一种辐射传热式热管换热器及烧结点火炉的制作方法

1.本实用新型属于换热设备技术领域，更具体地说，涉及一种辐射传热式热管换热器及烧结点火炉。


背景技术：

2.烧结是冶金行业，特别是钢铁冶炼过程的重要组成部分，同时也是影响整个冶炼工艺能耗指标的关键作业之一。烧结是为高炉冶炼提供“精料”的一种加工方法，其实质是将准备好的各种原料(精矿、矿粉、燃料、熔剂、返矿等)，按一定比例经过配料，混合与制粒，得到符合要求的烧结料，烧结料经点火借助碳的燃烧和铁矿物的氧化而产生高温，使烧结料中的部分组份软化和熔化，发生化学反应生成一定数量的液相，冷却时相互粘结成块，其过程的产品叫烧结矿。
3.烧结过程中需要使用点火炉，点火炉在矿石烧结生产过程中起到烧结点火和实现热风烧结的作用，其点火温度范围通常在1100～1300℃，实际操作中通常控制在1150
±
50℃。点火炉分为火段和保温段，炉体的常规结构为由炉顶和侧墙构成的整体式框架结构，侧墙设置钢板，炉顶无钢板。锚固砖吊挂在炉顶框架上，将炉顶耐火内衬锚固在炉顶上。侧墙设置炉墙钢板，侧墙耐火内衬层材料为重质浇注料，侧墙耐火内衬采用y形耐热锚固件，y形锚固件焊接在侧墙钢板上。在点火炉的火段，需要通入空气、煤气或其他的气体，这些气体一般采用换热的方式进行加热然后进行燃烧，可以提高燃烧的效率，因此在空气、煤气或其他的气体在进入点火炉之前，通过换热管进行换热。目前烧结点火炉上基本上是采用管状换热器(间壁式传热)，例如中国专利cn201320878438.0公开了一种机下式双预热烧结点火炉用换热器，换热器布置在烧结机下，其包括待预热的煤气进口、煤气出口、助燃空气进口、助燃空气出口、燃烧燃料产生烟气的预热炉、沿烟气流动方向串联设置的助燃空气换热器和煤气换热器。再如中国专利cn201510177256.4公开了一种自预热式烧结点火炉，包括烧结点火炉本体、热空气输送管、煤气管道和预热炉，热空气输送管的一端和煤气管道的一端道连接在烧结点火炉本体的烧嘴上，热空气输送管的另一端和煤气管道的另一端连接在预热炉上。
4.通过分析上述专利公开的换热器结构，换热器的传热面积小，空气或煤气预热到100℃℃左右，换热效率低，余热回收利用率，不利于节能减排。


技术实现要素：

5.1.要解决的问题
6.针对现有技术中换热器换热效率低的问题，本实用新型提供一种辐射传热式热管换热器，有效提高换热效率。
7.本实用新型的另一目的是提供一种具有上述辐射传热式热管换热器的烧结点火炉。
8.2.技术方案
9.为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
10.本实用新型的辐射传热式热管换热器，包括：
11.换热腔体，其上形成有待预热介质的进口和出口；
12.设置于所述换热腔体与热源之间的换热管，其包括位于热源中的蒸发段和位于换热腔体中的冷凝段，所述换热管内设有工作相变液体，换热管能够将热源中通过蒸发段辐射吸收的热量传递给冷凝段并传热给换热腔体内的待预热介质；
13.以及设置于所述热源与所述换热腔体之间的隔板，所述隔板实现对换热管、换热腔体的密封。
14.于本实用新型的一种可能实施方式中，所述换热腔体为箱式结构，在所述换热腔体的底部形成有若干圆通孔，所述换热管的冷凝段由圆通孔伸入换热腔体内；换热腔体的材质为45#钢或不锈钢。
15.于本实用新型的一种可能实施方式中，所述换热管的蒸发段形成有轴向翅片。
16.于本实用新型的一种可能实施方式中，所述换热管的冷凝段形成有径向螺旋翅片，所述径向螺旋翅片的最大直径小于圆通孔的直径，所述圆通孔111的直径为30-120mm，优选的为60-80mm，进一步优选的为70mm。
17.于本实用新型的一种可能实施方式中，所述隔板由多块板体拼接组合而成。
18.于本实用新型的一种可能实施方式中，所述轴向翅片、径向螺旋翅片与换热管的材质不相同。
19.于本实用新型的一种可能实施方式中，所述换热管相对于所述换热腔体垂直分布。
20.于本实用新型的一种可能实施方式中，所述径向螺旋翅片的螺距为5mm-50mm，优选的螺距为10-40mm，进一步优选的螺距为20-30mm。
21.于本实用新型的一种可能实施方式中，所述轴向翅片为矩形状片或梯形状片。
22.本实用新型的烧结点火炉，包括换热器，所述换热器为上述的辐射传热式热管换热器。
23.3.有益效果
24.相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：
25.(1)本实用新型的辐射传热式热管换热器，将换热管原理应用于固(液)体显热的回收，并对传统热管进行改造，使换热管能有效吸收高温固(液)体的辐射热，通过大量实验数据的分析，计算得到本实用新型的辐射传热式热管换热器可将空气或煤气预热到400℃以上，相比现有的换热器换热效率提升2-3倍，有效提高换热效率，提升余热回收利用率，利于实现节能减排的目标；
26.(2)本实用新型的辐射传热式热管换热器，在换热管的蒸发段设轴向翅片，增加接受辐射热的面积；换热管的冷凝段设有径向螺旋翅片，增加待预热介质的传热面积；
27.(3)本实用新型的辐射传热式热管换热器，隔板将蒸发段和冷凝段隔开，蒸发段吸收来自固(液)体显热的辐射；冷凝段封闭在密封的换热腔体内，待预热介质通过进口、出口在换热腔体内进行热交换；
28.(4)本实用新型的辐射传热式热管换热器，结构简单，制作难度小，可以用于烧结矿/其他固体料面或液面的辐射热，适用范围较广；
29.(5)本实用新型的辐射传热式热管换热器比常规换热设备更安全、可靠，更适用于煤气及其他由毒流体的热交换；
30.(6)本实用新型的辐射传热式热管换热器，其换热管相互独立的，即使有某根热管损坏或失效也不会对冷端流体的隔离与换热有影响。
附图说明
31.以下将结合附图和实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本实用新型范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
32.图1为本实用新型辐射传热式热管换热器的结构示意图；
33.图2为本实用新型辐射传热式热管换热器的剖视图；
34.图3为图2的a部放大图；
35.图4为本实用新型换热管的结构示意图；
36.图5为本实用新型烧结点火炉的结构示意图。
37.附图标记说明：
38.10、辐射传热式热管换热器；11、换热腔体；111、圆通孔；112、进口；113、出口；12、换热管；121、蒸发段；122、轴向翅片；123、冷凝段；124、径向螺旋翅片；13、隔板；
39.20、烧结点火炉；21、炉体；22、点火段；23、保温段；24、隔墙；25、耐热层；26、保温层；27、外护层；28、喷嘴。
具体实施方式
40.下文对本实用新型的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本实用新型可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本实用新型，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下对本实用新型作各种改变。下文对本实用新型的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本实用新型的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本实用新型的特点和特征的描述，以提出执行本实用新型的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本实用新型。因此，本实用新型的范围仅由所附权利要求来限定。
41.下文对本实用新型的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本实用新型的元件和特征由附图标记标识。
42.实施例1
43.如图1至图5所示，本实施例的辐射传热式热管换热器10包括换热腔体11、换热管12以及隔板13。
44.其中换热腔体11为箱式结构，其材质为45#钢或不锈钢，优选为不锈钢材质，在换热腔体11上形成有待预热介质的进口112和出口113，进口112连接至待预热介质连接管道，待预热介质可以为助燃空气和/或煤气；在换热腔体11的底部形成有若干圆通孔111，圆通孔111的直径为30mm、35mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、120mm，在本实施例
中，经过测验得到圆通孔111的直径为70mm为最佳。
45.在本实施例中，换热管12设置于换热腔体11与热源之间。换热管12包括位于热源中的蒸发段121和位于换热腔体11中的冷凝段123，冷凝段123由上述的圆通孔111伸入换热腔体11内且上端与换热腔体11焊接固定；换热管12内设有工作相变液体，工作相变液体可以为水、导热姆(一种强极性化合物为26.5％的联苯(c8h5)2和73.5％的联苯醚(c6h5)2的共溶点混合物)、汞或其它工作液体，优选的为水，换热管12能够将热源中通过蒸发段121辐射吸收的热量传递给冷凝段123并传热给换热腔体11内的助燃空气和/或煤气。
46.进一步的，隔板13设置于热源与所述换热腔体11之间，隔板13由多块板体拼接组合而成(图中未标注)，隔板13采用合金钢材质制作而成，例如10crmo910、13crmo.44等，不仅具有较好的耐高温性能，同时导热系数较低(相较不锈钢而言)；在板体上开设有圆弧槽与换热管12的外径相匹配，以便于换热管12的固定安装。
47.空间上，隔板13将蒸发段121和冷凝段123隔开，蒸发段121吸收来自固(液)体显热的辐射；冷凝段123封闭在密封的换热腔体11内，待预热介质通过进口112、出口113在换热腔体11内进行热交换，隔板13实现对换热管12、换热腔体11的隔绝密封。
48.为了增加接受辐射热的面积，换热管12的蒸发段121形成有轴向翅片122，轴向翅片122为矩形状片或梯形状片；为了增加待预热介质的传热面积，换热管12的冷凝段123形成有径向螺旋翅片124，径向螺旋翅片124的最大直径小于上述圆通孔111的直径，径向螺旋翅片124的螺距为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm，在本实施例中，经过测验得到螺距为30mm的传热效率最佳。
49.对于轴向翅片122、径向螺旋翅片124、换热管12的材质可以相一致，通过整体制造的方式得到，有效地提高制造的效率。然而，基于轴向翅片122的限制要求(热源的高温1200℃左右)，一般采用不锈钢等材质，造成成本增加。
50.为了提高传热的效率，轴向翅片122、径向螺旋翅片124与换热管12的材质设计为不相同，例如轴向翅片122处于高温(一般在1200℃左右)环境中，采用不锈钢等材质；径向螺旋翅片124处于相对温度较低(一般在450℃左右)的换热腔体11内，采用市售铝合金材质；换热管12为一体制造，采用市售不锈钢材质，导热系数较高。
51.本实用新型的换热管12可以相对于所述换热腔体11垂直/倾斜等方式分布，如图3所示，在本实施例中，换热管12相对于所述换热腔体11垂直分布，充分增大换热的有效面积。
52.隔板将蒸发段和冷凝段隔开，蒸发段吸收来自固(液)体显热的辐射；冷凝段封闭在密封的换热腔体内，待预热介质通过进口、出口在换热腔体内进行热交换，如图2所示，其中的箭头为待预热介质的流动方向。
53.实施例2
54.如图5所示，本实施例的烧结点火炉20，包括炉体21和辐射传热式热管换热器10，炉体21外部为框架式结构，炉体21内腔分为点火段22和保温段23，点火段22和保温段23之间使用隔墙24进行分隔。点火段22、隔墙24和保温段23上设置有一体式的保温结构。一体式的保温结构，其整体上的保温效果更好，减少分体式在接触处的散热。
55.炉体21顶部设置保温结构，保温结构与喷嘴28相接，保温结构包括耐热层25、保温层26和外护层27，保温层26一侧与外护层27相接，另一侧与耐热层25相接，保温结构的耐热
层25一侧朝炉体21方向设置。三层的保温结构中，从点火炉由内而外的方向，分别为耐热层25、保温层26和外护层27，耐热层25主要保护保温层26避免烧结矿在燃烧高温下迸溅到炉衬而损坏保温层26，保温层26实现点火炉内部的保温功能，外护层27一方面为保温层26提供安装的依附点，另一方面保护保温层26不受损伤。
56.保温层26为耐火纤维。耐火纤维的使用更为方便，便于安装。保温层26由多个耐火纤维模块组成，耐火纤维模块呈箱形。使之形成箱形，在安装的过程中，即可进行箱形耐火纤维的堆叠即可，方便耐火纤维的安装和拆卸。保温层26还包括耐火纤维毯，耐火纤维毯设置在耐火纤维模块和外护层27之间，耐火纤维毯一端与耐火纤维模块连接，另一端与外护层27相接。使用箱形耐火纤维需要与外护层27相接，以确保其整体排列的稳定性，故在与外护层27之间进行连接时，将箱形耐火纤维与耐火纤维毯进行相接，确定箱形耐火纤维的排列位置，也方便进行耐火纤维毯与外护层27之间进行固定，使用起来更为方便，成也较低。
57.外护层27为钢板。外护层27的两个功能分别为保护保温层26，以及为保温层26提供依附点，便于保温层26的结构稳定性，两者对于外护层27的材料组成均未有过多要求，采用常规钢板即可。
58.耐热层25为耐热钢板。耐热层25主要是为防止点火炉中的喷溅损害保温层26而设置，由于点火炉中的温度较高，为确保耐热层25的使用寿命，也为了耐热层25材料方便获取，采用耐热钢板更佳。
59.通过大量实验数据的分析，计算得到本实用新型的辐射传热式热管换热器10可将助燃空气或煤气预热到400℃以上，相比现有的换热器换热效率提升2-3倍，有效提高换热效率，提升余热回收利用率，利于实现节能减排的目标。