专利名称：一种新型窑炉加热装置的制作方法
技术领域：
本新型加热装置可广泛适用于各种窑炉、化工、食品等的烘烤、加温、加热过程。所用燃料可以是煤油、柴油。
目前用于窑炉烘烤、加温、加热的装置，概括起来可分为四种类型电加热、烧煤、烧气和烧油加热。在较大热容量情况下，采用的电加热装置、烧煤加热装置或烧气(气体燃料)加热装置都显得设备庞大而且效率低。就是目前在玻璃生产厂烤窑快速加热时所用的日本制造的柴油加热器，其热容量为120×10000大卡／小时，量大直径为600毫米，长度近2000毫米，总重100多公斤，燃烧效率低于80％，而且引燃系统非常不便。
本发明的目的是设计一种外型尺寸小，重量轻，热容量大，燃烧率高，引燃方便的加热装置。设计者借鉴航空发动机燃烧室设计技术，设计了一种新型窑炉加热装置。具体构造见附图。
图1为本实用新型的总体结构图；图2为引燃装置结构图。图中代号为1扩张段2火焰筒轴向定位器3直管段4收缩段5法兰盘6排气尾管外壳体7导流板条8扁形不锈钢管9冷却套管10冷却套管11进气扩压器12进气扩压器13整流板14圆柱段15收缩脖16冷却气膜段17圆柱段18收缩段19过渡段20导流环
21导流环22出口段23离心式喷嘴24安装板25旋流器26引燃装置安装座27定位片28电嘴29电嘴卡头30安装帽31弹簧32定位柱该加热装置主要由进气管、加热装置壳体、火焰筒、喷油装置、引燃装置和排气尾管等组件构成。
(一)进气管是由一段直径为150毫米的直管段作成，前后有法兰盘。前法兰盘与气流管线系统的法兰盘用螺栓连接，后法兰盘与装置壳体上法兰盘用螺栓连接。在进气管上焊有喷嘴安装座。
(二)装置壳体限制空气流按设计的各气流分配比率而流动，并起热辐射的隔离等作用。它主要分四部件扩张段；过渡段、引燃装置和安装座。扩张段(
图1－1)采用流线型结构，面积扩张比为4，其目的主要是减小本来就很小的来流空气总压力的损失，使具有一定速度的空气流减速扩压。其前端的法兰盘与进气管上的法兰盘用螺栓连接，后端法兰盘与过渡段连接(中间加2毫米厚铜板垫密封)。
过渡段由直管段(
图1－3)、收缩段(
图1－4)以及法兰盘(
图1－5)等构成。在直管段周向均布三个火焰筒轴向可卸定位器(
图1－2)安装座。其中一个定位器除起定位作用外兼作具有快速退出的引燃装置安装座(
图1－26)。
(三)火焰筒分为火焰筒头部、燃烧段、燃烧过渡段及出口段等。它是组织燃烧和稳定燃烧的核心。火焰筒头部由进气扩压器(
图1－11，12)、整流板(
图1－13)、离心式喷嘴(
图1－23)、安装板(
图1－24)、旋流器(
图1－25)组成，它们均采用高温合金不锈钢材料钣金加工成型。头部中心气流进入量按22％设计。
头部进气扩压器(
图1－11，12)的扩张比为12.8，它用作导流及扩压。安装板(
图1－24)上均布直径8毫米的孔90个，在整流隔板上，直径为200毫米的圆上均布直径6毫米的孔30个；直径190毫米的圆上均布直径4毫米的孔30个；直径180的圆上均布直径3毫米的孔30个，各圆上的孔相互错开布置。安装板及整流隔板共同固定旋流器，其接合部用氩孤焊焊接。扩压器、整流隔板、安装板均用厚度为1.6毫米的高温合金不锈钢板材加工。
为了使加热装置能稳定燃烧，同时又具有重量轻、尺寸小、热容量大的特点，最有效的方法是使燃气产生回流，因此在头部中央安装了10片45°的旋流器(
图1－25)。空气流经旋流器后，在火焰筒内旋转前进并甩向四周，使燃烧区中心区域形成低压区，构成回流，高温已燃气连续点燃未燃混气。
燃烧段由第一圆柱段(
图1－14)、收缩脖(
图1－15)、冷却气膜段(
图1－16)、第二圆柱段(
图1－17)、收缩段(
图1－18)组成。第一圆柱段上按星形分布着18个直径22毫米的空气进气孔，进入空气量约为16％(主燃孔进气)，并在周向均布三个用于轴向固定的管形安装座。冷却气膜段周向均布85个直径为5毫米的小孔，第二圆柱段周向均布8个直径22毫米的气孔，并在两孔间星形分布三个直径为7毫米的气孔，一周共24个。收缩段上周向均布7个直径22毫米气孔，收缩脖、第二圆柱段及收缩段所有气孔的空气进入量约为44％左右(掺混孔进气)。
燃烧过渡段(
图1－19)上有两排各为72个直径4毫米的冷却气膜孔，为提高冷却壁面的效果，在内壁设计有气流导流环(
图1－20，21)，该导流环迫使气流沿壁面内侧流动，所以得到很好的冷却效果。燃烧过渡段与出口段(
图1－22)采用搭接式气膜冷却方式，搭接长度为25毫米，气膜间隙宽度为1.5毫米，它们由16个长28毫米宽3毫米厚1.5毫米的导流板条插入其间来保证间隙的均匀性，板条两端熔焊在燃烧过渡段和出口段上。为了保证周向定位和同心度，在燃烧过渡段上焊有周向均布的6个凸形定位片(
图1－27)。
(四)喷油装置由双油路离心式喷嘴、燃油导管和油滤等组成。该喷嘴可在3～35公斤／厘米2油压下工作，雾化性能良好，可以随不同热容量要求而调节供油量。
(五)引燃装置的详细图见图2。它由电嘴(图2－28)、电嘴卡头(图2－29)、安装帽(图2－30)、弹簧(图2－31)、定位柱(图2－32)、引燃装置安装座(图2－26)及高能点火器(购置件)组成。引燃装置安装座焊接在轴向定位器安装座上。
(六)排气尾管由法兰盘(
图1－5)、排气尾管外壳体(
图1－6)、导流板条(
图1－7)、扁形不锈钢管(
图1－8)、第一冷却套管(
图1－9)及第二冷却套管(
图1－10)组成。第一冷却套管和第二冷却套管焊在排气尾管外壳体的内部。第二冷却套管与排气尾管外壳体缝隙为1.5毫米。在此缝隙内均匀布置与第二冷却套管一样长的16片导流板带，其两端分别与套管和排气尾管外壳体熔焊成一体。导流板带除起导流作用，保证缝隙均匀外，还起到加固使之减小高温变形的作用。第一套管与第二套管采用搭接式，搭接长度为25毫米，缝隙宽度为1.5毫米，且缝隙间加有长度为28毫米，宽度为3毫米，厚度为1.5毫米的导流板条(
图1－7)。其前端与第二套管端面平齐，另一端与第一套管及第二套管内侧熔焊成一体。由于第一套管与外壳体间存在较大间隙，为避免该间隙在高温下的变形，在其内插有12条加强用扁形不锈钢管(
图1－8)，其一端与第一套管及排气尾管外壳体熔焊成一体。在第一套管前端的内侧同时还焊有16个具有倒角45°、周向均布的导流片，以保证在安装时火焰筒出口段能顺利插入，并保证缝隙均匀。该导流片厚度为1.5毫米，宽3毫米，长度35毫米。
该加热装置的工作过程是中心气流经旋流器进入火焰筒后，在火焰筒头部作高速旋转，高速旋流产生低压区，并与主燃孔进气的一部分掺混，形成回流，使火焰稳定。
燃油自喷嘴喷出后形成一个油雾锥，由于气流的进一步作用和蒸发成为油蒸气。该油蒸气与中心气流、主燃孔进气流及掺混孔进气流的一部分进行掺混，以恰当的油气比进行燃烧。由于燃烧后的燃气，温度高达2000℃以上，这种燃气再与掺混孔进气流的大部分相混，使燃气温度降到所需温度。
为了使发生器长时间工作，在火焰筒壁面上设计了许多冷却气膜孔。空气通过气膜孔紧贴火焰筒壁面流动，起到了很好的隔离高温燃气、冷却筒壁的作用。
用上述构思，加工一外型尺寸长950毫米左右，直径300毫米，总重约25公斤的加热装置，燃烧效率在额定工况下不低于98％(烧柴油时)，最高达99.5％，加热装置热风出口温度为200℃～1400℃(可调，加热的最大热容量不低于120×104千卡／小时，加热装置的外壳体温度在200℃左右，承压能力为8公斤／厘米2，是理想的多用途加热装置。它具有热容量大、重量轻、外型尺寸小、燃烧效率高、节油性能突出及引燃方便等特点。
权利要求1.一种新型窑炉加热装置，其特征它由进气管、装置壳体、火焰筒、喷油装置、引燃装置及排气尾管等组成。
2.根据权利要求1所述的窑炉加热装置，其特征是壳体是由扩张段、过渡段和引燃装置构成。
3.根据权利要求2所述的窑炉加热装置，其特征是扩张段采用流线型结构，其面积扩张比为4。
4.根据权利要求2所述的窑炉加热装置，其特征是过渡段在直管段周向均布三个火焰燃烧筒轴向可卸定位器安装座。
5.根据权利要求2所述的窑炉加热装置，其特征是引燃装置由电嘴，电嘴卡头，安装帽、弹簧、定位柱引燃装置安装座及高能点火嘴组成，引燃装置安装座是焊接在轴向定位器安装座上的。
6.根据权利要求1所述的窑炉加热装置，其特征是火焰筒由火燃头部、燃烧段、燃烧过渡段和出口段组成。
7.根据权利要求6所述的窑炉加热装置，其特征是火燃筒头部由进气扩压器、整流板、离心式喷嘴、安装板及旋流器组成，进气扩压器的扩张比为12.8，安装板上均布90个直径8毫米的孔，整流隔板上在直径为200毫米的圆上均布30个直径6毫米的孔，在直径为190毫米的圆上均布30个直径4毫米的孔，在直径为180毫米的圆上均布30个直径为3毫米的孔，各圆上的孔相互错开布置，安装板及整流隔板共同固定旋流器，旋流器为平板倾斜45度，共10片。
8.根据权利要求6所述的窑炉加热装置，其特征是燃烧段第一圆柱段星形分布着18个直径22毫米的空气进气孔，分配着约16％的空气流量并在周向均布三个用于周向固定的管形安装座，冷却气膜段周向均布着85个直径5毫米的小孔，第二圆柱段周向均布8个直径22毫米的气孔，并在两孔间星形分布三个直径7毫米的气孔，一周共24个，收缩段上周向均布7个直径22毫米的气孔，上述所有气孔的空气进入量约为44％。
9.根据权利要求6所述的窑炉加热装置，其特征在于燃烧过渡段上有两排各为72个直径4毫米的冷却气膜孔，并在内壁设计有气流导流环。燃烧过渡段与出口尾管采用搭接式气膜冷却方式，搭接长度为25毫米，气膜间隙宽度为1.5毫米，它们由16个长28毫米，宽3毫米，厚1.5毫米的导流板条插入其间。
10.根据权利要求1所述的窑炉加热装置，其特征是第一冷却套管和第二冷却套管焊在排气尾管外壳体的内部，第二冷却套管与排气尾管外壳体缝隙为1.5毫米，在此缝隙内均匀布置与第二冷却套管一样长的16片导流板条，在第一冷却套管与外壳体间插有12条加强用扇形不锈钢管。
11.根据权利要求1～10所述的窑炉加装置，其特征是除可购置器件及外壳体(包括排气尾管外壳体)和法兰盘为普通不锈钢(其中外壳体的流线型扩张段也可用铝合金)外，其它材料均为高温合金不锈钢材。
专利摘要一种新型窑炉加热装置，是借助于航空发动机燃烧室设计技术设计的。它包括进气管、装置壳体、火焰筒、排气尾管、喷油装置、引燃装置等组成。壳体是由扩张段、过渡段和引燃装置构成，扩张段采用流线型结构，过渡段在直管段周向均布三个火焰燃烧筒轴向可卸定位器安装座。由于采用新颖的筒型、旋流器结构及气膜冷却方案，结构紧凑。具有重量轻、尺寸小、热容量大、燃烧效率高、节能性能突出及引燃安全等特点。
文档编号F23D11/00GK2077952SQ89221330
公开日1991年5月29日 申请日期1989年12月23日 优先权日1989年12月23日
发明者肖维慧, 顾善健, 李黎, 杨茂林 申请人:北京航空航天大学