CN209960535U - 一种导流式辐射管换热器及其助燃空气内管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种导流式辐射管换热器及其助燃空气内管，属于换热装置技术领域。导流式辐射管换热器包括具有烟气卷吸口的烟气导管、一端安装于烟气导管内的换热管和助燃空气内管；在所述烟气导管内壁和所述换热管外壁之间形成烟气通道；所述助燃空气内管安装在所述换热管内，其进气端处内径收缩形成拉法尔口，其出气端对着所述烟气导管的烟气卷吸口，并密封安装至少一个导流管，导流管内腔的进口开度大于出口开度，且导流管经过烟气通道插入烟气卷吸口内。本实用新型能有效控制助燃空气引流烟气的混合量，从而调节助燃空气压力、炉温度的变化，减少烟气残氧量的排放。

Description

一种导流式辐射管换热器及其助燃空气内管

技术领域

本实用新型属于换热装置技术领域，更具体地说，涉及一种导流式辐射管换热器及其助燃空气内管。

背景技术

辐射管换热器指热流体以辐射方式传热为主的换热器。辐射管换热器具有同对流式换热器相比具有释热率(热负荷)高、冷流体加热温度高、表面温度与受热介质加热温度之间的差值较小、以及热流体流道不易被堵塞等优点。辐射管换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，应用广泛。

随着辐射管加热技术在金属热处理领域的大范围推广和应用，对于各类辐射管加热装置、余热回收装置、辐射管材质、型式的研发也得到了有效的推进。在换热器结构的设计上，通常有以下几种型式：(1)采用内外双翅片结构的换热器，即在换热器内侧和外侧同时添加翅片的结构型式，或者是在换热管表加麻面的方式来增强换热效果。通常来讲在1000℃的烟气温度下，这种换热器能将空气预热到400℃，换热效率较差；(2)等行程喷流结构换热器，这种换热器多采用喷流行程加翅片管结构型式进行换热，即换热器外管设置翅片管，内管采用多行程喷流结构来提高换热效果。在1000℃的烟气温度下，空气能够预热到500℃以上，排烟温度降到600℃以下，换热效率较高。(3)采用卷吸回流结构换热器，这种换热器通过添加烟气卷吸回流装置，将烟气卷吸入助燃空气中，在1000℃的烟气温度下，空气预热温度能够达到650℃，氮氧化物排放大幅度降低，热效率很高。

辐射管换热器中烟气的余热回收一直是科研人员致力研发的方向，例如中国专利申请号为：201210226661.7，公开日为：2013年1月2日的专利文献，公开了一种带空气出口喷流卷吸结构，提高空气预热温度，降低排烟温度，提高换热器温度效率和热效率的双行程空气预热辐射管烧嘴换热器。该换热器包括有端部堵头、内部翅片管、多孔喷流管、挡环、中间导管、空气射流管、中间换热导管、异形法兰、外部翅片换热管、外置空气导管、烟气导管、烟气出口管、空气进风管，其中换热器通过异形法兰分隔成内置换热区和外置换热区两个部分。

上述方案中，换热器中内部翅片管与辐射管内壁形成烟气通道，多孔喷流管通过挡环的阻隔作用，在内部翅片管与中间导管之间形成多级换热通道，助燃空气沿中间换热导管与多孔喷流管之间环缝流入，受到挡环的阻隔，空气通过多孔喷流管高速喷射到内部翅片管内表面，与内部翅片管外侧烟气进行换热。大多辐射管换热器均采用这种方式，即通过翅片结构设计增加空气热交换行程，增加换热面积，延长换热面积，从而提高换热效率，但是此种方式不可避免的在翅片管内产生气体紊流，导致从空气射流管喷出的预热空气压力和流量具有较大波动，不利于控制助燃空气引流烟气的混合量，容易造成烟气残氧量增加。

发明内容

1.要解决的问题

本实用新型提供一种导流式辐射管换热器的助燃空气内管，其目的在于解决助燃空气引流烟气的混合量难以控制，容易造成烟气残氧量增加的问题。

本实用新型还提供采用上述助燃空气内管的一种导流式辐射管换热器，能有效控制助燃空气引流烟气的混合量，从而调节助燃空气压力、炉温度的变化，减少烟气残氧量的排放。

2.技术方案

为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种导流式辐射管换热器的助燃空气内管，包括进气端和出气端，；所述助燃空气内管的出气端处密封安装至少一个导流管；所述导流管内腔的进口开度大于出口开度。

作为进一步改进，所述的导流管通过隔板密封安装于助燃空气内管的出气端内侧。

作为进一步改进，所述导流管具有4个，呈方形排布。

作为进一步改进，所述助燃空气内管靠近进气端处内径收缩形成拉法尔口。

一种导流式辐射管换热器，包括具有烟气卷吸口的烟气导管、一端安装于烟气导管内的换热管和上述的助燃空气内管；在所述烟气导管内壁和所述换热管外壁之间形成烟气通道；所述助燃空气内管安装在所述换热管内，其出气端对着所述烟气导管的烟气卷吸口，且所述导流管经过烟气通道插入烟气卷吸口内。

作为进一步改进，所述助燃空气内管的进气端位于所述换热管内远离所述烟气导管的一端，其出气端位于靠近所述烟气导管的空气进口一端。

作为进一步改进，所述换热管位于所述烟气导管外侧的一段上布置有翘片，且在此段上，在所述换热管的内壁和所述助燃空气内管的外壁上沿轴向交错设置有导流板。

作为进一步改进，所述翘片沿所述换热管的轴向布置有多组，每组的多个所述翘片沿换热管径向均布；所述导流板位于两组所述翘片之间。

作为进一步改进，所述导流板与所述换热管或所述助燃空气内管之间形成的缝隙宽度小于导流板自身宽度。

作为进一步改进，所述翘片与所述换热管一体成型，或所述翘片从所述换热管外插入其内部，或所述翘片由相对安装在所述换热管内外壁上的外翘片和内翘片组成。

3.有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的助燃空气内管，在其出气端处密封安装导流管，并且使得导流管内腔的进口开度大于出口开度，类似于拉法尔口结构形式，可调节从助燃空气内管内射流的助燃空气压力，进而调节助燃空气引流烟气的混合量、炉温变化，保证烧嘴燃烧时充分性，减少烟气残氧量的排放。

(2)本实用新型的助燃空气内管，其通过隔板将导流管密封安装于出气端，保证全部预热空气均通过导流管射出，从而精确控制预热空气射出流速和压力；导流管的数量可根据空气射流流量设置，优选4个呈方形排布，保证烧嘴燃烧所需预热空气量。

(3)本实用新型的助燃空气内管，特别在其进气端采用缩口结构，形成拉法尔口，经过翘片和导流板组成的预热结构的紊乱空气通过此拉法尔口进入助燃空气内管中，可有效平衡气体压损，调节预热空气流速和压力，从而进一步保证出气端助燃空气引流烟气的混合量、炉温控制的精确性。

(4)实用新型的导流式辐射管换热器，对助燃空气内管结构进行优化设计，可有效降低预热回收中产生的紊流空气对燃烧造成的影响，从而有效控制助燃空气引流烟气的混合量，从而调节助燃空气压力、炉温度的变化，减少烟气残氧量的排放。

(5)实用新型的导流式辐射管换热器，烟气导管上翘片和导流板的布置结构组合形成主要的空气预热通道，不仅结构简单，且延迟助燃空气流动距离、减缓流动速度，提高换热率，空气侧换热系数高达180-250kcal/㎡.H。

附图说明

图1为本实用新型导流式辐射管换热器结构原理示意图；

图2为图1中A-A的剖视图；

图3为图1中B向局部放大视图。

附图中标号分别表示为：100、烟气导管；101、空气进口；102、烟气出口；103、烟气进口法兰；104、空气出口法兰；200、换热管；201、翘片；300、助燃空气内管；310、进气端；311、拉法尔口；320、出气端；330、导流管；340、隔板；400、导流板。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。

如图1、图2和图3所示，本实施例提供一种导流式辐射管换热器，整体结构形式和原理同现有技术基本相同，即主要包括烟气导管100、换热管200、助燃空气内管300、辐射管(图中未示出)和烧嘴(图中未示出)，仅在于对换热部分结构和助燃空气内管300结构进行了优化设计。

其中，烟气导管100的一端具有空气进口101，另一端敞开，作为烟气进口，并具有烟气进口法兰103，通过烟气进口法兰103将烟气导管100与辐射管的一端密闭连接；同时，烟气导管100靠近空气进口101的上下两侧壁上分别具有烟气出口102和烟气卷吸口，燃烧产生的烟气经过余热回收后，通过烟气出口102排出，而烟气卷吸口则由空气出口法兰104通过管道通至烧嘴处，引流部分烟气在烟气卷吸口内与预热空气混合，到达烧嘴处助燃，烧嘴燃烧产生的高温烟气进入辐射管。换热管200的一端安装在烟气导管100内，并与烟气导管100的空气进口101连通，另一端封闭，且位于烟气导管100外，并插入辐射管内，从而在烟气导管100内壁和换热管200外壁之间，以及辐射管内壁和换热管200外壁之间形成烟气通道，使得位于辐射管内的烟气导管100部分形成高温换热区，位于烟气导管100内的烟气导管100部分形成低温换热区。助燃空气内管300安装在换热管200内，其具有进气端310 和出气端320，进气端310接近换热管200的封闭端，出气端320对着所述烟气导管100的烟气卷吸口。

高温换热区为烟气余热回收的主要区域，在换热管200位于烟气导管100外侧的一段上，也就是辐射管内的一段上布置有翘片201，通过翘片201将烟气热量传递至换热管200内对空气进行预热。翘片201沿换热管200的轴向布置有多组，每组的多个翘片201沿换热管200 径向均布，增加热交换面积，提高热回收效率。翘片201的结构形式可以有多种，例如，翘片201与换热管200一体成型，比如铸造成型，或者翘片201从换热管200外插入其内部，部分位于换热管200内，部分位于换热管200外，又或者翘片201由相对焊接安装在换热管 200内外壁上的外翘片和内翘片组成，相对来说结构比较简单，成本相对较低，本实施例采用翘片201由外翘片和内翘片组成的结构形式。另外，需要强调的是，可将翘片201的厚度设计成从换热管200处向两侧逐渐减薄，有助于提高换热率。

同时，在高温换热区为延长空气流动时间、降低流动速度，以更好的进行热交换，本实施例在换热管200的内壁和助燃空气内管300的外壁上沿轴向交错设置有环形的导流板400。导流板400位置结构设计上需注意，将导流板400设置于两组翘片201之间，导流板400与换热管200或助燃空气内管300之间形成的缝隙宽度小于导流板400自身宽度，以保证空气迂回流动。导流板400不仅对助燃空气产生阻挡作用，降低流速，而且多个导流板400之间形成回折的空气通道，增加空气流动距离，延长热交换时间。

助燃空气预热过程中，冷的助燃空气通过空气进口101进入换热管200中，在低温换热区，冷空气与在高温换热区热交换后的相对较低烟气进一步热交换，对助燃空气初级预热，进一步降低烟气温度；初级预热后空气进入高温换热区，通过翘片201进一步热交换，二次加热温度进一步升高，而烟气温度降低；经过两次预热后空气进入助燃空气内管300被送往烧嘴。采用本实施例的导流式辐射管换热器，空气侧换热系数高达180-250kcal/㎡.H，烟气侧导热系数可达200-260kcal/㎡.H，烟气进入高温换热区从约1050℃起，逐渐下降至排出温度低至约600℃，相反助燃空气温度逐步升高至400-500℃。

虽然在高温换热区通过导流板400的设置延长了空气流动时间，以及降低流动速度，提高了热交换率，但是随之也会带来助燃空气紊流，这导致进入助燃空气内管300时的助燃空气压力和流速难以控制，进而引起炉温的变化，目前现有技术中还未很好的考虑到此种问题。为解决该问题，本实施例对助燃空气内管300的结构进行了优化设计，以力求降低上述原因所带来的弊端。具体地，在助燃空气内管300的出气端320处密封安装至少一个导流管330，导流管330经过烟气通道插入烟气卷吸口内，导流管330内腔的进口开度大于出口开度，从图中可以看出，导流管330的进口具有扩口结构，出口相对较小，从而形成类似拉法尔口结构形式，可调节从助燃空气内管300内射流的助燃空气压力，进而调节助燃空气引流烟气的混合量、炉温变化，保证烧嘴燃烧时充分性，减少烟气残氧量的排放。

本实施例中，导流管330通过隔板340密封安装于助燃空气内管300的出气端320内侧，保证全部预热空气均通过导流管330射出，从而精确控制预热空气射出流速和压力。导流管 330的数量可根据空气射流流量设置，优选4个呈方形排布，保证烧嘴燃烧所需预热空气量。在使用中，导流管330外侧形成狭窄的烟气倒吸回流通道，预热空气通过导流管330高速喷出可将烟气导管100中部分烟气吸入烟气卷吸口，从而预热空气与回流烟气混合通至烧嘴处助燃，预热空气与烟气的混合量可通过流速进行相对精确控制。

特别说要说明的是，本实施例在助燃空气内管300靠近进气端310处采用缩口结构，其内径收缩形成拉法尔口311，经过翘片201和导流板330组成的预热结构的紊乱空气通过此拉法尔口311进入助燃空气内管300中，可有效平衡气体压损，调节预热空气流速和压力，从而进一步保证出气端320助燃空气引流烟气的混合量、炉温控制的精确性。此拉法尔口311 的结构，可以通过助燃空气内管300壁径向收缩形成，也可以在助燃空气内管300内壁上设置凸起形成，可根据需要选择。

由上可见，通过对助燃空气内管300的进气端310的拉法尔口311设计，以及出气端320 的导流管330设计，能够调节助燃空气压力、流速，有效避免空气紊流对炉温的影响，精确控制助燃空气引流烟气的混合量，减少烟气残氧量的排放。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种导流式辐射管换热器的助燃空气内管(300)，包括进气端(310)和出气端(320)，其特征在于：所述助燃空气内管(300)的出气端(320)处密封安装至少一个导流管(330)；所述导流管(330)内腔的进口开度大于出口开度。

2.根据权利要求1所述的一种导流式辐射管换热器的助燃空气内管(300)，其特征在于：所述的导流管(330)通过隔板(340)密封安装于助燃空气内管(300)的出气端(320)内侧。

3.根据权利要求2所述的一种导流式辐射管换热器的助燃空气内管(300)，其特征在于：所述导流管(330)具有4个，呈方形排布。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种导流式辐射管换热器的助燃空气内管(300)，其特征在于：所述助燃空气内管(300)靠近进气端(310)处内径收缩形成拉法尔口(311)。

5.一种导流式辐射管换热器，包括具有烟气卷吸口的烟气导管(100)、一端安装于烟气导管(100)内的换热管(200)，在所述烟气导管(100)内壁和所述换热管(200)外壁之间形成烟气通道，其特征在于：还包括权利要求1-4中任一所述的助燃空气内管(300)；所述助燃空气内管(300)安装在所述换热管(200)内，其出气端(320)对着所述烟气导管(100)的烟气卷吸口，且所述导流管(330)经过烟气通道插入烟气卷吸口内。

6.根据权利要求5所述的一种导流式辐射管换热器，其特征在于：所述助燃空气内管(300)的进气端(310)位于所述换热管(200)内远离所述烟气导管(100)的一端，其出气端(320)位于靠近所述烟气导管(100)的空气进口(101)一端。

7.根据权利要求6所述的一种导流式辐射管换热器，其特征在于：所述换热管(200)位于所述烟气导管(100)外侧的一段上布置有翘片(201)，且在此段上，在所述换热管(200)的内壁和所述助燃空气内管(300)的外壁上沿轴向交错设置有导流板(400)。

8.根据权利要求7所述的一种导流式辐射管换热器，其特征在于：所述翘片(201)沿所述换热管(200)的轴向布置有多组，每组的多个所述翘片(201)沿换热管(200)径向均布；所述导流板(400)位于两组所述翘片(201)之间。

9.根据权利要求8所述的一种导流式辐射管换热器，其特征在于：所述导流板(400)与所述换热管(200)或所述助燃空气内管(300)之间形成的缝隙宽度小于导流板(400)自身宽度。

10.根据权利要求9所述的一种导流式辐射管换热器，其特征在于：所述翘片(201)与所述换热管(200)一体成型，或所述翘片(201)从所述换热管(200)外插入其内部，或所述翘片(201)由相对安装在所述换热管(200)内外壁上的外翘片和内翘片组成。

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