一种节能环保型烘烤设备 |
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| 申请号 | CN201611009026.8 | 申请日 | 2016-11-16 | 公开(公告)号 | CN106766848A | 公开(公告)日 | 2017-05-31 |
| 申请人 | 广西大学; | 发明人 | 张鲁云; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种节能环保型 烘烤 设备，属于烘烤设备技术领域。包括保温 锅炉 ，热交换装置及 烤箱 ；保温锅炉包括 炉膛 ，炉膛设有烟囱和炉排，炉膛内有蓄热砖；保温锅炉还包括用于检测炉膛内部 温度 并对炉火进行控制的 温度控制 系统和进行余热回收的余热回收装置；热交换装置包括 导热油 盘管、 散热 器、热油输出管、冷油 回 流管 和循环油 泵 ；蓄热砖由以下原料混合制成：高 铝 土25‑30％， 硅 酸铝20‑25％， 磷酸 锆15‑20％， 碳 化 硼 6‑10％，氮化硅8‑11％，二 氧 化 钛 2‑3％，镁质粘土6‑10％， 水 4‑6％。该烘烤设备通过使用蓄热效果好的蓄热材料，具有结构简单，热效率高，供热平稳均匀，能充分 回收利用 能量 ，可操控性强等优点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种节能环保型烘烤设备，包括保温锅炉，热交换装置及烤箱；所述保温锅炉包括炉膛和设于炉膛的顶部且与炉膛内部连通的烟囱；炉膛内的下部设有炉排，其特征在于：所述炉膛由外至内包括外保护层、保温层和耐火砖层，炉膛内还设置有蓄热砖； |
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| 说明书全文 | 一种节能环保型烘烤设备【技术领域】 [0001] 本发明涉及烘烤设备技术领域，具体涉及一种节能环保型烘烤设备。【背景技术】 [0002] 在烘烤设备领域，市面上现有的烘烤设备种类根据供热源的不同，分为烧柴或烧煤烤箱、电加热烤箱、蒸汽烘干烤箱、太阳能烤箱等，太阳能烤箱、电加热烤箱和蒸汽烘干烤箱虽然更加先进和智能化，使用更便捷，但由于其一次性投入大，运行成本高，所以烧柴烤箱还占据着较大的市场空间。烧柴烧煤烤箱是通过燃料在锅炉中燃烧产生热量，经传热介质将热量传送到烤箱内，达到烤制材料的目的。随着能源紧张和环境问题的日益突出，节能与环保也越来越引起人们的重视。烘烤设备是一种能量转换设备，其中涉及能量的转换、储存和运输过程，每个环节的节能技术的使用都对节能和环保具有重要的意义。 [0003] 要提高烧柴或烧煤炉的热利用效率，可以在锅炉中使用蓄热材料。传统的烧柴炉的炉温为600～800℃，可以使用成本比较低廉的粘土砖做蓄热材料，粘土砖虽然成本低，但坚固性差，容易开裂，使用寿命较短，保温性也较差，而且从1993年开始，国家已明文规定禁止生产粘土实心砖，限制生产粘土空心砖。所以，对给烘烤设备供热的锅炉所用蓄热材料进行改进，从而提高热利用效率，减少烟气排放，也是缓解能源紧张问题的一个有效手段。【发明内容】 [0004] 本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种节能环保型烘烤设备，该设备通过使用蓄热效果好、耐热震性能好的蓄热材料，具有结构简单，保温效果好，热效率高，供热平稳均匀，可操控性强，能充分回收利用能量，节能减排等优点。 [0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： [0006] 一种节能环保型烘烤设备，包括保温锅炉，热交换装置及烤箱；所述保温锅炉包括炉膛和设于炉膛的顶部且与炉膛内部连通的烟囱；炉膛内的下部设有炉排，其特征在于：所述炉膛由外至内包括外保护层、保温层和耐火砖层，炉膛内还设置有蓄热砖； [0007] 所述保温锅炉还包括温度控制系统，所述温度控制系统包括设置在所述外保护层上的温度控制器、报警器，设置在炉膛内部用于检测炉膛内部温度的温度传感器，从所述炉膛外部水平伸入炉膛内且位于炉排上方的进气管，以及鼓风机和电磁阀；所述进气管位于炉膛内部的管体上开设有出风孔，进气管位于炉膛外部的端口为进风口，进风口连接至所述鼓风机，且进风口和鼓风机之间设置有电磁阀；所述温度传感器、报警器以及电磁阀与所述温度控制器分别控制连接； [0008] 所述保温锅炉还包括余热回收装置，所述余热回收装置主体为倾斜设置，余热回收装置较高的一端设有进烟口，进烟口通过管道与所述烟囱连通，余热回收装置较低的一端设有出烟口，出烟口处设有烟雾过滤装置并与大气连通；所述余热回收装置内部设置有循环水管路，所述循环水管路的进水口设置在余热回收装置侧壁上靠近出烟口处，出水口设置在在余热回收装置侧壁上靠近进烟口处；所述余热回收装置的底部还设有排灰口； [0009] 所述热交换装置包括设在炉膛内的导热油盘管、设在烤箱内的散热器、连接于导热油盘管出口与散热器入口之间的热油输出管、连接于导热油盘管入口与散热器出口之间的冷油回流管以及循环油泵；所述烤箱内正对所述散热器设有风机； [0010] 其中，所述蓄热砖由以下原料按重量百分比经混合、成型、干燥、烧结而成：高铝土25-30％，硅酸铝20-25％，磷酸锆15-20％，碳化硼6-10％，氮化硅8-11％，二氧化钛2-3％，镁质粘土6-10％，水4-6％。 [0011] 优选地，所述高铝土的粒度为0.1-1mm，高铝土中三氧化二铝的含量为65％以上。 [0012] 优选地，所述蓄热砖通过以下方法制成：按照重量百分比准备好原料；将高铝土、硅酸铝、磷酸锆、碳化硼、氮化硅、二氧化钛混合均匀成预混料；将水、镁质粘土混合均匀然后加入到预混料中，搅拌均匀后在压强为1.5-1.8Mpa的压力下压制成型，在120-150℃干燥20-24小时后，放入高温窑中，于1200-1300℃烧结，烧结时间为2-3小时。 [0013] 优选地，所述蓄热砖在炉膛内呈矩形阵列排布，且堆砌在导热油盘管四周。该蓄热砖具有蓄热能力高，耐热震性好，原料成本低且使用寿命较长的特点。使用时蓄热砖将导热油包围，蓄热砖不仅可以吸收燃烧释放的大量热能，当燃烧产生的高温烟气通过蓄热砖时，还能吸收高温烟气所携带的热量、有害气体、粉尘，不仅降低烟气排放温度，提高热吸收的效率，减少污染物的排放。该烘烤设备的热交换形式主要是通过蓄热砖吸收热量，蓄热砖再将热量交换给导热油盘管，通过循环泵的作用将热量输到用热设备----烤箱，由于燃烧产生的热量不是直接作用于导热油盘管，故燃烧炉内的炉火不会直接影响导热油管内的油温，而蓄热砖放热和传热平稳，保证了导热油管内油温不会随炉火情况产生明显波动，而且在停火的情况下，蓄热砖还可以继续释放一部分热量，不需要人员时刻控制炉火和炉温。此外，本发明中炉膛内的导热油管采用盘式设计，可以加大受热的面积。 [0014] 较优地，所述炉膛上设有观察，便于观察锅炉中的燃烧情况。 [0015] 较优地，所述炉排下方设有煤渣储槽，用于收集燃料残渣。 [0017] 较优地，所述耐火砖层采用的是锆质耐火材料制成。 [0018] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是： [0019] 1、本发明在为烤箱供热的保温锅炉进行改进，锅炉的炉膛内设置蓄热砖，不仅能够提高热量吸收的效率，蓄热砖还与高温烟气进行热量交换并吸附烟气里携带的灰份、粉尘，降低烟气的排出温度和减少污染物的排放，并通过设置余热回收装置，充分回收利用烟气余热，起到节能减排的效果。另外，在保温锅炉设置蓄热砖，能够使导热油管的温度相对平稳，且燃料停止燃烧后还在一定时间内保证热量的供给，使装置安全可靠。本发明还对锅炉设置温度控制系统，包括温度控制器、报警器、温度传感器、进气管、鼓风机和电磁阀；当蓄热砖的温度上升至设定的上限值时，温度控制器触动报警器发出报警声音，同时关闭电磁阀停止鼓风，使炉内缺氧停止燃烧；相反，温度下降到下限时，温度控制器触动报警器发出报警声音，通知作业人员进行加火作业，同时开启电磁阀开始向炉膛内鼓风。通过设置温度控制系统，可以更好地利用蓄热砖的特性，进行间断式加热，可以节约能源与人工成本。 [0020] 2、本发明在保温炉中所设置的蓄热砖是采用高铝土、硅酸铝、磷酸锆、碳化硼、氮化硅、镁质粘土、二氧化钛等原料按一定的配比混合制成，其中高铝土是冶金工业和其他工业广泛使用的耐火材料，耐火温度在1700℃以上，其主要成分是氧化铝，优质高铝土中氧化铝的含量通常在60％以上，高铝土中含有的氧化铝具有高比热容的特点，因此蓄热能力好。硅酸铝的具有低导热率、优良的热稳定性及化学稳定性；磷酸锆能耐较强的酸和一定的碱度，稳定性和机械强度很强，化学稳定性较高，热膨胀系数小。碳化硼具有熔点高(2450℃)，热稳定性好，密度小(2.52g/cm3)，硬度高等特点，用作蓄热砖的骨料，起定型作用，使蓄热砖有较好的耐压强度，且其还具有容易制造，价格也相对较低的优点。氮化硅的热膨胀系数低，为2.35×10-6/K，约为氧化铝的1/3，同时具有高强度，因此其抗热震性十分优良，能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂，因此氮化硅的加入可以防止蓄热砖受热脆裂、破碎和变形。二氧化钛在体系中作为烧结促进剂，可以降低蓄热砖烧结时烧结的温度；镁质粘土具有一定的粘性，在蓄热砖中作为粘结剂，具有耐酸和耐高温的特点。上述主料相互结合使蓄热砖的蓄热能力好、耐热震性好，使用耐久的特点，同时镁质粘土中的氧化镁与二氧化钛一起作用，使蓄热砖体系在烧结时体系内晶粒细小均匀，蓄热砖的强度得到大大提升，且进一步提高热稳定性。因此，使用本发明的蓄热砖，使本发明的保温炉热量损失少，节能效果更佳，由于蓄热砖耐热震性好，还具有使用耐久的优点。 【附图说明】 [0021] 图1为本发明的一种节能环保型烘烤设备的功能示意图。 [0022] 图2为本发明中温度控制系统的控制关系图。 [0023] 其中，1-保温锅炉，11-炉膛，11a-外保护层，11b保温层，11c-耐火砖层，12-烟囱，13-蓄热砖，14-炉排，15-煤渣储槽，16-加料口，17-扒渣口，18-观察窗，19-温度控制系统， 19a-报警器，19b-温度控制器，19c-温度传感器，19d-进气管，19e-电磁阀，19f-鼓风机；2-热交换装置，21-导热油盘管，22-循环油泵，23-散热器，24-膨胀槽；3-烤箱；4-风机；5-余热回收装置，5a-进烟口，5b-出水口，5c-出烟口，5d-进水口，5e-排灰口。 【具体实施方式】 [0024] 为了更清楚地表达本发明，以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。 [0025] 如图1所示，一种节能型烘烤设备，主要由保温锅炉1、烤箱3和将锅炉1与烤箱3联系起来的热交换装置2三大部分组成；该保温锅炉1包括炉膛11，在炉膛11的顶部设有与炉膛11内部连通的烟囱12；在炉膛11的侧壁设有观察窗18，便于观察炉膛11内的情况；在炉膛11内的下部设有炉排14，炉排14下方优选设有煤渣储槽15，用于储存燃烧的残渣，在靠近炉排14的炉膛壁上开设有燃料加料口16和扒渣口17，便于添加燃料和残渣的清理。该炉膛11整体由外至内包括外保护层11a、保温层11b和耐火砖层11c，其中外保护层11a优选采用不锈钢材料制作，具有坚固耐用的特点；保温层11b是由保温材料制作而成，起到隔热保温的作用，所用的保温材料可以是硅酸铝、岩棉、玻璃纤维、氯酸铝纤维棉或者这些材料的混合物。耐火砖层11c优选采用的是锆质耐火材料制成。见图1，该热交换装置2包括设在炉膛11内的导热油盘管21、设在烤箱3内的散热器23、连接于导热油盘管21出口与散热器23入口之间的热油输出管、连接于导热油盘管21入口与散热器23出口之间的冷油回流管以及循环油泵22。为了加快散热器23的散热，在烤箱3内正对散热器的位置设有风机4。作为优选，散热器23是由热油输出管或者冷油回流管弯曲成型得到的；作为优选热油输出管上还设置有膨胀槽24，导热油在受热的情况下容易发生体积膨胀，造成管内压力增大，影响运行的安全，增加膨胀槽24可以起缓冲压力作用。 [0026] 由于蓄热砖13将导热油盘管21包围，在锅炉内有燃料燃烧时，蓄热砖13不仅可以吸收燃烧释放的大量热能，当燃烧产生的高温烟气通过蓄热砖13时，还能吸收高温烟气所携带的热量、有害气体、粉尘，不仅降低烟气排放温度，提高热吸收的效率，减少污染物的排放。该烘烤设备的热交换形式主要是通过蓄热砖13吸收热量，蓄热砖13再将热量交换给导热油盘管21，通过循环油泵22的作用将热量输到用热设备----烤箱3，通过风机4和散热器23将热量交换给需要烘烤的材料。由于燃烧产生的热量不是直接作用于导热油盘管21，故燃烧炉内的炉火不会直接影响导热油盘管21内的油温，而蓄热砖13放热和传热平稳，保证了导热油盘管21内油温不会随炉火情况产生明显波动，而且在停火的情况下，蓄热砖13还可以继续释放一部分热量，不需要人员时刻控制炉火和炉温。 [0027] 如图1，该保温锅炉还包括温度控制系统19，该温度控制系统19包括设置在外保护层11a上的温度控制器19c、报警器19a，设置在炉膛11内部用于检测炉膛11内温度的温度传感器19b，以及包括从炉膛外部水平伸入炉膛内且位于炉排上方的进气管19d，以及包括鼓风机19f和电磁阀19e；该进气管19d位于炉膛11内部的管体上开设有出风孔，位于炉膛11外部的端口为进风口，进风口连接至鼓风机19f，在进风口和鼓风机19f之间设置有电磁阀19e；如图2所示，温度传感器19b、报警器19a以及电磁阀19e与温度控制器19c分别控制连接。该温度控制系统19的工作原理为：在炉排14上加足燃料后确认加料口16和扒渣口17均处理封闭状态，此时操作人员可以离场；当蓄热砖13的温度上升至设定的上限值时，温度控制器19c触动报警器19a发出报警声音，同时关闭电磁阀19e停止鼓风，使炉内缺氧停止燃烧，停止供热；此时，由于锅炉不断通过导热油盘管21和散热器23与烤箱3中待烘干的材料进行热交换，炉膛11内温度下降到下限时，温度控制器19c触动报警器19a发出报警声音，通知作业人员进行加火作业，同时开启电磁阀19e开始向炉膛内鼓风。通过设置温度控制系统，可以更好地利用蓄热砖13的特性，进行间断式加热，并可以节约能源与人工成本。 [0028] 如图1所示，该保温锅炉还包括余热回收装置5，该余热回收装置5主体为圆筒形或者立方柱形，并优选为主体设置保温层以避免热量损失。余热回收装置5主体为倾斜设置，较高的一端设有进烟口5a，进烟口5a通过管道与所述烟囱12连通，余热回收装置5较低的一端设有出烟口5c，出烟口5c处设有烟雾过滤装置并与大气连通；余热回收装置5内部设置有循环水管路，循环水管路的进水口5d设置在余热回收装置5侧壁上靠近出烟口5c处，出水口5b设置在在余热回收装置5侧壁上靠近进烟口5a处；余热回收装置5的底部还设有排灰口 5e。 [0029] 以下通过具体实施例对蓄热砖进行进一步说明。 [0030] 实施例1 [0031] 一种用于蓄热式保温锅炉内的蓄热砖，是由以下原料按重量配比混合制成：高铝土25kg，硅酸铝25kg，磷酸锆20kg，碳化硼10kg，氮化硅8kg，二氧化钛2kg，镁质粘土6kg，水4kg。其中，要求高铝土的粒度为0.1-1mm，高铝土中三氧化二铝的含量为65％以上。 [0032] 上述蓄热砖通过以下方法制成：按照重量配比准备好原料；将高铝土、硅酸铝、磷酸锆、碳化硼、氮化硅、二氧化钛混合均匀成预混料；将水、镁质粘土混合均匀然后加入到预混料中，搅拌均匀后在压强为1.5Mpa的压力下压制成型，在120℃干燥24小时后，放入高温窑中，于1200-1300℃烧结，烧结时间为2小时。 [0033] 实施例2 [0034] 一种用于蓄热式保温锅炉内的蓄热砖，是由以下原料按重量配比混合制成：高铝土30kg，硅酸铝20kg，磷酸锆15kg，碳化硼6kg，氮化硅9kg，二氧化钛3kg，镁质粘土10kg，水6kg。其中，要求高铝土的粒度为0.1-1mm，高铝土中三氧化二铝的含量为65％以上。 [0035] 上述蓄热砖通过以下方法制成：按照重量配比准备好原料；将高铝土、硅酸铝、磷酸锆、碳化硼、氮化硅、二氧化钛混合均匀成预混料；将水、镁质粘土混合均匀然后加入到预混料中，搅拌均匀后在压强为1.8Mpa的压力下压制成型，在150℃干燥20小时后，放入高温窑中，于1200-1300℃烧结，烧结时间为3小时。 [0036] 实施例3 [0037] 一种用于蓄热式保温锅炉内的蓄热砖，是由以下原料按重量配比混合制成：高铝土28kg，硅酸铝22kg，磷酸锆16kg，碳化硼8kg，氮化硅11kg，二氧化钛3kg，镁质粘土7kg，水5kg。其中，要求高铝土的粒度为0.1-1mm，高铝土中三氧化二铝的含量为65％以上。 [0038] 上述蓄热砖通过以下方法制成：按照重量配比准备好原料；将高铝土、硅酸铝、磷酸锆、碳化硼、氮化硅、二氧化钛混合均匀成预混料；将水、镁质粘土混合均匀然后加入到预混料中，搅拌均匀后在压强为1.6Mpa的压力下压制成型，在130℃干燥22小时后，放入高温窑中，于1200-1300℃烧结，烧结时间为2.5小时。 [0039] 对比例1 [0040] 一种蓄热砖，是由以下原料按重量配比混合制成：高铝土28kg，硅酸铝22kg，磷酸锆16kg，碳化硼8kg，氮化硅11kg，水5kg。其中，要求高铝土的粒度为0.1-1mm，高铝土中三氧化二铝的含量为65％以上。 [0041] 制备方法为：按照重量配比准备好原料；将高铝土、硅酸铝、磷酸锆、碳化硼、氮化硅混合均匀成预混料；将水加入到预混料中，搅拌均匀后在压强为1.6Mpa的压力下压制成型，在130℃干燥22小时后，放入高温窑中，于1200-1300℃烧结，烧结时间为2.5小时。 [0042] 对比例2 [0043] 一种蓄热砖，是由以下原料按重量配比混合制成：高铝土33kg，磷酸锆24kg，碳化硼15kg，氮化硅14kg，二氧化钛3kg，镁质粘土7kg，水5kg。其中，要求高铝土的粒度为0.1-1mm，高铝土中三氧化二铝的含量为65％以上。 [0044] 制备方法为：按照重量配比准备好原料；将高铝土、磷酸锆、碳化硼、氮化硅、二氧化钛混合均匀成预混料；将水、镁质粘土混合均匀然后加入到预混料中，搅拌均匀后在压强为1.6Mpa的压力下压制成型，在130℃干燥22小时后，放入高温窑中，于1200-1300℃烧结，烧结时间为2.5小时。 [0045] 本发明生产的蓄热砖由于蓄热能力好，还能在锅炉停烧后的一段时间内继续供给符合要求的热能，保温效果非常好。为了验证本发明的保温锅炉在使用了本发明的蓄热砖之后的保温效果，将其与不同的蓄热体所产生的效果进行对比，将相同量、不同配方的蓄热砖分次放入同一炉膛中，同时烤箱内开启风机，开启循环泵，并在烤箱内事先放置待烘烤的果脯，待炉膛内部的温度达到600℃后停烧，记录炉膛内部的温度随时间的变化，分组实验情况如下，测试结果见表1所示。 [0046] 实验组1-3：分别使用本发明实施例1-3中的蓄热砖； [0047] 对比组1：相对于实施例3，未添加二氧化钛和镁质粘土； [0048] 对比组2：相对于实施例3，未添加硅酸铝，用其他原料分别代替其重量份； [0049] 对比组3：使用普通粘土砖进行试验； [0050] 表1炉膛内部的温度达到600℃后停烧，内部温度随时间变化情况 [0051] [0052] 从上表可以看出，使用普通粘土蓄热砖的锅炉内部温度在停烧40分钟后，温度下降到149℃，完全不能满足供热的需求，而本发明的蓄热砖在停烧40分钟后，还能保持较高的温度，可以持续给供热设备供热，蓄热保温效果相比粘土蓄热砖有明显提高。对比组1虽然未添加二氧化钛和镁质粘土，但保温效果与本发明差别并不大，可见起到蓄热效果的并不是这两种原料。对比组2由于未使用硅酸铝，其炉膛内的温度下降相对较快，可见硅酸铝的加入与其他组分能起到协同作用，从而提高本发明蓄热砖的蓄热保温能力。 [0053] 本发明的蓄热砖由于配伍合理，成品率高，成品率达99％以上，并具有较好的机械强度，抗疲劳能力和抗热震性能，使用寿命长，经具体测试实施例1-3、对比组1-3制得的蓄热砖的相关工艺参数如下表2： [0054] 表2蓄热砖的相关工艺参数 [0055] |
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