CN220556172U - 一种换热器及高效低排放自身预热烧嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种换热器及高效低排放自身预热烧嘴，适用于钢铁、有色、机械、陶瓷等行业的工业炉窑。本实用新型包括内筒体和外凸台，所述外凸台设置在内筒体的外侧，所述内筒体内设置有筒状内腔，所述筒状内腔的两端分别为筒状内腔入口和筒状内腔出口，所述外凸台内设置有凸台空腔，所述凸台空腔的两端分别为凸台空腔入口和凸台空腔出口，所述筒状内腔出口与凸台空腔出口连通，所述内筒体的侧壁上设置有缺口，所述缺口用于将筒状内腔与凸台空腔连通，所述外凸台由凸台入口段、凸台中间段和凸台出口段构成，所述凸台入口段呈扇环状结构设置，所述凸台中间段呈螺旋状结构设置，所述凸台出口段呈收缩状结构设置。

Description

一种换热器及高效低排放自身预热烧嘴

技术领域

本实用新型涉及一种换热器及高效低排放自身预热烧嘴，适用于钢铁、有色、机械、陶瓷等行业的工业炉窑。

背景技术

换热器作为烧嘴的一个部件，可在烟气流动时起到换热的作用，目前市面上普遍采用翅片式换热器，烟气和空气流动换热路径短，换热器有效面积小，如申请号为201721270987.4《自预热低氮燃气烧嘴的换热器翅片管》所公开的一种应用于自预热烧嘴换热器，申请号为201720055903.9《自预热低氮燃气烧嘴》上的翅片换热器，申请号为202011161982.4 《具有分级功能的I行自身预热烧嘴》上的翅片换热器，上述现有技术中存在换热效率低、换热器采用分段焊接结构，使用容易在焊缝处开裂等缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的换热器及高效低排放自身预热烧嘴。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该换热器，其结构特点在于：包括内筒体和外凸台，所述外凸台设置在内筒体的外侧，所述内筒体内设置有筒状内腔，所述筒状内腔的两端分别为筒状内腔入口和筒状内腔出口，所述外凸台内设置有凸台空腔，所述凸台空腔的两端分别为凸台空腔入口和凸台空腔出口，所述筒状内腔出口与凸台空腔出口连通，所述内筒体的侧壁上设置有缺口，所述缺口用于将筒状内腔与凸台空腔连通。

进一步地，所述外凸台由凸台入口段、凸台中间段和凸台出口段构成，所述凸台入口段呈扇环状结构设置，所述凸台中间段呈螺旋状结构设置，所述凸台出口段呈收缩状结构设置。

进一步地，相邻两个外凸台之间形成沟槽，所述沟槽的数量与外凸台的数量相等。

进一步地，所述外凸台的数量为n，其中n≥3（作为优选，n=4，6，8），位于凸台中间段的相邻两个外凸台的间距为a，所述外凸台的螺距为c, 其中c=na, 所述外凸台的螺旋角为ψ，其中 75°≥ψ≥15°。

进一步地，该换热器为一体式结构设置，所述换热器的材质为高温合金或碳化硅、并采用3D打印成型。

进一步地，本实用新型的另一个技术目的在于提供一种高效低排放自身预热烧嘴。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的。

一种高效低排放自身预热烧嘴，包括壳体、端盖、燃气导管和电极，所述壳体通过隔层分隔为空气腔体和烟气腔体，且壳体上设置有空气入口和烟气出口，所述空气入口和烟气出口分别与空气腔体和烟气腔体连通，所述烟气腔体与位于凸台入口段的沟槽连通，所述烟气腔体内设置有保温层，所述壳体上设置有过渡法兰，所述电极设置在端盖上，其特征在于：还包括燃烧室和烧嘴芯、以及换热器，所述过渡法兰上设置有过渡导管，所述过渡导管与筒状内腔入口连通，所述空气腔体与凸台空腔入口连通，所述换热器通过换热器法兰设置在壳体上，所述燃气导管和燃烧室均设置在内筒体内，且燃烧室位于筒状内腔出口，所述电极与烧嘴芯贯穿，且烧嘴芯和电极的一端均位于燃烧室内，所述燃气导管的两端分别为燃气导管入口端和燃气导管出口端，所述燃气导管入口端与端盖上的燃气入口连通，所述燃气导管出口端与烧嘴芯连接。

进一步地，所述燃气导管上设置有三角支架，所述三角支架设置在燃烧室上，所述燃烧室的两端分别为燃烧室入口端和燃烧室出口端，所述烧嘴芯设置在燃烧室入口端，所述燃烧室出口端与筒状内腔出口配合。

进一步地，所述燃烧室包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室和第二腔室之间设置有收缩段；所述第一腔室的外壁设置有多个球状凸起，所述球状凸起与内筒体配合；所述燃烧室出口端的外壁设置有多个条状凸起，所述条状凸起与筒状内腔出口配合；所述第二腔室的侧壁设置有二次风孔。

进一步地，所述烧嘴芯上设置有外环风孔、内环风孔和气帽。

进一步地，所述气帽上设置有内腔，以及与内腔连通的径向喷孔和轴向喷孔，所述内腔与燃气导管出口端连通。

相比现有技术，本实用新型具有以下优点：该换热器的材质为高温合金或碳化硅、并采用3D打印成型，在换热器的外部设置螺旋状外凸台，并在相邻外凸台之间形成沟槽，进而可使得沟槽也呈螺旋状设置，可使得烟气经沟槽进入烟气腔体，烟气在沟槽内流动时，烟气通过外凸台把热量交给凸台空腔内流动的助燃空气，最终烟气进入烟气腔体，并经烟气出口排出烧嘴，换热器有效换热面积大，换热路径大大增加，进而可提高换热效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例的高效低排放自身预热烧嘴的立体结构示意图。

图2是本实用新型实施例的高效低排放自身预热烧嘴的立体（剖面）结构示意图。

图3是本实用新型实施例的高效低排放自身预热烧嘴的主视（剖面）结构示意图。

图4是本实用新型实施例的高效低排放自身预热烧嘴的主视结构示意图。

图5是本实用新型实施例的换热器的主视结构示意图。

图6是本实用新型实施例的换热器的主视（剖面）结构示意图。

图7是本实用新型实施例的换热器的立体（剖面）结构示意图。

图8是本实用新型实施例的燃烧室的主视（剖面）结构示意图。

图9是本实用新型实施例的烧嘴芯（当y≥z＞1时）的右视结构示意图。

图10是本实用新型实施例的烧嘴芯（当y≥z＞1时）的立体结构示意图。

图11是本实用新型实施例的烧嘴芯（当z=1时）的立体结构示意图。

图12是本实用新型实施例的烧嘴芯（当y≥z＞1时）的主视结构示意图。

图13是本实用新型实施例的烧嘴芯（当z=1时）的主体结构示意图。

图中：壳体1、换热器2、端盖3、燃气导管4、燃烧室5、烧嘴芯6、三角支架7、电极8、

隔层10、保温层11、过渡法兰12、

空气腔体101、烟气腔体102、

空气入口101a、烟气出口102a、

过渡导管120、

内筒体21、外凸台22、换热器法兰23、

筒状内腔210、筒状内腔入口211、筒状内腔出口212、缺口213、

凸台空腔220、凸台空腔入口221、凸台空腔出口222、凸台入口段223、凸台中间段224、凸台出口段225、沟槽226、

燃气入口30、

燃气导管入口端41、燃气导管出口端42、

第一腔室501、第二腔室502、收缩段503、

燃烧室入口端51、燃烧室出口端52、球状凸起53、条状凸起54、二次风孔55、

外环风孔61、内环风孔62、气帽63、

内腔630、径向喷孔631、轴向喷孔632、管状喷嘴633。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例

参见图1至图13所示，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中若有引用如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实施例中的高效低排放自身预热烧嘴，包括壳体1、换热器2、端盖3、燃气导管4、燃烧室5、烧嘴芯6、三角支架7和电极8，该换热器2为一体式结构设置，换热器2的材质为高温合金或碳化硅、并采用3D打印成型。

本实施例中的壳体1通过隔层10分隔为空气腔体101和烟气腔体102，且壳体1上设置有空气入口101a和烟气出口102a，空气入口101a和烟气出口102a分别与空气腔体101和烟气腔体102连通。

本实施例中的换热器2包括内筒体21和外凸台22，外凸台22设置在内筒体21的外侧，内筒体21内设置有筒状内腔210，筒状内腔210的两端分别为筒状内腔入口211和筒状内腔出口212，外凸台22内设置有凸台空腔220，凸台空腔220的两端分别为凸台空腔入口221和凸台空腔出口222，筒状内腔出口212与凸台空腔出口222连通，内筒体21的侧壁上设置有缺口213，缺口213用于将筒状内腔210与凸台空腔220连通，缺口213呈长条形结构设置，缺口213的数量为w，其中w≥3，优选w为6个。

本实施例中的外凸台22由凸台入口段223、凸台中间段224和凸台出口段225构成，凸台入口段223呈扇环状结构设置，凸台中间段224呈螺旋状结构设置，凸台出口段225呈收缩状结构设置。

本实施例中的相邻两个外凸台22之间形成沟槽226，沟槽226的数量与外凸台22的数量相等；位于凸台入口段223的沟槽226呈梯形结构设置，位于凸台中间段224的沟槽226呈螺旋状结构设置，位于凸台出口段225的沟槽226呈收缩状结构设置。

本实施例中的外凸台22的数量为n，其中n≥3（作为优选，n=4，6，8），位于凸台中间段224的相邻两个外凸台22的间距为a，外凸台22的螺距为c, 其中c=na,外凸台22的螺旋角为ψ，其中 75°≥ψ≥15°（如图4所示，6个外凸台22中所填充同一种图案表示同一外凸台22），位于凸台中间段224的外凸台22的截面呈矩形结构设置，外凸台22的壁厚为b，其中6mm≥b≥3mm ，凸台空腔220的壁厚为s，其中s的取值范围一般为3～7mm。

本实施例中的烟气腔体102与位于凸台入口段223的沟槽226连通，烟气腔体102内设置有保温层11，壳体1上设置有过渡法兰12，电极8设置在端盖3上，过渡法兰12上设置有过渡导管120，过渡导管120与筒状内腔入口211连通，空气腔体101与凸台空腔入口221连通。

本实施例中的换热器2通过换热器法兰23设置在壳体1上，燃气导管4和燃烧室5均设置在内筒体21内，且燃烧室5位于筒状内腔出口212，电极8与烧嘴芯6贯穿，且烧嘴芯6和电极8的一端均位于燃烧室5内。

本实施例中的燃气导管4上设置有三角支架7，三角支架7设置在燃烧室5上，燃烧室5的两端分别为燃烧室入口端51和燃烧室出口端52，燃气导管4的两端分别为燃气导管入口端41和燃气导管出口端42，燃气导管入口端41与端盖3上的燃气入口30连通，燃气导管出口端42与烧嘴芯6连接，烧嘴芯6设置在燃烧室入口端51，燃烧室出口端52与筒状内腔出口212配合。

本实施例中的燃烧室5包括第一腔室501和第二腔室502，第一腔室501和第二腔室502之间设置有收缩段503，第一腔室501的最大直径为D1，收缩段503的最小直径为D2，第二腔室502的最大直径为D3，燃烧室出口端52的直径为D4，其中3D4≥D1≥2D4，0.8D1≥D2≥D4，D1≥D3≥1.5D4；第一腔室501的外壁设置有多个球状凸起53，球状凸起53与内筒体21配合；燃烧室出口端52的外壁设置有多个条状凸起54，条状凸起54与筒状内腔出口212配合；第二腔室502的侧壁设置有二次风孔55，二次风孔55的数量为e，其中e≥3，二次风孔55的轴线与燃烧室5的轴线所组成的夹角为θ，其中75°≥θ≥0°。

本实施例中的烧嘴芯6上设置有外环风孔61、内环风孔62和气帽63，外环风孔61的数量为m，其中m≥8，数量为m的外环风孔61呈圆周阵列排布，且其所在圆直径为D，内环风孔62的数量为x，其中x=m/2-1；外环风孔61的入口中心至出口中心沿其所在圆逆时针偏转角度为β,偏转角度是指外环风孔61的入口中心与出口中心在同一面上的投影分别与气帽63的中心连线所形成的夹角，其中20°≥β≥0°,内环风孔62的轴线与烧嘴芯6的轴线夹角为α，其中30°≥α≥0°。

本实施例中的气帽63上设置有内腔630，以及与内腔630连通的径向喷孔631和轴向喷孔632，内腔630与燃气导管出口端42连通，径向喷孔631的数量为y，其中y=m/2，轴向喷孔632数量为z，其中y≥z≥1，当z=1时，轴向喷孔632的轴线与气帽63的轴线重合，轴向喷孔632与管状喷嘴633连接，管状喷嘴633的内径为d，气帽63的长度为l，其中D≥l≥2d。

本实施例中的高效低排放自身预热烧嘴的工作方法如下：

A）当加热空间的温度低于燃料燃点时（例如天然气780℃），助燃空气通过空气入口101a进入空气腔体101，经凸台空腔入口221进入凸台空腔220，一部分助燃空气经过缺口213、外环风孔61、内环风孔62进入第一腔室501，另一部分助燃空气经凸台空腔出口222分为两路,一路由二次风孔55进入第二腔室502,另一路由条状凸起54与筒状内腔出口212之间进入加热空间；燃气由燃气入口30进入燃气导管入口端41,经燃气导管出口端42进入内腔630，其中一部分燃气由径向喷孔631进入第一腔室501，进入第一腔室501的一部分助燃空气与一部分燃气混合，通过电极8引燃，燃烧产物和另一部分由轴向喷孔632喷出的燃气进入第二腔室502,与经二次风孔55进入的空气继续混合燃烧，经燃烧室出口端52喷入加热空间，并和条状凸起54与筒状内腔出口212之间喷入加热空间的助燃空气再次混合燃烧，并形成稳定火焰，同时高速喷出的强烈火焰卷吸加热空间的烟气一同混合，进一步降低火焰温度（通过助燃空气多次和燃气两次分级提供，降低燃烧室5内氧浓度，延长燃烧时间，降低燃烧室5内燃烧强度，燃烧产物强制回流稀释进一步降低火焰温度实现低NOx排放），同时烟气经沟槽226进入烟气腔体102，烟气在沟槽226内流动时，烟气通过外凸台22把热量交给凸台空腔220内流动的助燃空气，最终烟气进入烟气腔体102，并经烟气出口102a排出烧嘴；

B）当加热空间的温度高于燃料燃点时（例如天然气780℃），助燃空气通过空气入口101a进入空气腔体101，经凸台空腔入口221进入凸台空腔220，一部分助燃空气经过缺口213、外环风孔61、内环风孔62进入第一腔室501，另一部分助燃空气经凸台空腔出口222分为两路,一路由二次风孔55进入第二腔室502, 另一路由条状凸起54与筒状内腔出口212之间进入加热空间；燃气由燃气入口30进入燃气导管入口端41,经燃气导管出口端42进入内腔630，其中一部分燃气由径向喷孔631进入第一腔室501与进入第一腔室501的一部分助燃空气混合，并和轴向喷孔632喷出的燃气进入第二腔室502,再与经二次风孔55进入第二腔室502的空气继续混合，经燃烧室出口端52喷入加热空间，并和条状凸起54与筒状内腔出口212之间喷入加热空间的助燃空气再次混合燃烧，在高温作用下，形成无明显火焰的扩散燃烧，（通过无焰实现超低NOx排放），同时烟气经沟槽226进入烟气腔体102，烟气在烟气腔体102内流动时，烟气通过外凸台22把热量交给凸台空腔220内流动的助燃空气，最终烟气进入烟气腔体102，并经烟气出口102a排出烧嘴。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种换热器，其特征在于：包括内筒体（21）和外凸台（22），所述外凸台（22）设置在内筒体（21）的外侧，所述内筒体（21）内设置有筒状内腔（210），所述筒状内腔（210）的两端分别为筒状内腔入口（211）和筒状内腔出口（212），所述外凸台（22）内设置有凸台空腔（220），所述凸台空腔（220）的两端分别为凸台空腔入口（221）和凸台空腔出口（222），所述筒状内腔出口（212）与凸台空腔出口（222）连通，所述内筒体（21）的侧壁上设置有缺口（213），所述缺口（213）用于将筒状内腔（210）与凸台空腔（220）连通。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于：所述外凸台（22）由凸台入口段（223）、凸台中间段（224）和凸台出口段（225）构成，所述凸台入口段（223）呈扇环状结构设置，所述凸台中间段（224）呈螺旋状结构设置，所述凸台出口段（225）呈收缩状结构设置。

3.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于：相邻两个外凸台（22）之间形成沟槽（226），所述沟槽（226）的数量与外凸台（22）的数量相等。

4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于：所述外凸台（22）的数量为n，其中n≥3，位于凸台中间段（224）的相邻两个外凸台（22）的间距为a，所述外凸台（22）的螺距为c, 其中c=na, 所述外凸台（22）的螺旋角为ψ，其中 75°≥ψ≥15°。

5.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于：该换热器为一体式结构设置，所述换热器的材质为高温合金或碳化硅、并采用3D打印成型。

6.一种高效低排放自身预热烧嘴，包括壳体（1）、端盖（3）、燃气导管（4）和电极（8），所述壳体（1）通过隔层（10）分隔为空气腔体（101）和烟气腔体（102），且壳体（1）上设置有空气入口（101a）和烟气出口（102a），所述空气入口（101a）和烟气出口（102a）分别与空气腔体（101）和烟气腔体（102）连通，所述烟气腔体（102）与位于凸台入口段（223）的沟槽（226）连通，所述烟气腔体（102）内设置有保温层（11），所述壳体（1）上设置有过渡法兰（12），所述电极（8）设置在端盖（3）上，其特征在于：还包括燃烧室（5）和烧嘴芯（6）、以及如权利要求1-5中任意一项权利要求所述的换热器（2），所述过渡法兰（12）上设置有过渡导管（120），所述过渡导管（120）与筒状内腔入口（211）连通，所述空气腔体（101）与凸台空腔入口（221）连通，所述换热器（2）通过换热器法兰（23）设置在壳体（1）上，所述燃气导管（4）和燃烧室（5）均设置在内筒体（21）内，且燃烧室（5）位于筒状内腔出口（212），所述电极（8）与烧嘴芯（6）贯穿，且烧嘴芯（6）和电极（8）的一端均位于燃烧室（5）内，所述燃气导管（4）的两端分别为燃气导管入口端（41）和燃气导管出口端（42），所述燃气导管入口端（41）与端盖（3）上的燃气入口（30）连通，所述燃气导管出口端（42）与烧嘴芯（6）连接。

7.根据权利要求6所述的高效低排放自身预热烧嘴，其特征在于：所述燃气导管（4）上设置有三角支架（7），所述三角支架（7）设置在燃烧室（5）上，所述燃烧室（5）的两端分别为燃烧室入口端（51）和燃烧室出口端（52），所述烧嘴芯（6）设置在燃烧室入口端（51），所述燃烧室出口端（52）与筒状内腔出口（212）配合。

8.根据权利要求7所述的高效低排放自身预热烧嘴，其特征在于：所述燃烧室（5）包括第一腔室（501）和第二腔室（502），所述第一腔室（501）和第二腔室（502）之间设置有收缩段（503）；所述第一腔室（501）的外壁设置有多个球状凸起（53），所述球状凸起（53）与内筒体（21）配合；所述燃烧室出口端（52）的外壁设置有多个条状凸起（54），所述条状凸起（54）与筒状内腔出口（212）配合；所述第二腔室（502）的侧壁设置有二次风孔（55）。

9.根据权利要求6所述的高效低排放自身预热烧嘴，其特征在于：所述烧嘴芯（6）上设置有外环风孔（61）、内环风孔（62）和气帽（63）。

10.根据权利要求9所述的高效低排放自身预热烧嘴，其特征在于：所述气帽（63）上设置有内腔（630），以及与内腔（630）连通的径向喷孔（631）和轴向喷孔（632），所述内腔（630）与燃气导管出口端（42）连通。