专利名称：用于气体燃烧器以及组合气体燃烧器和冷却器的方法
技术领域：
本发明涉及了有关燃烧器和燃烧器/冷却器组合的一个方法。
更具体说，本发明涉及了在加热炉子的燃烧器操作中减少材料损耗的.一个方法，相关的燃烧器可以是一个气体燃烧器、一个油燃烧器或一个固体燃料燃烧器。
以下参照一个组合的气体燃烧器和冷却器来举例说明本发明。
往往利用一个气体燃烧器来加热炉子。这个燃烧器通常具有一个气源，从气源引导气体通过一个喷管，然后点火来提供火焰。非常热的燃烧气体被引导通过一个底部敞开的内管。内管被一个底部封闭的外管包围，从而形成一个封闭的管系统。废气被引导通过外管的上部排出。管系统位于炉子被加热容积中，由于把燃烧产生的热传到炉子的被加热容积，主要依靠热辐射，提供了加热过程。
因为管系统的内部容积不与被加热炉子容积接触，燃烧气体或其燃烧产物决不会与炉子中被加热的产品接触。
500-1100℃的温度是这种炉子的通常工作温度。
当在炉子中加热的产品准备从炉子取出时，当然要花较长的时间，用于使炉子、其被加热容积和被加热产品冷却到一个温度，可以在这个温度上处理它们而不需要采用专门的工具。为了加快炉子的冷却过程，往往把冷却空气泵压到内管中，从而主动冷却被加热的炉子容积，通过外管把被加热炉子容积中贮存的热传到冷却空气。
在这种操作类型中，气体燃烧器的外管称为“冷却指”。因此引导冷却空气通过同一的管系统，其中包括了气体燃烧器，而在此过程中断开气体和燃料源，相反打开冷却空气源，冷却空气从空气源流经管系统。冷却空气流往往具有很大的容积。例如，当冷却炉子时，所采用的冷却空气容积通常为100m3/h。
有时，单独采用一个装置作为冷却指。
当然，由于冷却空气的温度比被加热炉子容积中气氛的温度低得多，以及由于冷却空气不直接与上述气氛连通，构成冷却空气和被加热炉子容积之间壁垒的这部分管系统将承受很强的材料应力。在构成上述壁垒的管系统不同部分之间的连接处，这些应力强有力地造成了显著的机械应力。
在已知技术中，冷却空气被引导通过与外管连通的内管，外管直接与封闭的炉子容积接触，冷却空气进一步通过外管并且从管系统排出。冷却空气从内管流出，通过与内管容积不相适应的外管容积部分转弯和向后流动，在这个区域，冷却效应比较强烈。因此，在外管材料中发生的很大温度梯度造成了材料中的应力，应力在这个区域很显著，特别是外管的底部结构受到这种应力。底部结构往往由一个底板组成，它牢固地机械固定在外管中。不管底板如何固定，如焊接、螺接等，在上述底板和外管圆筒面之间的连接处，材料损耗很显著，这种损耗也可以由周期性变化的载荷引起，它将导致热疲劳。
对这些问题已经建议了其他各种办法。例如，一个办法是使外管底板做成弯曲形状，从而更有效地承受在冷却指操作中温度梯度造成的作用在结构上的这些材料应力。
然而，所提出的建议没有一个可以有效地解决问题。外管和/或底板仍必须比较经常地更换，造成了不必要的高额维护成本。
因此，希望找到一种外管底部结构，尽量减少在该结构中发生的温度梯度造成的材料损耗，由此降低对气体燃烧器的维护要求和增加其寿命期。
本发明对这种气体燃烧器的外管提供了一种改进的底部结构，包括一个内部底面，它与外管表面隔开，贯穿流动的冷却空气对着它被迫向后转弯，并且通过外管流出，由此冷却空气流永远不直接接触外管底板面和圆筒面之间的连接处。
除了增加气体燃烧器的使用寿命，本发明还解决了气体燃烧器管系统结构的实际材料选择问题。在许多应用中希望采用如FeCrAl的铁素体材料，以替代如NiCr的奥氏体材料。从防氧化和防腐蚀观点看，FeCrAl是更好的材料。
例如，这是因为FeCrAl能够更好地对付材料的脱碳现象，脱碳现象是由于材料和封闭炉子容积之间碳势差别而发生。例如，当操作称为SER类型的燃烧器时，就是这种情形。另一方面，按照目前的技术不可能用铁素体材料来制造气体燃烧器，因为上述温度梯度的存在造成了材料应力。由于本发明有效地降低了由温度梯度引起的材料应力，现在有可能采用铁素体材料替代奥氏体材料来制造气体燃烧器。
因此，本发明涉及了燃烧器和/或冷却器操作中的一个方法，使气体流经内管，从环绕内管的外管流出，并且通过与内管容积不相适应的外管容积部分向后流动，其中方法的特征在于在外管中放置一个内底板，它与外管的封闭底板隔开，迫使流经内管和流出进入外管的气体转弯和向后流动，在外管和内管之间流出，由此在气体和外管底板之间建立了一个隔热的气体腔。
本发明也涉及了在权利要求8中规定的气体燃烧器/冷却器组合类型，并且具有在该权利要求中提出的特性。
现在部分地参照附图中所示的本发明实施例，更详细地描述本发明，其中
图1是一个包括一个气体燃烧器的炉子的总视图；图2是上述燃烧器的燃烧器管/冷却指的侧视图；图3是气体燃烧器下部的侧视图，以及从上述燃烧器下侧投影的视图；以及图4是另一个气体燃烧器下部的侧视图，以及从上述燃烧器下侧投影的视图。
图1是一个炉子1的总视图，它由按照本发明构造的组合气体燃烧器和冷却器3加热。图2是上述组合气体燃烧器/冷却器的侧视图。从气体燃烧器3提供的热能加热封闭的炉子容积2，主要依靠辐射把从气体燃烧器3得到的热能传到封闭的炉子容积，虽然对流和传导也对炉子容积的加热有贡献。
在一个燃烧器头部4中点火来自外气源的气体，燃烧过程产生的热的剩余气态产物流入燃烧器的内管7，并且通过由燃烧器内管7的外表面和外管5的内表面之间形成的容积6向后排出。
因此气体燃烧产物永远不会与封闭的炉子容积2接触。
如上所述，通常也可以在同一管系统中采用冷却空气用于冷却目的。此时，气体燃烧器3代之以称为冷却指。因此，当燃烧器3用作冷却指时流经结构的冷空气将也不与炉子的封闭容积2接触。
图3说明了气体燃烧器3的下部。从图可以看到，一个圆形内底面8放置在高于外管5底板9以上一定距离。一个插入件10确定了内底面8和外管5底板9之间的距离。插入件10可以是管状，或者任何其他适当的几何形状。插入件最好是具有低的热传导率和尽可能小的截面积。
内底板8的直径不完全相应于外管5的内径，在内底面8和外管5内表面之间形成一个空开的间隙11。这个间隙保证在操作时温度梯度引起的材料运动对于材料，特别是对于把底板9固定到管系统上的装置，不会造成机械损伤。
在内底板8和外管5底板9之间的间隔建立了一个隔热的空气间隙12。从内管7流出并且向后流入内管7和外管5之间容积的气体被底板8的上表面阻挡，由此显著降低了在封闭炉子容积2和气体之间的温差效应，该气体在紧靠内底板8之下的容积中流经燃烧器3。这造成了显著降低外管5底部结构9被加热和冷却的程度。从而降低了由于温度梯度引起的材料应力造成的材料损耗，也显著增加了外管5底部结构9的使用寿命期。
位于内底板8顶上是一个十字形隔离件13，它一方面起到确定内底板8和内管7底边之间距离的作用，另一方面起到均匀分布从内管7流出气体的作用。内管7停靠在隔离件13上。需要指出，这种结构可以是任何结构，只要至少达到这两个目的之一。
或者是，可以取消隔离件13，由此将不能达到上述两个目的。
还可以理解到，与燃烧器其余部分的构造有关，如果内底板8和圆形插入件10，或者圆形插入件10和外管5底部结构9，或者这两者的组合，松散地停靠在相互的顶上，则可以用机械方式，例如用焊接、夹紧、螺接或其他适当的方式把插入件10、内底板8、隔离件13(如果有的话)和内管7连接在一起。或者是，各个构件松散地相互停靠。
图4是相似于图3的视图，但说明了本发明的另一个可能的实施例。在这个实施例中，采用降低对流和辐射的隔热材料14来替代圆形插入件10。隔热材料仍提供了对外管5底部结构9的较好隔热，仍造成较长的使用寿命。另外，隔热材料14确定了外管5底部结构9上表面和内底板8下表面之间的距离，并且还支持了内底板8的重量。
可以理解到，隔热材料14也可以与插入件10结合使用，从而增强了结构的支承能力。
硅酸铝纤维是本用途方面的一种适当隔热材料之例。
插入件可以是金属或陶瓷，或者可以包括某些其他适当的材料。
显然，本发明解决了在引言中提出的问题。
虽然已经参照本发明的一些实施例描述了本发明；但显然可以改变结构件的设计。
因此不应该认为本发明受到以上描述的实施例的限制，因为在所附权利要求的范围内，可以作出各种变化。
权利要求
1.一种有关燃烧器和/或冷却器(3)操作的方法，其中使气体流经内管(7)，从环绕内管(7)的外管(5)流出，并且通过与内管(7)容积不相适应的外管(5)的部分容积向后流动，特征在于在外管(5)中放置一个内底板(8)，它与外管(5)的封闭底板(9)隔开，由此使流经内管(7)和流出进入外管(5)的气体转弯向后，并且在外管(5)和内管(7)之间流出，由此在上述外管底板(9)和底板(8)之间建立了一个气体腔(12)。
2.按照权利要求1的方法，特征在于使得贯穿通过的气体或者是由燃烧气体产生的热燃烧产物，或者是冷空气。
3.按照权利要求2的方法，特征在于使得隔热材料(14)占有在内底板(8)和外管(5)底板(9)之间的容积。
4.按照权利要求2或权利要求3的方法，特征在于在外管(5)底板(9)和内底板(8)之间放置一个插入件(10)，从而在不采用隔热材料时，或者在所采用隔热材料(14)对内底板(8)不足以提供足够高的支承能力时，改进内底板(8)的支承能力。
5.按照权利要求4的方法，特征在于机械地把插入件(10)紧固到外管(5)的底板(9)上。
6.按照权利要求4的方法，特征在于机械地把内底板(8)紧固到插入件(10)上。
7.按照权利要求1到6中任一条的方法，特征在于由FeCrAl构成管系统。
8.一种燃烧器和/或冷却器(3)，它包括一个内管(7)，以及一个环绕内管(7)和具有封闭底板的外管(5)，其中气体要流经内管(7)并且通过与内管(7)容积不相适应的外管(5)部分容积向后流动，特征在于一个内底板(8)位于外管(5)中，它与外管(5)的封闭底板(9)隔开，并且在外管封闭底板和内管口之间。
9.按照权利要求8的燃烧器和/或冷却器，特征在于该气体燃烧器适于气体贯穿通过，该气体或者是由燃烧气体产生的热燃烧产物，或者是冷空气。
10.按照权利要求9的燃烧器和/或冷却器，特征在于一种隔热材料(14)占有在内底板(8)和外管(5)底板(9)之间的容积。
11.按照权利要求9或权利要求10的燃烧器和/或冷却器，在不采用隔热材料时，或者在所采用隔热材料(14)对内底板(8)不足以提供足够高的支承能力时，特征在于在外管(5)底板(9)和内底板(8)之间放置一个插入件(10)，从而提高内底板(8)的支承能力。
12.按照权利要求11的燃烧器和/或冷却器，特征在于机械地把插入件(10)紧固到外管(5)的底板(9)上。
13.按照权利要求11的燃烧器和/或冷却器，特征在于机械地把内底板(8)紧固到插入件(10)上。
14.按照权利要求8到13中任一项的一个燃烧器和/或冷却器，特征在于管系统由FeCrAl构成。
全文摘要
本发明涉及了有关燃烧器和/或冷却器(3)操作的方法，其中使气体流经内管(7)，从环绕内管(7)的外管(5)流出，并且通过与内管(7)容积不相适应的外管(5)部分容积向后流动。本发明的特征在于在外管(5)中放置一个内底板(8)，它与上述外管(5)的封闭底板(9)隔开，由此使流经内管(7)和流出进入外管(5)的气体转弯向后，并且在外管(5)和内管(7)之间流出，由此在上述外管(5)底板(9)和底板(8)之间建立了一个气体腔(12)。
文档编号F23D14/76GK1751209SQ200380109118
公开日2006年3月22日 申请日期2003年12月4日 优先权日2002年12月23日
发明者托马斯·莱温 申请人:桑德维克知识产权贸易公司