CN1279189C - 行进中产品特别是板材的借助化石燃料的间接加热装置 - Google Patents

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Abstract

通过化石来源的气态或液态燃料燃烧的辐射对保护环境下的行进中的产品、特别是杆材、管材、板材、零件进行间接加热的装置，其特征在于，它是一个形状基本为平行六面体的辐射箱(1)，辐射箱有一个连续的辐射表面，该表面在一个与所述辐射箱的轴垂直的平面中的截面被一条处于一个高/宽比大于1.5的长方形中的连续线所确定。

Description

行进中产品特别是板材的借助化石燃料的间接加热装置
技术领域
本发明涉及一种间接加热装置，通过化石来源的气体或液体燃料燃烧产生的辐射来加热行进中的产品。
本发明特别用于热处理炉，在炉中，产品(如杆材、管材、板材、零件)于行进当中在最好没有燃烧产生的某些气体成分的环境中被加热。本发明可以特别用于在化石燃料的热处理加热炉中加热钢带，钢带在热处理炉中保持在保护性的环境中。
背景技术
根据目前的现有技术，行进中的产品在保护环境下的化石燃料间接加热一般通过辐射管来实现。附图1用一个垂直平面的剖面图示意性地介绍了辐射管的一个实施例，称为手套手指型，用于热容量小的装置。柱形辐射管位于宽度为L的炉壁之间。一个同心的燃烧管装在在辐射管的内穴中，燃烧管内有一个燃烧器，它的上游安装了一个热接受器。碳氢燃料的注入沿箭头G进行，助燃剂的注入沿箭头A进行，烟的排放沿箭头F进行。
这个辐射管实施例的特点是实现燃烧的体积小，其缺点是形成大量的氮氧化物(NOx)，并且由于沿辐射管的温度变化很大，燃烧管有很大的热应力。
在要求加热功率很大的工业装置中，由于手套手指型辐射管和所需的与之相关的燃烧器的数量非常大，并且它们的价格昂贵，这种方法不能考虑。
这就是大容量装置使用多段辐射管(2或4段)的原因。图2示意性地示出了一个4段辐射管的实施例，也称为“W管”，这个截面为圆形的管子位于宽度为L的炉壁之间。碳氢燃料的注入沿箭头G进行，助燃剂的注入沿箭头A进行，烟的排放沿箭头F进行。
燃烧器装在辐射管中，在辐射管的入口段上，热接受器在燃烧产品的出口段上。实现燃烧的截面和体积都比图1所示的手套手指型辐射管大，并且对于相同的总热功率，没有内燃烧管使装置更便宜。相反，这种辐射管的长度更大和各段之间不可避免的温度差导致热应力和中间段的支撑装置产生的变形趋势。这种辐射管的支撑系统的实现很复杂，在这方面，可以参照介绍这种支撑系统的文献EP-A-0383687。
辐射管整个长度上的表面温度差一般会在造成产品、特别是板材宽度上加热的差别，特别是在中心和边缘之间，板材宽度上的张力控制方面的问题可以说明这一点。
在图3所示的板材垂直处理炉的特殊情况下，辐射管位于板材的各段之间，这种根据现有技术制造的辐射管有另一个缺点，即由于在不同的辐射管和同一个辐射管的不同段之间存在自由空间，因此有一个对辐射加热不是最佳的形状因子。
发明内容
本发明提出一种没有上述现有技术的缺点的通过辐射进行间接加热的装置。该装置是用同时解决下述不同问题的方法进行设计的：
—减少NOx的排放；
—改善向要加热的产品进行辐射的表面温度的均匀性；
—得到向要加热产品进行辐射加热的最佳形状因子。
因此，本涉及一种间接加热装置，通过化石来源的气体或液体燃料燃烧产生的辐射来加热处于保护环境中的行进中产品，如杆材、管材、板材、零件，该装置的特征在于，它的形式是一个具有一个连续辐射表面的平行六面体形状的辐射的箱体，辐射的箱体的截面在一个与该辐射的箱体垂直的平面中被一条位于一个高/宽比大于1.5的长方形中的连续线所限定，所述辐射的箱体具有一个燃烧隧道，燃烧隧道设有一个燃烧器，位于所述辐射的箱体内，所述燃烧器至少有两个化石碳氢燃料的注入器，平行位于辐射的箱体主表面的平面上，以得到与所述表面平行展开的火焰，使与所述平面平行的火焰有均匀的温度分布。
根据本发明的另一个实施例，所述辐射的箱体可以设计成根据所述的手套手指型辐射管或U形、W形或E形辐射管的原理进行工作。
根据本发明，该装置可以在辐射的箱体的至少两个表面和这些表面的一部分长度上设一个热接收器，该接受器可以是管子型或叶片型，因此可以用于燃料或助燃剂的预热。
附图说明
现在通过下面的描述并参照附图说明本发明其它特征和优点，附图示出各种非限制性的实施例。附图如下：
—图4是一个立体示意图，示出本发明装置的第一实施例；
—图5是一个局部立体示意图，示出图4所示装置的一个实施变型；
—图6、7为垂直轴向剖面图，示出本发明装置的两个实施变型；
—图8、9与图6、7类似，示出本发明装置的另外两个实施变型：图8的变型使用相当于根据现有技术制造的W辐射管的工作原理，图9变型使用相当于现有技术的E辐射管的工作原理；
—图10是一个立体图，并且去掉了一部分，示出本发明的另一个实施例。
具体实施方式
首先参照示出本发明装置第一个实施例的图4。我们看到该装置的形状为一个箱体，整体用1表示，它的设计是通过辐射把热传递给要加热的产品。箱体1的截面处于一个高/宽比大于1.5的长方形中，箱体的内部有一个燃烧隧道2，一个化石燃料的燃烧器3装在该燃烧隧道中。在这个非限定实施例中，燃烧隧道2的截面接近于长方形。
在该实施例中，燃烧器用进气口4输送的气体燃料进行工作，进气口4为通向多个气体注入器6的分配管道5供气。这些气体注入器平行位于箱体主表面的平面上，以便得到与所述表面平行展开的火焰，并且使与所述平面平行的火焰有均匀的温度分布。
燃烧空气通过一个空气分配器7输送给燃烧器3。当然，该燃烧器3设有观测燃烧隧道2内部的元件和点火装置及用传统方法实现火焰控制的装置，因而不在图中示出。
不同的气体注入器产生的火焰在燃烧隧道内的一个与箱体1的大表面平行的平面中整体展开，并且燃烧产品沿箭头8从燃烧隧道2和箱体1之间排向出口。在这个实施例中，箱体和燃烧隧道之间设有一个接收器，基本上在燃烧器3处。这里接受器由两个通过燃烧隧道周围的管束连接的总管和分别用于引进冷空气和接收热空气的总管11a和11b组成。因此，冷空气通过总管11a沿箭头A方向进入，被接收器9、10中的燃烧产品预热，而由此产生的热空气进入第二个总管11b，以送往位于空气分配器7上游的空间中，以预热热燃烧空气。燃烧气体穿过接收器后通过出口12(箭头F)排向图中未示的提取系统。
根据本发明，设置了可以保证一部分烟在燃料或助燃剂中循环使火焰展开的装置，以进一步改善火焰的均匀性和/或改善污染物如NOx的排放。因此，在图5所示的本发明的变型中，燃烧气体的排放口12装有一个与一个注入器14a连接的分流器13，装在气体燃料的进气口4上，保证用燃烧产品稀释燃料气，以进一步减少燃烧时产生的氮氧化物产品。
当然，可以考虑箱体1的许多实施变型，而不改变本发明的基本特征。因此，该箱体可以具有高的壁和圆弧形的底部，侧壁的剖面可以是正弦曲线形、梯形或其它形状，以增加对要加热产品的辐射面积和通过对流进行的热交换。箱体的底可以是平的或弯曲的，弯曲的曲线可以是凹的或凸的。
对于通过各种机械或气动方式雾化的液体燃料，燃烧器3可以配有注入器。燃烧空气的分配器7可以具有一些与燃料注入器同心的空气通过的开口或喷口，或者一些在注入器周围按环形分布甚至排列成行或按直线组成的网眼布置的喷嘴。燃烧空气的分配喷嘴可以在钢或其它材料的薄板材上打孔得到，这些板材可以是平的、卷曲的或V形的。
接收器可以是叶片型的，或通过浇铸或把板材装配在燃烧隧道的至少两个面上得到的其它类似装置。
最后，可以考虑使接收器的空气进入和排出装置以及燃烧器的热空气供应装置有许多实施方式。图6、7示出热空气在来自接收器10的热空气排出总管11b和燃烧空气分配器7之间流动的两个实施变型。
人们还注意到，燃烧气体的收集和排出可以建立在辐射的箱体1的一个表面上。
当然，本发明的装置可以没有内接收器，例如可以连接一个外接收器。
现在参照示出本发明装置的两个实施变型的图8、9。
图8示出辐射的箱体1，它的外形是连续的，并且处于一个高/宽比大于1.5的长方形中，它的工作原理相当于现有技术的W辐射管的工作原理。碳氢燃料的注入沿箭头G进行，助燃剂的注入沿箭头A，燃烧产品的排出沿箭头F。这种辐射的箱体的燃烧器可以是轴对称的。辐射的箱体1的内体积设有一些隔板14，以保证燃烧气体沿箭头8流动。设置了一个可以预热沿箭头A注入的助燃剂的热接收器15。当然，这个变型可以适用于U形或其它形状的辐射管。
图10示出一个或几个内隔板14，这些内隔板可以做成占据隔板的全部或部分的隔开的棱形围栏或管状回路，冷却流体或一部分碳氢燃料或助燃剂在其中流动，以根据所述隔板达到的温度水平改善机械强度或热强度；所述回路单独使用或与热接收器结合使用。
图9示出另一个实施变型，它的工作原理相当于E形管的工作原理。辐射的箱体1的特点与图8所示的辐射的箱体相同。碳氢燃料沿箭头G注入，助燃剂的注入沿箭头A进行，燃烧产品沿箭头F排出。燃烧器也可以是轴对称型。辐射的箱体1的内体积被隔板14分隔，使位于中心分支的燃烧器产生的燃烧气体沿箭头8向两个侧向分支流动。为了预热沿箭头A注入的燃烧空气，设置了一些热接收器15。这里和图10所示的一样，一个或几个隔板的可以制成占据隔板的全部或部分的隔开的棱形围栏或管状回路形式，冷却流体或一部分碳氢燃料或助燃剂在其中流动，以便根据所述隔板达到的温度水平改善机械强度或热强度；所述回路单独使用或与集热器结合使用。
根据本发明，辐射的箱体1的一个或几个壁可以根据图10所示的原理制成占据所述壁的全部或部分的隔开的棱形围栏或管状回路的形式，冷却流体或一部分碳氢燃料或助燃剂在其中流动，以便限制所述壁特别是靠近一个滚筒或炉墙的壁的辐射；所述回路单独使用或与集热器结合使用。
下面的表给出根据现有技术制造的辐射管与根据本发明推荐实施例制造的辐射的箱体的特征比较。在所有的情况下，炉子的宽度相同：为2米，对于根据现有技术制造的辐射管，辐射管的外径向同：为164毫米。
  燃烧空间
  管的类型   功率(KW)   直径(mm)   截面积(m2)   长度(m)   体积(m3)   功率/平方米(KW/m2) 功率/立方米(KW/m3)
  手套手指型   35   106   0.0088   1.7   0.015   3980   2330
  2段“U”型   75   154   0.0186   3.9   0.073   4030   1030
  4段“W”型   130   154   0.0186   7.1   0.132   6990   985
  箱式   130   104×740   0.0770   1.8   0.139   1690   935
该表示出，每立方米体积的功率和火焰通过的每平方米截面积的功率都小于普通的辐射管，这保证了火焰的更好分布，而火焰的更好分布限制NOx的产生，改善了火焰温度的均匀性，因此也改善了辐射壁温度的均匀性。
与根据现有技术制造的使用辐射管的辐射式间接加热装置相比，本发明具有以下优点：
—进行燃烧的隧道的截面积明显增加：这同时有利于减少NOx的排放和改善向要加热产品辐射的表面温度的均匀性。
—向要加热产品辐射的形状因子得到改善：与辐射管相比，这样或者可以减少炉子的加热长度，或者降低辐射的箱体的工作温度。
—温度均匀性的改善降低了辐射壁中的热应力的大小，因此减少了辐射壁的变形。
—辐射的箱体表面温度均匀性的改善可以降低板材宽度上的温度梯度，从而改善了板材的张力控制。
—辐射的箱体表面温度均匀性的改善可以使所述辐射的箱体在更高的平均温度下工作，因而在同样的传输流量下减少了的辐射的箱体的数量，从而减少炉子的长度。
当然，本发明不局限于上述实施方式，而是包括所有的变型。

Claims (24)

1.间接加热的装置，通过化石来源的气态或液态燃料的燃烧的辐射对处于保护环境下的行进中产品进行加热，其特征在于，它是一个形状为平行六面体的辐射的箱体(1)，所述辐射的箱体有一个连续的辐射表面，所述辐射的箱体的截面在一个与所述辐射的箱体的轴垂直的平面中被一条位于一个高/宽比大于1.5的长方形中的连续线所限定，所述辐射的箱体(1)具有一个燃烧隧道(2)，燃烧隧道设有一个燃烧器(3)，位于所述辐射的箱体内，所述燃烧器(3)至少包括两个化石碳氢燃料的注入器，注入器平行位于辐射的箱体(1)主表面的平面中，以便得到与所述表面平行的火焰分布，使与所述平面平行的火焰产生均匀的温度分布。
2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，在辐射的箱体的至少两个表面和这些表面的部分长度上设有一个热接收器(9，10，15)，该热接收器是管型或带叶片型，并且能用于预热燃料和助燃剂。
3.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述辐射的箱体(1)具有高的壁和圆弧形的底部。
4.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述辐射的箱体(1)具有剖面为正弦或梯形波纹的侧壁。
5.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述辐射的箱体(1)的底是平的。
6.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述辐射的箱体(1)的底是弯曲的，所述弯曲是凹陷或凸起的。
7.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，燃烧器(3)的燃烧空气借助于分配器(7)输送，分配器(7)具有与燃烧器(3)的燃料注入器同心的空气通过的开口或喷口。
8.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，燃烧器(3)的燃烧空气通过分配器(7)输送，分配器(7)设有沿燃烧器(3)的注入器周围的圆形分布的喷嘴。
9.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，燃烧器(3)的燃烧空气通过分配器(7)输送，分配器(7)设有排列成行或按照直线组成的网格排列的喷嘴。
10.根据权利要求7至9之一所述的加热装置，其特征在于，分配器(7)中的所述喷嘴在板材中钻孔得到。
11.根据权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置包括一排放口(12)和一进气口(4)；所述燃烧气体的排放口(12)装有一个与一个注入器(14a)连接的分流器(13)，所述注入器(14a)安装在气体燃料的所述进气口(4)上，并且，所述辐射的箱体(1)的内体积设有隔板(14)，用来使一部分烟气在燃料或助燃剂中再循环，从而使火焰展开，以改善火焰分布的均匀性和/或改善污染物的排放。
12.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，它具有轴对称的燃烧器。
13.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述辐射的箱体的一个或几个壁制成至少占据所述壁的一部分的棱形围栏或管状回路的形式，冷却流体或一部分燃料或助燃剂在其中流动，以限制该壁的温度和辐射。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，这种回路单独使用或与热接收器结合使用，以预热燃料和助燃剂。
15.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述辐射的箱体(1)的设计使其按照所述手套手指型辐射管的原理进行工作。
16.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述辐射的箱体(1)的设计使其按照U形辐射管的原理进行工作。
17.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述辐射的箱体(1)的设计使其按照W形辐射管的原理进行工作。
18.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述辐射的箱体(1)的设计使其按照E形辐射管的原理进行工作。
19.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，辐射的箱体(1)的内体积被隔板(14)分隔，隔板的分布使燃烧气体产生一次往返的流动，也就是按照U形辐射管的工作方式流动。
20.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，辐射的箱体(1)的内体积被隔板(14)分隔，隔板的分布使燃烧气体产生两次往返的流动，也就是按照W形辐射管的工作方式流动。
21.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，辐射的箱体(1)的内体积被隔板(14)分隔，隔板的分布使燃烧器位于所述辐射的箱体的中心分支，两个返回分支分别位于中心分支的两边，该装置按照具有E形线路的辐射管的原理进行工作。
22.根据权利要求20或21所述的装置，其特征在于，所述辐射的箱体(1)的一个或几个隔板(14)制成至少占据所述壁的一部分的棱形围栏或管状回路的形式，冷却流体或一部分燃料或助燃剂在其中流动，以根据隔板达到的温度改善机械强度或热强度。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，这种回路单独使用或与热接收器结合使用，以预热燃料或助燃剂。
24.连续的热处理炉，其特征在于，它使用上述权利要求1或2所述的辐射的箱体(1)。
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