CN115615212A - 一种应用于窑炉的热辐射加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于窑炉的热辐射加热装置，包括窑炉体、氮气列管流道、进气腔、出气腔、氮气储罐、氮气循环加热器及氮气输送管道；氮气列管流道安装在窑炉的窑腔中；氮气储罐为液氮储罐，其出口设有液氮气化炉。其具有可避免将含氧烟气直接作用于煅烧物产生氧化作用，避免出现煅烧物被氧化而造成损失，成本低，气密性更高，减少维持窑腔正压所注入的氮气量而节省成本，减少后续的废气治理的投入等优点。

Description

一种应用于窑炉的热辐射加热装置

技术领域

本发明涉及一种热辐射加热装置，具体涉及一种应用于窑炉的热辐射加热装置，属于新能源技术和窑炉制造技术领域。

背景技术

当前，新能源电池行业的迅猛发展带动了上游电极材料的加工业务，由于电极材料煅烧时需要采取氮气氛保护措施，因燃烧产生的烟气仍然带有氧分，煅烧时不能采用燃烧机火焰热气对煅烧物接触加热，目前包括锂离子电池负极材料在内的煅烧大量采用电热棒辐射加热技术避免煅烧物产生氧化，但采用电加热因电价较贵会增加生产能耗成本，也包括对缺电企业或地区的生产影响较大。另外，煅烧过程会产生腐蚀性气体，会对硅碳棒产生侵蚀使其电阻增大而降低发热功率。再有电池电极材料在煅烧的升温过程会挥发出大量焦油，这些焦油会集中粘附在低温区的窑腔内和电热棒上，焦油中所含有碳元素具有导电性，常常引起窑腔中的电热棒短路，也会使窑炉的结构材料受到电击而损坏。目前针对窑炉内积聚焦油的处理只能定期停产通过空烧窑腔来清除，造成很大的能源浪费和耽误生产。

中国专利一种辊道窑的热辐射加热装置（专利号：202211219773.X）设计了一种利用石英管或陶瓷管作为热辐射管，利用管内的高温烟气通过管壁产生的热辐射对窑炉进行加热，该加热方式可以防止氧气对煅烧物产生氧化反应。但石英管或陶瓷管属于易碎材料，而对于无氧烧制必须对窑炉实施全密封，当窑炉内的热辐射管与窑腔之间密封不良或者发生断裂难以发现，而一旦热辐射管边缘出现漏气或断裂，含有氧分的烟气就会进入窑炉内部对煅烧物产生氧化反应，造成产品损耗、降级甚至报废，尤其对于价格昂贵的电极材料烧制所带来的损失巨大，由于存在这种会带来巨大损失的质量安全隐患，该技术难以在高价值产品烧制中得以应用，另外，该技术所设计在窑腔内的热辐射管与腔外燃烧室有无数多的接口，大幅增加漏气的风险。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种应用于窑炉的热辐射加热装置，利用燃气燃烧机产生热量通过换热器对氮气进行隔离加热，再将高温氮气的热量通过热辐射管对煅烧物进行循环辐射加热，避免了将含氧烟气直接作用于煅烧物产生氧化作用，通过非电热产生热辐射的加热方式可避免了煅烧过程产生的焦油对电热器件的负面影响。另一方面，采用氮气作为传热介质，一旦热辐射管发生破损时只是氮气进入窑腔，避免了煅烧物被氧化所造成的损失。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的，其是一种应用于窑炉的热辐射加热装置，其特征在于包括：

窑炉体、两路以上的氮气列管流道、两个以上的进气腔及两个以上的出气腔；所述氮气列管流道安装在窑炉的窑腔中，且氮气列管流道分别安装在窑腔的上方及下方或两侧位置；所述氮气列管流道由多段的热辐射管组通过接驳腔串接而成，所述氮气列管流道其首段热辐射管组设在窑腔()的高温恒温段并与对应的进气腔连通，在进气腔中设有高温氮气入口，所述氮气列管流道其末段热辐射管组设在窑腔的低温升温段并与对应的出气腔连通，在出气腔中设有低温氮气出口；

氮气储罐及氮气循环加热器：所述氮气储罐为液氮储罐，其出口设有液氮气化炉；所述氮气加热器包括管壳式换热器、燃气燃烧机、炉膛、烟气出口和高压风机，所述燃气燃烧机安装在炉膛中，所述炉膛的出气口与管壳式换热器的管程流道进气口连通，管壳式换热器的管程流道的出气口与烟气出口连通，管壳式换热器的壳程流道的管程流道入口与高压风机出风口连通，所述氮气储罐的出口及低温氮气出口分别与高压风机的进风口连通，所述壳程流道的壳程流道出口与窑炉体的高温氮气入口连通；

氮气输送管道：所述氮气输送管道包括从氮气循环加热器的出口壳程流道出口至窑炉体高温氮气入口之间的第一氮气管道、从窑炉体低温氮气出口至高压风机之间的第二氮气管道、从高压风机至氮气循环加热器的管程流道入口之间的第三氮气管道，在所述第二氮气管道上设有节流器，从氮气储罐的液氮气化炉与第二氮气管道之间连接有氮气补充管道从而不断补充正压窑腔所泄漏的氮气。

在本技术方案中，所述窑炉体可以是辊道窑炉或推板窑炉或箱式窑炉。

在本技术方案中，所述窑腔中设有煅烧物输送机构，所述煅烧物输送机构的输送方向从窑腔的低温恒温段往窑腔()的高温恒温段。

在本技术方案中，所述热辐射管组由多根热辐射管并联组成，所述热辐射管的通径为25mm-100mm，所述热辐射管采用石英玻璃管或陶瓷管。

在本技术方案中，所述管壳式换热器采用的换热管为石英玻璃管或陶瓷管。

在本技术方案中，所述进气腔、接驳腔和出气腔由耐火材料构成，并分别与其对应的热辐射管组密封连通。

在本技术方案中，所述接驳腔及进气腔上设有与窑腔连通的透气孔从而使氮气通过透气孔进入窑腔以维持窑腔的微正压。

在本技术方案中，所述高压风机为变频风机。

在本技术方案中，所述氮气列管流道可以沿窑炉的长度方向呈直线走向，所述进气腔、接驳腔及出气腔前后分布，所述氮气列管流道也可以沿窑炉的长度方向呈“弓”字形走向，所述进气腔、接驳腔及出气腔分布在窑炉两侧。

在本技术方案中，所述窑腔顶部设有废气排口，所述废气排口通过管道与燃气焚烧机的助燃风机的进风口连通。

本发明与现有技术相比的优点为：燃气燃烧机产生热量通过换热器对氮气进行隔离加热，再将高温氮气的热量通过热辐射管对煅烧物进行辐射加热，可避免将含氧烟气直接作用于煅烧物产生氧化作用；通过非电热产生热辐射的加热方式可避免了煅烧过程产生的焦油对电热器件的负面影响；采用氮气作为传热介质，一旦热辐射管发生破损时只是氮气进入窑炉内而避免出现煅烧物被氧化而造成损失；同时，对于热辐射管的密封安装要求也大幅降低，而传统技术中数量众多的热辐射管在安装时，难以保证在安装后或在使用一段时间后热辐射管与窑腔之间不出现间隙造成氧分进入窑炉内部，而本发明出现这种渗漏情况完全不影响产品的质量；窑炉的加热能源采用天然气，比电加热的成本更低；相对于电热棒加热模式，大大减少窑腔内电热棒在窑腔外的接头数量，避免了电热棒在窑炉壁穿孔位置漏气的概率，窑腔的气密性更高，将大幅减少维持窑腔正压所注入的氮气量而节省成本；采用燃气燃烧机供热的过程中可将窑炉排放的废气作为助燃风一部分引入炉膛高温焚烧，可减少后续的废气治理的投入。

附图说明

图1是本发明实施例1的主视示意图；

图2是本发明实施例1的侧视示意图；

图3是本发明实施例1的俯视示意图；

图4是本发明实施例2的主视示意图；

图5是本发明实施例2的侧视示意图；

图6是本发明实施例2的俯视示意图；

图7是本发明实施例2的主视示意图；

图8是本发明实施例1-3的氮气流动轨迹示意图；

图9是本发明实施例4的俯视示意图；

图10是本发明实施例4的氮气流动轨迹示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

在本发明描述中,术语 “上”及“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1、图2、图3及图8所示，其是一种应用于窑炉的热辐射加热装置，包括：

窑炉体1、两路以上的氮气列管流道2、两个以上的进气腔4及两个以上的出气腔5；所述氮气列管流道2安装在窑炉1的窑腔11中，且氮气列管流道2分别安装在窑腔11的上方及下方或两侧位置；所述氮气列管流道2由多段的热辐射管组3通过接驳腔21串接而成，所述氮气列管流道2其首段热辐射管组3设在窑腔(11)的高温恒温段并与对应的进气腔4连通，在进气腔4中设有高温氮气入口41，所述氮气列管流道2其末段热辐射管组3设在窑腔11的低温升温段并与对应的出气腔5连通，在出气腔5中设有低温氮气出口51；

氮气储罐7及氮气循环加热器8：所述氮气储罐7为液氮储罐，其出口设有液氮气化炉71；所述氮气加热器8包括管壳式换热器80、燃气燃烧机84、炉膛85、烟气出口87和高压风机9，所述燃气燃烧机84安装在炉膛85中，所述炉膛85的出气口与管壳式换热器80的管程流道86进气口连通，管壳式换热器80的管程流道86的出气口与烟气出口87连通，管壳式换热器80的壳程流道82的管程流道入口81与高压风机9出风口连通，所述氮气储罐7的出口及低温氮气出口51分别与高压风机9的进风口连通，所述壳程流道82的壳程流道出口83与窑炉体1的高温氮气入口41连通，进入壳程流道82的氮气与管程流道86的高温烟气产生热交换，壳程流道82作为氮气的加热流道，加热后的高温氮气从出口83通往窑炉体1的高温氮气入口41；

氮气输送管道：所述氮气输送管道包括从氮气循环加热器8的出口壳程流道出口83至窑炉体1高温氮气入口41之间的第一氮气管道48、从窑炉体1低温氮气出口51至高压风机9之间的第二氮气管道59、从高压风机9至氮气循环加热器8的管程流道入口81之间的第三氮气管道98，所述氮气列管流道2、高压风机9和管壳式换热器80的壳程流道82分别通过第一氮气管道48、第二氮气管道59和第三氮气管道98形成首尾相连的闭式循环结构，在所述第二氮气管道59上设有节流器91，从氮气储罐7的液氮气化炉71与第二氮气管道59之间连接有氮气补充管道79从而不断补充正压窑腔11所泄漏的氮气。

在本实施例中，所述窑炉是辊道窑炉。

在本实施例中，所述窑腔11中设有煅烧物输送机构6，该煅烧物输送机构6为传动陶瓷辊棒，，所述煅烧物输送机构6的输送方向从窑腔11的低温恒温段往窑腔11的高温恒温段。

在本实施例中，所述热辐射管组3由多根热辐射管31并联组成，所述热辐射管31的通径为50mm，所述热辐射管31采用石英玻璃管。

在本实施例中，所述管壳式换热器80所采用的换热管为石英玻璃管。

在本实施例中，所述进气腔4、接驳腔21和出气腔5由耐火材料构成，并分别与其对应的热辐射管组3的每根热辐射管31密封连通。

在本实施例中，所述第一氮气管道48、第二氮气管道59和第三氮气管道98由耐火隔热材料构成。

在本实施例中，所述接驳腔21及进气腔4上设有与窑腔11连通的透气孔10从而形成氮气列管流道2内大部分的氮气作为传热介质对窑腔11进行循环辐射加热，小部分氮气通过透气孔10进入窑腔11以维持窑腔11的微正压。

在本实施例中，在所述高压风机9为变频风机。

在本实施例中，所述氮气列管流道2沿窑炉的长度方向呈直线走向，进气腔4、接驳腔21和出气腔5前后分布。

在本实施例中，在窑腔11的高温恒温段设有多根电热硅碳棒。

在本实施例中，所述窑腔11顶部设有废气排口12，所述废气排口12通过管道与燃气焚烧机84的助燃风机88的进风口连接。

实施例1利用石英玻璃管可将极高比例的内部热能转换成的红外线对外辐射的物理特性，将其管内流动的高温氮气热力对窑腔11及煅烧物实施辐射加热而无需空气作为传热介质，避免了空气氧分对煅烧物的氧化，在实际操作时为防止外部空气从窑炉进出口和窑腔11顶部的废气排口12以及从传动陶瓷辊棒的间隙中进入窑腔，可以通过接驳腔2和进气腔4所设的透气孔10往窑腔11连续渗入高温氮气，让窑腔11内部呈微正压使氮气不断从窑炉的进出口和间隙中流出以抵挡外部空气的进入使煅烧物得到气氛保护。在窑炉高温恒温段区域的进气腔4中，由高温氮气入口41进入的高温氮气通过氮气列管流道2沿低温方向即煅烧物移动方向的逆向流动并逐步散热最后通过出气腔5汇集到低温氮气出口51流出而完成对窑腔的加热任务。基于通常的石英管长度有限，需要通过接驳腔21进行多段接驳以获得足够长度的氮气散热行程。

由于窑炉加热采用氮气作为传热介质，已释放热量的氮气从低温氮气出口51流出后必须通过氮气循环加热器8重新加热才能进行下一轮对窑炉的循环加热，氮气在氮气循环加热器8加热时必须防止含氧空气混入其中，所以必须采取氮气与炉膛85及其烟气完全隔离的加热措施，通过管式换热器的功能80可以实现上述的加热要求，管式换热器80除了具有将烟气和氮气隔离换热的作用外，还具有较大的热交换面积实现高效换热，让高温烟气的热量大比例转移给氮气以实现节能。

为防止管式换热器80中的换热管渗漏或破损出现烟气进入氮气所在的壳程流道中，本技术在管式换热器80壳程流道82的进风口81采用高压风机9送入氮气，通过高压风机9送气可实现壳程流道82呈较大的正压，而炉膛85和管程流道86的压力值会在一个固定范围内，只要壳程流道82的压力远大于炉膛85和管程流道86的压力，就算换热管或换热器壳体出现渗漏，只会出现相对高压的氮气进入到烟气中或泄漏到大气中的情况，相对低压的烟气或大气不会进入氮气所在相对高压的壳程流道82，通过两者的压差以保障管道中的氮气在设备出现泄漏时始终不会混入氧分。高压风机9的风压控制在2000Pa以上，以保障壳程流道82与管程流道86之间有较大的压差以保障安全。由于氮气在循环过程中在窑炉外有一段较长的管道，也需要采取另外措施保障绝大部分氮气循环流道的呈正压预防有漏点吸入空气，在靠近高压风机9与氮气补充管道79接入处稍后位置的管道上设有节流器91，节流器可以是节流阀或一小段通径较小的管，节流器是整个循环通道中最狭窄的通道，这样可以保证除节流器91至高压风机9之间的一小段管道以外的绝大部分管道呈正压，由于节流器91至高压风机9之间的一小段管道很短，很容易对其实施可靠的密封防漏保护措施。这样，除了节流器91至高压风机9入风口之间的一小段管道以外，其余的氮气流道全部呈正压，无论是热辐射管31破损，或者是管式换热器80内的换热管破损，或者是管式换热器8的两端的密封端板出现裂缝，或者是窑炉1外围的氮气管道破损等等，都不会造成外部空气混入窑腔11的情况发生。

本实施例在进气腔4和接驳腔21设有透气孔10，让少量高温氮气通过透气孔10进入窑腔11以维持窑腔呈微正压。由于窑炉煅烧会消耗大量的热量，所以氮气列管流道2中的大部分氮气是作为传热介质在燃气循环加热器8和窑腔11之间循环不断地传递热量，可通过变频高压风机9控制氮气循环流量来控制窑腔11的温度。通过透气孔进入窑炉的氮气已经被高温加热，比传统注入常温氮气对窑腔温度场稳定更有利。

本实施例在窑腔11的高温恒温段设有多根电热硅碳棒，适用于超过1000℃以上的煅烧工艺要求。由于氮气循环加热器炉膛85的燃烧温度超过1300℃时会产生大量氮氧化物而需增加尾气治理的成本，所以通常情况下炉膛85的温度控制在1200℃以下比较环保和符合经济性，而炉膛85所产生的1200℃的烟气温度通过两次换热的温差损失后是难以将窑腔11的高温恒温段加热到1000℃以上，如果需要更高的煅烧温度，将通过硅碳棒补充热量来实现，并可通过电热棒进行精确的窑腔11温度控制。由电热硅碳棒补充的热量占总加热能耗的比例较低，对能耗成本影响不大。另外，硅碳棒只需要安装在窑腔高温段，而高温区域是极少腐蚀性气体和焦油积聚物产生，该处的硅碳棒上基本没有焦油粘附，不会出现被侵蚀、短路和电击的情况。

实施例2

如图4、图5、图6和图8所示，其是一种应用于窑炉的热辐射加热装置，包括：

窑炉体1、两路以上的氮气列管流道2、两个以上的进气腔4及两个以上的出气腔5；所述氮气列管流道2安装在窑炉1的窑腔11中，且氮气列管流道2分别安装在窑腔11的上方及下方或两侧位置；所述氮气列管流道2由多段的热辐射管组3通过接驳腔21串接而成，所述氮气列管流道2其首段热辐射管组3设在窑腔(11)的高温恒温段并与对应的进气腔4连通，在进气腔4中设有高温氮气入口41，所述氮气列管流道2其末段热辐射管组3设在窑腔11的低温升温段并与对应的出气腔5连通，在出气腔5中设有低温氮气出口51；

氮气储罐7及氮气循环加热器8：所述氮气储罐7为液氮储罐，其出口设有液氮气化炉71；所述氮气加热器8包括管壳式换热器80、燃气燃烧机84、炉膛85、烟气出口87和高压风机9，所述燃气燃烧机84安装在炉膛85中，所述炉膛85的出气口与管壳式换热器80的管程流道86进气口连通，管壳式换热器80的管程流道86的出气口与烟气出口87连通，管壳式换热器80的壳程流道82的管程流道入口81与高压风机9出风口连通，所述氮气储罐7的出口及低温氮气出口51分别与高压风机9的进风口连通，所述壳程流道82的壳程流道出口83与窑炉体1的高温氮气入口41连通，进入壳程流道82的氮气与管程流道86的高温烟气产生热交换，壳程流道82作为氮气的加热流道，加热后的高温氮气从出口83通往窑炉体1的高温氮气入口41；

氮气输送管道：所述氮气输送管道包括从氮气循环加热器8的出口壳程流道出口83至窑炉体1高温氮气入口41之间的第一氮气管道48、从窑炉体1低温氮气出口51至高压风机9之间的第二氮气管道59、从高压风机9至氮气循环加热器8的管程流道入口81之间的第三氮气管道98，所述氮气列管流道2、高压风机9和管壳式换热器80的壳程流道82分别通过第一氮气管道48、第二氮气管道59和第三氮气管道98形成首尾相连的闭式循环结构，在所述第二氮气管道59上设有节流器91，从氮气储罐7的液氮气化炉71与第二氮气管道59之间连接有氮气补充管道79从而不断补充正压窑腔11所泄漏的氮气。

在本实施例中，所述窑炉是推板窑炉。

在本实施例中，所述窑腔11中设有煅烧物输送机构6，该煅烧物输送机构6为推板，所述煅烧物输送机构6的输送方向从窑腔11的低温恒温段往窑腔11的高温恒温段。

在本实施例中，所述热辐射管组3由多根热辐射管31并联组成，热辐射管组3每组的热辐射管31为多根，所述热辐射管31的通径为40mm，所述热辐射管31采用陶瓷管。

在本实施例中，所述管壳式换热器80所采用的换热管为石英玻璃管。

在本实施例中，所述进气腔4、接驳腔21和出气腔5由耐火材料构成，并分别与其对应的热辐射管组3的每根热辐射管31密封连通。

在本实施例中，所述第一氮气管道48、第二氮气管道59和第三氮气管道98由耐火隔热材料构成。

在本实施例中，所述接驳腔21及进气腔4上设有与窑腔11连通的透气孔10从而形成氮气列管流道2内大部分的氮气作为传热介质对窑腔11进行循环辐射加热，小部分氮气通过透气孔10进入窑腔11以维持窑腔11的微正压。

在本实施例中，在所述高压风机9为变频风机。

在本实施例中，所述氮气列管流道2沿窑炉的长度方向呈直线走向，进气腔4、接驳腔21和出气腔5前后分布。

在本实施例中，所述窑腔11顶部设有废气排口12，所述废气排口12通过管道与燃气焚烧机84的助燃风机88的进风口连接。

实施例2采用了具有高红外线转换率的陶瓷管作为热辐射管，另外于实施例1的主要区别在于所述氮气列管流道2设于窑腔11的两侧，其好处在于窑腔内可以垒更多层的匣钵以提高生产效率和降低产品生产成本。采用上下辐射加热的窑炉通常只放置单层或双层匣钵，当放置多层时夹层部分匣钵由于被上下方的匣钵挡住辐射造成受热不良而影响产品质量，而采用两侧辐射加热时每层从侧面获得的辐射热量差别不大。另外，由于升温区产生的焦油是往上方挥发，包括窑腔排烟口也是往上引流，热辐射管安装在两侧比安装在顶部受焦油污染的机会较少，可减少对热辐射管表面清理的工作量。

实施例3

如图7和图8所示，其是一种应用于窑炉的热辐射加热装置，包括：

窑炉体1、两路以上的氮气列管流道2、两个以上的进气腔4及两个以上的出气腔5；所述氮气列管流道2安装在窑炉1的窑腔11中，且氮气列管流道2分别安装在窑腔11的上方及下方或两侧位置；所述氮气列管流道2由多段的热辐射管组3通过接驳腔21串接而成，所述氮气列管流道2其首段热辐射管组3设在窑腔(11)的高温恒温段并与对应的进气腔4连通，在进气腔4中设有高温氮气入口41，所述氮气列管流道2其末段热辐射管组3设在窑腔11的低温升温段并与对应的出气腔5连通，在出气腔5中设有低温氮气出口51；

氮气储罐7及氮气循环加热器8：所述氮气储罐7为液氮储罐，其出口配有液氮气化炉71和控制阀结构；所述氮气加热器8包括管壳式换热器80、燃气燃烧机84、炉膛85、烟气出口87和高压风机9，所述燃气燃烧机84安装在炉膛85中，所述炉膛85的出气口与管壳式换热器80的管程流道86进气口连通，管壳式换热器80的管程流道86的出气口与烟气出口87连通，管壳式换热器80的壳程流道82的管程流道入口81与高压风机9出风口连通，所述氮气储罐7的出口及低温氮气出口51分别与高压风机9的进风口连通，所述壳程流道82的壳程流道出口83与窑炉体1的高温氮气入口41连通，进入壳程流道82的氮气与管程流道86的高温烟气产生热交换，壳程流道82作为氮气的加热流道，加热后的高温氮气从出口83通往窑炉体1的高温氮气入口41；

氮气输送管道：所述氮气输送管道包括从氮气循环加热器8的出口壳程流道出口83至窑炉体1高温氮气入口41之间的第一氮气管道48、从窑炉体1低温氮气出口51至高压风机9之间的第二氮气管道59、从高压风机9至氮气循环加热器8的管程流道入口81之间的第三氮气管道98，所述氮气列管流道2、高压风机9和管壳式换热器80的壳程流道82分别通过第一氮气管道48、第二氮气管道59和第三氮气管道98形成首尾相连的闭式循环结构，在所述第二氮气管道59上设有节流器91，从氮气储罐7的液氮气化炉71与第二氮气管道59之间连接有氮气补充管道79从而不断补充正压窑腔11所泄漏的氮气。

在本实施例中，所述窑炉是辊道窑炉。

在本实施例中，所述窑腔11中设有煅烧物输送机构6，该煅烧物输送机构6为传动陶瓷辊棒，所述煅烧物输送机构6的输送方向从窑腔11的低温恒温段往窑腔11的高温恒温段。

在本实施例中，所述热辐射管组3每组的热辐射管31为多根，所述热辐射管31的通径为50mm，所述热辐射管31采用石英玻璃管。

在本实施例中，所述管壳式换热器80所采用的换热管为石英玻璃管。

在本实施例中，所述进气腔、接驳腔21和出气腔5由耐火材料构成，并分别与其对应的热辐射管组3的每根热辐射管31密封连通。

在本技术方案中，所述第一氮气管道48、第二氮气管道59和第三氮气管道98由耐火隔热材料构成。

在本技术方案中，所述接驳腔21及进气腔4上设有与窑腔11连通的透气孔10形成氮气列管流道2内大部分的氮气作为传热介质对窑腔11进行循环辐射加热，小部分氮气通过透气孔10进入窑腔11以维持窑腔11的微正压。

在本技术方案中，在所述高压风机9为变频风机。

在本技术方案中，所述氮气列管流道2沿窑炉的长度方向呈直线走向，进气腔4、接驳腔21和出气腔5前后分布。

在本技术方案中，所述窑腔11顶部设有废气排口12，所述废气排口12通过管道与燃气焚烧机84的助燃风机88的进风口连接。

在本技术方案中，所述窑体1上方和下方的低温氮气出口各自独立设置第二氮气管道59、节流器91和高压风机9。

实施例3与实施例1的主要区别在于，实施例3的窑腔11的上方氮气列管流道2和下方氮气列管流道2各自通过独立的高压风机驱动其氮气的流量，可对窑腔11的上方空间温度和下方空间的温度分别进行独立控制。

实施例4

如图9及图10，其是一种应用于窑炉的热辐射加热装置，包括：

窑炉体1、两路以上的氮气列管流道2、两个以上的进气腔4及两个以上的出气腔5；所述氮气列管流道2安装在窑炉1的窑腔11中，且氮气列管流道2分别安装在窑腔11的上方及下方或两侧位置；所述氮气列管流道2由多段的热辐射管组3通过接驳腔21串接而成，所述氮气列管流道2其首段热辐射管组3设在窑腔(11)的高温恒温段并与对应的进气腔4连通，在进气腔4中设有高温氮气入口41，所述氮气列管流道2其末段热辐射管组3设在窑腔11的低温升温段并与对应的出气腔5连通，在出气腔5中设有低温氮气出口51；

氮气储罐7及氮气循环加热器8：所述氮气储罐7为液氮储罐，其出口配有液氮气化炉71和控制阀结构；所述氮气加热器8包括管壳式换热器80、燃气燃烧机84、炉膛85、烟气出口87和高压风机9，所述燃气燃烧机84安装在炉膛85中，所述炉膛85的出气口与管壳式换热器80的管程流道86进气口连通，管壳式换热器80的管程流道86的出气口与烟气出口87连通，管壳式换热器80的壳程流道82的管程流道入口81与高压风机9出风口连通，所述氮气储罐7的出口及低温氮气出口51分别与高压风机9的进风口连通，所述壳程流道82的壳程流道出口83与窑炉体1的高温氮气入口41连通，进入壳程流道82的氮气与管程流道86的高温烟气产生热交换，壳程流道82作为氮气的加热流道，加热后的高温氮气从出口83通往窑炉体1的高温氮气入口41；

氮气输送管道：所述氮气输送管道包括从氮气循环加热器8的出口壳程流道出口83至窑炉体1高温氮气入口41之间的第一氮气管道48、从窑炉体1低温氮气出口51至高压风机9之间的第二氮气管道59、从高压风机9至氮气循环加热器8的管程流道入口81之间的第三氮气管道98，所述氮气列管流道2、高压风机9和管壳式换热器80的壳程流道82分别通过第一氮气管道48、第二氮气管道59和第三氮气管道98形成首尾相连的闭式循环结构，在所述第二氮气管道59上设有节流器91，从氮气储罐7的液氮气化炉71与第二氮气管道59之间连接有氮气补充管道79从而不断补充正压窑腔11所泄漏的氮气。

在本实施例中，所述窑炉是辊道窑炉。

在本实施例中，所述窑腔11中设有煅烧物输送机构6，该煅烧物输送机构6为传动陶瓷辊棒，所述窑腔11中设有煅烧物输送机构6，所述煅烧物输送机构6的输送方向从窑腔11的低温恒温段往窑腔11的高温恒温段。

在本技术方案中，所述热辐射管组3由多根热辐射管31并联组成，热辐射管组3每组的热辐射管31为多根，所述热辐射管31的通径为50mm，所述热辐射管31采用石英玻璃管。

在本实施例中，所述管壳式换热器80所采用的换热管为石英玻璃管。

在本实施例中，所述进气腔、接驳腔21和出气腔5由耐火材料构成，并分别与其对应的热辐射管组的每根热辐射管31密封连通。

在本实施例中，所述第一氮气管道48、第二氮气管道59和第三氮气管道98由耐火隔热材料构成。

在本实施例中，所述接驳腔21及进气腔4上设有与窑腔11连通的透气孔10形成氮气列管流道2内大部分的氮气作为传热介质对窑腔11进行循环辐射加热，小部分氮气通过透气孔10进入窑腔11以维持窑腔11的微正压。

在本实施例中，在所述高压风机9为变频风机。

在本实施例中，在窑腔11的高温恒温段设有多根电热硅碳棒。

在本实施例中，所述氮气列管流道2沿窑炉的长度方向呈“弓”字形走向，进气腔4、接驳腔21和出气腔5分布在窑炉两侧。

实施例4与前述实施例1-3的区别在于：实施例1-3所述氮气列管流道2沿窑炉的长度方向呈直线走向，进气腔4、接驳腔21和出气腔5前后分布，而实施例4所述氮气列管流道2沿窑炉的长度方向呈“弓”字形走向，进气腔4、接驳腔21和出气腔5分布在窑炉两侧。实施例4的好处在于将进气腔4、接驳腔21和出气腔5设置于窑炉两侧炉壁，让热辐射管横穿窑腔11，实际操作时进气腔4、接驳腔21和出气腔5的外侧设有盖板22，只需要把盖板22打开就可以在窑炉外拔出和插入热辐射管31，无需将炉腔冷却后人员再入内处理，对热辐射管31的检修更换更方便快捷。

本发明所述热辐射管31，可以优先采用石英玻璃管或陶瓷管，石英玻璃管在具有优良热辐射性能的同时，更具备良好的耐高温和抗热震性能以及有极高的耐腐蚀性和气密性，而且价格相对便宜，但其缺点是比较易碎。陶瓷管也具备优良的热辐射性能，尤其是碳化硅陶瓷管，有很高的耐温性和结构强度，但其缺点是气密性比不上石英管，而且价格较贵，但本发明对于热辐射管没有严格的气密性限制，毕竟窑腔内都需要注入少量氮气以维持窑腔微正压，就算从热辐射管渗漏出微量氮气不会影响煅烧产品质量。

本发明应用在采用温度偏高的煅烧工艺时，可以与电热棒加热相互配合，可在窑腔的高温区域安装电热棒配合热辐射管共同加热，电热棒可以设置于进气腔5内和接驳腔21内，对流经氮气列管流道2的高温氮气继续提温，也可以独立设置于窑腔内直接为窑腔11补充热量，利用电热棒对窑腔进行温度控制会更加精准。

本发明煅烧所需要的热能大部分来自于燃气，其热能成本低于电力，除了节约能源开支以外也带来另外一个好处，由于窑炉升温段所挥发的废气直接排放会污染环境，而这些废气具有可燃性，可将这些废气从窑腔11顶部的废气排口12引入燃气燃烧机84的助燃风机88，将其作为助燃风的一部分进入炉膛85参与燃烧实施无害化处理，一方面这些可燃废气可以贡献一些热值，另一方面废气通过炉膛的高温焚烧热解后再排放可大幅减少其对环境的污染，减少了传统技术所增加的废气处理的投入和运行费用。

本发明所述第二氮气管道59中设有气压监控器，当在整个氮气循环管路中出现漏气如热辐射管31断裂时，其压力会低于所设定的正常值而触发气压监控器报警。

以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于窑炉的热辐射加热装置，其特征在于包括：

窑炉体（1）、两路以上的氮气列管流道（2）、两个以上的进气腔（4）及两个以上的出气腔（5）；所述氮气列管流道（2）安装在窑炉（1）的窑腔（11）中，且氮气列管流道（2）分别安装在窑腔（11）的上方及下方或两侧位置；所述氮气列管流道（2）由多段的热辐射管组（3）通过接驳腔（21）串接而成，所述氮气列管流道（2）其首段热辐射管组（3）设在窑腔(11)的高温恒温段并与对应的进气腔（4）连通，在进气腔（4）中设有高温氮气入口（41），所述氮气列管流道（2）其末段热辐射管组（3）设在窑腔(11)的低温升温段并与对应的出气腔（5）连通，在出气腔（5）中设有低温氮气出口（51）；

氮气储罐（7）及氮气循环加热器（8）：所述氮气储罐（7）为液氮储罐，其出口设有液氮气化炉（71）；所述氮气加热器（8）包括管壳式换热器（80）、燃气燃烧机（84）、炉膛（85）、烟气出口（87）和高压风机（9），所述燃气燃烧机（84）安装在炉膛（85）中，所述炉膛（85）的出气口与管壳式换热器（80）的管程流道（86）进气口连通，管壳式换热器（80）的管程流道（86）的出气口与烟气出口（87）连通，管壳式换热器（80）的壳程流道（82）的管程流道入口（81）与高压风机（9）出风口连通，所述氮气储罐（7）的出口及低温氮气出口（51）分别与高压风机（9）的进风口连通，所述壳程流道（82）的壳程流道出口（83）与窑炉体（1）的高温氮气入口（41）连通；

氮气输送管道：所述氮气输送管道包括从氮气循环加热器（8）的出口壳程流道出口（83）至窑炉体（1）高温氮气入口（41）之间的第一氮气管道（48）、从窑炉体（1）低温氮气出口（51）至高压风机（9）之间的第二氮气管道（59）、从高压风机（9）至氮气循环加热器（8）的管程流道入口（81）之间的第三氮气管道（98），在所述第二氮气管道（59）上设有节流器（91），从氮气储罐（7）的液氮气化炉（71）与第二氮气管道（59）之间连接有氮气补充管道（79）从而不断补充正压窑腔(11)所泄漏的氮气。

2.根据权利要求1所述应用于窑炉的热辐射加热装置，其特征在于所述窑炉体（1）可以是辊道窑炉或推板窑炉或箱式窑炉。

3.根据权利要求1所述应用于窑炉的热辐射加热装置，其特征在于所述窑腔（11）中设有煅烧物输送机构（6），所述煅烧物输送机构（6）的输送方向从窑腔(11)的低温恒温段往窑腔(11)的高温恒温段。

4.根据权利要求1所述应用于窑炉的热辐射加热装置，其特征在于所述热辐射管组（3）由多根热辐射管（31）并联组成，所述热辐射管（31）的通径为25mm-100mm，所述热辐射管（31）采用石英玻璃管或陶瓷管。

5.根据权利要求1所述应用于窑炉的热辐射加热装置，其特征在于所述管壳式换热器（80）采用的换热管为石英玻璃管或陶瓷管。

6.根据权利要求1所述应用于窑炉的热辐射加热装置，其特征在于所述进气腔（4）、接驳腔（21）和出气腔（5）由耐火材料构成，并分别与其对应的热辐射管组（3）密封连通。

7.根据权利要求1所述应用于窑炉的热辐射加热装置，其特征在于所述接驳腔（21）及进气腔（4）上设有与窑腔（11）连通的透气孔（10）从而使氮气通过透气孔（10）进入窑腔（11）以维持窑腔（11）的微正压。

8.根据权利要求1所述应用于窑炉的热辐射加热装置，其特征在于所述高压风机（9）为变频风机。

9.根据权利要求1所述应用于窑炉的热辐射加热装置，其特征在于

所述氮气列管流道（2）可以沿窑炉的长度方向呈直线走向，所述进气腔（4）、接驳腔（21）及出气腔（5）前后分布，所述氮气列管流道（2）也可以沿窑炉的长度方向呈“弓”字形走向，所述进气腔（4）、接驳腔（21）及出气腔（5）分布在窑炉两侧。

10.根据权利要求1所述应用于窑炉的热辐射加热装置，其特征在于所述窑腔（11）顶部设有废气排口（12），所述废气排口（12）通过管道与燃气焚烧机（84）的助燃风机（88）的进风口连通。

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