专利名称：辐射换热器的制作方法
一种用于提高烟气余热利用率并降低其对大气污染的辐射换热器属于工业热交换设备。
目前高温窑炉与加热设备中烟气余热多采用辐射换热器回收。这是一种主要以热辐射形式传递热量的热交换器。其投资省、性能好、节能效果显著，在工业上，尤其在1000℃以上的高温窑炉和加热设备中得到广泛应用。如其烟气进入换热器的温度高达1400～1600℃，一般用耐热钢制成的换热器内壁难以承受。如当烟气温度在1200～14 1400℃内时，需采用高级耐热合金钢;当温度超过1500℃后，需采用更昂贵的耐热合金或特种陶瓷材料，如SiC、Si3N4、Al2O3、ZrO2等，从而大大提高了辐射换热器内壁的材料成本。如果采用往高温烟气中掺入冷风、低温烟气或者采用水冷管冷却的方法来降低烟气的温度，却会因此而显著降低了烟气显热的品位，不利于烟气余热的回收和利用。其次，这种换热器烟气的出口温度都相当高，通常在900～800℃之间，这部份烟气余热在辐射换热器内无法利用。为此，近年发展了一种辐射一对流组合换热器，它由辐射和对流二组换热器构成，烟气先流经辐射换热器，再顺序流经对流换热器;被予热的空气则相反，先通过对流换热器再流向辐射换热器，它可使高温烟气的排烟温度降至400℃以下，提高了余热利用率，但其结构复杂，制造困难，烟气流路的阻力增大，不易推广。另一方面，在日本《工业加热》杂志Vo1.21.NO.3和日本昭和58年11月日本机械学会杂志第86卷第780号上分别发表了两篇名为“透气性固体在工业加热设备中的应用”和“利用辐射能的新技术”的论文，都提到了一种可在工业加热设备中烟气流经的上、下游各加入一种透气性固体如耐热钢丝编织网、多孔陶瓷、堇青石陶瓷蜂窝体等来充分利用烟气余热以提高加热设备炉温的新方法，这是一种利用透气性固体来把烟气显热转换为辐射热并反射回加热设备以提高其加热温度的技术，即当高温烟气流过耐高温的透气性物体时，该物体的高温侧便向上游方向反射回辐射热，从而提高了加热温度;而其向下游方向的热辐射几乎全部被屏蔽;该物体的低温侧也发生着同样的过程，其结果就使向上游的辐射大于向下游的辐射，形成一种定向辐射，把烟气显热转换为一种加热设备可以利用的辐射热，而烟气流过透气性物体后温度下降的辐射则标志着气体的显热转换为辐射热的程度。在论文中提到这种技术可以用在冶金、化工和石油工业的加热炉中，也可用作一种低热值燃料的燃烧器。在前一篇论文中甚至还提出了一个使用低热值燃料的辐射变换型热交换器的原理图，但还未在高温窑炉和加热设备的辐射换热器中得到应用。
本发明的目的在于提出一种供高温窑炉和加热设备使用的、余热利用率高、成本低、可消除烟气的环境污染以及结构简单、制造方便的带有透气性固体的新型辐射换热器。
为了达到上述发明目的，本发明的特征在于在换热器进气口或(和)出气口(各)装有一个黑度近于1的透气性物体，其气孔的轴向长度要大大地大于气孔的半径。另外，还可在该物体上浸渍有助燃和净化功能的氧化型催化剂，也可以浸渍可净化氮氧化物的还原型催化剂。
使用证明在高温烟气的条件下，该辐射换热器内壁可以使用普通的耐热合金钢如1Cr18Ni9Ti等，而且烟气热回收率也可显著地提高。
为了在下面结合实施例对本发明作详细的描述。现把本申请文件所使用的附图名称及编号简介如下
图1、进/出口端都带透气性物体的螺旋管式辐射换热器;
图2、进/出口端都带透气性物体的垂直放置的单管棒式辐射换热器;
图3、进/出口端都带透气性物体的管式辐射换热器;
图4、进/出口端都带透气性物体的串联缝式辐射换热器;
图5、进/出口端都带透气性物体且在出口端带弯头的辐射换热器;
图6、进/出口端都带透气性物体的插入烟道的单管棒式辐射换热器;
图7、进/出口端都带透气性物体的弯-直管串联式辐射换热器;
图8、进/出口端且连接部都带有透气性物体的弯-直管串联式辐射换热器;
图9、进口端带有透气性物体的弯-直管串联式辐射换热器纵剖视图;
图10、进口端带有透气性物体的弯-直管串联式辐射换热器横剖视图;
实施例请见图1～10。
在图1中，1，2分别是进/出口端的透气性固体，3是螺旋管式空气热交换器，4是炉壁，透气性物体和炉壁间用耐高温合金钢丝穿透且固定起来(下同)。箭头的长短表示辐射热量的大小(下同)。它是一种顺流式辐射换热器。
在图2中，5、6是单管棒式空气热交换器，沿圆周方向垂直插入这个喷流式辐射换热器的内壁中。
在图3中，7是沿辐射换热器内壁圆周方向配置了集气箱且中间有连通管的管式空气热交换器。它也是顺流式的。
在图4中的辐射换热器由两个垂直串联的逆流式辐射换热器构成。
图5是一种在出口端有弯头的两端都带有透气性物体的喷流式辐射换热器。
图6是一种沿烟道插入多个单管棒式空气热交换器8的交叉传热式辐射换热器。
图7是由弯、直两个辐射换热器串联而成的逆流式辐射换热器，它也是两端都带透气性物体的。
图8和图7不同之处是在弯、直两个辐射换热器的连接部插入了一个透气性物体。
图9～10是只在进口端装有透气性物体的辐射换热器，9是被加热的空气通道，10是烟气通道。
只要把图7中进口端的透气性物体取走，就成了一个只在出口端装有透气性物体的辐射换热器了，在附图中不再给出。
上述透气性物体可采用堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)或氧化铝-二氧化硅系统中的各种材料，如刚玉、莫来石等，或镁铝尖晶石、镁铬尖晶石组成的多孔或蜂窝状陶瓷。在温度小于1300℃时可选用堇青石质陶瓷，它的热膨胀系数低(在25～1000℃时的平均热膨胀系数为0.7～1.0×10-6/C)，耐温度急变性优异。当温度在1400℃以上时，可选用莫来石-堇青石质。当温度继续升高时，可选用资源十分丰富的Al2O3-SiO2系统的莫来石质、莫来石-刚玉质或刚玉质，其最高使用温度可达1800℃，随着Al2O3含量的提高，耐高温性增强，但热膨胀系数也随之升高，使材料的抗温度急变性下降。
透气性物体也可选用SiC或Si3N4或ZrO2质地的各种陶瓷和耐火混凝土。如温度在1100～1600℃范围，又要求有优良的高温机械强度和耐温度急变性时，可用SiC或Si3N4。若温度不超过1400℃时也可选用资源最丰富、价格最低廉的耐火粘土质制品。
透气性物体也可选用Al2O3-SiO2系统中的各种陶瓷纤维或含ZrO2质的陶瓷纤维制品或其编织物。如当要求导热系数小、高的耐腐蚀和耐高温性能而耐热膨胀系数又要与金属的相接近时可采用ZrO2质陶瓷纤维制品。
另外，透气性物体，还可选用耐热金属丝制成的编织物或其碎屑或粉末冶金制品。
对于出口端的透气性物体可以浸渍上有助燃和净化功能的氧化型催化剂，如在堇青石多孔载体表面浸渍上稀土金属复合氧化物。也可以浸渍上用以净化氮氧化物的还原型催化剂，如在堇青石多孔载体上浸上LaCo3其转化率优于80%。
实验表明一个弯-直管串联式辐射换热器，当进/出口端未加上透气性物体而用向换热器内掺入冷风的方法来降低壁温时，在出炉烟气温度为1350℃，进口端烟气温度为1100℃下，出口端排气温度为900℃，换热器内壁温度为600℃，予热空气温度为350℃，烟气热回收率为18.2%。若在进口端加上一个透气性物体时，在同样的出炉烟气温度及进口端烟气温度下内壁温为500℃，予热空气温度250℃，出口端排气温度为850℃，此时由于烟气流量下降，降温也多，使烟气热回收率提高至22.7%，再加上透气性物体将烟气部份显热转换为向炉内辐射热并从炉内部向外的散热，使炉内又附加节能15%。在同样条件下，若仅在出口端加一个透气性物体时，可使排气温度降至800℃，内壁温度升至700℃，予热空气温度升至450℃，其烟气热回收率增至27.3%，另外由于空气予热温度的进一步升高，可使炉内附加节能5%。若在同样条件下，在进/出口端各加一个透气性物体时，出口端排气温度可进一步降至750℃，内壁温度降为600℃，予热空气温度降为320℃。由于多孔性物体定向辐射及减少了向空间的辐射热损失，使烟气热回收率可再次提高到31.8%，炉内总附加节能提高至19%，由此可见，本发明提供的辐射换热器既提高了烟气利用率和炉内的附加节能值，可减少对环境的污染又降低了换热器的成本，结构简单，制造也较为方便。
权利要求
1.一种辐射换热器，包括烟气通道、被加热物通道和换热器壁，本发明的特征在于，在换热器进气口或(和)出气口(各)装有一个黑度近乎1的透气性物体。
2.根据权利要求1所述的辐射换热器，其特征在于，所述的透气性物体，其透气孔的轴向长度与孔径之比要显著地大于1。
3.根据权利要求1所述的辐射换热器，其特征在于，所述的透气性物体是用堇青石或氧化铝-二氧化硅系统中的各种材料如刚玉、莫来石或镁铝尖晶石、镁铬尖晶石组成的多孔或蜂窝状陶瓷。
4.根据权利要求1所述的辐射换热器，其特征在于，所述的透气性物体是用SiC或Si3N4或ZrO2质地的各种陶瓷和耐火混凝土。
5.根据权利要求1所述的辐射换热器，其特征在于，所述的透气性物体是用Al2O3-SiO2系统中的各种陶瓷纤维或含ZrO2质的陶瓷纤维制品或其编织物。
6.根据权利要求1所述的辐射换热器，其特征在于，所述的透气性物体是一种用耐热金属丝制成的编织物或其碎屑或粉末冶金制品。
7.根据权利要求1所述的辐射换热器，其特征在于，所述的出气口处的透气性物体可以浸渍上有助燃和净化功能的氧化型催化剂。
8.根据权利要求1所述的辐射换热器，其特征在于，所述的出气口处的透气性物体可以浸渍上用以净化氮氧化物的还原型催化剂。
全文摘要
一种辐射换热器属于工业用的热交换设备。其特征是在其烟气进气口或(和)出气口(各)装有一个黑度近于1的透气性物体。在出气口的物体表面还可浸渍上起助燃和净化用的氧化或还原型催化剂。其材料可选用堇青石或ZrO
文档编号F28D7/00GK1077794SQ9210251
公开日1993年10月27日 申请日期1992年4月17日 优先权日1992年4月17日
发明者武立云 申请人:北京工业大学科学技术开发公司