒的结构示意图；

图4是本发明的一种热风炉尾部混风装置三通管的结构示意图；

图5是本发明的一种热风炉尾部混风装置螺旋挡风板的结构示意图；

图6是本发明的一种热风炉尾部混风装置旋流器的结构示意图；

图7是本发明的一种热风炉尾部混风装置三通管与螺旋挡风板的相对位置示意图；

图8是采用本发明的一种热风炉尾部混风装置与常规混风数值模拟得到的热风炉出口温度云图对比图。

附图中：1、外套筒；11、扩张段；12、平直段；13、收缩段；

2、内筒；21、等径段；22、变径段；

3、三通管；31、主管；32、分管；33、过渡段；34、分流板；

4、螺旋挡风板；41、第一螺旋板；42、第一扇形平板；43、第二螺旋板；44、第二扇形平板；45、导流通道；

5、旋流器；51、外套环；52、内套环；53、旋流叶片；

6、热风炉。

具体实施方式

下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种热风炉尾部混风装置包括：外套筒1、内筒2、三通管3、螺旋挡风板4和旋流器5。

如图2所示，外套筒1安装于热风炉6尾部，与热风炉6同轴布置，其中扩张段11的一侧边缘与热风炉6尾部炉壳相接，收缩段13的一侧边缘为热风炉6出口，中间为平直段。

如图3所示，内筒2板面紧密贴合于热风炉6尾部炉壳外表面，并通过焊接与炉壳相连，包括等径段21和变径段22。

如图4所示，三通管3包括一根主管31和两根分管32，主管31与分管32由过渡段33所连接，主管31截面可以是圆形或矩形，根据低温配风输入管道形状而定，两根分管32由中心两块分流板34所隔开，形成“水滴形”间隙，降低配风阻力损失，分管32出口截面形状可以是圆形或矩形，主管31轴线与热风炉6轴线垂直相交，两根分管32的轴线距离可以为内筒2外径的1/3、1/2、2/3，本实施例为1/2，位若两根分管32之间的距离过小，则会增加烟气进入热风炉6时的阻力，若两根分管32之间的距离过大，则会影响烟气通过螺旋挡风板4时的均匀性。

如图5和7所示，螺旋挡风板4安装于三通管3的两根分管32下方，由第一螺旋板41、第一扇形平板42、第二螺旋板43和第二扇形平板44所组成，四块板依次连接，形成一个圆环，第一螺旋板41和第二螺旋板43的外侧边缘连接于外套筒1上，第一扇形平板42和第二扇形平板44的外侧边缘分别与烟气三通管3的两根分管32末端连接，两块扇形平板互相平行，不在同一个平面上，其中，四块板是带有圆形导流通道45的孔板，可从一定程度上减轻安装螺旋挡风板4时带来的阻力损失影响，螺旋挡风板4的内侧边缘与内筒2保留一定宽度的环形间隙，环形间隙宽度可以为外套筒1与内筒2所形成的环形腔体宽度的1/10、1/5、1/4，本实施例选择1/5，若环形间隙过窄，则会大幅度增加烟气的流动阻力，若环形间隙过宽，则均匀气流的效果较差。

通过螺旋挡风板4将环形腔体进行分隔开，两个分管32的出口分别位于螺旋挡风板4的两侧，螺旋挡风板4靠近旋流器5一侧的分管32气体进入环形腔体，会在沿环形腔体周向流动的同时沿着轴向流出，螺旋挡风板4远离旋流器5一侧的分管32气体，需要通过螺旋挡风板4的环形间隙和导流通道45，才能进入靠近旋流器5的一侧环形腔体，由于螺旋挡风板4靠近旋流器5一侧的分管32出口的气体压强较大，不能很快通过，使得螺旋挡风板4远离旋流器5一侧的分管32气体需要绕螺旋挡风板4进行环形流动，在进行流动的过程中，气体从环形间隙和导流通道45中补充到靠近旋流器5的环形腔体。在整个气体补充的过程中，由于螺旋挡风板4靠近旋流器5一侧的分管32的存在，使得对螺旋挡风板3靠近旋流器5一侧的气体压力和流量较大的区域补充的少，对螺旋挡风板3靠近旋流器5一侧的气体压力和流量较小的区域补充的多，从而实现环形腔体内周向气体的均布。

如图6所示，旋流器5包括外套环51、内套环52和旋流叶片53，外套环51与外套筒1的收缩段13相连，内套环52与内筒2的变径段22末端相连，旋流叶片53的旋流方向与热风炉6端部的旋流燃烧器的旋转方向一致，旋流角可以取30°、45°、60°，本实施例优选45°，旋流器5安装于内筒2尾部，外套筒1与内筒2形成的环形腔体中。

待加热的低温配风进入三通管3后被分为两股送入外套筒1与内筒2所形成的环形腔体中，在螺旋挡风板4的作用下，两股流体会一边绕内筒2周向流动，一边沿着内筒2轴向流出，在该过程中流体的压力和流量都在不断减小，然而螺旋挡风板4两侧的流体绕内筒2周向流动的方向相反，因此两侧压力和流量恰好能够相互补充，从而提高轴向速度的均匀性。两股汇聚的低温配风在经过内筒2尾部旋流器5后，大部分以高旋流状态与高温烟气迅速混合，而另一小部分则会附着在外套筒1表面，形成流动边界层，对烟道起到保护作用。

如图8所示，图8是采用本发明提出的一种热风炉尾部混风装置与常规混风数值模拟得到的热风炉6出口温度云图对比图，模拟的条件是1200℃的热烟气掺混20℃的冷烟气。

左侧图为采用本发明提出的一种热风炉6尾部混风装置所得到的热风炉6出口温度云图，右侧图为常规混风装置所得到的热风炉6出口温度云图。从图中可以明显的看出，在采用本发明提出的一种热风炉6尾部混风装置后，管道内部整体温度呈环状分布，从管道中心到壁面，温度逐渐降低，中心区域温度最高，达到1200℃，但高温区域面积较小，且被稳定的控制在中心区域。在管道边缘有一层较薄的流动边界层，温度仅有20℃，能够保护烟道。且随着流动的进行，冷热烟气会逐渐完成换热，最终达到温度均匀。而采用常规混风装置后，不但热烟气和冷烟气所占据的面积更大，而且烟气流动产生了偏斜，原本处于中心的高温烟气开始向上偏斜，管壁周围的烟气温度差距较大，底部低温区为20℃，两侧高温区为500℃，且随着流动的进行，中心的高温烟气势必会偏斜至烟道壁面，对烟道造成极大的损害。

Claims (10)

1.一种热风炉尾部混风装置，其特征在于：包括外套筒(1)、内筒(2)、连接管和螺旋挡风板(4)，所述外套筒(1)和内筒(2)嵌套设置，外套筒(1)设置在内筒(2)外侧，外套筒(1)与内筒(2)之间形成环形腔体，所述连接管与外套筒(1)相接，所述螺旋挡风板(4)设置在外套筒(1)和内筒(2)之间的环形腔体中。

2.根据权利要求1所述的一种热风炉尾部混风装置，其特征在于：所述连接管为三通管(3)，所述三通管(3)包括一根主管(31)和两根分管(32)，所述主管(31)和分管(32)通过过渡段(33)相接，两根分管(32)之间设置分流板(34)。

3.根据权利要求2所述的一种热风炉尾部混风装置，其特征在于：所述分流板(34)内表面为弧形，两根分管(32)的轴线距离为内筒(2)直径的1/3～2/3。

4.根据权利要求2所述的一种热风炉尾部混风装置，其特征在于：所述螺旋挡风板(4)包括第一螺旋板(41)、第一扇形平板(42)、第二螺旋板和第二扇形平板(44)，所述第一螺旋板(41)、第一扇形平板(42)、第二螺旋板和第二扇形平板(44)依次相接构成螺旋挡风板(4)整体，所述第二螺旋板(43)设置在三通管(3)的两个分管(32)之间。

5.根据权利要求1所述的一种热风炉尾部混风装置，其特征在于：所述螺旋挡风板(4)上设置有导流通道(45)。

6.根据权利要求1所述的一种热风炉尾部混风装置，其特征在于：所述螺旋挡风板(4)外侧边缘与外套筒(1)相接，内侧边缘与内筒(2)之间留有环形缝隙，所述环形缝隙是环形腔体宽度的1/10～1/4。

7.根据权利要求1所述的一种热风炉尾部混风装置，其特征在于：所述外套筒(1)包括扩张段(11)、平直段(12)和收缩段(13)，并按照扩张段(11)、平直段(12)和收缩段(13)的顺序构成外套筒(1)整体。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种热风炉尾部混风装置，其特征在于：还包括旋流器(5)，所述旋流器(5)设置在外套筒(1)与内筒(2)之间的环形腔体尾部。

9.根据权利要求8所述的一种热风炉尾部混风装置，其特征在于：所述旋流器(5)包括外套环(51)、内套环(52)和旋流叶片(53)，所述外套环(51)与外套筒(1)相接，所述内套环(52)与内套筒相接，外套环(51)与内套环(52)之间设置旋流叶片(53)。

10.根据权利要求9所述的一种热风炉尾部混风装置，其特征在于：所述旋流叶片(53)的旋流方向与热风炉端部的旋流燃烧器的旋转方向一致，旋流角为30°～60°。

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