CN211694873U - 一种蓄热式辐射管烧嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蓄热式辐射管烧嘴，包括空心筒状的外壳、圆柱体状的进风室、燃气管，所述进风室内部存在空腔构成第一风道，所述外壳的一端接入第一风道，所述进风室上设有助燃空气口，燃气管上设有燃气入口，燃气管从进风室外依次经燃气入口、第一风道延伸至外壳内，所述外壳与燃气管之间设有换热管，所述换热管的出口收缩成缩口，换热管与燃气管之间的空腔内设有内蓄热体，换热管与外壳之间的空腔内设有外蓄热体，燃气管的末端与缩口内壁间存在空腔构成混合腔，混合腔内设有点火器。本实用新型热效率提高，节约了能源；辐射管表面温度均匀，延长了辐射管的寿命；NOx排放降低，比较环保。

Description

一种蓄热式辐射管烧嘴

技术领域

本实用新型涉及热处理技术领域，具体是一种蓄热式辐射管烧嘴。

背景技术

蓄热式加热已经被公认为高效的加热形式，明火加热的蓄热式烧嘴已经普遍应用于高温加热炉窑并取得了很大的成功。对于间接加热的辐射管加热工况，由于烧嘴安装空间有限，火焰温度高、辐射管寿命等原因，市场上鲜有将蓄热式燃烧技术应用与辐射管加热的情况。与此同时，辐射管加热的热回收是一个非常困难的技术难题，原因是供换热器安装的空间受辐射管尺寸的限制，很难做到很大的换热面积，尽管目前市场上为了提高热效率已经将辐射管换热器设计成二级换热，将烟气/助燃空气之间的换热扩展到辐射管之外的空间，但对于一般的热处理退火炉，最终排烟温度仍然在600℃以上，热能浪费较严重。传统的辐射管烧嘴易产生火焰长度不够的问题，导致火焰燃烧稳定性差、热效率较低，这会使辐射管表面温度不够均匀，影响加热效果和辐射管的使用寿命。由于过高的局部高温点、燃烧时含氧量高等原因，NOx排放也会非常高。

对于现有技术存在的热效率低、辐射管寿命低、NOx排放高的不足，辐射管加热技术还有很大的提升空间。

实用新型内容

为克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种蓄热式辐射管烧嘴，解决现有技术存在的热效率低、辐射管寿命低、NOx排放高的问题。

本实用新型的创新点主要在于：将蓄热式燃烧技术应用与辐射管加热结合，在烧嘴内设置沿换热管内外两层分布的蓄热体，工作时内蓄热体、外蓄热体的助燃空气温度不同，这样燃气先与经内蓄热体的温度低的助燃空气混合，通过点火器点燃，形成高速贫氧火焰，然后再高速从缩口喷射出至辐射管，并逐渐卷吸周围经外蓄热体预热后的高温助燃空气实现完全燃烧，火焰长度延长，辐射管表面温度均匀，延长了辐射管的寿命，这样实现了热量的高效利用，同时，由于高速贫氧火焰气流氧含量很低，有利于抑制NOx的产生。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：

一种蓄热式辐射管烧嘴，包括空心筒状的外壳、圆柱体状的进风室、燃气管，所述进风室内部存在空腔构成第一风道，所述外壳的一端接入第一风道，所述进风室上设有助燃空气口，所述燃气管上设有燃气入口，所述燃气管从进风室外依次经燃气入口、第一风道延伸至外壳内，所述外壳与燃气管之间设有换热管，所述换热管的出口收缩成缩口，换热管与燃气管之间的空腔内设有内蓄热体，换热管与外壳之间的空腔内设有外蓄热体，所述燃气管的末端与缩口内壁间存在空腔构成混合腔，混合腔内设有点火器。

优选的，所述内蓄热体是由碳化硅陶瓷制成的蜂窝体结构。

优选的，所述内蓄热体与换热管同轴的空心筒状结构。

优选的，所述内蓄热体上设有贯穿第一风道和混合腔的第二风道，所述点火器经第二风道进入混合腔。

优选的，所述点火器为高压点火棒。

优选的，所述外蓄热体由碳化硅陶瓷制成的蜂窝体结构。

优选的，所述外蓄热体为与换热管同轴的空心筒状结构。

优选的，所述换热管为碳化硅陶瓷管。

优选的，所述燃气管位于外壳内的部分与换热管同轴。

本实用新型相比于现有技术，具有以下有益效果：

(1)热效率提高，节约了能源。

(2)辐射管表面温度均匀，延长了辐射管的寿命。

(3)NOx排放降低，比较环保。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的实施例中所述的蓄热式辐射管加热装置图；

图3为本实用新型作为燃烧烧嘴时的气体流向图；

图4为本实用新型作为排气通道时的气体流向图。

附图中标记及相应的零部件名称：1、外蓄热体，2、换热管，3、内蓄热体，4、进风室，5、燃气管，6、点火器，7、助燃空气口，8、外壳，21、混合腔，22、缩口，31、第二风道，41、第一风道，51、燃气入口，101、第一烧嘴，102、第二烧嘴，103、换向阀，104、辐射管，105、被加热体。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

图2是将蓄热式燃烧技术应用与辐射管加热结合的一种蓄热式辐射管加热装置，本蓄热式辐射管加热装置的辐射管104采用W型的陶瓷管，换向阀103采用机械式换向阀，第一烧嘴101、第二烧嘴102均为蓄热式烧嘴(即内部均包括蓄热结构)，第一烧嘴101、第二烧嘴102分别安装在辐射管104的两端，加热体105与辐射管104表面紧密接触。

本蓄热式辐射管加热装置的工作过程为：

燃气/助燃空气进入第一烧嘴101，被点燃后在辐射管104内燃烧，将绝大部分热量通过辐射管104表面传给被加热体105，最后废气经过第二烧嘴102内的蓄热结构进入换向阀103，最终排出，在废气经过第二烧嘴102内的蓄热结构的过程中，废气将其中绝大部分的热量都传递给了蓄热结构，废气自身温度降低，随着时间的推移，第二烧嘴102内的蓄热结构会沿着气流方向形成一定的温度梯度，气流进入端温度高，气流排出端温度低(最终排出废气的温度就取决于烟气通过第二烧嘴102的持续时间，一般都低于300℃)；

经过一段时间后，将换向阀103的阀板旋转进行换向，让冷的助燃空气经换向阀103进入第二烧嘴102，同时通过控制将进入第一烧嘴101的燃气切换给第二烧嘴102，从而完成烧嘴的换向，冷的助燃空气经过第二烧嘴102内部蓄热结构的过程中不断吸收蓄热结构存储的热量被预热，然后在第二烧嘴102内部与燃气接触并点火在辐射管104内燃烧，同样将绝大部分热量通过辐射管104表面传给被加热体105，最后废气经过第一烧嘴101内的蓄热结构进入换向阀103，最终排出，从而让第一烧嘴101内的蓄热结构也同样完成一次蓄热过程；

经过相同的一段时间后，再次进行换向，这样循环往复，让燃料燃烧产生的化学热不断传递给被加热体105，同时维持一个很低的排烟温度(一般低于300℃，具体值取决于换向时间，同样情况下，换向时间越长，排烟温度越高，反之，排烟温度越低)。

由于蓄热式烧嘴能将助燃空气预热到很高的温度，烧嘴的火焰组织必须慎重，否则可能由于过高的局部高温点导致辐射管104寿命缩短，同时由于过高的局部高温点，NOx排放也会非常高。

为了实现节能与减排并行，促进辐射管表面温度均匀性，延长辐射管的寿命，第一烧嘴101、第二烧嘴102均采用本实用新型一种蓄热式辐射管烧嘴，则能更好地解决现有技术存在的热效率低、辐射管寿命低、NOx排放高的问题。

下面结合附图，对本实施例做进一步说明。

如图1所示，一种蓄热式辐射管烧嘴，包括空心筒状的外壳8、圆柱体状的进风室4、燃气管5，所述进风室4内部存在空腔构成第一风道41，所述外壳8的一端接入第一风道41，所述进风室4上设有助燃空气口7，所述燃气管5上设有燃气入口51，所述燃气管5从进风室4外依次经燃气入口51、第一风道41延伸至外壳8内，所述外壳8与燃气管5之间设有换热管2，所述换热管2的出口收缩成缩口22，换热管2与燃气管5之间的空腔内设有内蓄热体3，换热管2与外壳8之间的空腔内设有外蓄热体1，所述燃气管5的末端与缩口22内壁间存在空腔构成混合腔21，混合腔21内设有点火器6。

优选的，所述内蓄热体3是由碳化硅陶瓷制成的蜂窝体结构。

优选的，所述内蓄热体3与换热管2同轴的空心筒状结构。

优选的，所述外蓄热体1由碳化硅陶瓷制成的蜂窝体结构。

优选的，所述外蓄热体1为与换热管2同轴的空心筒状结构。

优选的，所述换热管2为碳化硅陶瓷管。

优选的，所述燃气管5位于外壳8内的部分与换热管2同轴。

以第一烧嘴101为例，本实施例中的蓄热式辐射管烧嘴解决现有技术存在的热效率低、辐射管寿命低、NOx排放高的问题的具体方式是：

如图1至图4所示，助燃空气从助燃空气口7进入第一风道41后分为两路，一路经内蓄热体3进入混合腔21，在混合腔21与燃气管5进入的燃气混合，通过点火器6点燃混合气体，混合气体充分燃烧形成及其贫氧的火焰，火焰从缩口22高速喷出至辐射管104；

由于在燃烧过程中，混合腔21产生的热量经换热管2传递给外蓄热体1，对经过外蓄热体1的另一路助燃空气进行了预热；

从缩口22高速喷出的贫氧火焰在辐射管104内再逐渐与经外蓄热体1进入的另一路高温助燃空气混合，在辐射管内混合气体流动过程中，高温助燃空气对贫氧火焰进行二次助燃，火焰将可燃气体燃尽并释放出相应的热量，由于经外蓄热体1进入的另一路高温助燃空气经过了预热，于是在辐射管104内延缓了燃气燃烧进程，这样有利于延长火焰长度，降低火焰温度，促进辐射管表面温度均匀，起到了节能的作用，同时也很大程度上抑制了NOx的产生；

换向以后，第一烧嘴101作为排气通道，助燃空气口7作为排气口，第一烧嘴101起到蓄热作用，因为缩口22的结构，绝大部分的高温烟气都从外蓄热体1流出，只有少部分的高温烟气会从内蓄热体3流出，缩口22起到了屏蔽高温烟气进入内蓄热体3的作用，于是，外蓄热体1从高温烟气吸收的热量要远远大于内蓄热体3；

再次换向以后，第一烧嘴101作为燃烧烧嘴，由于外蓄热体1的蓄热量要远远大于内蓄热体3，经过内蓄热体3的助燃空气预热温度要低于经过外蓄热体1的助燃空气的温度，这样燃气先与经内蓄热体3的温度低的助燃空气混合，通过点火器6点燃，形成高速贫氧火焰，然后再高速从缩口22喷射出至辐射管104，并逐渐卷吸周围经外蓄热体1进入的高温助燃空气实现完全燃烧，火焰温度更均匀，这样实现了热量的高效利用，同时，由于高速贫氧火焰气流氧含量很低，有利于抑制NOx的产生。

作为优选，碳化硅陶瓷高温强度大、抗氧化、热传导能力高，而蜂窝体的结构有助于空气通过，更有助于提高热效率；内蓄热体3与换热管2同轴，外蓄热体1与换热管2同轴，燃气管5位于外壳8内的部分与换热管2同轴，这样的同轴的设计使气体混合更为均匀，更进一步避免了受热不均。

本实施例相比于现有技术，具有以下优点：

(1)热效率提高，节约了能源。

(2)辐射管表面温度均匀，延长了辐射管的寿命。

(3)NOx排放降低，比较环保。

实施例2

如图1至图4所示，作为实施例1的进一步优化，本实施例包含实施例1的全部技术特征，除此之外，还包括以下技术特征：

优选的，所述内蓄热体3上设有贯穿第一风道41和混合腔21的第二风道31，所述点火器6经第二风道31进入混合腔21。

优选的，所述点火器6为高压点火棒。

助燃空气的一部分经第二风道31进入混合腔21，点火器6也经第二风道31进入混合腔21，这样的设置，使得点火器6能迅速点燃混合气体，而高压点火棒使用方便，安全可靠，寿命长。

相比于实施例1，本实施例热效率进一步提高。

如上所述，可较好的实现本实用新型。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质，在本实用新型的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种蓄热式辐射管烧嘴，包括空心筒状的外壳(8)、圆柱体状的进风室(4)、燃气管(5)，所述进风室(4)内部存在空腔构成第一风道(41)，所述外壳(8)的一端接入第一风道(41)，所述进风室(4)上设有助燃空气口(7)，所述燃气管(5)上设有燃气入口(51)，所述燃气管(5)从进风室(4)外依次经燃气入口(51)、第一风道(41)延伸至外壳(8)内，其特征在于，所述外壳(8)与燃气管(5)之间设有换热管(2)，所述换热管(2)的出口收缩成缩口(22)，换热管(2)与燃气管(5)之间的空腔内设有内蓄热体(3)，换热管(2)与外壳(8)之间的空腔内设有外蓄热体(1)，所述燃气管(5)的末端与缩口(22)内壁间存在空腔构成混合腔(21)，混合腔(21)内设有点火器(6)。

2.根据权利要求1所述的一种蓄热式辐射管烧嘴，其特征在于，所述内蓄热体(3)是由碳化硅陶瓷制成的蜂窝体结构。

3.根据权利要求1所述的一种蓄热式辐射管烧嘴，其特征在于，所述内蓄热体(3)与换热管(2)同轴的空心筒状结构。

4.根据权利要求1所述的一种蓄热式辐射管烧嘴，其特征在于，所述内蓄热体(3)上设有贯穿第一风道(41)和混合腔(21)的第二风道(31)，所述点火器(6)经第二风道(31)进入混合腔(21)。

5.根据权利要求1所述的一种蓄热式辐射管烧嘴，其特征在于，所述点火器(6)为高压点火棒。

6.根据权利要求1所述的一种蓄热式辐射管烧嘴，其特征在于，所述外蓄热体(1)由碳化硅陶瓷制成的蜂窝体结构。

7.根据权利要求1所述的一种蓄热式辐射管烧嘴，其特征在于，所述外蓄热体(1)为与换热管(2)同轴的空心筒状结构。

8.根据权利要求1所述的一种蓄热式辐射管烧嘴，其特征在于，所述换热管(2)为碳化硅陶瓷管。

9.根据权利要求1所述的一种蓄热式辐射管烧嘴，其特征在于，所述燃气管(5)位于外壳(8)内的部分与换热管(2)同轴。

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