CN114087608A - 一种带有自预热式烟气循环的辐射管加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自预热式烟气再循环辐射管加热装置，该装置包括辐射管主体装置、助燃空气预热管道、收缩口及其形成的烟气循环管道。为了加强烟气和助燃空气之间的热交换，在辐射管尾部，设置了非光滑的空气预热管道，弥补了辐射装置排烟温度高，热效率低的问题；气体循环管道能够使一定量的烟气回流至燃烧室参与再燃烧；回流烟气降低了燃烧区的氧含量，使得火焰温度减低，减少了NOx的生成的同时缓解了辐射管的应力集中，提高了辐射管使用寿命；收缩口产生的射流提高了辐射管内部的烟气的平均流动速率，从而减小辐射管内部的温度梯度，增强了辐射管温度分布均匀性。

Description

一种带有自预热式烟气循环的辐射管加热装置

技术领域

本发明涉及燃气辐射管的加热，特别涉及一种带有自预热式烟气循环的辐射管加热装置。

背景技术

燃气辐射管的燃烧气氛及燃烧产物不与被加热工件直接接触，可以使被加热的器件具有良好的性能。同时，燃气辐射管也具有能源利用率较高，单位表面积热功率较低大，运行成本较低等优点。因此，被广泛应用于金属热处理及工业干燥领域。

但是，燃气辐射管加热装置也存在许多不足。一是燃气辐射管在火焰区的燃烧温度很高，造成了燃气烧嘴前辐射管壁面温度很高。而火焰后的烟气温度较低，使得辐射管的壁面温度很低。因此，存在辐射管内温度梯度较大，管壁温度分布不均匀和局部温度过高的问题。局部温度过高使得热应力集中，导致辐射管变形严重，使用寿命降低。二是燃气辐射管尾部烟气温度在1000℃左右，带走大量热量，造成辐射管的热损失大，热效率低下。三是空气中的氮气在高温环境下与氧气发生反应，生成大量的热力型NOx，随着烟气排放至大气中会污染环境甚至危害人体健康。尤其以焦炉煤气为燃料的辐射换热装置，NOx排放量远高于国家排放标准。因此，改善辐射管换热器壁面温度均匀性，提高热效率和减少热力型NOx排放是燃气式辐射管的挑战所在。为此我们提出一种带有自预热式烟气循环的辐射管加热装置。

发明内容

针对现有技术存在的辐射管内温度梯度较大、管壁温度分布不均匀和局部温度过高的问题。本发明提供了一种带有自预热式烟气循环的辐射管加热装置。

本发明提供如下技术方案：一种带有自预热式烟气循环的辐射管加热装置，包括燃烧器，所述燃烧器的一端连接有定向辐射管，所述定向辐射管的一端连接有烟气循环管道；

所述定向辐射管包括第一直管，所述第一直管的一端固定连接有第一弯管，所述第一弯管的一端固定连接有第二直管，所述第二直管的一端固定连接有第二弯管，所述第二弯管的一端固定连接有第三直管，所述第三直管的一端固定连接有第三弯管，所述第三弯管的一端固定连接有第四直管，所述第一直管、第二直管、第三直管和第四直管之间均固定连接有管间支撑组件，所述第一弯管与第三弯管的外表面均固定连接有端部支撑组件，

所述烟气循环管道包括烟气排出管道，所述烟气排出管道与燃烧器的内侧贯通连接有烟气循环管道，所述烟气循环管道的内部设置有助燃空气管道，所述烟气排出管道的一端连接有烟气出口端，所述烟气排出管道的一端固定连接有第四直管。

优选的，所述燃烧器包括设置与最外侧的烟气循环套管，所述烟气循环套管的内侧设置有助燃空气套管，所述助燃空气套管的内侧设置有燃气喷管，所述助燃空气套管的外表面连接有空气挡板，所述燃气喷管的一端设置有燃气喷口，所述助燃空气套管的一端设置有收缩口，所述烟气循环套管的一端设置有燃烧腔，所述燃气喷口穿过空气挡板进入燃气和助燃空气的混合区，所述收缩口与加热装置外的控制装置相连，调节收缩口的前后位置和收缩口直径的大小。

优选的，所述助燃空气管道包括设置于烟气排出管道中心处的非光滑的空气预热管道，所述非光滑的空气预热管道的一端设置有连通燃烧器的循环烟气管下端，所述循环烟气管下端延伸至收缩口；所述烟气排出管道的一端连通有收集装置。

优选的，所述烟气循环管道靠近烟气排出管道一端的管径尺寸大小小于烟气循环管道另一端的管径尺寸大小，所述烟气循环管道的管道直径尺寸大小为第一直管管道直径尺寸大小的70％-90％，便于气体在循环过程中分散运动，使气体混合更加的均匀。

优选的，所述第一弯管、第二弯管与第三弯管的形状均为弧形，使直管与弯管对接后整体呈M形。

优选的，所述非光滑的空气预热管道内壁为非光滑管道，所述非光滑的空气预热管道占助燃空气管道总长度的25％-50％，使空气预热更加充分。

优选的，所述收缩口处燃气与空气形成的混合气体速度为60-200m/s，使燃烧更加充分。

与现有技术相比，本发明提供了一种带有自预热式烟气循环的辐射管加热装置，具备以下有益效果：

1、本发明所述的自预热式结构能充分利用辐射管尾部烟气的热量来预热助燃空气，可大幅提高助燃空气温度并降低辐射管排烟温度，解决传统辐射管换热效率低的问题。

2、本发明所述收缩口喷出的高速气体射流使得管内气体流动速率加快，减少了管壁的热应力集中，改善管壁温度的均匀性，提高了辐射管的使用寿命。

3、本发明收缩口高速的气体射流使得在收缩口前端形成负压，造成部分烟气循环至燃烧区。烟气的加入一方面稀释了燃烧区的氧气浓度，降低了火焰温度，减小辐射管内部的温度梯度，提高辐射管管壁温度的均匀性。另一方面，火焰温度下降还可降低燃烧区热力型氮氧化物的生成，减少了辐射管 NOx排放。

附图说明

图1为本发明自预热式烟气循环辐射管加热装置的示意图。

图2为本发明烧嘴处局部放大的结构示意图。

图3为本发明辐射管尾部和烟气循环管下端局部放大的结构示意图。

图中：1-燃烧器，1a-烟气循环套管，1b-助燃空气套管，1c-燃气喷管， 1d-空气挡板，1e-燃气喷口，1f-收缩口，1g-燃烧腔，2-第一直管，3-第一弯管，4a-端部支撑组件，4b-管间支撑组件，5-第二直管，6-第二弯管，7- 第三直管，8-第三弯管，9-第四直管，10-助燃空气管道，11-烟气循环管道，12-炉墙，13-烟气排出管道，13a-烟气出口端，13b-非光滑的空气预热管道， 13c-循环烟气管下端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明带有自预热式烟气循环的辐射管加热装置，包括燃烧器1，燃烧器1的一端连接有定向辐射管，定向辐射管的一端连接有烟气循环管道；

定向辐射管包括第一直管2，第一直管2的一端固定连接有第一弯管3，第一弯管3的一端固定连接有第二直管5，第二直管5的一端固定连接有第二弯管6，第二弯管6的一端固定连接有第三直管7，第三直管7的一端固定连接有第三弯管8，第三弯管8的一端固定连接有第四直管9，第一直管2、第二直管5、第三直管7和第四直管9之间均固定连接有管间支撑组件4b，第一弯管3与第三弯管8的外表面均固定连接有端部支撑组件4a，

烟气循环管道包括烟气排出管道13，烟气排出管道13与燃烧器1的内侧贯通连接有烟气循环管道11，烟气循环管道11的内部设置有助燃空气管道10，烟气排出管道13的一端连接有烟气出口端13a，烟气排出管道13的一端固定连接有第四直管9。

燃烧器1包括设置与最外侧的烟气循环套管1a，烟气循环套管1a的内侧设置有助燃空气套管1b，助燃空气套管1b的内侧设置有燃气喷管1c，助燃空气套管1b的外表面连接有空气挡板1d，燃气喷管1c的一端设置有燃气喷口1e，助燃空气套管1b的一端设置有收缩口1f，烟气循环套管1a的一端设置有燃烧腔1g，燃气喷口1e穿过空气挡板1d进入燃气和助燃空气的混合区，收缩口1f与加热装置外的控制装置相连，调节收缩口1f的前后位置和收缩口1f直径的大小，助燃空气管道10包括设置于烟气排出管道13中心处的非光滑的空气预热管道13b，非光滑的空气预热管道13b的一端设置有连通燃烧器1的循环烟气管下端13c，循环烟气管下端13c延伸至收缩口1f；烟气排出管道13的一端连通有收集装置，烟气循环管道11靠近烟气排出管道13一端的管径尺寸大小小于烟气循环管道11另一端的管径尺寸大小，烟气循环管道11的管道直径尺寸大小为第一直管2管道直径尺寸大小的 70％-90％，便于气体在循环过程中分散运动，使气体混合更加的均匀，第一弯管3、第二弯管6与第三弯管8的形状均为弧形，使直管与弯管对接后整体呈M形，非光滑的空气预热管道13b内壁为非光滑管道，非光滑的空气预热管道13b占助燃空气管道10总长度的25％-50％，使空气预热更加充分，收缩口1f处燃气与空气形成的混合气体速度为60-200m/s，使燃烧更加充分。

其中，本发明整体设置于炉墙12的内部。

本发明原理及其工作流程，工作时，助燃空气首先在非光滑的空气预热管道预热，流过空气预热管道助燃空气管道10的第二和第三部分，并由空气挡板1d的射流作用高速射出。同时煤气通过燃气喷管1c，由燃气喷口1e高速射出，高速的助燃空气和燃气混合由收缩口1f高速射出。高速的射流在燃烧室燃烧腔1g形成负压，使得燃烧后的烟气在烟气排出管道烟气排出管道 13分成两个部分，大部分烟气由烟气出口端烟气出口端13a排出加热装置， 10％-30％的烟气由烟气循环管道烟气循环管道11再一次进入燃烧室参与二次燃烧。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种带有自预热式烟气循环的辐射管加热装置，其特征在于：包括燃烧器，所述燃烧器的一端连接有定向辐射管，所述定向辐射管的一端连接有烟气循环管道；

所述定向辐射管包括第一直管，所述第一直管的一端固定连接有第一弯管，所述第一弯管的一端固定连接有第二直管，所述第二直管的一端固定连接有第二弯管，所述第二弯管的一端固定连接有第三直管，所述第三直管的一端固定连接有第三弯管，所述第三弯管的一端固定连接有第四直管，所述第一直管、第二直管、第三直管和第四直管之间均固定连接有管间支撑组件，所述第一弯管与第三弯管的外表面均固定连接有端部支撑组件，

所述烟气循环管道包括烟气排出管道，所述烟气排出管道与燃烧器的内侧贯通连接有烟气循环管道，所述烟气循环管道的内部设置有助燃空气管道，所述烟气排出管道的一端连接有烟气出口端，所述烟气排出管道的一端固定连接有第四直管。

2.根据权利要求1所述的一种带有自预热式烟气循环的辐射管加热装置，其特征在于：所述燃烧器包括设置与最外侧的烟气循环套管，所述烟气循环套管的内侧设置有助燃空气套管，所述助燃空气套管的内侧设置有燃气喷管，所述助燃空气套管的外表面连接有空气挡板，所述燃气喷管的一端设置有燃气喷口，所述助燃空气套管的一端设置有收缩口，所述烟气循环套管的一端设置有燃烧腔，所述燃气喷口穿过空气挡板进入燃气和助燃空气的混合区。

3.根据权利要求1所述的一种带有自预热式烟气循环的辐射管加热装置，其特征在于：所述助燃空气管道包括设置于烟气排出管道中心处的非光滑的空气预热管道，所述非光滑的空气预热管道的一端设置有连通燃烧器的循环烟气管下端，所述循环烟气管下端延伸至收缩口。

4.根据权利要求1所述的一种带有自预热式烟气循环的辐射管加热装置，其特征在于：所述烟气循环管道靠近烟气排出管道一端的管径尺寸大小小于烟气循环管道另一端的管径尺寸大小，所述烟气循环管道的管道直径尺寸大小为第一直管管道直径尺寸大小的70％-90％。

5.根据权利要求1所述的一种带有自预热式烟气循环的辐射管加热装置，其特征在于：所述第一弯管、第二弯管与第三弯管的形状均为弧形。

6.根据权利要求3所述的一种带有自预热式烟气循环的辐射管加热装置，其特征在于：所述非光滑的空气预热管道内壁为非光滑管道，所述非光滑的空气预热管道占助燃空气管道总长度的25％-50％。

7.根据权利要求2所述的一种带有自预热式烟气循环的辐射管加热装置，其特征在于：所述收缩口处燃气与空气形成的混合气体速度为60-200m/s。

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