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一种烟气回流相变换热 辐射管装置

阅读：665发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种烟气回流相变换热辐射管装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种烟气回流相变换热辐射管装置，包括主烧嘴、换热器和辐射管组成的辐射管燃烧器；换热器为相变换热器；相变换热器分隔为2个相变蓄热室，烟气入口由烟气分流闸板控制；位于烟气上游的2个相变蓄热室对应侧分别设预热空气管道，2个预热空气管道连通后连接主烧嘴的预热空气喷口，且连通处设预热空气换向阀；位于烟气下游的2个相变蓄热室对应侧分别设转换气体管道，2个转换气体管道通过烟气换向阀分别连通烟气总管或助燃空气引入口，烟气总管另外通过回流烟气管道和烟气回流引风机连接主烧嘴的回流烟气喷口。本发明可大辐度提高辐射管后废气的换热效率，降低空气过氧量，提高辐射管热度的均匀性，降低煤气消耗及NOx污染物排放量。，下面是一种烟气回流相变换热辐射管装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种烟气回流相变换热辐射管装置，包括由主烧嘴、换热器和辐射管组成的辐射管燃烧器；其特征在于，所述主烧嘴设有煤气喷口、助燃空气喷口和回流烟气喷口；辐射管的一端连接主烧嘴的喷射端，另一端连接排烟管，排烟管内设换热器，该换热器为相变换热器；相变换热器沿纵向分隔为2个对称的相变蓄热室，2个相变换热室的烟气入口由烟气分流闸板控制开闭；位于烟气流动方向上游的2个相变蓄热室对应侧分别设预热空气管道，2个预热空气管道连接主烧嘴的助燃空气喷口，且连接处设预热空气换向阀；位于烟气流动方向下游的2个相变蓄热室对应侧分别设转换气体管道，2个转换气体管道通过烟气换向阀分别连通烟气总管或助燃空气引入口，烟气总管另外通过回流烟气排出管道和烟气回流引风机连接主烧嘴的回流烟气喷口。
2.根据权利要求1所述的一种烟气回流相变换热辐射管装置，其特征在于，所述排烟管为圆形管道，每个相变蓄热室的截面均为半圆形，2个相变蓄热室之间通过蓄热室隔板分隔；相变蓄热室自内向外依次为半圆形气流通道、耐热钢管、相变材料及换热器外壁钢管；
烟气分流闸板为半圆形闸板，由自动执行机构控制，能够绕中心轴转动180°，使2个相变蓄热室分别处于打开或关闭状态。
3.基于权利要求1所述一种烟气回流相变换热辐射管装置的燃烧方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)温度为600℃～700℃的高温烟气从辐射管排出，经烟气分流闸板分流进入相变蓄热室A的半圆形气流通道，与此同时，相变蓄热室B的烟气入口封闭；进入相变蓄热室A的高温烟气将热量传递给相变材料实现换热，相变材料吸收热量后由固态转变为液态，并以液态形式存储热量；
2)与相变蓄热室A相连的转换气体管道此时作为烟气排出管道，从相变蓄热室A中排出的低温烟气，经对应的转换气体管道排出到烟气总管中；换热过程持续3～10分钟后，第一个蓄热周期完成；
3)第一个蓄热周期完成后，烟气分流闸板旋转180°，将相变蓄热室A的烟气入口关闭；
从辐射管排出的高温烟气转而进入相变蓄热室B的半圆形气流通道实现蓄热过程，与相变蓄热室B相连的转换气体管道此时作为烟气排出管道；与此同时，在烟气换向阀的作用下，与相变蓄热室A相连的转换气体管道转换为助燃空气管道，助燃空气由助燃空气引入口和助燃空气管道进入相变蓄热室A内，液态的相变材料将存储的热量释放对助燃空气进行预热，换热后相变材料重新转变为固态；预热后的助燃空气通过预热空气管道送入主烧嘴的助燃空气喷口中参与燃烧；
4)从辐射管排出的部分烟气在烟气回流风机的引力作用下，由烟气回流管进入主烧嘴外层的回流烟气通道中并由回流烟气喷口喷出，起引射作用，其能够减少助燃空气用量，避免高温区集中，使辐射管表面温度均匀，并可降低燃料消耗及NOx污染物产生量；
5)第二个蓄热周期完成后，烟气分流闸板再次旋转并实现相变蓄热室A和相变蓄热室B的功能转换；以上步骤循环进行，实现预热空气及回流烟气向主烧嘴中的连续输送过程。

说明书全文

一种烟气回流相变换热 辐射管装置

技术领域

[0001] 本发明涉及钢铁冶金热处理炉燃烧技术领域，尤其涉及一种烟气回流相变换热辐射管装置。

背景技术

[0002] 辐射管燃烧器包括燃烧器、辐射管、换热器，燃烧器组织煤气和助燃空气混合燃烧形成高温烟气喷入辐射管中，高温烟气通过辐射管间壁将热量传递给被加热体。高温烟气将热量置换出去后，从辐射管的另一端排出，此时的废气温度在600℃-700℃，再通过换热器将废气热量置换出来，加热燃烧器用的助燃空气，热量循环利用，最后排出的废气温度为400-500℃左右。辐射管加热技术属于间接加热方式，主要用于对钢板热处理质量要求较高的汽车、家电、镀锌、高端建材、军工等退火炉关键部位，加热温度均匀性好。

[0003] 目前辐射管燃烧器中的换热器主要采用翅片管换热、喷流换热，存在换热效率不高、流体阻力大的问题，废气最终排放的温度较高，热量浪费，而且，流体阻力大造成引风机耗电高，综合节能降耗幅度低，而且这种换热方式，对于辐射管的废气余热回收已经达到极限。

[0004] 近几年刚起步的烟气回流辐射管技术，是靠助燃空气喷射作用将部分烟气吸入与预热空气混合后，形成混合气体，由烧嘴组织与煤气混合，参与燃烧，再喷入辐射管内。该种烟气回流再利用的方式，可以大幅度提高辐射管热效率。如专利号为201020551967.6的实用新型专利，公开的一种“与辐射管烧嘴配套使用的换热器”，采用的技术方案是将烟气通过空气喷射将烟气卷入，空气与烟气混合后送入烧嘴进行燃烧。专利号为201110406418.9的发明专利，公开的一种“空气喷射卷吸回流烟气的辐射管燃烧装置用换热器”，采用的技术方案是添加锥形渐缩空气喷射管，形成负压卷吸烟气与预热空气掺混，同时，内外侧交错布置翅片，增加换热面积。专利号为201310190177.8的发明专利，公开的“一种气体双循环辐射管加热装置”，采用的技术方案是在辐射管上增设了烟气回流管，在炉内形成封闭的内环气体循环，使部分烟气回流。

[0005] 但以上这些技术方案，均采用靠内部气流自然形成的吸力使烟气回流的水平，其存在的问题是：辐射管内部、排烟的气流平衡很难确定，无法控制烟气合理的流量，直接影响主烧嘴燃烧的状态。

发明内容

[0006] 本发明提供了一种烟气回流相变换热辐射管装置，利用相变材料的高效换热特点，大辐度提高了辐射管后废气的换热效率；同时将部分烟气强制回流，增加了烟气回流量及控制作用，降低了空气过氧量，提高了辐射管热度的均匀性，降低了煤气消耗及NOx污染物排放量。

[0007] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

[0008] 一种烟气回流相变换热辐射管装置，包括由主烧嘴、换热器和辐射管组成的辐射管燃烧器；所述主烧嘴设有煤气喷口、助燃空气喷口和回流烟气喷口；辐射管的一端连接主烧嘴的喷射端，另一端连接排烟管，排烟管内设换热器，该换热器为相变换热器；相变换热器沿纵向分隔为2个对称的相变蓄热室，2个相变换热室的烟气入口由烟气分流闸板控制开闭；位于烟气流动方向上游的2个相变蓄热室对应侧分别设预热空气管道，2个预热空气管道连接主烧嘴的助燃空气喷口，且连接处设预热空气换向阀；位于烟气流动方向下游的2个相变蓄热室对应侧分别设转换气体管道，2个转换气体管道通过烟气换向阀分别连通烟气总管或助燃空气引入口，烟气总管另外通过回流烟气管道和烟气回流引风机连接主烧嘴的回流烟气喷口。

[0009] 所述排烟管为圆形管道，每个相变蓄热室的截面均为半圆形，2个相变蓄热室之间通过蓄热室隔板分隔；相变蓄热室自内向外依次为半圆形气流通道、耐热钢管、相变材料及换热器外壁钢管；烟气分流闸板为半圆形闸板，由自动执行机构控制，能够绕中心轴转动180°，使2个相变蓄热室分别处于打开或关闭状态。

[0010] 基于所述一种烟气回流相变换热辐射管装置的燃烧方法，包括如下步骤：

[0011] 1)温度为600℃～700℃的高温烟气从辐射管排出，经烟气分流闸板分流进入相变蓄热室A的半圆形气流通道，与此同时，相变蓄热室B的烟气入口封闭；进入相变蓄热室A的高温烟气将热量传递给相变材料实现换热，相变材料吸收热量后由固态转变为液态，并以液态形式存储热量；

[0012] 2)与相变蓄热室A相连的转换气体管道此时作为烟气排出管道，从相变蓄热室A中排出的低温烟气，经对应的转换气体管道排出到烟气总管中；换热过程持续3～10分钟后，第一个蓄热周期完成；

[0013] 3)第一个蓄热周期完成后，烟气分流闸板旋转180°，将相变蓄热室A的烟气入口关闭；从辐射管排出的高温烟气转而进入相变蓄热室B的半圆形气流通道实现蓄热过程，与相变蓄热室B相连的转换气体管道此时作为烟气排出管道；与此同时，在烟气换向阀的作用下，与相变蓄热室A相连的转换气体管道转换为助燃空气管道，助燃空气由助燃空气引入口和助燃空气管道进入相变蓄热室A内，液态的相变材料将存储的热量释放对助燃空气进行预热，换热后相变材料重新转变为固态；预热后的助燃空气通过预热空气管道送入主烧嘴的助燃空气喷口中参与燃烧；

[0014] 4)从辐射管排出的部分烟气在烟气回流风机的引力作用下，由烟气回流管进入主烧嘴外层的回流烟气通道中并由回流烟气喷口喷出，起引射作用，其能够减少助燃空气用量，避免高温区集中，使辐射管表面温度均匀，并可降低燃料消耗及NOx污染物产生量；

[0015] 5)第二个蓄热周期完成后，烟气分流闸板再次旋转并实现相变蓄热室A和相变蓄热室B的功能转换；以上步骤循环进行，实现预热空气及回流烟气向主烧嘴中的连续输送过程。

[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0017] 1)在保证连续退火炉连续工作及辐射管燃烧器过氧烟气控制要求的前提下，利用相变蓄热及2个相变蓄热室交替工作，实现高效换热；

[0018] 2)在辐射管后设置相变换热器，利用材料自身的相变潜热，将烟气热量通过相变高潜热能力，回收排出烟气余热，烟气最终排放温度可降低到200℃以下，大幅度提高辐射管整体热效率；

[0019] 3)从相变换热器排出的烟气通过烟气回流引风机强制循环回流到主烧嘴，减少了空气供入量，避免了高温区集中，提高了辐射管的温度均匀性，大大提高了辐射管的余热利用，降低了燃料消耗，减少了NOx的生产量；

[0020] 4)采取可控制烟气回流方式，更好地稳定了辐射管燃烧器整体的负压平衡及助燃空气量的优化控制。附图说明

[0021] 图1是本发明所述一种烟气回流相变换热辐射管装置的主视图。

[0022] 图2是本发明所述一种烟气回流相变换热辐射管装置的俯视图。

[0023] 图3是图2中的A-A旋转视图。

[0024] 图4是图2中的B-B旋转视图。

[0025] 图中：1.主烧嘴 2.煤气喷口 3.助燃空气喷口 4.回流烟气通道 5.回流烟气喷口 6.辐射管 7.烟气分流闸板 8.中心轴 9.相变换热器 10.相变蓄热室A 11.相变蓄热室B
12.蓄热室隔板 13.半圆形气流通道 14.耐热钢管 15.相变材料 16.相变换热器外壁钢管
17.预热空气换向阀 18.预热空气管道 19.烟气换向阀 20.助燃空气管道 21.烟气排出管道 22.烟气回流管道 23.烟气回流引风机 24.烟气总管 25.助燃空气引入口具体实施方式

[0026] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

[0027] 如图1-图4所示，本发明所述一种烟气回流相变换热辐射管装置，包括由主烧嘴1、换热器和辐射管6组成的辐射管燃烧器；所述主烧嘴1设有煤气喷口2、助燃空气喷口3和回流烟气喷口5；辐射管6的一端连接主烧嘴1的喷射端，另一端连接排烟管，排烟管内设换热器，该换热器为相变换热器9；相变换热器9沿纵向分隔为2个对称的相变蓄热室10、11，2个相变换热室10、11的烟气入口由烟气分流闸板7控制开闭；位于烟气流动方向上游的2个相变蓄热室10、11对应侧分别设预热空气管道18，2个预热空气管道18连接主烧嘴1的助燃空气喷口3，且连接处设预热空气换向阀17；位于烟气流动方向下游的2个相变蓄热室10、11对应侧分别设转换气体管道，2个转换气体管道通过烟气换向阀19分别连通烟气总管24或助燃空气引入口25，烟气总管24另外通过回流烟气排出管道21和烟气回流引风机23连接主烧嘴1的回流烟气喷口5。

[0028] 所述排烟管为圆形管道，每个相变蓄热室9的截面均为半圆形，2个相变蓄热室10、11之间通过蓄热室隔板12分隔；相变蓄热室9自内向外依次为半圆形气流通道13、耐热钢管
14、相变材料15及换热器外壁钢管16；烟气分流闸板7为半圆形闸板，由自动执行机构控制，能够绕中心轴8转动180°，使2个相变蓄热室10、11分别处于打开或关闭状态。

[0029] 基于所述一种烟气回流相变换热辐射管装置的燃烧方法，包括如下步骤：

[0030] 1)温度为600℃～700℃的高温烟气从辐射管6排出，经烟气分流闸板7分流进入相变蓄热室A 10的半圆形气流通道13，与此同时，相变蓄热室B11的烟气入口封闭；进入相变蓄热室A 10的高温烟气将热量传递给相变材料15实现换热，相变材料15吸收热量后由固态转变为液态，并以液态形式存储热量；

[0031] 2)与相变蓄热室A 10相连的转换气体管道此时作为烟气排出管道21，从相变蓄热室A 10中排出的低温烟气，经对应的转换气体管道排出到烟气总管24中；换热过程持续3～10分钟后，第一个蓄热周期完成；

[0032] 3)第一个蓄热周期完成后，烟气分流闸板7旋转180°，将相变蓄热室A 10的烟气入口关闭；从辐射管6排出的高温烟气转而进入相变蓄热室B 11的半圆形气流通道13实现蓄热过程，与相变蓄热室B 11相连的转换气体管道此时作为烟气排出管道21；与此同时，在烟气换向阀19的作用下，与相变蓄热室A 10相连的转换气体管道转换为助燃空气管道20，助燃空气由助燃空气引入口25和助燃空气管道20进入相变蓄热室A 10内，液态的相变材料15将存储的热量释放对助燃空气进行预热，换热后相变材料15重新转变为固态；预热后的助燃空气通过预热空气管道18送入主烧嘴1的助燃空气喷口3中参与燃烧；

[0033] 4)从辐射管6排出的部分烟气在烟气回流风机23的引力作用下，由烟气回流管22进入主烧嘴1外层的回流烟气通道4中并由回流烟气喷口5喷出，起引射作用，其能够减少助燃空气用量，避免高温区集中，使辐射管6表面温度均匀，并可降低燃料消耗及NOx污染物产生量；

[0034] 5)第二个蓄热周期完成后，烟气分流闸板7再次旋转并实现相变蓄热室A 10和相变蓄热室B 11的功能转换；以上步骤循环进行，实现预热空气及回流烟气向主烧嘴1中的连续输送过程。

[0035] 以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

[0036] 【实施例】

[0037] 本实施例中，某热态实验室采用本发明一种烟气回流相变换热辐射管装置进行试验。

[0038] 煤气为热值7784kJ/Nm3的混合煤气，在辐射管表面安装了27支热电偶检测检测辐射管表面长度方向的温度分布。

[0039] 经过热模拟试验，当辐射管表面温度平均为756℃时，沿辐射管长度方向温差为13℃，比原来的25℃降低了12℃，提高了温度均匀性。同时，在同等辐射管加热温度条件下，煤气消耗由原来的55Nm3/h降低到48Nm3/h，降低消耗12.7％。

[0040] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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