CN115808095B - 辐射管加热系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种辐射管加热系统，该系统包括：辐射管、加热体以及熔盐，其中，加热体贯穿辐射管；熔盐填充于辐射管的内部，并包裹加热体；加热体用于加热熔盐，使熔盐保持在第一预设温度；熔盐吸收加热体的热量，并利用热量加热辐射管，使辐射管保持在第二预设温度。本申请实施例的辐射管加热系统，采用熔盐换热替代现有的燃气加热，可减少对燃气的使用，延长辐射管使用寿命；熔盐填充至辐射管内部，提高辐射管传热效率；加热系统结构简化，省去燃气辐射管的燃烧器、换热器、引风机、鼓风机等相关设备，降低设备投资成本。
Description
技术领域
本申请涉及工业加热技术领域，尤其涉及一种辐射管加热系统。
背景技术
随着现代科技的发展，人们对加热炉的节能、效率以及加热部件使用寿命的要求越来越高。辐射管是被广泛应用于加热炉的主要加热元件。目前使用的辐射管主要分为两大类：燃气辐射管和电辐射管。
传统的燃气辐射管主要由三部分组成：燃烧器、换热器、辐射管本体。燃气辐射管是通过管内的燃气燃烧加热管壁，然后管壁以热辐射的形式对物料进行加热。燃气辐射管的具体工作原理是：燃烧器安装于辐射管的燃气输入端，尾气出口端安装换热器，燃烧气体与空气在密闭的管道中进行燃烧反应，燃烧火焰在管道内以热辐射的形式对管壁加热，最后燃烧废气流向出口端，废气再经过换热器对新进入的冷空气加热，来节省资源。辐射管最主要的部件是辐射管本体，由于加热是通过管体辐射进行的，辐射管本体长期处于高温的工作环境中，所以辐射管本体易失效。辐射管本体失效的原因主要有：1)局部的长时间灼烧和氧化；2)管体在长度方向上有比较大的温度落差，会使管体受到较大的热应力；3)在燃烧化学反应的过程中产生气流的爆破使辐射管不断的震动。
传统的电辐射管是一支耐高温的不锈钢管，辐射管内部的加热元件是多根电阻丝组成的发热体，电阻丝发热体由多根电阻丝及其用于串插和隔离的绝缘子组成，电阻丝发热体通电后的热量首先通过辐射管向外部辐射热量，一是消耗了发热组件的热能；二是热量集中在辐射管内部，影响整个辐射管的使用寿命。同时，传统的电辐射管由于内部多为中空，气体的热容小，造成发热体组件需要频繁切换加热状态，使得电辐射管易加热失效。
发明内容
本申请的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。
为此，本申请的第一个目的在于提出一种辐射管加热系统，能够延长辐射管使用寿命，提高辐射管传热效率，降低设备投资成本。
为了实现上述目的，本申请第一方面实施例提出一种辐射管加热系统，包括：
辐射管、加热体以及熔盐，
其中，所述加热体贯穿所述辐射管；
所述熔盐填充于所述辐射管的内部，并包裹所述加热体；
所述加热体用于加热所述熔盐，使所述熔盐保持在第一预设温度；
所述熔盐吸收所述加热体的热量，并利用所述热量加热所述辐射管，使所述辐射管保持在第二预设温度。
可选的，所述系统还包括温度监测装置，
所述温度监测装置包括温度变送器、温度控制器和电流变送器，
所述温度变送器、所述温度控制器、所述电流变送器依次串联，且设置于所述辐射管的外部；
所述温度变送器的一端置于所述辐射管的内部，所述温度变送器用于监测所述熔盐的温度；
所述电流变送器的一端与所述加热体相连，所述电流变送器用于根据所述温度控制器的指令，调节所述加热体的电流，从而实现所述熔盐温度的调节。
可选的，所述系统还包括压力监测装置，
所述压力监测装置包括压力变送器、压力显示器和阀门，
所述压力变送器、所述压力显示器和所述阀门依次串联；
所述阀门开启时，所述压力变送器检测所述辐射管内部的压力，所述压力显示器显示所述压力变送器检测到的压力。
可选的，所述系统还包括安全放散装置，
所述安全放散装置包括呼吸阀和/或安全阀，所述呼吸阀和/或所述安全阀设置于所述辐射管的壳体上。
可选的，所述呼吸阀用于平衡所述辐射管内部的压力保持在预设范围内。
可选的，所述安全阀用于保持所述辐射管内部的压力不高于所述辐射管承受的上限值。
可选的，当所述熔盐的温度超过所述第一预设温度时，所述电流变送器停止向所述加热体供电；
当所述熔盐的温度低于所述第一预设温度时，所述电流变送器持续向所述加热体供电。
可选的，所述辐射管包括多个辐射段，相邻两个辐射段之间通过绝缘体相连。
可选的，所述绝缘体包括至少一个绝缘体流通孔，
所述至少一个绝缘体流通孔用于连通相邻两个辐射段，使得相邻两个辐射段内部的熔盐相互流动。
可选的，所述至少一个绝缘体流通孔的截面的形状为正方形、圆形、长方形、扇形中的一种。
可选的，所述辐射管的形状为I型、U型、P型、W型中的一种。
本申请实施例的辐射管加热系统，采用熔盐换热替代现有的燃气加热，可减少对燃气的使用，延长辐射管使用寿命；熔盐填充至辐射管内部，提高辐射管传热效率；加热系统结构简化，省去燃气辐射管的燃烧器、换热器、引风机、鼓风机等相关设备，降低设备投资成本。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请一个实施例的辐射管加热系统的结构示意图；
图2是本申请另一个实施例的辐射管加热系统的结构示意图；
图3是本申请又一个实施例的辐射管加热系统的结构示意图；
图4是本申请再一个实施例的辐射管加热系统的结构示意图；
图5是本申请一个具体实施例的辐射管加热系统的结构示意图；
图6是本申请一个实施例的辐射管加热系统具有多个辐射段的第一结构示意图；
图7是本申请一个实施例的辐射管加热系统具有多个辐射段的第二结构示意图；
图8是本申请一个实施例的辐射管加热系统具有多个辐射段的第三结构示意图；
图9是本申请一个实施例的辐射管加热系统具有多个辐射段的第四结构示意图；
图10是本申请一个实施例的辐射管加热系统具有多个辐射段的第五结构示意图；
图11是本申请一个实施例的绝缘体的第一截面图；
图12是本申请一个实施例的绝缘体的第二截面图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
下面参考附图描述本申请实施例的辐射管加热系统。
图1是本申请一个实施例的辐射管加热系统的结构示意图。
如图1所示，辐射管加热系统包括辐射管1、加热体2以及熔盐3。
其中，加热体2贯穿所述辐射管1。从图1中可以看出，加热体2的中间段位于辐射管1的内部，而其两端延伸出辐射管1的外面。
熔盐3填充于所述辐射管1的内部，并包裹住加热体2。加热体2对熔盐3进行加热，使所述熔盐3保持在第一预设温度。熔盐3在吸收所述加热体2的热量后，利用该热量加热辐射管1，使所述辐射管1保持在第二预设温度。也就是说，将熔盐3填充至辐射管1的内部，一方面是用于吸收加热体2的热量，另一方面是将吸收的热量通过辐射和传导的方式(主要是以传导的方式)传递给辐射管1的本体，使得辐射管1可以保持在适当的温度。
熔盐的种类可以根据辐射管1的加热负荷、熔盐3本身的理化性质和辐射管1本体的材质等因素进行选择。具体地，可以选择抗腐蚀性强、热稳定性好、蒸汽压低、操作温度范围广的单一熔盐或复合熔盐。熔盐3按照是否加热到熔点以上可分为两大类：第一类为可加热到熔点以上的共价化合物熔盐，代表性的有BeCl2、AlCl3、HgCl2、ZnCl2等。第二类为无需加热到熔点以上即可满足蓄热要求的熔盐，代表性的有SiO2、Al2O3等，仅满足蓄热和热传导需求即可。
辐射管1的规格可以根据加热负荷的大小和所需要达到的温度进行选择。例如，可选择DN100～DN250不同管径的标准辐射管，管道的材质为耐高温合金钢。辐射管1可耐受的最高温度根据辐射管1所需达到的温度进行选择，辐射管1所需要达到的温度可以高于熔盐3的熔点，也可以低于熔盐3的熔点。材质根据辐射管1所需达到的温度和可耐受的最高温度进行选择，可选择如ZG35Cr24Ni7SiNRe、ZG30Cr25Ni12Si2NRe、ZG40Cr25Ni20Si2等材质。辐射管1的形状可选择I型、U型、P型、W型等不同形式。
在本申请的一个实施例中，加热体2可以是单根电阻丝，也可以是多根电阻丝，还可以是其他导体的组合形式。图1中所示的就是采用单根电阻丝的情况。电阻丝或其他导体在安装时需冷紧，电阻丝或其他导体的耐受温度根据辐射管1所需达到的温度进行选择。
采用熔盐换热的辐射管根据工作温度、工作负荷的要求，可实现较宽温度的温度运行，运行温度范围200～1200℃，甚至更高。其仅受限于辐射管本身，如HTS的熔点142℃、NaBF4-NaF熔点384℃、FLiNaK熔点454℃、SiO2的熔点为1723℃，Al2O3的熔点为2050℃，可满足各种工业加热需求。
由于熔盐与等体积的烟气和空气相比，比热和导热系数更大，所以基于熔盐换热的辐射管的工作曲线，比燃气辐射管和电辐射管的工作曲线更平滑、波动更小，加热体无需频繁启停。同时，导热系数高热、效率高。此外，与燃气辐射管相比，运行成本更低，无需鼓风机、引风机、烟囱等设备，设备投资成本低。
本申请实施例的辐射管加热系统，采用熔盐换热替代现有的燃气加热，可减少对燃气的使用，延长辐射管使用寿命；熔盐填充至辐射管内部，提高辐射管传热效率；加热系统结构简化，省去燃气辐射管的燃烧器、换热器、引风机、鼓风机等相关设备，降低设备投资成本。
在本申请的另一个实施例中，如图2所示，辐射管加热系统还包括温度监测装置4。
其中，温度监测装置4进一步包括温度变送器41、温度控制器42和电流变送器43。
所述温度变送器41、所述温度控制器42、所述电流变送器43依次串联，且设置于所述辐射管1的外部。
所述温度变送器41的一端置于所述辐射管1的内部，所述温度变送器41用于监测所述熔盐3的温度。所述电流变送器43的一端与所述加热体2相连，所述电流变送器43用于根据所述温度控制器42的指令，调节所述加热体2的电流，从而实现所述熔盐3温度的调节。
具体地，温度变送器41实时监测所述熔盐3的温度，以保证满足加热需求，同时保证熔盐3不超温。如果温度变送器41监测到的温度低于第一预设温度时，温度控制器42控制电流变送器43保持向加热体2供电，使加热体2保持工作；如果温度变送器41监测到的温度高于第一预设温度时，温度控制器42控制电流变送器43停止向加热体2供电，使加热体2不再加热。
在本申请的又一个实施例中，如图3所示，辐射管加热系统还包括压力监测装置5。
其中，压力监测装置5进一步包括压力变送器51、压力显示器52和阀门53。
所述压力变送器51、所述压力显示器52和所述阀门53依次串联。
阀门53开启时，所述压力变送器51检测所述辐射管1内部的压力，所述压力显示器52显示所述压力变送器51检测到的压力。压力监测装置5的设置可根据熔盐3的理化性质进行选择，可以防止因熔盐3加热，饱和蒸汽压升高，使得辐射管1承受的压应力过大。
在本申请的再一个实施例中，如图4或图5所示，辐射管加热系统还包括安全放散装置6。
所述安全放散装置6可包括呼吸阀61和/或安全阀62，所述呼吸阀61和/或所述安全阀62设置于所述辐射管1的壳体上。具体可设置于辐射管1的上部或端部。
所述呼吸阀61用于平衡所述辐射管内部的压力保持在预设范围内。
所述安全阀62用于保持所述辐射管1内部的压力不高于所述辐射管1承受的上限值。
呼吸阀61和安全阀62可分别单独设置在辐射管1的壳体上，也可以如图4或图5所示，两者同时设置在辐射管1的壳体上。
在本申请的一个实施例中，如图6-图10所示，辐射管1可包括多个辐射段11，相邻两个辐射段11之间通过绝缘体12相连。
如图11所示，绝缘体12进一步包括至少一个绝缘体流通孔121。
所述至少一个绝缘体流通孔121用于连通相邻两个辐射段11，使得相邻两个辐射段11内部的熔盐3可以相互流动。至少一个绝缘体流通孔121的形状可以为正方形、圆形、长方形、扇形中的任意一种。举例来说，图11中的绝缘体流通孔121的截面为长方形，数量为四个；图12中的绝缘体流通孔121的截面为扇形，数量为三个。
具体地，加热体2穿插在绝缘体12上，应确保加热体2对称布置，保证加热的均匀性。如果加热不均匀，温度高的辐射段中的熔盐会通过绝缘体流通孔121流入温度低的辐射段。此外，绝缘体流通孔121还应在满足对加热体2的支撑。
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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
Claims (8)
1.一种辐射管加热系统，其特征在于，包括：辐射管、加热体以及熔盐，
其中，所述加热体贯穿所述辐射管；
所述熔盐填充于所述辐射管的内部，并包裹所述加热体；
所述加热体用于加热所述熔盐，使所述熔盐保持在第一预设温度；
所述熔盐吸收所述加热体的热量，并利用所述热量加热所述辐射管，使所述辐射管保持在第二预设温度；
所述系统还包括温度监测装置，
所述温度监测装置包括温度变送器、温度控制器和电流变送器，
所述温度变送器、所述温度控制器、所述电流变送器依次串联，且设置于所述辐射管的外部；
所述温度变送器的一端置于所述辐射管的内部，所述温度变送器用于监测所述熔盐的温度；
所述电流变送器的一端与所述加热体相连，所述电流变送器用于根据所述温度控制器的指令，调节所述加热体的电流，从而实现所述熔盐温度的调节；
所述辐射管包括多个辐射段，相邻两个辐射段之间通过绝缘体相连，所述绝缘体包括至少一个绝缘体流通孔，所述至少一个绝缘体流通孔用于连通相邻两个辐射段，使得相邻两个辐射段内部的熔盐相互流动。
2.如权利要求1所述的辐射管加热系统，其特征在于，所述系统还包括压力监测装置，
所述压力监测装置包括压力变送器、压力显示器和阀门，
所述压力变送器、所述压力显示器和所述阀门依次串联；
所述阀门开启时，所述压力变送器检测所述辐射管内部的压力。
3.如权利要求1-2任一项所述的辐射管加热系统，其特征在于，所述系统还包括安全放散装置，
所述安全放散装置包括呼吸阀和/或安全阀，所述呼吸阀和/或所述安全阀设置于所述辐射管的壳体上。
4.如权利要求3所述的辐射管加热系统，其特征在于，包括：
所述呼吸阀用于平衡所述辐射管内部的压力保持在预设范围内。
5.如权利要求3所述的辐射管加热系统，其特征在于，包括：
所述安全阀用于保持所述辐射管内部的压力不高于所述辐射管承受的上限值。
6.如权利要求1所述的辐射管加热系统，其特征在于，包括：
当所述熔盐的温度超过所述第一预设温度时，所述电流变送器停止向所述加热体供电；
当所述熔盐的温度低于所述第一预设温度时，所述电流变送器持续向所述加热体供电。
7.如权利要求1所述的辐射管加热系统，其特征在于，所述至少一个绝缘体流通孔的截面的形状为正方形、圆形、长方形、扇形中的一种。
8.如权利要求1所述的辐射管加热系统，其特征在于，所述辐射管的形状为I型、U型、P型、W型中的一种。
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2021
- 2021-09-14 CN CN202111075531.3A patent/CN115808095B/zh active Active
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Also Published As
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|---|---|
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