折流板式辐射管烧嘴换热器及换热方法
【专利摘要】本发明涉及一种折流板式辐射管烧嘴换热器及换热方法，在翅片管的外围上设置有多个翅片折流板，多个翅片折流板沿轴向上下交错间隔分布在翅片管上，各翅片折流板为半月形且能够置于辐射管的管径中，使得翅片管、翅片折流板与辐射管内壁形成上下交错环绕的一次折流烟气通道；翅片管外侧设置有外侧翅片，翅片折流板高度突出于外侧翅片。烟气通道通过翅片折流板和烟气折流板被大幅度加长，换热过程中对烟气进行两次折流，加长烟气换热距离；翅片管上的翅片内外交错十字形结构使烟气流通面增大；利用双翅片式球头内外侧条形翅片使烟气传热均匀。换热效率高且有效延长了双翅片式球头及换热器整体的使用寿命。
【专利说明】折流板式辐射管烧嘴换热器及换热方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及换热装置【技术领域】，尤其涉及一种与辐射管烧嘴配套使用的折流板式辐射管烧嘴换热器及换热方法。
【背景技术】
[0002]近些年，随着对产品质量及性能要求的提升，辐射管加热技术在国内金属热处理领域得到了越来越广泛的推广和应用。国内对于辐射管加热技术的研究也越来越深入，对于辐射管烧嘴余热回收、污染物排放、加热质量以及燃烧控制精度的要求不断提高。在辐射管烧嘴烟气余热回收上面，已经完成了由原有的管式换热向翅片式换热以及喷流换热等更为高效的换热方式的过渡，辐射管烧嘴也已由原有的单行程换热发展为双行程甚至三行程换热，空气预热温度，烟气余热回收率进一步提高。
[0003]辐射管烧嘴换热器在结构设计上，通常采用以下设计形式及换热方法:(I)空气侧换热多采用翅片管式或者喷流换热型式，即通过在换热器空气通道内侧添加翅片管或者通过空气高速喷流作用来增加换热效果，通常来讲，在100(TC的烟气温度下，翅片式换热器能将空气预热到400°c，喷流结构换热器能将空气预热到500°C。(2)在换热器行程上，已经由原有的单行程换热向双行程甚至三行程换热过渡。即由原有的辐射管管内换热向增加辐射管管外换热发展。双行程换热的空气预热温度能够达到600°C，热效率较高。(3)在烟气侧换热设计上，单行程更多的是选用翅片管或者麻面型式换热，双行程更多的选用翅片管式换热和光管换热结合的形式，烟气在辐射管和换热器内均为直流。
[0004]现有辐射管烧嘴换热器在结构设计上，烟气侧均为直流通道换热，即烟气沿辐射管和换热器内壁或者换热器内烟气通道直接流出，且都采用较为简单的管式、麻面或翅片式设计进行换热，烟气侧换热仍有较大的提升空间，完全能够通过增加烟气换热效果来进一步提高空气预热温度，降低排烟温度，提高辐射管换热器的温度效率及热效率。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题在于:提供一种折流板式辐射管烧嘴换热器，该换热器对烟气进行折流，大幅增加了烟气流通行程，提高空气预热温度，降低排烟温度，有效的提高了换热效果。
[0006]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
一种折流板式辐射管烧嘴换热器，包括内置换热部和外置换热部两个部分，内置换热部主要包括翅片管、翅片管端部的双翅片式球头，翅片管的左端连接中间导管，翅片管内设置有热空气导管，热空气导管的左端固定连接空气射流管，空气射流管的射流端从中间导管壁上穿出；中间导管的右端与外部换热管固定；外置换热部主要包括烟气导管、烟气导管内部设置的外部换热管、外部换热管内部中心悬置外置空气导管，烟气导管端头连接异形法兰；烟气导管的左端固定烟气出口管，右端固定空气进风管，空气进风管由外至内依次从烟气导管、外部换热管、外置空气导管穿入，并与烟气导管、外部换热管、外置空气导管分别固定；其特征在于:在翅片管的外围上设置有多个翅片折流板，多个翅片折流板沿轴向上下交错间隔分布在翅片管上，各翅片折流板为半月形且能够置于辐射管的管径中，使得翅片管、翅片折流板与辐射管内壁形成上下交错环绕的一次折流烟气通道；翅片管外侧设置有外侧翅片，翅片折流板高度突出于外侧翅片。
[0007]按上述技术方案，外部换热管上设置有多个烟气折流板，多个烟气折流板上下交错沿轴向间隔分布在外部换热管上，各烟气折流板为半月形且能够置于烟气导管的管径中，使得外部换热管、烟气折流板与烟气导管内壁形成上下交错环绕的二次折流烟气通道。
[0008]按上述技术方案，烟气折流板和翅片折流板均沿轴向各自等距间隔分布，且均为4-8 个。
[0009]按上述技术方案，翅片管内侧还设置内侧翅片，内侧翅片与外侧翅片呈十字交错型式布置；内侧翅片片面沿翅片管轴向成直线布置多排，不同排的内侧翅片在每一个周向相互对应形成内环；外侧翅片的片面与翅片管轴线垂直并沿翅片管外侧周向布置成多个外环。
[0010]按上述技术方案，翅片管的外侧翅片在各外环分布14-18个翅片，内侧翅片在各内环分布36_54个翅片。
[0011]按上述技术方案，双翅片式球头为半球型结构，沿球面母线由顶部向底部分别放射状布置多条内侧条形翅片和多条外侧条形翅片。
[0012]按上述技术方案，内侧条形翅片和外侧条形翅片各分布有8-10条。
[0013]按上述技术方案，双翅片式球头、翅片管采用耐热钢精密铸造成型。
[0014]采用上述折流板式辐射管烧嘴换热器的换热方法，将折流板式辐射管烧嘴换热器与辐射管烧嘴连接；空气射流管置于辐射管的助燃空气导管进口内，主烧嘴与辐射管点火侧连接；翅片管与辐射管内壁形成烟气通道，主烧嘴与辐射管内壁形成助燃空气与卷吸烟气混合通道；
其特征在于:烟气通道通过翅片折流板和烟气折流板被大幅度加长，换热过程中对烟气进行两次折流，加长烟气换热距离；并通过翅片折流板和烟气折流板对烟气流向进行控制；
利用翅片管上的翅片内外交错十字形结构使烟气流通面增大；利用双翅片式球头内外侧条形翅片使烟气传热均匀。
[0015]上述方法中，具体包括如下步骤:
主烧嘴燃烧产生的烟气沿辐射管管程流通到换热器进口，沿双翅片式球头及翅片管进入换热器，通过翅片折流板的阻隔作用，沿翅片折流板形成一次折流烟气进行换热；烟气经过双翅片式球头和翅片管换热后进入中间导管，其中一部分烟气通过预热空气的高速喷射作用卷吸进入混合通道送入主烧嘴燃烧；另一部分烟气则进入外置换热部，通过设置在外部换热管上的烟气折流板继续上下交错形成二次折流烟气进行换热，完成双行程换热后从烟气出口管排出；
内侧空气沿中间导管喷出经过翅片管的内侧翅片和双翅片式球头的内侧条形翅片与外部烟气换热后，沿翅片管内的热空气导管折回并向空气射流管流动；
空气从空气进风管进入，通过外置空气导管进入外置换热部，通过外部换热管与二次折流烟气完成换热后通过中间导管进入翅片管，沿翅片管内侧翅片与热空气导管间的间隙流动与外部一次折流烟气进行换热后，再经过双翅片式球头的内侧条形翅片换热，之后返回进入热空气导管流入空气射流管完成内部换热过程；
流入空气射流管的热空气通过喷流口高速喷出，利用喷射形成的负压对烟气进行卷吸回流后进入辐射管助燃空气导管，并通过助燃空气导管和主烧嘴的空气通道完成混合后进行燃烧；燃烧所产生的烟气则在走完整个辐射管管程后依次通过双翅片式球头、翅片管、中间导管、外部换热管，完成与空气的双行程换热后再从烟气出口管排出。
[0016]相对于现有技术，本发明的有益效果为:
1、折流板式换热器结构设计，将辐射管烧嘴换热器内烟气进行折流，大幅增加了烟气流通行程，提高了换热效果，有效降低了排烟温度；
2、翅片管上的翅片内外交错十字形结构设计，内侧沿空气通道顺行布置，外侧沿烟气折流方向顺行布置，有效增大了传热面积及传热系数，空气预热温度提高了近80°C ；
3、双翅片式球头结构设计，有效增大了球头内外侧传热效果，减少了高温烟气入口对球头的破坏，有效延长了双翅片式球头及换热器整体的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明实施的辐射管烧嘴换热器结构示意图。
[0018]图2为图1的A-A剖视图。
[0019]图3为带翅片折流板的翅片管与辐射管配合使用时的局部结构示意图。
[0020]图4为本发明辐射管烧嘴换热器与主烧嘴及辐射管配套使用时的结构示意图。
[0021]图中:1-双翅片式球头，1.1-外侧条形翅片，1.2-内侧条形翅片，2-翅片管，2.1-内侧翅片，2.2-外侧翅片，2.3-翅片折流板，3-热空气导管，4-空气射流管，5-中间导管，6-异形法兰，7-外部换热管，8-烟气折流板，9-烟气导管，10-外置空气导管，11-烟气出口管，12-空气进风管，13-辐射管，14-主烧嘴。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明做进一步的说明。
[0023]参见图1、图2和图3，一种折流板式辐射管烧嘴换热器。该换热器包括内置换热部和外置换热部两个部分，其中内置换热部包括翅片管2、起端部堵头作用的双翅片式球头1，与双翅片式球头I连续密封焊接固定的翅片管2。翅片管2的左右两端分别与中间导管5和端部堵头I连接，翅片管2内设置有热空气导管3。
[0024]如图1和3所示，双翅片式球头I为半球型结构，采用耐热钢精密铸造成型；沿球面母线方向由顶部向底部分别放射状布置内侧条形翅片1.2和外侧条形翅片1.1，内侧条形翅片1.2和外侧条形翅片1.1各分布有8-10条。
[0025]如图1-3，翅片管2为耐热钢精密铸造成型，翅片管2内外侧均设置有翅片，内侧翅片2.1与外侧翅片2.2呈十字交错型式布置；内侧翅片2.1片面沿翅片管2轴向成直线布置多排，不同排的内侧翅片2.1在每一个周向相互对应形成内环,各内环分布36-54个翅片；外侧翅片2.2片面与翅片管2轴线垂直并沿翅片管2外侧周向布置成多个外环，各外环分布14-18个翅片。
[0026]所述翅片管2的外围上设置有多个翅片折流板2.3，如图2所示，多个翅片折流板2.3上下交错间隔分布在翅片管2上，对烟气流向进行折流；翅片折流板2.3位于外侧翅片
2.2的间隙中；各翅片折流板2.3为半月形或半环形且能够置于辐射管的管径中，为不锈钢激光切割成型，如图3所示，翅片折流板2.3为5个(也可以根据折流长度需要对翅片折流板2.3个数进行变换设置，如4-8个)，5个翅片折流板2.3上下交错等距间隔分布在翅片管2上，翅片折流板2.3位于外侧翅片2.2的间隙中且突出于外侧翅片2.2。
[0027]所述热空气导管3采用精密铸造后加工成型，通过对喷口精度的合理控制确保喷出流速合适，热空气导管3的左端焊接固定连接空气射流管4，空气射流管4的射流端从中间导管5壁上穿出。所述中间导管5的左右两端分别与外部换热管7和翅片管2焊接固定。
[0028]所述外置换热部包括烟气导管9、烟气导管9内部设置的外部换热管7、以及外部换热管7内部中心悬置的外置空气导管10、烟气导管9端头的异形法兰6。
[0029]异形法兰6为不锈钢钢板加工成型，异形法兰6上设置有辐射管安装孔、换热器支撑板，异形法兰6与烟气导管9连续焊接固定。所述烟气导管9采用无缝钢管加工成型，开有烟气出口管孔、空气进风管孔，烟气出口管11连续焊接固定在烟气出口管孔处；空气进风管12从烟气导管9预留的空气进风管孔穿入，并由外至内分别与烟气导管9、外部换热管
7、及外置空气导管10焊接固定。
[0030]所述外部换热管7为不锈钢无缝钢管加工成型，靠近烟气出口管11端部设有堵头，另一端也即右端与中间导管5连接；外置空气导管10位于外部换热管7内部的中心，右端与空气进口管12焊接固定。所述外部换热管7上设置有多个烟气折流板8，多个烟气折流板8上下交错间隔分布在外部换热管7上(原理和结构同翅片折流板2.3)，对烟气流向进行折流；烟气折流板8为不锈钢激光切割成型，为半月形或半环形结构且能够置于烟气导管9的管径中；如图1所示，烟气折流板8为5个，5个烟气折流板8上下交错等距间隔分布在外部换热管7上，也可以根据折流长度需要对烟气折流板8个数进行变换设置，如4-8个。
[0031]如图3和图4所示，本发明的辐射管烧嘴换热器与主烧嘴14及辐射管13配套使用时:异形法兰6与辐射管13换热器侧连接，空气射流管4置于辐射管13的助燃空气导管进口内，主烧嘴14通过螺栓与辐射管13点火侧连接。翅片管2与辐射管13内壁形成烟气通道，通过翅片管2上面的翅片折流板2.3与辐射管13内壁形成上下交错环绕的近似螺旋形的一次折流烟气通道，通过翅片管2上设置的翅片折流板2.3对烟气流向进行控制。主烧嘴14与辐射管13内壁形成助燃空气与卷吸烟气混合通道。
[0032]主烧嘴14燃烧产生的烟气沿辐射管管程流通到换热器进口，沿双翅片式球头I及翅片管2进入换热器，通过翅片折流板2.3的阻隔作用，沿翅片管2外侧翅片折流板2.3形成上下交错流向，烟气通道通过折流作用被大幅度加长。烟气经过双翅片式球头I和翅片管2换热后进入中间导管5，其中一部分烟气通过预热空气的高速喷射作用卷吸进入混合通道送入主烧嘴14燃烧；另一部分烟气则进入外置换热部，通过设置在外部换热管7上的烟气折流板8继续上下交错形成二次折流烟气进行换热，完成双行程换热后从烟气出口管11排出。
[0033]内侧空气沿中间导管5 (参照图1)喷出经过翅片管2的内侧翅片2.1和双翅片式球头I的内侧条形翅片1.2与外部烟气换热后，沿翅片管2内的热空气导管3折回并向空气射流管4流动 空气从空气进风管12进入，通过外置空气导管10进入外置换热部，通过外部换热管7与二次折流烟气完成换热后通过中间导管5进入翅片管2，沿翅片管2内侧翅片2.1与热空气导管3间的间隙流动与外部一次折流烟气进行换热后，再经过双翅片式球头I的内侧条形翅片1.2换热，之后返回进入热空气导管3流入空气射流管4 (如图3所示)完成内部换热过程。流入空气射流管4的热空气通过喷流口高速喷出，利用喷射形成的负压对烟气进行卷吸回流后进入辐射管13助燃空气导管，并通过助燃空气导管和主烧嘴14的空气通道完成混合后进行燃烧。燃烧所产生的烟气则在走完整个辐射管管程后依次通过双翅片式球头1、翅片管2、中间导管5、外部换热管7，完成与空气的双行程换热后再从烟气出口管11排出。
[0034]本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。
【权利要求】
1.一种折流板式辐射管烧嘴换热器，包括内置换热部和外置换热部两个部分，内置换热部主要包括翅片管、翅片管端部的双翅片式球头，翅片管的左端连接中间导管，翅片管内设置有热空气导管，热空气导管的左端固定连接空气射流管，空气射流管的射流端从中间导管壁上穿出；中间导管的右端与外部换热管固定；外置换热部主要包括烟气导管、烟气导管内部设置的外部换热管、外部换热管内部中心悬置外置空气导管，烟气导管端头连接异形法兰；烟气导管的左端固定烟气出口管，右端固定空气进风管，空气进风管由外至内依次从烟气导管、外部换热管、外置空气导管穿入，并与烟气导管、外部换热管、外置空气导管分别固定；其特征在于:在翅片管的外围上设置有多个翅片折流板，多个翅片折流板沿轴向上下交错间隔分布在翅片管上，各翅片折流板为半月形且能够置于辐射管的管径中，使得翅片管、翅片折流板与辐射管内壁形成上下交错环绕的一次折流烟气通道；翅片管外侧设置有外侧翅片，翅片折流板高度突出于外侧翅片。
2.根据权利要求1所述的折流板式辐射管烧嘴换热器，其特征在于:外部换热管上设置有多个烟气折流板，多个烟气折流板上下交错沿轴向间隔分布在外部换热管上，各烟气折流板为半月形且能够置于烟气导管的管径中，使得外部换热管、烟气折流板与烟气导管内壁形成上下交错环绕的二次折流烟气通道。
3.根据权利要求2所述的折流板式辐射管烧嘴换热器，其特征在于:烟气折流板和翅片折流板均沿轴向各自等距间隔分布，且均为4-8个。
4.根据权利要求1-3之一所述的折流板式辐射管烧嘴换热器，其特征在于:翅片管内侧还设置内侧翅片，内侧翅片与外侧翅片呈十字交错型式布置；内侧翅片片面沿翅片管轴向成直线布置多排，不同排的内侧翅片在每一个周向相互对应形成内环；外侧翅片的片面与翅片管轴线垂直并沿翅片管外侧周向布置成多个外环。
5.根据权利要求4所述的折流板式辐射管烧嘴换热器，其特征在于:翅片管的外侧翅片在各外环分布14-18个翅片，内侧翅片在各内环分布36-54个翅片。
6.根据权利要求1-3之一或5所述的折流板式辐射管烧嘴换热器，其特征在于:双翅片式球头为半球型结构，沿球面母线由顶部向底部分别放射状布置多条内侧条形翅片和多条外侧条形翅片。
7.根据权利要求6所述的折流板式辐射管烧嘴换热器，其特征在于:内侧条形翅片和外侧条形翅片各分布有8-10条。
8.根据权利要求1-3之一或5或7所述的折流板式辐射管烧嘴换热器，其特征在于:双翅片式球头、翅片管采用耐热钢精密铸造成型。
9.采用上述权利要求之一所述折流板式辐射管烧嘴换热器的换热方法，将折流板式辐射管烧嘴换热器与辐射管烧嘴连接；空气射流管置于辐射管的助燃空气导管进口内，主烧嘴与辐射管点火侧连接；翅片管与辐射管内壁形成烟气通道，主烧嘴与辐射管内壁形成助燃空气与卷吸烟气混合通道； 其特征在于:烟气通道通过翅片折流板和烟气折流板被大幅度加长，换热过程中对烟气进行两次折流，加长烟气换热距离；并通过翅片折流板和烟气折流板对烟气流向进行控制； 利用翅片管上的翅片内外交错十字形结构使烟气流通面增大；利用双翅片式球头内外侧条形翅片使烟气传热均匀。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于:具体包括如下步骤: 主烧嘴燃烧产生的烟气沿辐射管管程流通到换热器进口，沿双翅片式球头及翅片管进入换热器，通过翅片折流板的阻隔作用，沿翅片折流板形成一次折流烟气进行换热；烟气经过双翅片式球头和翅片管换热后进入中间导管，其中一部分烟气通过预热空气的高速喷射作用卷吸进入混合通道送入主烧嘴燃烧；另一部分烟气则进入外置换热部，通过设置在外部换热管上的烟气折流板继续上下交错形成二次折流烟气进行换热，完成双行程换热后从烟气出口管排出； 内侧空气沿中间导管喷出经过翅片管的内侧翅片和双翅片式球头的内侧条形翅片与外部烟气换热后，沿翅片管内的热空气导管折回并向空气射流管流动； 空气从空气进风管进入，通过外置空气导管进入外置换热部，通过外部换热管与二次折流烟气完成换热后通过中间导管进入翅片管，沿翅片管内侧翅片与热空气导管间的间隙流动与外部一次折流烟气进行换热后，再经过双翅片式球头的内侧条形翅片换热，之后返回进入热空气导管流入空气射流管完成内部换热过程； 流入空气射流管的热空气通过喷流口高速喷出，利用喷射形成的负压对烟气进行卷吸回流后进入辐射管助燃空气导管，并通过助燃空气导管和主烧嘴的空气通道完成混合后进行燃烧；燃烧所产生的烟气则在走完整个辐射管管程后依次通过双翅片式球头、翅片管、中间导管、外部换热管，完成与·空气的双行程换热后再从烟气出口管排出。
【文档编号】F28F9/24GK103574632SQ201310590185
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】高阳, 徐少春, 沈小军 申请人:中冶南方(武汉)威仕工业炉有限公司