CN111322889A - 管束式换热管、自身预热式烧嘴及换热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自身预热式烧嘴管束式换热管、自身预热式烧嘴及提高自身预热式烧嘴换热效率的换热方法，所述自身预热式烧嘴管束式换热管包括外管和内管，内管一端伸出外管外，另一端伸入外管内，内管由内管内管口、内管管壁和内管外管口组成，内管内管口位于外管内，外管由外管管底、外管管壁和外管管口组成，内管内管口与外管管底之间设置有间隙，内管、内管与外管之间围成流体运行通道。本发明增大了烟气与助燃空气的换热面积，实现高效热回收。

Description

管束式换热管、自身预热式烧嘴及换热方法

技术领域

本发明涉及一种自身预热式烧嘴管束式换热管、自身预热式烧嘴及提高自身预热式烧嘴换热效率的换热方法。

背景技术

天然气是一种不可再生清洁能源，随着人类工业化过程的加速，对天然气的需求量越来越大，如何提高天然气的热能利用效率成为一项紧迫的课题。在明火加热领域，传统的翅片式自身预热烧嘴由于换热面积有限，热回收能力有限，尤其在低温炉窑上，由于炉膛温度低，传统的自身预热式烧嘴更难实现高效热回收。

上述背景技术是为了便于理解本发明，并非是申请本发明之前已向普通公众公开的公知技术。

发明内容

基于上述问题，一方面，本发明为了提高自身预热式烧嘴的热回收效率，提供一种自身预热式烧嘴管束式换热管，该自身预热式烧嘴管束式换热管用于自身预热式烧嘴内，增大了烟气与助燃空气的换热面积，实现高效热回收。

技术方案是：一种自身预热式烧嘴管束式换热管，所述自身预热式烧嘴管束式换热管包括外管和内管，内管一端伸出外管外，另一端伸入外管内，内管由内管内管口、内管管壁和内管外管口组成，内管内管口位于外管内，外管由外管管底、外管管壁和外管管口组成，内管内管口与外管管底之间设置有间隙，内管、内管与外管之间围成流体运行通道。

作为优选，所述内管通过连接件与外管连接。

作为优选，所述内管为不锈钢内管，外管为不锈钢外管。

作为优选，所述内管管壁厚度≦2mm，外管管壁厚度≦2mm。

一方面，本发明还提供一种自身预热式烧嘴。

技术方案是：一种自身预热式烧嘴，烧嘴内主体、火焰喷出口、喷头、点火棒、燃气通道和助燃空气进入通道，烧嘴内主体围成内腔体，喷头位于内腔体内，火焰喷出口连接在烧嘴内主体一端，喷头临近火焰喷出口，所述自身预热式烧嘴还包括烧嘴外主体，烧嘴内主体位于烧嘴外主体内，烧嘴外主体围成外腔体，外腔体内还隔有冷助燃空气汇集腔和热助燃空气汇集腔，冷助燃空气汇集腔和热助燃空气汇集腔位于内腔体外，远离火焰喷出口的位置，冷助燃空气汇集腔和热助燃空气汇集腔相互隔离，冷助燃空气汇集腔与助燃空气进入通道连通，燃气通道穿过冷助燃空气汇集腔和热助燃空气汇集腔进入内腔体并向喷头延伸并穿过喷头，点火棒穿过冷助燃空气汇集腔和热助燃空气汇集腔进入内腔体并向喷头延伸并穿过喷头，热助燃空气汇集腔与内腔体相通。

作为优选，所述自身预热式烧嘴还包括管束式换热器，该管束式换热器由上述的自身预热式烧嘴管束式换热管组成，每根自身预热式烧嘴管束式换热管的内管外管口与冷助燃空气汇集腔连通，外管管口与热助燃空气汇集腔连通。

作为优选，所述自身预热式烧嘴还包括火焰检测离子棒。

作为优选，所述自身预热式烧嘴还包括烟气排放口，烟气排放口设置在烧嘴主体，烟气排放口临近热助燃空气汇集腔。

作为优选，所述若干自身预热式烧嘴管束式换热管位于烧嘴外主体与烧嘴内主体之间，围绕烧嘴内主体环形排列。

作为优选，所述自身预热式烧嘴还包括热空气导向管，热空气导向管位于内腔体内，一端与热助燃空气汇集腔连通，另一端向喷头延伸，与内腔体相通。

一方面，本发明还提供一种提高自身预热式烧嘴换热效率的换热方法。

技术方案是：一种提高自身预热式烧嘴换热效率的换热方法，该方法将上述的自身预热式烧嘴管束式换热管设置在烧嘴内作为助燃空气与高温烟气之间的换热原件，有效增大了自身预热式烧嘴使用时的换热面积。

本发明的原理及有益效果在于：

本发明发明人经研究发现，传统自身预热式烧嘴的肋片式换热器由于采用单管+内外肋片的换热方式，其增大换热面积的方式是通过在单管上增加肋片，增加的换热面积有限，同时考虑到肋片传热的温度梯度，增大的有效传热面积就更小，同时，传统的肋片式换热器都是铸造结构，自身较重，该制作工艺及设备强度要求决定了换热器的壁厚较厚，一般都在5mm左右，较厚的壁厚一方面增加了换热器的重量，同时也不同程度地增大了传热阻力，降低了换热效率。

本发明通过采用紧密捆绑在一起的薄壁不锈钢管束(大管套小管)(管壁厚度一般不超过2mm)作为换热元件，并冷助燃空气汇集腔和热助燃空气汇集腔，有效增大了换热面积，管壁较薄，对于同样大小的自身预热式烧嘴，大大提高了热回收效率，降低了能耗。

附图说明

图1是本发明自身预热式烧嘴管束式换热管结构示意图；

图2是本发明自身预热式烧嘴整体结构示意图；

图3是本发明图2A-A向示意图；

图4为本发明自身预热式烧嘴管束式换热管1内空气的流向示意图；

图5为本发明自身预热式烧嘴内各流体流向示意图

图中附图标记为：自身预热式烧嘴管束式换热管1，烟气排放口2，冷助燃空气汇集腔3，点火棒4，燃气通道5，火焰检测离子棒6，助燃空气进入通道7，热助燃空气汇集腔8，热空气导向管9，内管外管口11，外管管口12，外管管壁13，间隙14，连接件15，内管内管口16，外管管底17，流体运行通道18，内管管壁19，烧嘴外主体21，喷头22，火焰喷出口23，外腔体24，烧嘴内主体25，内腔体26。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种自身预热式烧嘴管束式换热管，图1为本发明提供的一种自身预热式烧嘴管束式换热管的整体结构示意图。

一种自身预热式烧嘴管束式换热管1，包括外管和内管，内管一端伸出外管外，另一端伸入外管内，内管由内管内管口16、内管管壁19和内管外管口11组成，内管内管口16位于外管内，外管由外管管底17、外管管壁13和外管管口12组成，内管内管口16与外管管底17之间设置有间隙14，内管、内管与外管之间围成流体运行通道18。

在本发明的一个可选实施例中，内管通过连接件15与外管连接，连接件15一方面起连接作用，另一方面增加内外管之间的换热面积。

在本发明的一个可选实施例中，内管和外管均采用导热系数大且耐高温的金属材料制成，优选不锈钢，不锈钢一方面导热系数较高，另一方面可以耐高温，而且还可以防止氧化，保证导热效果稳定。

在本发明的一个可选实施例中，为增大热传导效率，内管管壁19厚度≦2mm，外管管壁13厚度≦2mm。

本发明自身预热式烧嘴管束式换热管1由于采用的是外管套内管的方式，不需要如传统的肋片式换热器因其制作工艺及设备的限定而导致其壁厚较厚一样，因此本发明自身预热式烧嘴管束式换热管1的可以壁厚做的较薄，因此有利于热传导。

基于上述实施例的自身预热式烧嘴管束式换热管1，本发明提供一种自身预热式烧嘴，图2为本发明提供的一种自身预热式烧嘴整体结构示意图，图3为图2的A-A向示意图。

一种自身预热式烧嘴，包括烧嘴外主体21、烧嘴内主体25、火焰喷出口23、喷头22、点火棒4、燃气通道5和助燃空气进入通道7，烧嘴内主体25位于烧嘴外主体21内，烧嘴外主体21围成外腔体24，烧嘴内主体25围成内腔体26，喷头22位于内腔体24内，火焰喷出口23连接在烧嘴内主体25一端，喷头22临近火焰喷出口23，外腔体24内还隔有冷助燃空气汇集腔3和热助燃空气汇集腔8，冷助燃空气汇集腔3和热助燃空气汇集腔8位于内腔体26外，远离火焰喷出口23的位置，冷助燃空气汇集腔3和热助燃空气汇集腔8相互隔离，冷助燃空气汇集腔3与助燃空气进入通道7连通，燃气通道5穿过冷助燃空气汇集腔3和热助燃空气汇集腔8进入内腔体24并向喷头22延伸并穿过喷头22，点火棒4穿过冷助燃空气汇集腔3和热助燃空气汇集腔8进入内腔体24并向喷头22延伸并穿过喷头22，热助燃空气汇集腔8与内腔体26相通。通过烧嘴外主体21及冷助燃空气汇集腔3和热助燃空气汇集腔8的设置，利于炉膛烟气的温度，将冷助燃空气加热成热助燃空气，充分利用了系统产生的能量，减少了整个系统的能耗。

在本发明的一个可选实施例中，自身预热式烧嘴还包括管束式换热器，该管束式换热器由若干上述实施例的自身预热式烧嘴管束式换热管1组成，每根自身预热式烧嘴管束式换热管1的内管外管口11与冷助燃空气汇集腔3连通，外管管口12与热助燃空气汇集腔8连通。

在本发明的一个可选实施例中，自身预热式烧嘴还包括火焰检测离子棒6。

在本发明的一个可选实施例中，自身预热式烧嘴还包括烟气排放口2，烟气排放口2设置在烧嘴主体25，烟气排放口2临近热助燃空气汇集腔8，通过烟气排放口2的烟气排放，加速热交换，提高热效率。

在本发明的一个可选实施例中，若干自身预热式烧嘴管束式换热管1位于烧嘴外主体21与烧嘴内主体25之间，围绕烧嘴内主体25环形排列。

在本发明的一个可选实施例中，自身预热式烧嘴还包括热空气导向管9，热空气导向管9位于内腔体24内，一端与热助燃空气汇集腔8连通，另一端向喷头22延伸。

工作原理如下：

炉膛烟气在压力梯度作用下从管束之间均匀通过，然后通过烟气排放口排出进入烟道。管束中的每一支薄壁外钢管内均插入了一只薄壁内钢管，冷的助燃空气经冷助燃空气汇集腔3从内钢管进入，然后在末端折返回内钢管与外钢管之间的环形通道，助燃空气在通过该环形通道时通过外钢管的管壁与高温烟气进行充分热交换，助燃空气温度升高后进入热助燃空气汇集腔8然后进入喷头22与燃气混合并燃烧，高温烟气将热量传递给助燃空气后温度降低，然后从烟气排放口2排出。

本发明中，使用自身预热式烧嘴管束式换热管1作为助燃空气与高温烟气之间的换热原件，有效增大换热器面积。

本发明中，每根自身预热式烧嘴管束式换热管1采用内管与外管型式，一方面延长助燃空气流程，提高热效率，另一方面助燃空气通过内外管之间的环形截面时，空气层变薄，流速提高，与高温烟气换热更充分，更加有利于热回收。

本发明中，高温烟气通过管束之间的空隙，扩大了高温烟气与助燃空气的接触面积，增强了传热，提高了效率。

图4为本发明自身预热式烧嘴管束式换热管1内空气的流向示意图。

图5为本发明自身预热式烧嘴内各流体流向示意图。

从图4和图5中可以看出，本发明通过采用紧密捆绑在一起的薄壁不锈钢管束(大管套小管)(管壁厚度一般不超过2mm)作为换热元件，并冷助燃空气汇集腔和热助燃空气汇集腔，有效增大了换热面积，管壁较薄，对于同样大小的自身预热式烧嘴，大大提高了热回收效率，降低了能耗。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自身预热式烧嘴管束式换热管，其特征在于：所述自身预热式烧嘴管束式换热管包括外管和内管，内管一端伸出外管外，另一端伸入外管内，内管由内管内管口、内管管壁和内管外管口组成，内管内管口位于外管内，外管由外管管底、外管管壁和外管管口组成，内管内管口与外管管底之间设置有间隙，内管、内管与外管之间围成流体运行通道。

2.根据权利要求1所述的自身预热式烧嘴管束式换热管，其特征在于：所述内管通过连接件与外管连接。

3.根据权利要求1所述的自身预热式烧嘴管束式换热管，其特征在于：所述内管为不锈钢内管，外管为不锈钢外管，内管管壁厚度≦2mm，外管管壁厚度≦2mm。

4.一种自身预热式烧嘴，烧嘴内主体、火焰喷出口、喷头、点火棒、燃气通道和助燃空气进入通道，烧嘴内主体围成内腔体，喷头位于内腔体内，火焰喷出口连接在烧嘴内主体一端，喷头临近火焰喷出口，其特征在于：所述自身预热式烧嘴还包括烧嘴外主体，烧嘴内主体位于烧嘴外主体内，烧嘴外主体围成外腔体，外腔体内还隔有冷助燃空气汇集腔和热助燃空气汇集腔，冷助燃空气汇集腔和热助燃空气汇集腔位于内腔体外，远离火焰喷出口的位置，冷助燃空气汇集腔和热助燃空气汇集腔相互隔离，冷助燃空气汇集腔与助燃空气进入通道连通，燃气通道穿过冷助燃空气汇集腔和热助燃空气汇集腔进入内腔体并向喷头延伸并穿过喷头，点火棒穿过冷助燃空气汇集腔和热助燃空气汇集腔进入内腔体并向喷头延伸并穿过喷头，热助燃空气汇集腔与内腔体相通。

5.根据权利要求4所述的自身预热式烧嘴，其特征在于：所述自身预热式烧嘴还包括管束式换热器，该管束式换热器由若干权利要求1-3任一所述的自身预热式烧嘴管束式换热管组成，每根自身预热式烧嘴管束式换热管的内管外管口与冷助燃空气汇集腔连通，外管管口与热助燃空气汇集腔连通。

6.根据权利要求4所述的自身预热式烧嘴，其特征在于：所述自身预热式烧嘴还包括火焰检测离子棒。

7.根据权利要求4所述的自身预热式烧嘴，其特征在于：所述自身预热式烧嘴还包括烟气排放口，烟气排放口设置在烧嘴主体，烟气排放口临近热助燃空气汇集腔。

8.根据权利要求4所述的自身预热式烧嘴，其特征在于：所述若干自身预热式烧嘴管束式换热管位于烧嘴外主体与烧嘴内主体之间，围绕烧嘴内主体环形排列。

9.根据权利要求4所述的自身预热式烧嘴，其特征在于：所述自身预热式烧嘴还包括热空气导向管，热空气导向管位于内腔体内，一端与热助燃空气汇集腔连通，另一端向喷头延伸，与内腔体相通。

10.一种提高自身预热式烧嘴换热效率的方法，其特征在于：该方法将权利要求1-3任一所述的自身预热式烧嘴管束式换热管设置在烧嘴内作为助燃空气与高温烟气之间的换热原件。

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