用于非自身预热燃气烧嘴式辐射管的高效换热器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气辐射管加热技术领域，具体地指一种用于非自身预热燃气烧嘴式辐射管的高效换热器。
【背景技术】
[0002]辐射管间接加热隔离了炉内加热工件与燃烧气体接触，避免了燃烧气体对加热工件的高温腐蚀，因而在需气氛保护条件下加热的工业炉上得到广泛应用，如带钢连续热处理炉。
[0003]最早的辐射管炉是德国在20世纪30年代发明并使用，其结构为单层直管式，水平或垂直穿过炉膛布置，直到50年代初U型辐射管才问世，并在此基础上发展了 W型以及排气再循环的P型和O型。由于U型和W型辐射管有效加热面积大、燃料利用率高、控制和操作相对较为容易等优点，因此在大型的带钢连续热处理炉上应用最多。
[0004]辐射管加热器的工作原理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工件，实现对工件的间接加热。辐射管换热器是辐射管的重要部件之一，其作用是回收烟气余热预热助燃空气，提高辐射管烧嘴助燃空气物理热，改善燃气燃烧状态，因而，换热器工作性能的优劣直接影响着辐射管的热效率和壁面温度均匀性以及节能效果、工件加热质量等。
[0005]然而，目前燃气辐射管普遍存在排烟温度高的问题，造成了相当的能源浪费，如何在有限的布置空间内提高换热器热效率是广大科研学者关注的重要课题。
[0006]为此，为提高辐射管换热器的效率，国内外采用了多种形式来改进换热器的结构，特别是在换热器的外管上的翅片强化传热改进较多，通过换热器表面换热系数的提高，达到降低排烟口烟气温度、提高烟气余热回收率与节能的目的。如:申请号为96218797.6的中国实用新型专利公开了一种喷流换热U型煤气辐射管，该辐射管是由排烟管、喷流管和换热管等组成的换热器，喷流管前部插入换热管内，后部插入排烟管内；空气首先通过管路进入到U型辐射管末端，通过喷流管壁上的小孔垂直喷向温度较高的换热管内壁，换热管外壁上焊接有肋片强化换热，此后，助燃空气流经排烟管内的换热管，继续同烟气进行二次顺流换热，进一步提高助燃空气的预热效果。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、换热器体积庞大，给现场安装与生产运行带来一定困难，目前在实际生产中未见应用报道。
[0007]文献“吴辅民，退火炉辐射管热交换器缺陷对热镀锌生产的影响及缺陷判断方法，四川冶金，2008年，No5”介绍了攀钢现有三条全辐射管立式退火炉生产线换热器的典型缺陷类型及其判断方法，阐述了辐射管换热器的安装布置形式、工作原理与节能降耗的重要意义，辐射管热交换器安装于辐射管加热段W型辐射管顶部烟气出口直管段末端，高温烟气由辐射管末端入口进入换热器，流经外套管与辐射管间通道，从烟气出口排出，通过外套管上外鱼翅状棘片外表面的换热将热量传递给外套管壁，常温助燃空气通过冷风入口，从内套管送达换热器端部，再流经内、外套管间的通道到达热风出口，通过外套管上鱼翅状内棘片内表面换热实现对助燃空气的预热，最高可预热到450°C左右。申请号为201220281653.8的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，它包括外管、内管、四通和辐射管，其特征是外管的内、外壁上均设有旋流翘片，外管位于内管和辐射管之间；助燃空气通过内管送达外管的顶部，再经过外管与内管之间的间隙折回流动，烟气通过外管与辐射管之间的间隙流向排烟口，实现助燃空气与烟气的顺流换热，并通过外管旋流翘片与旋流帽的换热强化，提高助燃空气预热效果。通过与现有技术对比，该专利技术未能增大换热器的换热壁面积，仅是通过部件结构的改进提高换热系数，因而换热效率改善有限，同时加工制造难度与制造成本较高，目前未见实际生产使用的报道。
[0008]法孚斯坦因公司通过PCT途径(PCT/IB2009/053860)在中国提交申请号200980135228.9的发明一种用于辐射管式燃烧器的热量回收器，它是由出离段和返回段组成的辐射管换热器，其中，热交换器的出离段包括多根热交换器管，热交换器管平行于连接导道的轴线，用于助燃空气的通过，烟气通过热交换器管与套管之间的通道流动，实现与燃烧空气的逆流换热；此后，空气通过套接管转向引入回返段，并通过对烟气的卷吸混合以及回返段烟气间接换热，继续进行加热，实现助燃空气的高效预热。不难看出该专利技术增大了换热器的换热壁面积，同时还充分利用了烟气卷吸混合加热技术，但结构复杂，制备技术难度大，返回段体积小、换热壁面积增加幅度有限，同时，因结构复杂，辐射管排烟段有限空间未能得到充分利用，目前还未见到实际生产应用的报道。
[0009]综合上述可见，目前国内外就辐射管换热器的高效化开展了大量的研究，形成了各具特色的专利技术，但大部分专利技术主要是原技术基础上进行的改进，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；虽然法孚斯坦因公司公开的专利能够增大换热壁面积，但结构复杂、辐射管内有限空间利用率低、换热器换热壁面积增加幅度有限，也未见实际生产应用。根据文献“冯俊小、王宏宇、吴启明、向顺华，燃气辐射管换热器的结构优化与数值模拟，北京科技大学学报，2003年，No7”报道，增大换热器换热比面积、延长换热行程、消除换热器内流动死区能够提高换热效率。
[0010]由此可见，如何在布置空间有限的条件下大幅度提高换热器换热壁面积，同时延长换热行程、简化换热器结构与安装维护，仍需开展进一步的研究。
【发明内容】
[0011]本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于非自身预热燃气烧嘴式辐射管的高效换热器，该换热器可以大幅度提高换热器有效换热比表面积，其具有结构简单、换热壁面积大、制作方便、换热效率高、使用寿命长等优点。
[0012]为实现上述目的，本发明提供了一种用于非自身预热燃气烧嘴式辐射管的高效换热器，它位于辐射管排烟段，所述换热器包括壳体，所述壳体包括依次连通的连接法兰、排气管和辐射管；所述辐射管另一端开设有烟气进气口 ；所述排气管的侧壁上分别安装有排烟管和助燃空气出口管，所述壳体内的设置有换热内管，所述换热内管的中心线与壳体的中心线重合，且换热内管的一端的助燃空气入口穿过连接法兰伸出壳体外，所述换热内管的另一端端口设置有封堵球冠，所述封堵球冠的外壁上周向均匀开设有2?4个通孔；所述换热内管四周均匀安装有多个与换热内管平行的换热夹套，其中一个换热夹套的侧壁上开设有与助燃空气出口管相互连通的助燃空气通孔，所述换热夹套两端分别安装有换热夹套帽，所述换热夹套一端的换热夹套帽上开设有与通孔对应的通气孔，所述通气孔与通孔之间通过连通管连接。其中，换热内管、连通管、换热夹套、助燃空气通孔和助燃空气出口管连通形成助燃空气流动通道；换热内管与换热夹套之间的间隙以及辐射管与换热夹套之间的间隙构成两道并行的烟气通道。
[0013]进一步地，所述换热内管外壁上均匀设置有外螺旋翅片，所述换热内管内设置有呈螺旋形的内插扰流件。
[0014]再进一步地，所述换热夹套包括靠近换热内管的内套和靠近壳体的外套，所述内套的内外表面和外套的内表面上均匀设置有棘翅片，所述外套外表面均匀设置有螺旋翅片，所述排烟管和助燃空气出口管对应的换热夹套外壁上平行对称设置有第一内隔板和第