[發明專利]一種單行程逆流換熱U型輻射管燃燒裝置

在審

• 申請號: 201711175041.4
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107906513A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 劉長春
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: F23D14/02
• 分類號: F23D14/02;F23L15/04;F28D7/16
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 楊引雪

技術領域

本發明涉及燃燒裝置領域，具體涉及一種單行程逆流換熱U型輻射管燃燒裝置。

背景技術

U型輻射管是一種常見的間接加熱燃燒裝置，以熱輻射的方式把熱量從輻射管表面傳遞給爐膛和被加熱工件，由于輻射管將燃燒產物與被加熱工件分開，燃燒產物不會影響爐膛內的高溫氣氛，爐內氣氛及加熱溫度便于控制和調節，因此采用輻射管加熱被廣泛應用于保護氣氛熱處理爐窯中，如硅鋼帶熱處理連續退火爐、帶鋼熱鍍鋅連續退火爐等。

為提高燃燒效率，通常U型輻射管一端安裝燃燒器，另一端安裝換熱器。在傳統的U型輻射管設計中，熱空氣的進出口布置在換熱器的同側，此時熱空氣在換熱中的流動為兩個行程，第一個行程為逆流換熱，第二個行程為順流換熱，在第二個行程時，熱空氣會被迫將第一個行程得到的熱量再次傳遞給煙氣或空氣，降低了換熱效率；同時回程需要給空氣設置回程管，回程管占據一定空間，因此能夠布置的換熱元件數量減少，同樣降低了換熱效率。管式換熱器，尤其是密集型管式換熱器(換熱芯管數量大于50)，具有比表面積大、換熱效率高的特點，但由于傳統U型輻射管換熱器空氣為兩行程流動，密集型管式換熱器難以應用，傳統的輻射管換熱器中，煙氣在管外流動，空氣在管內流動，這樣高溫煙氣的部分熱量會通過管壁散熱到環境中去，造成熱量的浪費，降低了換熱效率。

傳統U型輻射管換熱器熱空氣出口溫度普遍高于500℃，排煙溫度很高，通過換熱器回收的熱量很少，使得換熱效率很低。此外傳統U型輻射管還有溫度均勻性差，NO_x排放高的缺點。由于傳統的U型輻射管空氣預熱溫度普遍偏低，因此燃燒溫度相對較低。若要提高換熱效率，將助燃空氣預熱到800～950℃，采用傳統燃燒方式時火焰溫度將會很高，造成熱力型NO_x急劇上升，污染環境。

發明內容

本發明的目的在于解決現有U型輻射管換熱效率底低、溫度均勻性差，NO_x排放高的問題，提供一套換熱效率高、低NO_x排放的U型輻射管燃燒裝置。

本發明解決上述問題的技術方案是：

一種單行程逆流換熱U型輻射管燃燒裝置，包括U型輻射管、輻射管內套管、換熱器和燃燒器；所述U型輻射管的兩端分別與換熱器、燃燒器固定連接，所述輻射管內套管設置在U型輻射管中；所述換熱器包括筒體、多個換熱器芯管和端面蓋板，所述筒體包括依次由外向內設置的外筒體、絕熱層和內筒體，所述筒體的兩端通過端面蓋板封閉；所述內筒體中沿軸向間隔設置內環擋板和外環擋板，所述內環擋板的周向尺寸小于外環擋板的周向尺寸；所述筒體的進煙側設置有熱風出口，排煙側設置有冷風進口和集煙室，所述冷風進口和熱風出口連通，所述換熱器芯管穿過端面蓋板設置在內筒體中，其一端與U型輻射管連通，另一端與集煙室和煙氣出口管連通；所述燃燒器包括殼體，點火電極，燃氣芯管和燃燒室；所述殼體與U型輻射管固定連接，且設置有與換熱器熱風出口連通的熱風進口；所述燃燒室位于U型輻射管中，包括燃燒室外套和燃燒室內套，所述燃燒室外套與殼體固定連接，所述燃燒室內套設置在燃燒室外套內部，所述燃燒室外套和燃燒室內套之間設有二次風通道，所述二次風通道與殼體的熱風進口連通；所述燃燒室內套中設置有穩焰盤，穩焰盤上設置有多個一次風通孔，所述一次風通孔與殼體的熱風進口連通；所述點火電極、燃氣芯管設置在殼體內部，所述點火電極、燃氣芯管的一端穿過穩焰盤設置在燃燒室內套中，所述點火電極位于燒室內套的一端且設置有燃氣噴頭，所述燃燒室設置有與U型輻射管連通的燃燒室出口，燃燒產物通過燃燒室出口進入輻射管內套管和U型輻射管中。

進一步地，所述一次風通孔過流面積與二次風通道過流面積的面積比為6:4。

進一步地，所述換熱器芯管的直徑不超過10mm，所述內環擋板和外環擋板之間間距為100～150mm。管式換熱器芯管管徑小，可以提高總的換熱面積。

進一步地，所述換熱器、燃燒器與U型輻射管的連接處以及換熱器熱風出口與燃燒器熱風進口的連接處均包裹于耐火絕熱纖維中。

進一步地，為進一步降低換熱器向環境的散熱，所述絕熱層使用氣溶膠隔熱材料。

進一步地，所述燃燒室出口和輻射管內套管的間距為80～130mm。

進一步地，為了增加煙氣的回流，所述輻射管內套管直徑為0.7倍的U型輻射管直徑，輻射管內套管長度為5倍U型輻射管直徑。

進一步地，為了減少換熱器和燃燒器端部向外的熱損失，所述換熱器和燃燒器遠離U型輻射管的端部均設置有絕熱材料。