一种空气预热式辐射管燃烧器的制作方法

本实用新型属于热处理炉以及加热炉的燃烧器设备领域，特别涉及一种辐射管燃烧器。

背景技术：

辐射管燃烧器作为一种常用的间接加热设备，主要用于非明火加热，广泛用于各种无氧化加热及热处理设备中。为了保证辐射管内热量传递过程中的温度均匀性和辐射范围，辐射管多采用U型、W型结构。辐射管燃烧器的主要结构包括辐射管，辐射管的一端装设有燃料喷嘴，另一端装设有引射器，以吸出燃烧产物；这种辐射管燃烧器在运行时，辐射管的燃烧端和排烟端的温度差较大，辐射管沿燃烧气体的流程方向会产生温度不均匀的问题，而随着辐射管长度的增加，该问题会愈加明显，这不仅会影响到设备的无氧化加热及热处理质量，还会导致辐射管燃烧器的燃料消耗量增大，热效率降低，燃烧不完全以及烟气排放量的增加。

现有技术中，有一种辐射管燃烧器，其专利申请号：201320857159.6；申请日：2013.12.24；公开号：CN203671603U；公开日：2014.06.25；其结构包括燃烧器主体和与所述燃烧器主体连接的热辐射管，所述燃烧器主体包括助燃空气管道、燃气管道和空气预热室，所述热辐射管具有P型的管体结构且所述热辐射管一端连通所述助燃气管道另一端连通所述空气预热室。该装置工作时，燃气燃烧产生的烟气通过空气预热室的换热装置对其加热，换热装置可以预热助燃空气，使得燃气和助燃空气混合后燃烧的更加充分，提高热效率；其不足之处在于：不带空气预热功能的传统辐射管燃烧器在市场上仍有很大的保有量，受成本、安装和维护条件等因素的制约，这部分用户更希望能够在不整体替换现有设备的情况下，得到一种简便易行的节能改造方案，而该装置不能满足在不整体替换现有设备的前提下，使得传统的辐射管燃烧器可以进行空气预热，以提高燃烧效率；辐射管沿着燃烧气体流程方向的温度分布不均匀，在燃烧气体高温以及沿程温差应力的作用下，辐射管容易变形和破损；辐射管燃烧器的燃料消耗量增加，燃烧不完全，热效率较低。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种空气预热式辐射管燃烧器，使得辐射管沿着燃烧气体流程方向的温度分布更均匀，防止辐射管变形、破损，燃料燃烧更加充分，提高辐射管燃烧器的热效率，可以对传统的燃烧器进行改造，推广应用更方便。

本实用新型的目的是这样实现的：一种空气预热式辐射管燃烧器，包括安装在炉墙上的辐射管，辐射管包括若干直管段和弯管段，所述辐射管的两端均延伸穿过炉墙，辐射管的两伸出端一上一下分布，辐射管两伸出端均设置有密封隔墙，所述密封隔墙包括包裹住相应辐射管伸出端的耐火材料，耐火材料外周设置有壳体，壳体靠近炉墙的一端经内法兰与炉墙固定连接，所述壳体远离炉墙的一端设置有外法兰，位于上方的壳体与烧嘴相对应设置，烧嘴包括内管段和外管段，烧嘴内管段伸入辐射管内部，烧嘴内管段的端部设有火焰喷射口，烧嘴外管段的端部通入燃气，烧嘴外管段外周设置有第一法兰，第一法兰与对应外法兰固定连接；所述位于下方的壳体与空气预热器相对应设置，空气预热器的一端设有烟气出口，空气预热器内部轴向设置有换热管组，换热管组的一端伸入辐射管内部，所述空气预热器的另一端外周设置有第二法兰，第二法兰与对应外法兰固定连接，所述空气预热器内部靠近第二法兰的位置设置有密封支撑板，密封支撑板上设有可容换热管组穿过的通孔，所述空气预热器的下侧设置有空气进口，空气预热器的上侧设置有预热空气出口，所述烧嘴下侧设置有预热空气进口，预热空气出口与预热空气进口之间经连接管相连；远离所述烧嘴的各辐射管直管段内均设有蓄热组件，蓄热组件包括若干个首尾依次相连的翅片。

本实用新型工作时，燃气从烧嘴外管段进入，空气从空气进口进入空气预热器，空气再通过连接管进入烧嘴，燃气和空气混合燃烧，烧嘴内管段的火焰喷射口喷出火焰，产生的热量沿着辐射管的管程进行传递，辐射管内的热量发生对流并向外辐射，燃烧产生的烟气沿着辐射管进入换热管内，并从烟气出口排出，各换热管获得热量，从空气进口进入的空气与换热管进行换热，空气被预热，预热后的空气从预热空气出口进入连接管，再经预热空气进口进入烧嘴，与燃气混合的空气其实是预热后的空气，燃烧更充分；燃气燃烧，辐射管向外辐射热量，用于非明火加热。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：靠近烧嘴的辐射管直管段吸收的热量更多，温度也较高，辐射管弯管段存在上下高度差，可以形成热量的对流，温度也较高，而远离烧嘴的辐射管直管段缺少对流，换热效果差，温度比较低，安装在辐射管的低温直管段的蓄热组件可以吸收热量，翅片增大了换热面积，提高了辐射管低温直管段的换热效率，沿着辐射管燃烧气体流程方向的的热量均匀分布，避免在燃烧气体高温以及沿程温差应力的作用下，辐射管发生变形和破损；辐射管内的热量分布均匀，提高了热效率，燃烧更加充分，燃气的用量减少，烟气排放中的污染物浓度降低；密封隔墙起到隔绝热量的作用，使得烧嘴和空气预热器工作更安全可靠；通过在辐射管的两伸出端安装密封隔墙，将位于上方和下方的两壳体通过外法兰分别连接烧嘴和空气预热器，再将烧嘴和空气预热器经连接管相连，能够对传统的辐射管燃烧器进行改造，不需要将整个燃烧器替换，就可以用烟气对空气进行预热，预热后的空气与燃气混合燃烧时，减少了点火所需的热量，更加节能，燃烧效率更高，燃烧更充分；在传统的辐射管燃烧器的辐射管伸出端上加装空气预热器，在辐射管的低温直管段内加装蓄热组件，可以提高燃烧效率，燃烧更充分，改造方便，便于推广应用，不必拆除整个燃烧器，提高资源利用率。

作为本实用新型的进一步改进，所述翅片为双螺旋翅片，双螺旋翅片与辐射管相匹配设置，双螺旋翅片的两端分别设置有定位凸起和定位凹槽，双螺旋翅片的定位凸起插入相邻双螺旋翅片的定位凹槽内。双螺旋翅片的换热面积更大，可以吸收更多热量，提高辐射管低温直管段的温度，辐射管内的温度分布更加均匀，相邻的双螺旋翅片之间经定位凸起和定位凹槽安装定位，组装方便，现场安装时更加灵活。双螺旋翅片式的蓄热插件的使用可以显著改善辐射管表面温度分布的均匀性，因为芯块增加了2倍以上的辐射管排烟端的换热面积，增加了管壁与高温气体之间的对流换热，提高热气流的流动性,从而加快了辐射管的升温速率，加强辐射管内壁的热量传递；还可以改善辐射管的燃烧工况，使空气消耗系数维持在稳定范围之间，同时降低了化学不完全燃烧度，提高了燃料的利用率。

作为本实用新型的进一步改进，所述辐射管的直管段内部对应位于首尾两端的双螺旋翅片分别设置有定位挡环，辐射管的内壁涂敷有WC-Co涂层。定位挡环可以防止蓄热组件发生轴向窜动，WC-Co涂层提高了辐射管内表面的耐高温强度以及耐烟气冲刷、腐蚀的性能，提高辐射管的使用寿命。

作为本实用新型的进一步改进，所述双螺旋翅片的螺距等于辐射管的内径，每个双螺旋翅片的轴向长度小于或等于2倍螺距。双螺旋翅片的螺距等于辐射管的内径，可以在增大换热效果的同时，不过分增加烟气的通行阻力；不超过2倍螺距的双螺旋翅片的轴向长度，可以适应不同轴向长度的辐射管直管段，蓄热组件组装时更加方便和灵活。

为了使得空气与换热管的接触时间更长，空气换热更加充分，提高换热效果，所述空气预热器内壁的上侧和下侧交错设置有若干折流板，折流板与换热管垂直，折流板上设置有可容换热管穿过的通孔，各换热管呈阵列分布。空气通过折流板形成的S形通道与换热管接触后预热，温度提高至150℃左右。

作为本实用新型的进一步改进，所述换热管组伸入辐射管内部的一端设置有密封挡板，密封挡板与辐射管内壁相匹配设置。密封挡板可以防止烟气进入空气预热器内部，确保烟气先进入换热管内，然后从烟气出口排出，密封挡板还起到加强支撑换热管组的作用，使得空气预热器更稳固地连接在壳体上。

作为本实用新型的进一步改进，所述空气预热器的下侧设置有进气管一，进气管一的开口为空气进口；空气预热器的上侧设置有出气管，出气管的开口为预热空气出口，出气管的端部设置有第三法兰；烧嘴的下侧设置有进气管二，进气管二的开口为预热空气进口，进气管二的端部设置有第四法兰；连接管的上端和下端均设有第五法兰；位于下方的第五法兰与第三法兰固定连接，位于上方的第五法兰与第四法兰固定连接。空气经进气管一进入空气预热器，空气与换热管换热后，通过连接管进入烧嘴，出气管和进气管二的端部均设有法兰，连接管通过第五法兰分别与出气管和进气管二相连，安装方便，可以根据不同型号、尺寸的辐射管，调整连接管的轴向长度，以适应不同类型的辐射管燃烧器。

为了便于燃气与预热空气充分混合，所述进气管二设置在烧嘴外管段。

作为本实用新型的优选，所述辐射管为U形管或W形管。

附图说明

图1 为本实用新型的辐射管为U形管时的结构示意图。

图2为双螺旋翅片的结构示意图。

图3为双螺旋翅片的立体结构图。

图4为双螺旋翅片的另一种立体结构图。

图5为本实用新型的局部结构示意图。

图6为空气预热器的结构示意图。

图7为图6的侧视图。

图8为折流板的结构示意图。

图9为本实用新型的辐射管为W形管时的结构示意图。

其中，1辐射管，1a直管段，1b弯管段，2炉墙，3密封隔墙，301耐火材料，302壳体，302a外法兰，302b内法兰，4烧嘴，401内管段，402外管段，402a第一法兰，5火焰喷射口，6空气预热器，6a第二法兰，7烟气出口，8换热管组，9密封支撑板，10进气管一，11出气管，11a第三法兰，12进气管二，12a第四法兰，13连接管，13a第五法兰，14蓄热组件，1401双螺旋翅片，1401a定位凸起，1401b定位凹槽，15折流板，16密封挡板，17定位挡环。

具体实施方式

实施例1

如图1-8，为一种空气预热式辐射管燃烧器，包括安装在炉墙2上的辐射管1，辐射管1包括若干直管段1a和弯管段1b，辐射管1的两端均延伸穿过炉墙2，辐射管1的两伸出端一上一下分布，辐射管1两伸出端均设置有密封隔墙3，密封隔墙3包括包裹住相应辐射管1伸出端的耐火材料301，耐火材料301外周设置有壳体302，壳体302靠近炉墙2的一端经内法兰302b与炉墙2固定连接，壳体302远离炉墙2的一端设置有外法兰302a，位于上方的壳体302与烧嘴4相对应设置，烧嘴4包括内管段401和外管段402，烧嘴4内管段401伸入辐射管1内部，烧嘴4内管段401的端部设有火焰喷射口5，烧嘴4外管段402的端部通入燃气，烧嘴4外管段402外周设置有第一法兰402a，第一法兰402a与对应外法兰302a固定连接；位于下方的壳体302与空气预热器6相对应设置，空气预热器6的一端设有烟气出口7，空气预热器6内部轴向设置有换热管组8，换热管组8的一端伸入辐射管1内部，空气预热器6的另一端外周设置有第二法兰6a，第二法兰6a与对应外法兰302a固定连接，空气预热器6内部靠近第二法兰6a的位置设置有密封支撑板9，密封支撑板9上设有可容换热管组8穿过的通孔，空气预热器6的下侧设置有空气进口，空气预热器6的上侧设置有预热空气出口，烧嘴4下侧设置有预热空气进口，预热空气出口与预热空气进口之间经连接管13相连；远离烧嘴4的各辐射管1直管段1a内均设有蓄热组件14，蓄热组件14包括若干个首尾依次相连的翅片。所述翅片为双螺旋翅片1401，双螺旋翅片1401与辐射管1相匹配设置，双螺旋翅片1401的两端分别设置有定位凸起1401a和定位凹槽1401b，双螺旋翅片1401的定位凸起1401a插入相邻双螺旋翅片1401的定位凹槽1401b内。辐射管1的直管段1a内部对应位于首尾两端的双螺旋翅片1401分别设置有定位挡环15，辐射管1的内壁涂敷有WC-Co涂层。双螺旋翅片1401的螺距等于辐射管1的内径，每个双螺旋翅片1401的轴向长度小于或等于2倍螺距。双螺旋翅片1401由氧化铝和氧化锆为基体的陶瓷材料制成。空气预热器6内壁的上侧和下侧交错设置有若干折流板15，折流板15与换热管垂直，折流板15上设置有可容换热管穿过的通孔，各换热管呈阵列分布。换热管组8伸入辐射管1内部的一端设置有密封挡板16，密封挡板16与辐射管1内壁相匹配设置。空气预热器6的下侧设置有进气管一10，进气管一10的开口为空气进口；空气预热器6的上侧设置有出气管11，出气管11的开口为预热空气出口，出气管11的端部设置有第三法兰11a；烧嘴4的下侧设置有进气管二12，进气管二12的开口为预热空气进口，进气管二12的端部设置有第四法兰12a；连接管13的上端和下端均设有第五法兰13a；位于下方的第五法兰13a与第三法兰11a固定连接，位于上方的第五法兰13a与第四法兰12a固定连接。进气管二12设置在烧嘴4外管段402。辐射管1为U形管。

工作时，燃气从烧嘴4外管段402进入，空气从进气管一10的空气进口进入空气预热器6，再从出气管11的预热空气出口进入连接管13，通过连接管13进入进气管二12，从进气管二12的预热空气出口进入烧嘴4，最终燃气和空气混合燃烧，烧嘴4内管段401的火焰喷射口5喷出火焰，产生的热量沿着辐射管1的管程进行传递，辐射管1内的热量发生对流并向外辐射，燃烧产生的烟气沿着辐射管1进入换热管内，并从烟气出口7排出，各换热管获得热量，从进气管一10的空气进口进入的空气与换热管进行换热，空气被预热，预热后的空气再经连接管13进入烧嘴4，与燃气混合的空气其实是预热后的空气，燃烧更充分；燃气燃烧，辐射管1向外辐射热量，用于非明火加热。

本装置的优点在于：靠近烧嘴4的辐射管1直管段1a吸收的热量更多，温度也较高，辐射管1弯管段1b存在上下高度差，可以形成热量的对流，温度也较高，而远离烧嘴4的辐射管1直管段1a缺少对流，换热效果差，温度比较低，安装在辐射管1的低温直管段1a的蓄热组件14可以吸收热量，双螺旋翅片1401增大了换热面积，提高了辐射管1低温直管段1a的换热效率，沿着辐射管1燃烧气体流程方向的的热量均匀分布，避免在燃烧气体高温以及沿程温差应力的作用下，辐射管1发生变形和破损；辐射管1内的热量分布均匀，提高了热效率，燃烧更加充分，燃气的用量减少，烟气排放中的污染物浓度降低；密封隔墙3起到隔绝热量的作用，使得烧嘴4和空气预热器6工作更安全可靠；通过在辐射管1的两伸出端安装密封隔墙3，将位于上方和下方的两壳体302通过外法兰302a分别连接烧嘴4和空气预热器6，再将烧嘴4和空气预热器6经连接管13相连，能够对传统的辐射管1燃烧器进行改造，不需要将整个燃烧器替换，就可以用烟气对空气进行预热，预热后的空气与燃气混合燃烧时，减少了点火所需的热量，更加节能，燃烧效率更高，燃烧更充分；在传统的辐射管燃烧器的辐射管1伸出端上加装空气预热器6，在辐射管1的低温直管段1a内加装首尾相连的双螺旋翅片1401，可以提高燃烧效率，燃烧更充分，改造方便，便于推广应用，不必拆除整个燃烧器，提高资源利用率。双螺旋翅片式的蓄热插件的使用可以显著改善辐射管表面温度分布的均匀性，因为芯块增加了2倍以上的辐射管排烟端的换热面积，增加了管壁与高温气体之间的对流换热，提高热气流的流动性，从而加快了辐射管的升温速率，加强辐射管内壁的热量传递；还可以改善辐射管的燃烧工况，使空气消耗系数维持在稳定范围之间，同时降低了化学不完全燃烧度，提高了燃料的利用率。

实施例2

如图9，与实施例1的不同之处在于，辐射管1为W形管。在W形辐射管1远离烧嘴4的各直管段1a内均安装蓄热组件14，蓄热组件14包括若干个首尾依次相连的双螺旋翅片1401。

本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。