专利名称：空煤气双预热二次喷射式辐射管烧嘴换热器及换热方法
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空气和煤气双预热换热装置和换热方法。
背景技术：
在物料加热及金属热处理领域，为了避免火焰和产品直接接触或者由于工艺对特殊气氛的需求，采用辐射管进行间接加热的方法已经得到了越来越广泛的应用。辐射管一般采用与之配套的辐射管烧嘴进行加热，通常辐射管烧嘴由换热器和主烧嘴两部分组成。换热器通过对自身烟气的余热回收来预热助燃空气，主烧嘴则通过合理的结构设计来组织空气和煤气燃烧，调节火焰形状，控制辐射管表面温度均匀性。随着辐射管加热技术的发展，在换热器结构的设计上，通常有以下几种型式(I) 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。通常来讲在正常工艺情况下，这种换热器能将空气预热到400°C，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等行程结构型式，即换热器外管设置翅片管，内管采用喷流结构来提高换热效果。在1000°C的烟气温度下，空气能够预热到500°C以上，排烟温度降到600°C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°C的烟气温度下，空气预热温度能够达到700°C，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，都仅仅只考虑了对助燃空气进行预热，并未考虑对煤气进行预热，在现有辐射管的排烟温度下(500-700°C )，完全能够利用烟气对煤气进行预热，实现辐射管烧嘴的空煤气双预热。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的上述缺陷，提供一种空煤气双预热二次喷射式辐射管烧嘴换热器及换热方法，采用直线型双行程换热，能够在对空气进行喷射换热的同时对煤气进行预热，通过换热结构的集成即可实现辐射管烧嘴的空煤气双预热。本发明为解决上述问题所采用的技术方案是
一种空煤气双预热二次喷射式辐射管烧嘴换热器，其特征在于主要包括由内至外套设的煤气导管、煤气换热管、烟气导管；煤气换热管左端通过中间堵板与空气导管连接；空气导管往右依次连接翅片管和端头堵头；翅片管内从外至内套设多孔喷流管和中间导管；多孔喷流管由多段直线连接构成，各段管壁沿轴向设置多圈周向均布通孔，且各段的一端在多孔喷流管和翅片管间由挡环封堵，另一端封闭固定在中间导管上；中间导管的左端连接倒L型空气射流管，空气射流管喷射口穿过空气导管；煤气进、出口管分别垂直穿过烟气导管与煤气换热管连接，煤气导管两端封闭并固定在煤气换热管上；空气进风管为L型，竖直端垂直穿过烟气导管、煤气换热管和煤气导管，水平端水平穿过煤气导管并连接在中间堵头上。
按上述技术方案，煤气换热管和空气导管直线从烟气导管伸出，烟气导管的右端设置与辐射管连接的异形法兰，异形法兰位于中间堵板附近。按照上述方案，多孔喷流管管壁轴向分层均布6-10圈周向均布2_3mm的通孔，通孔个数可根据喷流管直径进行调整。按照上述方案，翅片换热管为外翅片结构，翅片沿换热管管壁均匀布置，根据换热管直径每圈布置36-54个。按照上述方案，端头堵头与翅片换热管固定；内侧设置将空气导管和中间导管连通的空气通道。按照上述方案，异形法兰的上端法兰盘短于下端法兰盘，下端法兰盘上设置支撑板，并同时设有与辐射管连接用的安装孔，异形法兰与烟气导管固定。按照上述方案，煤气导管两端采用堵头封闭；煤气导管四周均布支撑架，并通过支·撑架与煤气换热管固定。按照上述方案，煤气换热管为不锈钢光管结构，煤气换热管左侧设有堵板；煤气换热管右端与空气导管连接的中间堵板将右侧分为空气换热空间、左侧分为煤气换热空间。采用上述换热器的换热方法，其特征在于通过异形法兰将换热器与辐射管和主烧嘴连接，空气导管和右端的翅片管和端头堵头均伸入辐射管的换热器侧；翅片管与辐射管水平端的内壁间形成空气换热侧烟气通道，空气射流管竖直端外缘与辐射管外壁形间成烟气回流通道，主烧嘴与辐射管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进入，进入中间导管与多孔喷流管间隙后从喷流管的通孔高速喷出到翅片管内表面，与空气换热侧烟气通道的烟气进行换热，完成与烟气的换热后，经过堵头返回进入中间导管然后流入空气射流管，并通过空气射流管的喷流口高速喷出，利用喷射形成的负压将烟气从烟气回流通道向下卷吸回流，之后通过助燃空气与卷吸烟气混合通道，然后进入辐射管助燃空气导管，并通过助燃空气导管和主烧嘴的空气通道完成混合后进行燃烧；
煤气从煤气进口管进入后，经过煤气导管和煤气换热管间的狭窄环形换热通道提速后，通过煤气换热管与烟气导管内侧的煤气换热空间与烟气进行换热，换热后的预热煤气则通过煤气出口管送入主烧嘴进行燃烧；
燃烧所产生的烟气则依次通过端头堵头的外侧、空气换热侧烟气通道、空气导管与辐射管间的空气换热空间、煤气换热管与烟气导管间的煤气换热空间，依次完成与空气和煤气的换热后从烟气出口管排出。相对于现有技术，本发明具有以下有益效果
1、采用一字型结构换热器设计，将空气换热器和煤气换热器排成直线结构，便于与辐射管结合，实现辐射管烟气单行程上的空煤气双预热；
2、空气换热器采用多孔射流管与翅片管结合使用的方式进行换热，通过空气对翅片管的闻速直喷射流，大幅的提闻了传热系数，空气预热温度可提闻近10CTC ；
3、采用空气双级喷流结构设计，在多孔喷流管与翅片管间采用多空喷流进行一级射流预热空气；在空气射流管处进行二级射流卷空气，并利用喷射负压卷吸烟气进行再次燃烧，在提高预热温度的同时，降低了助燃空气的氧含量，能够有效降低氮氧化合物排放。
图I为本发明换热器的结构示意 图2为图I的A-A剖视 图3为本发明的换热器与主烧嘴及辐射管配套使用的结构示意图(多孔喷流管与翅片管结合部分的局部视图)；
图4为本发明的换热器与主烧嘴及辐射管配套使用的结构示意图(W型辐射管的右侧省略)。图中I-堵头，2-翅片管，3-挡环，4-多孔喷流管，5-中间导管，6-空气射流管，
7-空气导管，8-中间堵板，9-异形法兰，10-空气进风管，11-烟气导管，12-烟气出口管， 13-煤气进口管，14-煤气换热管，15-煤气导管，16-煤气出口管，17-换热器，18-辐射管，19-主烧嘴，20-空气换热侧烟气通道，21-烟气回流通道，22-助燃空气与卷吸烟气混合通道。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。参见图1-4，一种空煤气双预热喷流管式辐射管烧嘴换热器，能够对空气和煤气进行双预热、空气双喷流，结合有翅片管式换热结构，具有双行程。它包括堵头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翅片管2固定。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。翅片管2内的多孔喷流管4为数控精加工成型，管壁表面沿轴向分层且每层均布地布置6-10圈2-3mm环孔，环孔个数可根据喷流管直径进行调整。翅片管2之间采用连续密封焊接固定。空气射流管6呈倒L型弯头，竖直端从空气导管7竖直往下穿出，水平端往右与位于多孔喷流管4正中心的中间导管5焊接固定。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。中间堵板8左右两侧分别与煤气换热管14和空气导管7焊接固定，将换热器整体分隔为环形通道状的空气换热空间和煤气换热空间。异形法兰9采用不锈钢钢板加工成型，异形法兰9上设有支撑板，同时设有与辐射管18连接用安装孔，异形法兰9与烟气导管11连续焊接固定在烟气导管11的右端；烟气导管11采用无缝钢管加工成型，上面垂直设置烟气出口管12、煤气进出口管13和16以及空气进风管10，烟气出口管12与烟气导管11连续焊接固定，空气进风管10从烟气导管11预留开孔穿入与中间堵板8连接；煤气进口管13及煤气出口管16从烟气导管11预留开孔穿入分别与煤气换热管14垂直连接。煤气换热管14为不锈钢光管结构，换热管左右两侧均设有堵板。煤气导管15位于煤气换热管14正中心，左右两侧均设有堵头，四周均布支撑架，与煤气换热管14通过点焊固定，并在两者之间形成狭窄环形换热通道用于对煤气进行提速，加快换热。空气进风管10呈L型，竖直端竖直向下依次穿过烟气导管11、煤气换热管14和煤气导管15，水平端水平穿过煤气导管15右端的堵头并连接在中间堵板8上。图3给出了换热器与主烧嘴及辐射管配套使用的结构示意图(多孔喷流管与翅片管结合部分的局部视图);翅片管2与辐射管18内壁形成烟气通道，多孔喷流管4通过径向环绕的挡环3的阻隔作用，在翅片管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翅片管2外壁与内侧空气形成逆流。助燃空气沿中间导管5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的环孔径向向外高速喷射到翅片管2内表面，与翅片管2外侧烟气进行换热，换热完成后继续往右进入下一级喷流管和翅片管，多孔喷流管4总共四级，长度逐级增加，换热完成后，预热空气通过堵头I的端盖通道沿中间导管5返回，从空气射流管6向下喷出。图4给出了换热器17与主烧嘴及辐射管配套使用的结构示意图，此图中右侧的W型辐射管省略；换热器异形法兰9与辐射管18换热器侧连接，主烧嘴19通过螺栓与辐射管18另一侧连接。翅片管2与辐射管18水平端的内壁间形成空气换热侧烟气通道20，空气射流管6竖直端外缘与辐射管18外壁形间成烟气回流通道21，主烧嘴19与辐射管18内壁形成助燃空气与卷吸烟气混合通道22。进行换热时，助燃空气从空气进风管10进入，进入中间导管5与多孔喷流管4间隙后高速喷出到翅片管2内表面，完成与烟气的换热后，经过堵头I返回进入中间导管5然后流入空气射流管6，并通过空气射流管6喷流口高速喷 出，利用喷射形成的负压将烟气从烟气回流通道21向下卷吸回流，之后通过助燃空气与卷吸烟气混合通道22，然后进入辐射管18助燃空气导管，并通过助燃空气导管和主烧嘴19的空气通道完成混合后进行燃烧。煤气从煤气进口管13进入后，经过煤气导管15和煤气换热管14间的狭窄环形换热通道提速后，通过煤气换热管14与烟气导管11内侧烟气进行换热，换热后的预热煤气则通过煤气出口管16送入主烧嘴19进行燃烧。燃烧所产生的烟气则依次通过堵头I的外侧、翅片管2与辐射管18水平端的内壁间形成空气换热侧烟气通道20、空气导管7与辐射管18间的空气换热空间、煤气换热管14与烟气导管11间的煤气换热空间，完成与空气和煤气的换热后从烟气出口管12排出。
权利要求
1.一种空煤气双预热二次喷射式辐射管烧嘴换热器，其特征在于主要包括由内至外套设的煤气导管、煤气换热管、烟气导管；煤气换热管左端通过中间堵板与空气导管连接；空气导管往右依次连接翅片管和端头堵头；翅片管内从外至内套设多孔喷流管和中间导管；多孔喷流管由多段直线连接构成，各段管壁沿轴向设置多圈周向均布通孔，且各段的一端在多孔喷流管和翅片管间由挡环封堵，另一端封闭固定在中间导管上；中间导管的左端连接倒L型空气射流管，空气射流管喷射口穿过空气导管；煤气进、出口管分别垂直穿过烟气导管与煤气换热管连接，煤气导管两端封闭并固定在煤气换热管上；空气进风管为L型，竖直端垂直穿过烟气导管、煤 气换热管和煤气导管，水平端水平穿过煤气导管并连接在中间堵头上。
2.根据权利要求I所述的辐射管烧嘴换热器，其特征在于煤气换热管和空气导管直线从烟气导管伸出，烟气导管的右端设置与辐射管连接的异形法兰，异形法兰位于中间堵板附近。
3.根据权利要求I或2所述的辐射管烧嘴换热器，其特征在于多孔喷流管管壁轴向分层均布6-10圈周向均布2-3_的通孔，通孔个数可根据喷流管直径进行调整。
4.根据权利要求3所述的辐射管烧嘴换热器，其特征在于翅片换热管为外翅片结构，翅片沿换热管管壁均匀布置，根据换热管直径每圈布置36-54个。
5.根据权利要求I或2或4所述的辐射管烧嘴换热器，其特征在于端头堵头与翅片换热管固定；内侧设置将空气导管和中间导管连通的空气通道。
6.根据权利要求5所述的辐射管烧嘴换热器，其特征在于异形法兰的上端法兰盘短于下端法兰盘，下端法兰盘上设置支撑板，并同时设有与辐射管连接用的安装孔，异形法兰与烟气导管连续固定。
7.根据权利要求I或2或4或6所述的辐射管烧嘴换热器，其特征在于煤气导管两端采用堵头封闭；煤气导管四周均布支撑架，并通过支撑架与煤气换热管固定。
8.根据权利要求7所述的辐射管烧嘴换热器，其特征在于煤气换热管左侧设有堵板；煤气换热管右端与空气导管连接的中间堵板将右侧分为空气换热空间、左侧分为煤气换热空间。
9.根据上述权利要求之一所述的换热器的换热方法，其特征在于通过异形法兰将换热器与辐射管和主烧嘴连接，空气导管和右端的翅片管和端头堵头均伸入辐射管的换热器侧；翅片管与辐射管水平端的内壁间形成空气换热侧烟气通道，空气射流管竖直端外缘与辐射管外壁形间成烟气回流通道，主烧嘴与辐射管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进入，进入中间导管与多孔喷流管间隙后从喷流管的通孔高速喷出到翅片管内表面，与空气换热侧烟气通道的烟气进行换热，完成与烟气的换热后，经过堵头返回进入中间导管然后流入空气射流管，并通过空气射流管的喷流口高速喷出，利用喷射形成的负压将烟气从烟气回流通道向下卷吸回流，之后通过助燃空气与卷吸烟气混合通道，然后进入辐射管助燃空气导管，并通过助燃空气导管和主烧嘴的空气通道完成混合后进行燃烧； 煤气从煤气进口管进入后，经过煤气导管和煤气换热管间的狭窄环形换热通道提速后，通过煤气换热管与烟气导管内侧的煤气换热空间与烟气进行换热，换热后的预热煤气则通过煤气出口管送入主烧嘴进行燃烧； 燃烧所产生的烟气则依次通过端头堵头的外侧、空气换热侧烟气通道、空气导管与辐 射管间的空气换热空间、煤气换热管与烟气导管间的煤气换热空间，依次完成与空气和煤气的换热后从烟气出口管排出。
全文摘要
本发明涉及一种空煤气双预热二次喷射式辐射管烧嘴换热器及换热方法，煤气换热管左端通过中间堵板与空气导管连接；空气导管往右依次连接翅片管和端头堵头；翅片管内从外至内套设多孔喷流管和中间导管；中间导管的左端连接倒L型空气射流管，空气射流管喷射口穿过空气导管；煤气进、出口管分别垂直穿过烟气导管与煤气换热管连接，煤气导管两端封闭并固定在煤气换热管上；空气进风管竖直端垂直穿过烟气导管、煤气换热管和煤气导管，水平端水平穿过煤气导管并连接在中间堵头上。采用直线型双行程换热，多孔射流管与翅片管结合双级喷流结构，能够在对空气进行喷射换热的同时对煤气进行预热。
文档编号F23L15/00GK102759107SQ201210267069
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者徐少春, 沈小军, 郑剑辉, 高阳 申请人:中冶南方(武汉)威仕工业炉有限公司