[发明专利]一种单行程逆流换热U型辐射管燃烧装置

说明书

技术领域

本发明涉及燃烧装置领域，具体涉及一种单行程逆流换热U型辐射管燃烧装置。

背景技术

U型辐射管是一种常见的间接加热燃烧装置，以热辐射的方式把热量从辐射管表面传递给炉膛和被加热工件，由于辐射管将燃烧产物与被加热工件分开，燃烧产物不会影响炉膛内的高温气氛，炉内气氛及加热温度便于控制和调节，因此采用辐射管加热被广泛应用于保护气氛热处理炉窑中，如硅钢带热处理连续退火炉、带钢热镀锌连续退火炉等。

为提高燃烧效率，通常U型辐射管一端安装燃烧器，另一端安装换热器。在传统的U型辐射管设计中，热空气的进出口布置在换热器的同侧，此时热空气在换热中的流动为两个行程，第一个行程为逆流换热，第二个行程为顺流换热，在第二个行程时，热空气会被迫将第一个行程得到的热量再次传递给烟气或空气，降低了换热效率；同时回程需要给空气设置回程管，回程管占据一定空间，因此能够布置的换热元件数量减少，同样降低了换热效率。管式换热器，尤其是密集型管式换热器(换热芯管数量大于50)，具有比表面积大、换热效率高的特点，但由于传统U型辐射管换热器空气为两行程流动，密集型管式换热器难以应用，传统的辐射管换热器中，烟气在管外流动，空气在管内流动，这样高温烟气的部分热量会通过管壁散热到环境中去，造成热量的浪费，降低了换热效率。

传统U型辐射管换热器热空气出口温度普遍高于500℃，排烟温度很高，通过换热器回收的热量很少，使得换热效率很低。此外传统U型辐射管还有温度均匀性差，NO_x排放高的缺点。由于传统的U型辐射管空气预热温度普遍偏低，因此燃烧温度相对较低。若要提高换热效率，将助燃空气预热到800～950℃，采用传统燃烧方式时火焰温度将会很高，造成热力型NO_x急剧上升，污染环境。

发明内容

本发明的目的在于解决现有U型辐射管换热效率底低、温度均匀性差，NO_x排放高的问题，提供一套换热效率高、低NO_x排放的U型辐射管燃烧装置。

本发明解决上述问题的技术方案是：

一种单行程逆流换热U型辐射管燃烧装置，包括U型辐射管、辐射管内套管、换热器和燃烧器；所述U型辐射管的两端分别与换热器、燃烧器固定连接，所述辐射管内套管设置在U型辐射管中；所述换热器包括筒体、多个换热器芯管和端面盖板，所述筒体包括依次由外向内设置的外筒体、绝热层和内筒体，所述筒体的两端通过端面盖板封闭；所述内筒体中沿轴向间隔设置内环挡板和外环挡板，所述内环挡板的周向尺寸小于外环挡板的周向尺寸；所述筒体的进烟侧设置有热风出口，排烟侧设置有冷风进口和集烟室，所述冷风进口和热风出口连通，所述换热器芯管穿过端面盖板设置在内筒体中，其一端与U型辐射管连通，另一端与集烟室和烟气出口管连通；所述燃烧器包括壳体，点火电极，燃气芯管和燃烧室；所述壳体与U型辐射管固定连接，且设置有与换热器热风出口连通的热风进口；所述燃烧室位于U型辐射管中，包括燃烧室外套和燃烧室内套，所述燃烧室外套与壳体固定连接，所述燃烧室内套设置在燃烧室外套内部，所述燃烧室外套和燃烧室内套之间设有二次风通道，所述二次风通道与壳体的热风进口连通；所述燃烧室内套中设置有稳焰盘，稳焰盘上设置有多个一次风通孔，所述一次风通孔与壳体的热风进口连通；所述点火电极、燃气芯管设置在壳体内部，所述点火电极、燃气芯管的一端穿过稳焰盘设置在燃烧室内套中，所述点火电极位于烧室内套的一端且设置有燃气喷头，所述燃烧室设置有与U型辐射管连通的燃烧室出口，燃烧产物通过燃烧室出口进入辐射管内套管和U型辐射管中。

进一步地，所述一次风通孔过流面积与二次风通道过流面积的面积比为6:4。

进一步地，所述换热器芯管的直径不超过10mm，所述内环挡板和外环挡板之间间距为100～150mm。管式换热器芯管管径小，可以提高总的换热面积。

进一步地，所述换热器、燃烧器与U型辐射管的连接处以及换热器热风出口与燃烧器热风进口的连接处均包裹于耐火绝热纤维中。

进一步地，为进一步降低换热器向环境的散热，所述绝热层使用气溶胶隔热材料。

进一步地，所述燃烧室出口和辐射管内套管的间距为80～130mm。

进一步地，为了增加烟气的回流，所述辐射管内套管直径为0.7倍的U型辐射管直径，辐射管内套管长度为5倍U型辐射管直径。

进一步地，为了减少换热器和燃烧器端部向外的热损失，所述换热器和燃烧器远离U型辐射管的端部均设置有绝热材料。