CN102818268A - 三行程空气预热辐射管烧嘴换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高空气预热温度，降低排烟温度，提高换热器温度效率和热效率的三行程空气预热辐射管烧嘴换热器。包括有端部堵头、内部翅片管、多孔喷流管、挡环、中间导管、空气射流管、中间换热导管、烟气导流装置、异形法兰、外部空气导管、膨胀节、中心翅片换热管、外部换热管、烟气出口管、空气进风管，其中换热器通过异形法兰和膨胀节分隔成内置换热区和外置换热区。本装置能够提高空气预热温度，降低排烟温度，提高换热器温度效率和热效率。

Description

三行程空气预热辐射管烧嘴换热器

技术领域

本发明涉及换热装置技术领域，尤其涉及一种与辐射管烧嘴配套使用的双行程空气预热辐射管烧嘴换热器。

背景技术

近些年，随着辐射管加热技术在金属热处理领域的大范围推广和应用，对于各类辐射管加热装置、余热回收装置、辐射管材质、型式的研发也得到了有效的推进。由于对产品质量、污染物排放、余热回收以及控制精度的要求不断提高，辐射管烧嘴加热方式已经从采用手动点火向自动点火逐渐过渡，而且原有的翅片式换热器也远不能满足现有余热回收方面的要求，研究的重点也逐渐转向对于高效余热回收换热器开发、长寿命高温辐射管开发以及提高辐射管表面温度均匀性上来。

辐射管烧嘴换热器是辐射管加热的核心装置，在辐射管内部通过对燃烧烟气的余热回收来预热助燃空气。在换热器结构的设计上，通常有以下几种型式：（1）采用内外双翅片结构的换热器，即在换热器内侧和外侧同时添加翅片的结构型式，或者是在换热管表加麻面的方式来增强换热效果。通常来讲在1000℃的烟气温度下，这种换热器能将空气预热到400℃，换热效率较差；（2）等行程喷流结构换热器，这种换热器多采用喷流行程加翅片管结构型式进行换热，即换热器外管设置翅片管，内管采用多行程喷流结构来提高换热效果。在1000℃的烟气温度下，空气能够预热到500℃以上，排烟温度降到600℃以下，换热效率较高。（3）采用卷吸回流结构换热器，这种换热器通过添加烟气卷吸回流装置，将烟气卷吸入助燃空气中，在1000℃的烟气温度下，空气预热温度能够达到650℃，氮氧化物排放大幅度降低，热效率很高。

现有辐射管烧嘴换热器在结构设计上，都为空气单行程预热，而且都为辐射管管内预热，在辐射管的排烟温度在500-700℃左右，仍有较大的余热回收空间，完全能够进一步提高空气预热温度，降低排烟温度，提高换热器温度效率和热效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述存在的不足，提供一种带空气出口喷流卷吸结构,提高空气预热温度，降低排烟温度，提高换热器温度效率和热效率的三行程空气预热辐射管烧嘴换热器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

三行程空气预热辐射管烧嘴换热器，其结构从右至左依次包括有端部堵头、内部翅片管、多孔喷流管、挡环、中间导管、空气射流管、中间换热导管、烟气导流装置、异形法兰、外部空气导管、膨胀节、中心翅片换热管、外部换热管、烟气出口管、空气进风管，其特征在于：换热器通过异形法兰和膨胀节分隔成内置换热区和外置换热区，其中内置换热区包括有最外层的内部翅片管，内部翅片管左右两端分别与中间换热导管与端部堵头连接，内部翅片管内侧配有不同长度的多个多孔喷流管，每个多孔喷流管两端均配有挡环，多孔喷流管正中心设置有中间导管，中间导管与空气射流管连接。所述的外置换热区从外到内依次为外部空气导管、外部换热管和中心翅片换热管，外置换热区中间设有膨胀节，将其分为两个行程，外部换热管的靠外侧端头连接有烟气出口管，外部空气导管靠内侧一端还连接有空气进风管，中心翅片换热管穿过异形法兰与中间换热导管连接，并在其连接部位的外面设置有烟气导流装置。

在上述方案中，烟气导流装置为耐热钢精密铸造成型，外部设置7根烟气导流板，导流板的尺寸与辐射管精密配合，同时起到支撑换热器本身重量的作用。

在上述方案中，多孔喷流管为数控精加工成型，管壁表面分层均布8-10圈3-4mm环孔，环孔个数可根据喷流管直径进行调整。

在上述方案中，内部翅片管为耐热钢精密铸造成型，外翅片结构设计，翅片沿换热管管壁均匀布置，根据换热管直径调整每圈布置36-54个不等。

在上述方案中，挡环采用精密加工成型，通过对内外径的精确控制来实现多孔喷流管与翅片管以及多孔喷流管与中间导管的精确定位。

在上述方案中，端部堵头采用导流形结构设计，精密铸造成型，通过连续密封焊接与翅片换热管固定。

在上述方案中，空气射流管采用数控精加工成型，通过对预热空气出口的精确控制确保合理的喷出流速。空气射流管弯头从中间导管穿出，与位于多孔喷流管正中心的中间导管焊接固定。

在上述方案中，异形法兰采用不锈钢板加工成型，异形法兰设有支撑板，同时设有与辐射管连接用安装孔，异形法兰与烟气导管连续焊接固定；

在上述方案中，外部空气导管采用无缝钢管加工成型，导管上开有烟气出口管孔、空气进风管孔，空气进风管与外部空气导管焊接固定。

在上述方案中，外部换热管为不锈钢无缝钢管加工成型，左右两端分别与烟气出口管和异形法兰焊接固定，外部换热管上设有支撑。

在上述方案中，膨胀节采用不锈钢压波成型，3-4个波纹设计，两侧与外部空气导管焊接固定。

在上述方案中，中心翅片换热管为不锈钢管与肋片焊接结构设计，不锈钢钢管外侧焊接4-8条肋片，翅片管靠近烟气出口端设有堵头和一级预热空气进口，右端与烟气导流装置焊接固定。 

本发明的有益效果：

1、内外置换热区结构设计，实现了助燃空气的三行程预热，大幅提高了空气预热温度，空气预热温度可提高近150℃；

2、外置换热区双行程预热空气，高温烟气通道位于换热器中心部分，换热表面温度大幅降低，有效减少了散热损失；

3、烟气导流装置的设计将管内烟气导入外置换热区中心通道，实现外置换热区内外壁的双行程换热。

附图说明

图1为本发明实施的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为外置换热区空气与烟气双行程换热实施的结构示意图；

图4为内置换热区多孔喷流管与翅片管配合使用的结构示意图；

图5为与主烧嘴及辐射管配套使用的结构示意图。

图中：1-端部堵头，2-内部翅片管，3-挡环，4-多孔喷流管，5-中间导管，

6-空气射流管，7-烟气导流装置，8-异形法兰，9-膨胀节，10-外部空气导管，

11-烟气出口管，12-外部换热管，13-中心翅片换热管，14-空气进风管，

 15-辐射管烧嘴换热器，16-辐射管，17-主烧嘴。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明作进一步的说明：

参见图1和图2，三行程空气预热带烟气导流及卷吸结构辐射管烧嘴换热器，换热器分为内置换热和外置换热两个部分。内置换热区部分包括端部堵头1,采用导流形结构设计，精密铸造成型，通过连续密封焊接与内部翅片管2固定。内部翅片管2为耐热钢精密铸造成型，外翅片结构设计，翅片沿换热管管壁均匀布置，根据换热管直径调整每圈布置36-54个不等。内部翅片管2之间采用连续密封焊接固定。多孔喷流管4为数控精加工成型，管壁表面分层均布8-10圈3-4mm环孔，环孔个数可根据喷流管直径进行调整。空气射流管6采用数控精加工成型，通过对预热空气出口的精确控制确保合理的喷出流速。空气射流管6出口端与烟气导流装置7螺纹连接，弯头端与位于多孔喷流管4正中心的中间导管5焊接固定。烟气导流装置7为耐热钢精密铸造成型，外部设置7根烟气导流板，导流板的尺寸与辐射管16精密配合，同时起到支撑换热器本身重量的作用。

烟气导流装置7左右两侧分别与异形法兰8和内部翅片管2连接，将换热器整体分隔为管内换热和管外换热两个部分。异形法兰8采用不锈钢钢板加工成型，异形法兰8上设有支撑板，同时设有与辐射管16连接用安装孔，异形法兰8与外部空气导管10连续焊接固定。

外置换热区部分包括外部空气导管10采用无缝钢管加工成型，开有烟气出口管孔、空气进风管孔，空气进风管14与外部空气导管10连续焊接固定，烟气出口管11从外部空气导管10预留开孔穿入与外部换热管12焊接固定。空气导管10上设有膨胀节9，膨胀节9采用不锈钢压波成型，3-4个波纹设计，两侧与外部空气导管10焊接固定。外部换热管12为不锈钢无缝钢管加工成型，左右两端分别与烟气出口管11和异形法兰8焊接固定，外部换热管上12设有支撑。外部换热管12正中设有中心翅片换热管13为不锈钢管与肋片焊接结构设计，不锈钢钢管外侧焊接4-8条肋片，翅片管靠近烟气出口管11端设有堵头和一级预热空气进口，右端与烟气导流装置7焊接固定。

图3给出了外置换热区空气与烟气双行程换热的实施的结构示意图。外部空气导管10与外部换热管12之间形成了一级空气通道，外部换热管12与中心翅片换热管13之间形成了外置烟气通道，中心翅片换热管13内部形成了二级空气通道。助燃空气从空气进风管14进入，沿着一级空气通道通过外部换热管12与烟气进行换热，到达外部空气导管10端头后折返进入二级空气通道，并通过中心翅片换热管13与烟气完成二级换热。换热过后的空气沿着中心翅片换热管13通过烟气导流装置7进入内置换热区进行换热。

图4给出了内置换热区部分多孔喷流管4与内部翅片管2配合使用时的实施方式。内部翅片管2与辐射管16内壁形成烟气通道，多孔喷流管4通过挡环3的阻隔作用，在内部翅片管2与中间导管5之间形成多级换热通道。辐射燃烧过后的烟气沿内部翅片管2外壁与内侧空气形成逆流。经过外置换热区预热的助燃空气沿中间换热导管7与多孔喷流管4之间环缝流入，受到挡环3的阻隔，空气通过多孔喷流管4高速喷射到内部翅片管2内表面，与内部翅片管2外侧烟气进行换热，换热完成后进入下一级喷流管，多孔喷流管4总共四级，长度逐级增加，换热完成后，预热空气沿中间导管5返回，从空气射流管6喷出。

图5给出了与主烧嘴17及辐射管16配套使用时换热器的实施方式。换热器异形法兰8与辐射管16换热器侧连接，主烧嘴17通过螺栓与辐射管16另一侧连接。内部翅片管2与辐射管16内壁形成烟气通道，空气射流管6外缘与辐射管16外壁形成烟气回流通道，主烧嘴17与辐射管16内壁形成助燃空气与卷吸烟气混合通道。助燃空气从空气进风管14进入，通过外部空气导管10进入外置换热区完成一级换热后，通过中心翅片换热管13与烟气完成二级换热，之后进入内置换热区部分，通过烟气导流装置7进入中间导管5与多孔喷流管4间隙后高速喷出到内部翅片管2内表面，完成与烟气的三级换热后，经过端部堵头1返回进入中间导管5流入空气射流管6，并通过喷流口高速喷出，利用喷射形成的负压对烟气进行卷吸回流后进入辐射管16助燃空气导管，并通过助燃空气导管和主烧嘴17的空气通道完成混合后进行燃烧。燃烧所产生的烟气则依次通过端部堵头1、内部翅片管2、烟气导流装置7、中心翅片换热管13，完成与空气的三行程换热后从烟气出口管11排出。

以上所述，仅是该发明的较佳实施例而已，并非对发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化和修饰，均仍属于本发明的范围内。

Claims (10)

1.三行程空气预热辐射管烧嘴换热器，其结构从右至左依次包括有端部堵头、内部翅片管、多孔喷流管、挡环、中间导管、空气射流管、中间换热导管、烟气导流装置、异形法兰、外部空气导管、膨胀节、中心翅片换热管、外部换热管、烟气出口管、空气进风管，其特征在于：换热器通过异形法兰和膨胀节分隔成内置换热区和外置换热区，其中内置换热区包括有最外层的内部翅片管，内部翅片管左右两端分别与中间换热导管与端部堵头连接，内部翅片管内侧配有不同长度的多个多孔喷流管，每个多孔喷流管两端均配有挡环，多孔喷流管正中心设置有中间导管，中间导管与空气射流管连接，所述的外置换热区从外到内依次为外部空气导管、外部换热管和中心翅片换热管，外置换热区中间设有膨胀节，将其分为两个行程，外部换热管的靠外侧端头连接有烟气出口管，外部空气导管靠内侧一端还连接有空气进风管，中心翅片换热管穿过异形法兰与中间换热导管连接，并在其连接部位的外面设置有烟气导流装置。

2.如权利要求1所述的三行程空气预热辐射管烧嘴换热器，其特征在于：烟气导流装置为耐热钢精密铸造成型，外部设置多根烟气导流板，导流板的尺寸与辐射管匹配。

3.如权利要求1所述的三行程空气预热辐射管烧嘴换热器，其特征在于：多孔喷流管为数控精加工成型，管壁表面分层均布8-10圈3-4mm环孔，环孔个数可根据喷流管直径进行调整。

4.如权利要求1所述的三行程空气预热辐射管烧嘴换热器，其特征在于：内部翅片管为耐热钢精密铸造成型的外翅片结构设计，翅片沿换热管管壁均匀布置，根据换热管直径调整每圈布置36-54个不等。

5.如权利要求1所述的三行程空气预热辐射管烧嘴换热器，其特征在于：空气射流管为弯头结构，空气射流管弯头从中间导管穿出，与位于多孔喷流管正中心的中间导管焊接固定。

6.如权利要求1所述的三行程空气预热辐射管烧嘴换热器，其特征在于：异形法兰采用不锈钢钢板加工成型，异形法兰上设有支撑板，同时设有与辐射管连接用安装孔。

7.如权利要求1所述的三行程空气预热辐射管烧嘴换热器，其特征在于：外部空气导管采用无缝钢管加工成型，导管上开有烟气出口管孔、空气进风管孔，空气进风管与外部空气导管焊接固定。

8.如权利要求1所述的三行程空气预热辐射管烧嘴换热器，其特征在于：外部换热管为不锈钢无缝钢管加工成型，左右两端分别与烟气出口管和异形法兰焊接固定，外部换热管上设有支撑。

9.如权利要求1所述的三行程空气预热辐射管烧嘴换热器，其特征在于：膨胀节采用不锈钢压波成型为3-4个波纹，两侧与外部空气导管焊接固定。

10.如权利要求1所述的三行程空气预热辐射管烧嘴换热器，其特征在于：中心翅片换热管为不锈钢管与肋片焊接结构设计，不锈钢钢管外侧焊接4-8条肋片，中心翅片管靠近烟气出口端设有堵头和一级预热空气进口，右端与烟气导流装置焊接固定。

Images