專利名稱：一種氣體雙循環(huán)輻射管加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃?xì)廨椛涔芗訜峒夹g(shù)領(lǐng)域，特別是一種適用于保護(hù)氣氛下進(jìn)行熱處理的氣體雙循環(huán)輻射管加熱裝置，能夠用于各種對(duì)產(chǎn)品加熱質(zhì)量要求高的工業(yè)爐。
背景技術(shù)：
金屬熱處理可以使被加熱金屬具有良好的性能，其加熱過程大多需要在可控氣氛下進(jìn)行，目前最常見的熱處理加熱方式是電加熱和燃?xì)饧訜?，燃?xì)廨椛涔苣軌驖M足熱處理加熱的要求，與電加熱相比，燃?xì)廨椛涔芗訜峋哂幸淮文茉礋崂寐矢?、單位表面積熱功率大、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于燃?xì)廨椛涔芗訜嵫b置來說，在火焰區(qū)，煙氣溫度較高，相應(yīng)會(huì)形成輻射管壁面的高溫區(qū)，而火焰區(qū)之后，煙氣溫度降低，相應(yīng)形成輻射管壁面溫度的低溫區(qū)，因此存在沿管長(zhǎng)方向溫度不均勻及局部高溫的問題；而管體材質(zhì)、表面溫度分布、使用環(huán)境等，管體內(nèi)表面與燃燒火焰及高溫?zé)煔庵苯咏佑|，容易被局部灼燒，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)氧化、滲碳、滲氮的情況，由表面溫度分布不均勻引起的熱應(yīng)力會(huì)使管體變形，這些也嚴(yán)重影響著輻射管的使用壽命；含氮?dú)怏w在高溫有氧條件下會(huì)形成NOx，其生成機(jī)理主要有三種:熱力型、瞬時(shí)反應(yīng)型和燃料型，排放至大氣中就會(huì)污染環(huán)境甚至危害人體。因此，如何提高輻射管壁面溫度均勻性、延長(zhǎng)輻射管使用壽命和降低NOx排放是關(guān)鍵要解決的問題。NOx的生成量和排放量與燃燒溫度、過量空氣系數(shù)等條件有關(guān)，針對(duì)NOx的生成機(jī)理，低NOx燃燒技術(shù)主要包括降低火焰溫度，高溫空氣燃燒，煙氣再循環(huán)，空氣分級(jí)燃燒，再燃法等；根據(jù)煙氣是否再循環(huán)，燃?xì)廨椛涔芸煞譃榉茄h(huán)型(U型)和循環(huán)型(P型、雙P型)，由于煙氣再循環(huán)能夠降 低燃燒火焰中心區(qū)的溫度、提高熱效率和改善溫度均勻性，循環(huán)型輻射管的研究越來越受到重視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過采取低氧燃燒技術(shù)，在空氣中混入部分煙氣，降低助燃?xì)怏w中含氧量，提高空氣預(yù)熱溫度，達(dá)到降低火焰中心溫度，減少NOx排放的目的，以及通過采取煙氣回流技術(shù)，降低輻射管燃燒火焰峰值，從而增強(qiáng)輻射管在長(zhǎng)度方向溫度溫度分布的均勻性，提高輻射管的熱效率。本發(fā)明所提出的一種氣體雙循環(huán)輻射管加熱裝置，一種氣體雙循環(huán)輻射管加熱裝置，其特征在于，該裝置包括置于爐內(nèi)的內(nèi)環(huán)氣體循環(huán)管道部分和爐外的外環(huán)氣體循環(huán)管道部分，
所述內(nèi)環(huán)氣體循環(huán)管道部分包括第一直管、第一彎管、第二直管、第二彎管、第三直管、第三彎管、第四直管和煙氣回流管；
所述外環(huán)氣體循環(huán)管道部分包括燒嘴、空煙轉(zhuǎn)接裝置，混合氣輸送管；所述空煙轉(zhuǎn)接裝置包括空氣入口和煙氣出口，所述燒嘴包括噴口、燃燒室和燃?xì)馊肟?；
其中，所述第一直管、第二直管、第三直管和第四直管為直管，且互相平行；所述第一彎管、第二彎管、第三彎管和煙氣回流管為弧形；所述的第一直管和第二直管通過第一彎管首尾相連，第二直管和第三直管通過第二彎管首尾相連，第三直管和第四直管通過第三彎管首尾相連，所述第一直管與第二直管、第二直管與第三直管、第三直管與第四直管之間分別設(shè)置管間支撐組件，所述第一彎管與第三彎管分別與端部支撐組件固結(jié)，再與連桿鉸接；所述第四直管和第一直管通過煙氣回流管首尾相連，所述的空煙轉(zhuǎn)接裝置通過法蘭與所述第四直管尾段連接，所述燒嘴通過法蘭與所述第一直管的首段連接，所述噴口設(shè)置于所述燒嘴一端，所述噴口沿管道深入到所述第一直管與所述煙氣回流管的連接處，所述混合氣輸送管的一端與所述空煙轉(zhuǎn)接裝置的空氣漸縮出口相連通，且所述空氣漸縮出口與所述混合氣輸送管聯(lián)通處預(yù)留有環(huán)形間隙，另一端與所述燒嘴相連通。進(jìn)一步，該裝置還包括用于調(diào)節(jié)燒嘴噴口位置的燒嘴噴口伸縮調(diào)節(jié)裝置，所述燒嘴噴口伸縮調(diào)節(jié)裝置設(shè) 置在爐外。進(jìn)一步，所述第一直管直徑為D1，煙氣回流管直徑為D2，其中，D2/D1=0.7(Tl.0。進(jìn)一步，從所述噴口噴出的速度為100m/s 200 m/s的高速氣體。進(jìn)一步，所述混合氣輸送管為漸擴(kuò)管，窄口一端與所述空氣出口端連接，寬口一端與所述燒嘴連接。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明為氣體雙循環(huán)輻射管加熱裝置，在輻射管一端布置燒嘴，另一端布置空煙轉(zhuǎn)接裝置；
2、燒嘴噴口高速噴出氣體約(100m/s 200m/s)，從而在噴口處形成負(fù)壓區(qū)，煙氣沿管道流動(dòng)至輻射管第四直管段，分為兩路:
一路煙氣進(jìn)入空煙轉(zhuǎn)接裝置，該路煙氣分兩部分:一部分經(jīng)煙氣出口排出，另外一部分經(jīng)從空氣漸縮噴口噴出的高速空氣引射進(jìn)入混合氣輸送管，與空氣混合，降低其含氧量，同時(shí)提高空氣預(yù)熱溫度，進(jìn)入燒嘴，實(shí)現(xiàn)低氧燃燒，降低火焰中心溫度，減少熱力型NOx生成，提高輻射管熱效率；另一路經(jīng)引射進(jìn)入煙氣回流管回流至燒嘴噴口處，形成氣體的內(nèi)循環(huán)，與燃燒的火焰相混合，從而達(dá)到消除火焰峰值、提高輻射管壁面溫度分布的均勻性、提高輻射管使用壽命、減少NOx排放的目的。


圖1為本發(fā)明氣體雙循環(huán)輻射管加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明空煙轉(zhuǎn)接裝置的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明燒嘴處局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:
1.輻射管燒嘴，Ia.燃?xì)馊肟冢琁b.分流孔，Ic.點(diǎn)火槍，Id.燃燒室，Ie.燒嘴噴口，If.燒嘴噴口伸縮調(diào)節(jié)裝置，2.第一直管，3.第一彎管，4a.端部支撐組件，4b.管間支撐組件，5.第二直管，6.第二彎管，7.第三直管，8.地三彎管，9.第四直管，10.煙氣回流管，11.空煙轉(zhuǎn)接裝置，Ila.空氣入口，Ilb.煙氣出口，lie.空氣漸縮噴口，12.混合氣輸送管，13.爐墻。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。如圖1-3所示為本發(fā)明氣體雙循環(huán)輻射管加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括置于爐內(nèi)的內(nèi)環(huán)氣體循環(huán)管道部分和爐外的外環(huán)氣體循環(huán)管道部分，
所述內(nèi)環(huán)氣體循環(huán)管道部分包括第一直管2、第一彎管3、第二直管5、第二彎管6、第三直管7、第三彎管8、第四直管9和煙氣回流管10 ；
所述外環(huán)氣體循環(huán)管道部分包括燒嘴1、空煙轉(zhuǎn)接裝置11，混合氣輸送管12 ;所述空煙轉(zhuǎn)接裝置11包括空氣入口 11a、空氣漸縮出口 Ilc和煙氣出口 11b，所述燒嘴I包括噴口le、燃燒室Id和燃?xì)馊肟?Ia ；
其中，所述第一直管2、第二直管5、第三直管7和第四直管9為直管，且互相平行；所述第一彎管3、第二彎管6、第三彎管8和煙氣回流管10為弧形；所述的第一直管2和第二直管5通過第一彎管3首尾相連，第二直管5和第三直管7通過第二彎管6首尾相連，第三直管7和第四直管9通過第三彎管8首尾相連，所述第一直管2與第二直管5、第二直管5與第三直管7、第三直管7與第四直管9之間設(shè)置管間支撐組件4b，所述第一彎管3與第三彎管8分別與端部支撐組件4a固結(jié)，再與連桿鉸接；所述第四直管9和第一直管2通過煙氣回流管10首尾相連，所述的空煙轉(zhuǎn)接裝置11通過法蘭與所述第四直管9尾段連接，所述燒嘴I通過法蘭與所述第一直管2的首段連接，所述噴口 Ie設(shè)置所述燒嘴I 一端，所述噴口Ie沿管道深入到所述第一直管2與所述煙氣回流管10的連接處，所述混合氣輸送管12的一端與所述空煙轉(zhuǎn)接裝置11的空氣漸縮出口 Ilc相連通，且所述空氣漸縮出口 Ilc與所述混合氣輸送管12聯(lián)通處預(yù)留有環(huán)形間隙，另一端與所述燒嘴I相連通。實(shí)際上，對(duì)于內(nèi)環(huán)氣體循環(huán)來說，循環(huán)管道是相通的，其循環(huán)氣體除燃燒煙氣外無(wú)其他外部氣體參與；但是對(duì)于外環(huán)氣體循環(huán)來說，煙氣經(jīng)過空煙轉(zhuǎn)接裝置11后，分為兩部分，一部分煙氣從煙氣出口 Iib排出，脫離外環(huán)氣體循環(huán)，而另一部分煙氣與空氣相混合，通過混合氣輸送管12進(jìn)入燒嘴1，再參與外環(huán)氣體循環(huán)。所述燒嘴噴口 Ie沿第一直管2深入輻射管內(nèi)，且噴口 Ie位置位于圖中A虛線與B虛線之間；噴口 Ie位置可以通過爐外調(diào)節(jié)裝置If進(jìn)行伸縮量調(diào)節(jié)，隨噴口 Ie位置的不同，回流氣體流量不同，具體為，以A虛線為起始，隨噴口 Ie深入，回流量變大，回流量變化率逐漸減小，循環(huán)倍率可出現(xiàn)29TlO%的提高。所述第一直管2直徑為D1，煙氣回流管10直徑為D2，其中，D2/D1的數(shù)值為
0.7(Tl.0，具體為，隨煙氣回流管10直徑變大，回流量增加，循環(huán)倍率甚至可出現(xiàn)20%左右的提聞。工作時(shí)，從換熱裝置輸出的空氣經(jīng)空氣入口 Ila進(jìn)入空煙轉(zhuǎn)接裝置11，經(jīng)空氣漸縮噴口 Ilc以高速噴出，卷吸一部分煙氣共同進(jìn)入混合氣輸送管12中混合，空煙混合氣進(jìn)入燒嘴I的燃燒室ld，空煙混合氣經(jīng)過分流孔Ib分流后與從燃?xì)馊肟?Ia進(jìn)入的燃?xì)庠谌紵襂d內(nèi)混合，在點(diǎn)火槍Ic點(diǎn)燃后燃燒，從噴口 Ie以高速噴出，在噴口 Ie處形成負(fù)壓區(qū)，并且與從煙氣回流管10經(jīng)引射回流的煙氣繼續(xù)混合燃燒，經(jīng)過第一直管2、第一彎管3、第二直管5、第二彎管6 、第三直管7、第三彎管8、第四直管9后，氣體分為兩路，一路經(jīng)引射進(jìn)入煙氣回流管(10)，另一路進(jìn)入空煙轉(zhuǎn)接裝置11，一部分從煙氣出口 Ilb排出，另一部分被空氣卷吸進(jìn)入混合氣輸送管12。本發(fā)明將低氧燃燒技術(shù)和煙氣回流技術(shù)應(yīng)用于單端燃燒的輻射管中，形成獨(dú)特的氣體雙循環(huán)輻射管加熱裝置，在其一端布置燒嘴，另一端布置空煙轉(zhuǎn)接裝置。經(jīng)弧形煙氣回流管回流到達(dá)燒嘴噴口端的煙氣稀釋了從噴口噴出的燃燒氣體濃度，從而降低火焰中心溫度，提高了輻射管在長(zhǎng)度方向溫度分布的均勻性，減少NOx的排放；由于消除了峰值，減少了輻射管壁面的局部高溫，能夠避免熱應(yīng)力集中，從而延長(zhǎng)了輻射管的使用壽命；同時(shí)燃燒后的煙氣進(jìn)入空煙轉(zhuǎn)接裝置，與空氣進(jìn)行混合后參與燃燒，一方面降低了空氣含氧量，實(shí)現(xiàn)低氧燃燒，降低NOx排放，另一方面提高了空氣溫度，提高了輻射管的熱效率。以上所述保證了輻射管加熱系 統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
權(quán)利要求
1.一種氣體雙循環(huán)輻射管加熱裝置，其特征在于，該裝置包括置于爐內(nèi)的內(nèi)環(huán)氣體循環(huán)管道部分和爐外的外環(huán)氣體循環(huán)管道部分， 所述內(nèi)環(huán)氣體循環(huán)管道部分包括第一直管(2)、第一彎管(3)、第二直管(5)、第二彎管(6)、第三直管(7)、第三彎管(8)、第四直管(9)和煙氣回流管(10)； 所述外環(huán)氣體循環(huán)管道部分包括燒嘴(I )、空煙轉(zhuǎn)接裝置(11)，混合氣輸送管(12);所述空煙轉(zhuǎn)接裝置(11)包括空氣入口(Ila)、空氣漸縮出口(Ilc)和煙氣出口(11b)，所述燒嘴(I)包括噴口(le)、燃燒室(Id)和燃?xì)馊肟?Ia)； 其中，所述第一直管(2)、第二直管(5)、第三直管(7)和第四直管(9)為直管，且互相平行；所述第一彎管(3)、第二彎管(6)、第三彎管(8)和煙氣回流管(10)為弧形；所述的第一直管(2)和第二直管(5)通過第一彎管(3)首尾相連，第二直管(5)和第三直管(7)通過第二彎管(6)首尾相連，第三直管(7)和第四直管(9)通過第三彎管(8)首尾相連，所述第四直管(9)和第一直管(2)通過煙氣回流管(10)首尾相連，所述的空煙轉(zhuǎn)接裝置(11)通過法蘭與所述第四直管(9)尾段連接，所述燒嘴(I)通過法蘭與所述第一直管(2)的首段連接，所述噴D(Ie)設(shè)置于所述燒嘴(I) 一端，所述噴D(Ie)沿管道深入到所述第一直管(2 )與所述煙氣回流管(10)的連接處，所述混合氣輸送管(12)的一端與所述空煙轉(zhuǎn)接裝置(11)的空氣漸縮出口(Ilc)相連通，且所述空氣漸縮出口(Ilc)與所述混合氣輸送管(12)聯(lián)通處預(yù)留有環(huán)形間隙，另一端與所述燒嘴(I)相連通。
2.如權(quán)利要求書I所述的氣體雙循環(huán)輻射管加熱裝置，其特征在于，該裝置還包括用于調(diào)節(jié)燒嘴噴D(Ie)位置的燒嘴噴口伸縮調(diào)節(jié)裝置(If),所述燒嘴噴口伸縮調(diào)節(jié)裝置(If)設(shè)置在爐外。
3.如權(quán)利要求書I或2所述的氣體雙循環(huán)輻射管加熱裝置，其特征在于，所述第一直管(2)直徑為D1，煙氣回流管(10)直徑為D2，其中，D2/D1=0. 70 1· O。
4.如權(quán)利要求書I或2所述的氣體雙循環(huán)輻射管加熱裝置，其特征在于，從所述噴口(Ie)噴出的速度為100m/s 200 m/s的高速氣體。
5.如權(quán)利要求書I或2所述的氣體雙循環(huán)輻射管加熱裝置，其特征在于，所述混合氣輸送管(12)為漸擴(kuò)管，窄口一端與所述空氣出口端(I Ic)連接，寬口一端與所述燒嘴(I)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣體雙循環(huán)輻射管加熱裝置，該裝置爐內(nèi)部分為由第一直管、第一彎管、第二直管、第二彎管、第三直管、第三彎管和第四直管以及增設(shè)的煙氣回流管在爐內(nèi)形成封閉的內(nèi)環(huán)氣體循環(huán)管道，爐外部分為空煙轉(zhuǎn)接裝置、混合氣輸送管、燒嘴形成的外環(huán)氣體循環(huán)管道。本發(fā)明彌補(bǔ)了輻射管在沿管長(zhǎng)度方向上溫度分布不均勻及局部溫度較高的缺陷。內(nèi)環(huán)氣體循環(huán)使回流煙氣與燃燒火焰相混合，能夠降低火焰中心溫度，增強(qiáng)輻射管表面溫度分布的均勻性，延長(zhǎng)其使用壽命，減少熱力型NOx生成；由于增加了煙氣回流管，爐內(nèi)有效輻射換熱面積增加，而外環(huán)氣體循環(huán)能有效提高空氣預(yù)熱溫度，降低空氣中含氧量，實(shí)現(xiàn)低氧燃燒，從而在降低污染的同時(shí)增加熱效率。
文檔編號(hào)C21D1/52GK103255271SQ20131019017
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月21日
發(fā)明者馮俊小, 曹亞平 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)