CN105299645A - 逆向燃气辐射方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对物料进行干燥加工的逆向红外辐射加工方法，以燃气引射方式将助燃空气流注入所述空气流入口，燃气和助燃空气形成预混燃气，以点火器点燃进行燃烧，吹入冷却风对引射管和燃烧部的外侧壁持续冷却，物料通过燃烧部下方的辐射区，接受预燃混合气燃烧产生的辐射，达成加热干燥；本发明实现逆向燃气的红外辐射器，同时又降低了燃烧速度，适用于低温加热干燥的物料，达到节能减排的效果。
Description
技术领域
本发明涉及工业加热，干燥领域，具体来说涉及一种实现逆向燃气产生红外线辐射对物料加热干燥的辐射加工方法。
背景技术
利用红外线对大分子水团共振裂化的热效应原理，以红外线辐射对于物料进行蒸干加工，是目前工业加热领域中的常用技术。这种技术相对空气对流干燥具有能耗低，干燥质量好的优点。
实践中，红外线辐射的产生方法主要分为：电热陶瓷板辐射和电热红外灯管两种方式。两者均采用电能转化为热能二次加热红外辐射载体。其中，电热红外灯管存在容易短路，破损和成本高昂的缺陷；而电热辐射需要通过化学反应转化电能，再二次消耗电能转化为热辐射，能量经多次转换造成更多的能耗。
以电热辐射产生1万大卡热量，所耗电能约需花费12元（按每度电1元计算）。而如改以采用燃气直接生成热辐射的工作方式，产生1万大卡热量所消耗液化石油（按每公斤6.6元计算）仅需约6元。显然，以燃气方式生成热辐射更为经济。
现有技术领域中，燃气红外线辐射发生器主要包括：红外线辐射源由下向上辐射物料的正向辐射燃烧器和红外线由辐射源自左右侧向辐射物料的侧向辐射燃烧器。而鲜有辐射源由上而下辐射物料的逆向燃气红外线辐射器。实践中，通常将待加工物料平躺的放置在加工传送带上，以传送方式通过加热工作区域接受辐射燃烧器的加热去湿。
对红外线自辐射源由下向上辐射物料的正向燃气红外辐射器来说：辐射源和待加工物料之间阻隔有传送带，传送带承受红外线的直接辐射，待加工物料隔着传送带间接承受辐射，无法实现红外线直接辐射，加热干燥效率偏低；而对红外线自辐射源由侧面横向辐射物料的燃气红外辐射器来说：物料远离辐射源，加热干燥效果不理想。
设计一种辐射源由上而下辐射物料的逆向燃气红外线辐射器能够解决上述两个技术缺陷。但是，设计逆向燃气红外线辐射器需要解决两个技术问题：1.逆向燃烧将导致预混燃气从燃烧板上方灌入，如何控制预混燃气的输入速度和燃烧速度的平衡；2.如何抑制热量向上传导，控制燃气红外辐射器的温度防止预混燃气在燃烧板内侧点燃而爆炸。
现有技术中的逆向红外线辐射器采用机械进风方式，以大功率鼓风机不断由上至下鼓入空气流，空气流带动燃气在燃烧面燃烧，以火焰加热金属网，使金属网发射红外波。鼓风机鼓入的空气流一方面和燃气混合，形成预混燃气，另一方面从内部冷却逆向燃气红外辐射器的金属壁，防止金属壁温度过高再辐射器内部点燃预混燃气产生爆炸。为保证冷却效果，鼓入的空气流必须具备较快的流速。
这种技术方案存在如下所述的负作用：1.气流输入的速度远远大于燃烧的速度，燃气和空气的混合比难以掌握，造成燃烧不完全，燃气消耗量很大；2.燃烧器功率居高不下，对需低温加热干燥的物料不适用。3.红外线辐射源是被加热的金属网，造成红外辐射不均匀。
另外，现有技术中，用吹嘴沿水平面方向朝辐射区吹入干燥气流，以达到将燃气燃烧后产生的废气以及加热工件表面蒸腾的水蒸气吹离辐射区的技术效果。
由辐射逆二次方定律，辐射体点状光源辐射线的辐射强度与辐射距离的平方成反比，辐射能在空间扩展呈球状。横向吹入的空气流对高温干球辐射场的破坏很大，大幅削弱了辐射效果。
如何设计一种既支持逆向燃气的红外线辐射器，同时又降低燃烧速度，适用于需低温加热干燥的物料，且能达到节能减排效果的逆向红外线辐射燃烧器，并通过使用这种逆向燃气红外线辐射器实现一种辐射加工的方法，是本领域技术人员应该发挥开创性思考的工作。另外，如何减少横向干燥气流对辐射场的辐射效果的干扰同样必须加以考虑。
发明内容
本发明提供一种使用逆向红外线辐射发生器对物料加热干燥的辐射加工方法，旨在解决上述问题。
本发明为解决上述技术中存在的技术问题，采用的具体技术方案是：
一种使用逆向红外线辐射发生器对物料加热干燥的辐射加工方法，所述逆向红外线辐射发生器包括入射口，引射管，燃烧部，所述入射口包括燃气注入口和空气流入口；
其特征在于，具体包括下述步骤：
A．燃气以小功率燃气喷嘴喷射入燃气注入口，助燃空气流由所述燃烧气体产生的空气活塞效应产生负压引流，注入所述空气流入口；
B．燃气和助燃空气在所述引射管中增压混合形成预混燃气；
C．预混燃气进入所述燃烧部，在所述燃烧部以点火器点燃进行燃烧；
D．吹入冷却风对所述引射管和所述燃烧部的外侧壁进行持续冷却；
E．在燃烧部下沿设置聚热挡板，以所述聚热挡板阻挡未完全燃烧的预混燃气流动到辐射发生器燃烧部金属外壳边沿燃烧；
F．物料通过燃烧部下方的辐射区，接受预燃混合气燃烧产生的辐射，达成加热干燥。
采用上述技术方案的技术效果在于：以小功率的燃气喷嘴喷射燃气自燃气注入口进入引射管，燃气撞击引射管管内壁形成伽马角，由空气活塞效应形成负压区，由此，对入射口边沿空气形成负压引流效应，形成引射空气流，自入射口空气流入口导入引射管，属于燃气引射的进风方式而非鼓风带动燃气进风的机械进风方式，气流鼓入的速度远远小于现有技术机械鼓风产生的气流输入速度，降低燃烧速度，解决燃烧不完全的问题。同时，鼓风机对引射管，燃烧部和辐射部外部持续鼓吹冷却风，抑制燃烧部热量向上传导导致的燃气红外辐射器内部温度过高，杜绝了燃气红外辐射器金属壁温度过高点燃预混燃气而发生爆炸的隐患。燃烧部下沿设有聚热挡板，防止未完全燃烧的混合燃气直接在辐射发生器金属外壳边沿燃烧造成金属壳温度过高。
进一步的改进方案是：步骤A中入射口的燃气注入口小功率燃器喷嘴端气压优选为2.8-3千帕斯卡。
采用上述技术方案：限定了预混可燃气的输入速度，使辐射发生器的功率满足对低温加热干燥的物料的加工环境。
进一步的改进方案是：步骤B所述引射管包括散热片，所述散热片分布在所述引射管的外壁。
更进一步的改进方案是：步骤B所述引射管包括散热片，所述散热片外沿呈圆形薄片凸起，所述散热片均匀分布在入射管外壁。
通过采用上述技术方案：增大了引射管与鼓风机吹入的冷却风的接触面积，强化了引射管表面的冷却效果，保持引射管的温度稳定，维护燃气红外线辐射器工作安全。
进一步的改进方案是：步骤B所述引射部由上至下包括混合部与扩散部，所述混合部为垂直空心圆柱体，所述扩散部为垂直空心锥形柱体，在垂直方向与混合部之间有8°的向外倾斜角，步骤B所述燃气和助燃空气在所述引射管中增压混合形成预燃混合气后在所述引射管扩散部进行扩散。
通过采用上述技术方案：扩散部的截面积以较小幅度逐步扩大，助燃空气流和燃烧气在所述混合部实现混合压缩形成预混合燃气，并在扩散部进行第一次扩散。
进一步的改进方案是：逆向红外线辐射发生器还包括扩散仓，所述扩散仓位置介于所述引射管和所述燃烧部之间，所述扩散仓外壁由风机吹入冷却风持续冷却；步骤c所述预混燃气进入所述燃烧部之前在所述扩散仓进行扩散。
更进一步的改进方案是：所述扩散仓中包括分流板，所述分流板上设有分流孔，所述分流孔纵向贯穿所述分流板；步骤c所述预混燃气进入所述燃烧部之前在所述扩散仓进行扩散，尤其是在扩散仓中的分流板中进行扩散。
通过采用上述技术方案：引射管导入得预混燃气在扩散仓进行第二次扩散，在分流板中进行第三次扩散，使引射管末端充分混合的燃气和空气平均分布到燃烧部上，克服因燃烧气和助燃空气流因比重不同，从引射管进入扩散仓骤然扩散所产生的两种气体重新分流，浓度不均的技术问题，使燃烧部各个位置上燃烧平均，保证辐射部各个位置的辐射量保持基本一致，使燃烧辐射更为平均。
进一步的改进方案是：步骤C中燃烧部包括辐射燃烧陶瓷板，所述辐射燃烧陶瓷板上设有纵向贯通辐射燃烧陶瓷板的燃烧孔，预混燃气在所述辐射燃烧陶瓷板的燃烧孔中燃烧。
更进一步的改进方案是：所述燃烧孔在所述辐射燃烧陶瓷板上均匀分布，所述辐射燃烧陶瓷板的厚度为18mm，所述燃烧孔的孔径为1.37mm，所述燃烧孔分布密度每平方英寸不少于209个，步骤C中预燃混合气在所述辐射燃烧陶瓷板的燃烧孔中燃烧。
通过采用上述改进技术方案：辐射发生部位控制在燃气红外辐射器的陶瓷板上，相比于现有技术中以金属板作为辐射源，辐射分布更为稳定可控，分布更加均匀。陶瓷燃气红外线燃烧方式燃烧器燃烧时无可见火焰，具有节能、环保、安全、稳定的优点。
进一步的改进方案是：所述燃烧部底部还包括助燃网，所述助燃网位于所述辐射燃烧陶瓷板之下，所述助燃网与所述辐射燃烧陶瓷板，所述聚热挡板之间构成燃烧仓，所述助燃网上分布贯穿孔，步骤C中预混燃气在所述辐射燃烧陶瓷板的燃烧孔中燃烧，并在所述助燃网与所述辐射燃烧陶瓷板，所述聚热挡板之间构成的燃烧仓中进一步达到充分燃烧。
通过采用上述改进的技术方案：使还没有燃烧完全的预混燃气在高温的助燃网金属表面再一次被点燃，形成热空气上升，上升热气流和由上而下的输入气压达到动态平衡，剩余预混燃气滞留于燃烧仓中充分燃烧。从而实现预混燃气达到完全燃烧，使入射的预混合燃气的输入速度和总体燃烧速度达到平衡的技术效果。
进一步的改进方案是：所述燃烧部外壁设有冷却槽，所述冷却槽上端设有入风口，所述冷却槽下端设有引风口，所述引风口朝向地面，在垂直方向具有一个斜向角，步骤D所述风机吹入冷却风所述燃烧部的外侧壁进行持续吹风冷却步骤具体为风机自所述冷却槽入风口鼓入冷却气流，冷却气流由所述引风口自冷却槽排出。
更进一步的改进方案是：所述引风口在垂直方向的斜向角为60-65度。
采用上述技术方案：冷却槽引风口流出的空气流以斜向角度喷射到辐射区物料上，在辐射区边沿形成负压引流区，通过负压引流效应引导燃烧后的废气和物料表面的水蒸气向负压区方向吸出；同时，因为采用负压引流的方式祛除辐射区的燃烧废气和水蒸气，规避了传统对辐射区的吹风引流方式对辐射区高温干球温度场的破坏，使辐射效率最大化。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明的辐射发生器的总装主视图；
图3是本发明的辐射发生器的总装剖视图；
图4是本发明的辐射发生器的扩散部和燃烧部的局部剖视图；
图5是本发明的辐射发生器的引射部的剖视示意图；
图6是本发明的辐射发生器的入射口的俯视示意图；
图7是本发明的辐射发生器的辐射燃烧陶瓷板的俯视图。
附图标记与部件的对应关系如下：
1.入射口；2.引射管；3.扩散仓；4.燃烧部；11.燃气注入口；12.空气流入口；21.混合部；22.扩散部；23.散热片；31.分流板；32.分流孔；41.辐射燃烧陶瓷板；42.点火器；43.助燃网；44.燃烧仓；45.聚热挡板；5.冷却槽；51.入风口；52.引风口；6.金属扁担；
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步的描述。
如图1-7所示的实施例1：
一种逆向燃气红外辐射发生器，由上至下依次包括入射口1，引射管2，扩散仓3，燃烧部4；其中引射管2，扩散仓3，燃烧部4的外壁持续吹拂冷却风实现冷却。入射口1包括燃气注入口11和空气流入口12；引射管2外壁包括散热片23，散热片23均匀分布在所述引射管2的外壁。散热片23外沿呈圆形薄片凸起；所述引射管2内侧由上至下分别为混合部21与扩散部22，混合部21为垂直向空心圆柱体，扩散部22为垂直空心锥形柱体，扩散部22与混合部21之间有8°的向外倾斜角。引射管2的扩散部22向下连接扩散仓3，扩散仓3中设有分流板31，分流板31上设有分流孔32，分流孔32纵向贯穿分流板31，分流孔32孔径为1.4mm，所述分流孔32的孔间距为4.8mm，分流板31中间凸起边缘扁平的半球形，所述分流板31边缘厚度为1mm，所述分流板31凸起部分厚度为9mm。分流板31的材质选择不锈钢309s；分流板31正下方为辐射燃烧陶瓷板41，辐射燃烧陶瓷板41上设有纵向贯通辐射燃烧陶瓷板的燃烧孔，燃烧孔在辐射燃烧陶瓷板41上均匀分布，辐射燃烧陶瓷板41厚度为18mm，燃烧孔孔径为1.37mm，燃烧孔分布密度每平方英寸210个；燃烧部4底部包括助燃网43，所述助燃网43上分布贯穿孔。助燃网43位于点火器42下方5mm。燃烧部4底部下沿设有聚热挡板45；燃烧部4外壁设有冷却槽5，该冷却槽5上端设有入风口51，冷却槽5下端设有引风口52，引风口52朝向地面，在垂直方向有一个65度斜向角。冷却槽5底部设有金属凸起延伸至所述辐射燃烧陶瓷板41底部边沿，所述辐射燃烧陶瓷板41由燃烧部4顶侧金属壁以及所述冷却槽5金属凸起共同夹紧，辐射发生器还包括金属扁担6，所述冷却槽两侧分别连接金属扁担6的两端，所述金属扁担6以螺栓连接于扩散仓3顶部金属外壁。
实践中，罐装天然气经三段减压从燃气喷嘴自燃气注入口11喷射入逆向红外线辐射发生器，燃气喷嘴端的气压控制为3千帕斯卡。活塞效应下，在喷嘴朝向两侧形成负压区，引流入射口周围空气自入射口的空气流入口12灌入逆向红外线辐射发生器的引射管2。空气流和天然气流在引射管混合部21压缩形成预混燃气，预混燃气在引射管2的扩散部22进行第一阶段扩散；预混燃气由引射管2的扩散部22进入扩散仓3，在扩散仓3上段空间进行第二阶段扩散，沉降在分流板31上通过分流孔形成第三段扩散，均匀进入分流板下陶瓷燃烧板41的燃烧孔中，点火器42点燃陶瓷燃烧板41，测得预混燃气在燃烧孔下端2-3cm处无焰燃烧。没有完全燃烧的混合燃气在高温的助燃网43金属表面再一次被点燃，随上升热气流和由上而下的输入气流达到动态平衡，滞留于燃烧仓44中完全燃烧，使入射的预混合燃气的输入速度和总体燃烧速度达到平衡，并向辐射区发射红外辐射。因燃烧产生的辐射发生器温度上行，鼓入冷却风对引射管，燃烧部外壁进行冷却。冷却风自燃烧部外壳的冷却槽5的入风口51进入，自冷却槽5的引风口52排出，在辐射部边沿形成负压空间，产生负压引流效果。驱使辐射区的燃烧废气和物料上的水蒸气向负压区移动，达成辐射区的排气循环效果。因为实现输入的预混燃气速度比现有技术慢的多，燃气燃烧非常完全，经检测，燃烧后空气中几乎没有一氧化碳和氮氧化物，达到节能减排的预期技术效果。
以上所述，仅是本发明的某一项实施例，本发明不受限于上述实施例的限制，凡依据本发明的技术实质对上述实施例所作的类似修改、变化与替换，仍属于本发明的技术方案的范围内。本发明的保护范围仅由权利要求书界定。
Claims (11)
1.一种使用逆向红外线辐射发生器对物料加热干燥的辐射加工方法，所述逆向红外线辐射发生器包括入射口，引射管，燃烧部，所述入射口包括燃气注入口和空气流入口；
其特征在于，具体包括下述步骤：
A．将燃气以小功率燃气喷嘴喷射入燃气注入口，助燃空气流由所述燃烧气体产生的空气活塞效应产生负压引流，注入所述空气流入口；
B．燃气和助燃空气在所述引射管中增压混合形成预混燃气；
C．预混燃气进入所述燃烧部，在所述燃烧部以点火器点燃进行燃烧；
D．吹入冷却风对所述引射管和所述燃烧部的外侧壁进行持续冷却；
E．在燃烧部下沿设置聚热挡板，以所述聚热挡板阻挡未完全燃烧的预混燃气流动到辐射发生器燃烧部金属外壳边沿燃烧；
F．物料通过燃烧部下方的辐射区，接受预燃混合气燃烧产生的辐射，达成加热干燥。
2.一种如权利要求1所述的辐射加工方法，其特征在于：步骤A中入射口的燃气注入口小功率燃器喷嘴端气压为2.8-3千帕斯卡。
3.一种如权利要求1所述的辐射加工方法，其特征在于：步骤B所述引射管包括散热片，所述散热片分布在所述引射管的外壁。
4.一种如权利要求3所述的辐射加工方法，其特征在于：步骤B所述引射管包括散热片，所述散热片外沿呈圆形薄片凸起，所述散热片均匀分布在入射管外壁。
5.一种如权利要求1所述的辐射加工方法，其特征在于：步骤B所述引射部由上至下包括混合部与扩散部，所述混合部为垂直空心圆柱体，所述扩散部为垂直空心锥形柱体，在垂直方向与混合部之间有8°的向外倾斜角，步骤B所述燃气和助燃空气在所述引射管中增压混合形成预燃混合气后在所述引射管扩散部进行扩散。
6.一种如权利要求1所述的辐射加工方法，其特征在于：逆向红外线辐射发生器还包括扩散仓，所述扩散仓位置介于所述引射管和所述燃烧部之间，所述扩散仓外壁吹入冷却风持续冷却；步骤c所述预混燃气进入所述燃烧部之前在所述扩散仓进行扩散。
7.一种如权利要求6所述的辐射加工方法，其特征在于：所述扩散仓中包括分流板，所述分流板上设有分流孔，所述分流孔纵向贯穿所述分流板；步骤c所述预混燃气进入所述燃烧部之前在所述扩散仓进行扩散，尤其是在扩散仓中的分流板中进行扩散。
8.一种如权利要求7所述的辐射加工方法，其特征在于：所述分流板为中间凸起边缘扁平的半球形，所述分流板边缘厚度为1mm，所述分流板凸起部分厚度为9mm，所述分流板底部截面直径为95mm；步骤c所述预燃混合气进入所述燃烧部之前在所述扩散仓进行扩散，尤其是在扩散仓中的分流板中进行扩散。
9.一种如权利要求1或6所述的辐射加工方法，其特征在于：步骤C中燃烧部包括辐射燃烧陶瓷板，所述辐射燃烧陶瓷板上设有纵向贯通辐射燃烧陶瓷板的燃烧孔，预混燃气在所述辐射燃烧陶瓷板的燃烧孔中燃烧。
10.一种如权利要求9所述的辐射加工方法，其特征在于：所述燃烧部底部还包括助燃网，所述助燃网位于所述辐射燃烧陶瓷板之下，所述助燃网与所述辐射燃烧陶瓷板，所述聚热挡板之间构成燃烧仓，所述助燃网上分布贯穿孔，步骤C中预混燃气在所述辐射燃烧陶瓷板的燃烧孔中燃烧，并在所述助燃网与所述辐射燃烧陶瓷板，所述聚热挡板之间构成的燃烧仓中进一步达到充分燃烧。
11.一种如权利要求1所述的辐射加工方法，其特征在于：所述燃烧部外壁设有冷却槽，所述冷却槽上端设有入风口，所述冷却槽下端设有引风口，所述引风口朝向地面，在垂直方向具有一个斜向角，步骤D所述风机吹入冷却风所述燃烧部的外侧壁进行持续吹风冷却步骤具体为风机自所述冷却槽入风口鼓入冷却气流，冷却气流由所述引风口自冷却槽排出，所述引风口在垂直方向的斜向角为60-65度。
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