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CN113531527A - 一种燃气辐射管的高效换热器及燃烧器 - Google Patents

一种燃气辐射管的高效换热器及燃烧器 Download PDF

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CN113531527A CN202110706957.8A CN202110706957A CN113531527A CN 113531527 A CN113531527 A CN 113531527A CN 202110706957 A CN202110706957 A CN 202110706957A CN 113531527 A CN113531527 A CN 113531527A
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陈鹏
李卫东
郝博
马光宇
徐伟
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张天赋
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Angang Steel Co Ltd
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Angang Steel Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种燃气辐射管的高效换热器，壳体的一端封闭另一端敞口，其封闭端设有助燃空气出口管，其敞口端延伸至U形辐射管的内部，壳体的中心设有同轴的中心空气换热管，中心空气换热管的一端与助燃空气出口管连接，另一端延伸至壳体的敞口端，并与封堵球冠贯通连接，封堵球冠上贯通连接若干个同心圆布置的换热细管，换热细管的进口端与壳体内的助燃空气进口端板连接，换热细管之间设有折流板，壳体上助燃空气进口端板的换热细管侧连接烟气排放管，助燃空气进口端板的另一侧连接助燃空气进口管，烟气排放管的对侧设有烟气回流装置与助燃空气出口管连接。增加有效换热面积，提高换热效率。

Description

一种燃气辐射管的高效换热器及燃烧器
技术领域
本发明涉及换热器技术领域，尤其涉及一种燃气辐射管的高效换热器及燃烧器。
背景技术
燃气辐射管加热器是利用辐射管烧嘴产生的高温烟气将辐射管加热，再利用辐射管将热量传递给产品，实现对产品的间接加热。随着产品质量和性能要求不断提高，辐射管间接加热技术在工业热处理炉领域越来越广泛的应用，在能源和环保的双重压力下，进一步提高辐射管燃烧效率，提高烟气余热回收能力，降低能耗，减少污染排放是辐射管加热器发展方向。
辐射管换热器是辐射管的重要部件之一，其作用是预热助燃空气，回收烟气余热，提高助燃空气温度，改善燃气燃烧状态，降低烟气排放温度。因此，换热器性能直接影响辐射管的热效率、产品加热质量以及节能减排效果。
目前国内外有对辐射管换热器的研究已有很多成果。如中国专利用于非自身预热燃气烧嘴式辐射管的高效换热器CN201510532471.1，该发明公开了一种用于非自身预热燃气烧嘴式辐射管的高效换热器，通过燃气辐射管高效换热器的现场安装调试，优化换热器内烟气流量分配以及卷吸循环烟气量，实现换热器的高效运行，提高烟气余热回收效率。但其存在结构复杂、换热器换热比表面积不高的问题。
如中国实用新型一种逆流式辐射管换热器申请号为CN201621090980.X，该实用新型特征在于：助燃空气从入口进入换热器，通过新增的气体分配器在换热器内套和内翅片间流动，在换热器封头处折返进入换热器内套快速流动至气体分配器，经喷口喷出，与部分废气一起从换热器助燃空气出口流出进入烧嘴；该实用新型的优点是可以有效提高换热器换热效率，节约能源。但其存在换热器换热比表面积不高的问题。
如中国实用新型专利一种喷流换热U型煤气辐射管，申请号为96218797.6，该技术通过喷流换热和排烟管内的二次换热，有效地提高了助燃空气预热的换热效率，但助燃空气流动阻力大、换热器体积较大，给现场安装与生产运行带来一定困难，在实际生产中未见应用报道。
如中国实用新型专利公开了一种空气旋流喷射辐射管换热器，申请号为201220281653.8，该专利技术仅是通过部件结构的改进提高换热系数，未增大换热器的换热壁面积，同时加工制造难度与制造成本较高。
目前国内外就辐射管换热器的高效化开展了大量的研究，主要是空气与烟气换热壁面的翅片扩展、折流板延长烟气行程与换热时间、烟气卷吸混合等，在换热壁面积增大方面未有本质性的提高，实际生产中普遍存在的排烟温度高、换热效率低、换热器高温腐蚀等的不足；辐射管内有限空间利用率低、换热器换热比表面积不高等问题，尤其缺乏换热性能较好的辐射管换热器。因此，如何在布置空间有限的条件下，有效地增加换热比表面积、增加换热行程、优化辐射管换热器结构与安装维护等做更加深入的研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种燃气辐射管的高效换热器及燃烧器，可以大幅度提高换热器有效换热比表面积，提高助燃空气的预热温度、降低污染排放，具有换热效率高、结构简单、换热壁面积大、制作安装及维护方便等优点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种燃气辐射管的高效换热器，包括壳体、助燃空气进口管、助燃空气出口管、烟气排放管、中心空气换热管、换热细管、烟气回流装置，壳体的一端封闭另一端敞口，其封闭端设有助燃空气出口管，其敞口端延伸至U形辐射管的内部，壳体的中心设有同轴的中心空气换热管，中心空气换热管的一端与助燃空气出口管连接，另一端延伸至壳体的敞口端，并与封堵球冠贯通连接，封堵球冠上贯通连接若干个同心圆布置的换热细管，换热细管的进口端与壳体内的助燃空气进口端板连接，换热细管之间设有折流板，壳体上助燃空气进口端板的换热细管侧连接烟气排放管，助燃空气进口端板的另一侧连接助燃空气进口管，烟气排放管的对侧设有烟气回流装置与助燃空气出口管连接。
所述的换热细管为直管或螺旋波纹管，分为多个不同直径同心圆分布。
所述的壳体通过连接板与U形辐射管连接。
所述的烟气回流装置包括烟气回流管，烟气回流管上设有压力检测表、调节阀，烟气回流管直径小于助燃空气出口管直径。
所述的折流板为包含穿孔的弓形折流板或螺旋折流板。
所述的中心空气换热管的外径不大于3/4倍的壳体外径。
所述的换热细管、中心空气换热管及壳体内壁表面均涂敷ZS耐高温远红外辐射涂料。
所述的壳体、助燃空气进口端板、封堵球冠和折流板均采用耐热钢铸造成型。
所述的助燃空气进口管、烟气排放管、助燃空气出口管均为不锈钢焊接结构。
一种具有燃气辐射管的高效换热器的燃烧器，包括换热器、U形辐射管、烧嘴，换热器的一端通过U形辐射管与烧嘴连接，换热器的另一端通过换热器的助燃空气出口管与烧嘴的助燃空气入口连接。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的燃气辐射管的高效换热器，通过中心圆布置的换热细管，增加有效换热面积，提高换热效率，大幅提高助燃空气温度。
烟气回流装置，使辐射管在运行过程中实现了烟气自循环，烧嘴实现低氧燃烧，又可以提高热回收率，达到节能减排的目的。烟气在壳体内流动，有利于烟气中杂质清除，降低设备维护费用。
附图说明
图1为换热器内部示意图。
图2为换热器局部示意图。
图3为换热细管连接外部图。
图4为换热细管连接内部图。
图5为燃烧器的结构示意图。
图中：换热器1、U形辐射管2、烧嘴3；
壳体101、助燃空气进口管102、烟气排放管103、中心空气换热管104、封堵球冠105、换热细管106、折流板107、连接板108、助燃空气进口端板109、烟气回流管111、压力检测表112、调节阀113、助燃空气出口管114。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：
如图1-图4，一种燃气辐射管的高效换热器，包括壳体101、助燃空气进口管102、助燃空气出口管114、烟气排放管103、中心空气换热管104、封堵球冠105、换热细管106、折流板107、助燃空气进口端板109、烟气回流装置11，壳体101的一端封闭另一端敞口，其封闭端设有助燃空气出口管114，其敞口端延伸至U形辐射管2的内部，壳体101通过连接板108与U形辐射管2连接。
壳体101的中心设有同轴的中心空气换热管104，中心空气换热管104的外径不大于 3/4倍的壳体101外径。
中心空气换热管104的一端与助燃空气出口管114连接，另一端延伸至壳体101的敞口端，并与封堵球冠105贯通连接，封堵球冠105上贯通连接若干个同心圆布置的换热细管106，换热细管106的进口端与壳体101内的助燃空气进口端板109连接，助燃空气进口端板109与壳体101密封连接，换热细管106之间设有折流板108，折流板107为包含穿孔的弓形折流板或螺旋折流板。换热细管106、中心空气换热管104及壳体101内壁表面均涂敷ZS耐高温远红外辐射涂料。
助燃空气进口端板109的换热细管106侧的壳体101上连接烟气排放管103，助燃空气进口端板109的另一侧的壳体101上连接助燃空气进口管102，烟气排放管103的对侧设有烟气回流装置与助燃空气出口管114连接。烟气回流装置包括烟气回流管111，烟气回流管111上设有压力检测表112、调节阀113，烟气回流管111直径小于助燃空气出口管114直径。
换热细管106为直管或螺旋波纹管，分为多个不同直径同心圆分布。换热细管106的外径为6-20mm。
壳体101、助燃空气进口端板109、封堵球冠105和折流板107均采用耐热钢铸造成型。
助燃空气进口管102、烟气排放管103、助燃空气出口管114均为不锈钢焊接结构。
如图5，一种具有燃气辐射管的高效换热器的燃烧器，包括换热器1、U形辐射管2、烧嘴3，换热器1的一端通过U形辐射管2与烧嘴3连接，换热器1的另一端通过换热器的助燃空气出口管114与烧嘴3的助燃空气入口连接。
换热器的助燃空气为多行程，助燃空气由助燃空气进口管流入换热细管中，与烟气进行一次逆流换热，至封堵球冠后汇流到中心空气换热管中，再与烟气二次换热，预热后的助燃空气从助燃空气出口弯管排出，然后与少量烟气混合后进入烧嘴进行燃烧。烟气回流装置满足烟气回流到助燃空气中，用调节阀门调节烟气压力，使助燃空气抽吸烟气，回流烟气量小于15％。辐射管、烧嘴在运行过程中实现了烟气自循环。
在热态实验室采用燃气辐射管高效换热器装置进行试验。
煤气为热值18.5±1MJ/Nm3的焦炉煤气，经过热模拟试验，当辐射管表面温度平均为 726℃时，助燃空气预热温度为512℃，比原来的380℃提高了132℃，烟气排放温度为353℃，比原来的460℃降低107℃，提高烟气余热回收大幅能力。同时，在同等辐射管加热温度条件下，焦炉煤气消耗由原来的12Nm 3/h降低到10.5Nm 3/h，降低消耗12.5％。
对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行改进与修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃气辐射管的高效换热器，其特征在于，包括壳体、助燃空气进口管、助燃空气出口管、烟气排放管、中心空气换热管、换热细管、烟气回流装置，壳体的一端封闭另一端敞口，其封闭端设有助燃空气出口管，其敞口端延伸至U形辐射管的内部，壳体的中心设有同轴的中心空气换热管，中心空气换热管的一端与助燃空气出口管连接，另一端延伸至壳体的敞口端，并与封堵球冠贯通连接，封堵球冠上贯通连接若干个同心圆布置的换热细管，换热细管的进口端与壳体内的助燃空气进口端板连接，换热细管之间设有折流板，壳体上助燃空气进口端板的换热细管侧连接烟气排放管，助燃空气进口端板的另一侧连接助燃空气进口管，烟气排放管的对侧设有烟气回流装置与助燃空气出口管连接。
2.根据权利要求1所述的一种燃气辐射管的高效换热器，其特征在于，所述的换热细管为直管或螺旋波纹管，分为多个不同直径同心圆分布。
3.根据权利要求1所述的一种燃气辐射管的高效换热器，其特征在于，所述的壳体通过连接板与U形辐射管连接。
4.根据权利要求1所述的一种燃气辐射管的高效换热器，其特征在于，所述的烟气回流装置包括烟气回流管，烟气回流管上设有压力检测表、调节阀，烟气回流管直径小于助燃空气出口管直径。
5.根据权利要求1所述的一种燃气辐射管的高效换热器，其特征在于，所述的折流板为包含穿孔的弓形折流板或螺旋折流板。
6.根据权利要求1所述的一种燃气辐射管的高效换热器，其特征在于，所述的中心空气换热管的外径不大于3/4倍的壳体外径。
7.根据权利要求1所述的一种燃气辐射管的高效换热器，其特征在于，所述的换热细管、中心空气换热管及壳体内壁表面均涂敷ZS耐高温远红外辐射涂料。
8.根据权利要求1所述的一种燃气辐射管的高效换热器，其特征在于，所述的壳体、助燃空气进口端板、封堵球冠和折流板均采用耐热钢铸造成型。
9.根据权利要求1所述的一种燃气辐射管的高效换热器，其特征在于，所述的助燃空气进口管、烟气排放管、助燃空气出口管均为不锈钢焊接结构。
10.一种具有权利要求1所述的燃气辐射管的高效换热器的燃烧器，其特征在于，包括换热器、U形辐射管、烧嘴，换热器的一端通过U形辐射管与烧嘴连接，换热器的另一端通过换热器的助燃空气出口管与烧嘴的助燃空气入口连接。
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