带管式双三程换热器中高温烟气回流高能效辐射管燃烧器的制作方法

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1.本发明涉及冶金技术、陶瓷技术领域，具体涉及一种带管式双三程换热器中高温烟气回流高能效辐射管燃烧器。

背景技术：

2.u\w型自身预热烧嘴技术是在间接加热技术及自身预热基础上发展起来的一种新型、高效、洁净燃烧技术。自问世以来，在工业部门尤其在冶金工业中得到广泛的应用。随着国内对节能减排要求越来越严格，传统意义低温烟气回流技术已经不能满足节能减排对nox排放及能源消耗的要求。目前常规预混燃烧技术存在排烟温度高、能耗相对常规烧嘴高，为进一步降低吨钢能耗标准，减少排放、节约能源、提高能效就成为了主要的途径，从源头减少“黑碳”的排放量做储备技术。
3.在国内钢铁冶金行业中，u\w型自身预热烧嘴主要应用于常规燃烧方式的退火炉、卧式镀锌炉、常化炉及热处理炉侧面布置有该烧嘴，该型烧嘴功率范围大，一般在60～300kw范围内，辐射管间接加热技术，尤其是在u\w型辐射管烧嘴空间有限，节能减排更加有技术难度。

技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种带管式双三程换热器中高温烟气回流高能效辐射管燃烧器，能在于高炉温情况下形成稳定的、均匀的火焰、排烟温度低且可以形成超低nox排烟，并且可以降低能耗比常规低nox燃烧器降低4～8％能耗。
5.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
6.一种带管式双三程换热器中高温烟气回流高能效辐射管燃烧器，包括主烧嘴、辐射管、金属膨胀节和换热器，主烧嘴设置于辐射管的燃烧端，换热器设置于辐射管的排烟端，金属膨胀节的一端与辐射管的燃烧端连通，另一端通过换热器与辐射管的排烟端连接；
7.换热器包括管式换热器和排烟管集气箱，排烟管集气箱通过法兰与辐射管的排烟端连接，管式换热器的一端设置于排烟管集气箱内，另一端伸入至辐射管的排烟端。
8.按照上述技术方案，主烧嘴包括点火电极、电极导管、空气煤气接头、煤气管和煤气喷头，空气煤气接头设置于辐射管外，空气煤气接头与煤气管的一端连接，煤气管另一端穿入辐射管的燃烧端内，依次与煤气喷头、稳焰管连接，稳焰管的外壁连接有火焰架，电极导管布置于煤气管的一侧，电极导管的一端悬置于辐射管的燃烧端之外，电极导管的另一端穿入辐射管的燃烧端与火焰架连接。
9.按照上述技术方案，辐射管的燃烧端法兰内侧设有隔热体；
10.电极导管平行布置于煤气管的一侧，电极导管和煤气管，呈‖型结构。
11.按照上述技术方案，排烟管导流箱包括烟气导流管、中高温烟气回流通道、换热器安装法兰、换热器内管和换热器外管，换热器内管套设于换热器外管内，中高温烟气回流通
道套设于换热器内管，烟气导流管套设于中高温烟气回流通道内，并伸入至换热器内管；
12.换热器外管和换热器内管均通过换热器安装法兰与辐射管的排烟端连接，换热器内管的侧壁上设有排烟出口管，排烟出口管穿出换热器外管外，换热器内管底部设有空气隔离法兰；空气隔离法兰用于管式换热器的套接安装；
13.中高温烟气回流通道的侧壁上设有换热器空气出口管，换热器空气出口管穿出换热器外管外，通过法兰与金属膨胀节连接，换热器外管上设有空气入口管，空气入口管用于与空气管道连接。
14.按照上述技术方案，管式换热器的进口与换热器外管的内腔连通，管式换热器的出口设置于换热器空气出口管上，与金属膨胀节连通。
15.按照上述技术方案，管式换热器包括换热器第二行程管、空气集气箱、换热器第三行程管和引射喷口，换热器第二行程管通过空气集气箱与换热器第三行程管的一端连接，引射喷口设置于换热器第三行程管的另一端。
16.按照上述技术方案，管式换热器的第二行程管的一端经烟气导流管穿过空气隔离法兰伸入换热器外管内，且第二行程管的外圈与空气隔离法兰密封焊接，第二行程管的另一端设置于辐射管的排烟端，与空气集气箱的大口径端连接，第三行程管的一端与空气集气箱的小口径端连接，第三行程管的另一端从辐射管的排烟端穿出至中高温烟气回流通道内，与引射喷口连接，引射喷口通过换热器空气出口管与金属膨胀节连接。
17.按照上述技术方案，管式换热器呈j型，换热器第二行程管与换热器第三行程管的直线段平行布置。
18.按照上述技术方案，空气集气箱为锥台型。
19.按照上述技术方案，辐射管为u型辐射管或w型辐射管。
20.本发明具有以下有益效果：
21.1.本发明能在于高炉温情况下形成稳定的、均匀的火焰、排烟温度低且可以形成超低nox排烟，并且可以降低能耗比常规低nox燃烧器降低4～8％能耗。
22.2.本发明的烧嘴功率调节范围大，不同规格的烧嘴可实现40～300kw不等的加热能力，可广泛适用于冶金淬火、退火及热处理领域。
附图说明
23.图1是本发明实施例中带管式双三程换热器中高温烟气回流高能效辐射管燃烧器的结构示意图；
24.图2是本发明实施例中排烟管集气箱的结构示意图；
25.图3是本发明实施例中管式换热器的结构示意图；
26.图4是本发明实施例中排烟管集气箱与管式换热器所组成的换热器的结构示意图；
27.图5是本发明实施例中主烧嘴的结构示意图；
28.图6是图4的a-a剖视图；
29.图中，1-辐射管、2-管式换热器、3-排烟管集气箱、4-金属膨胀节、5-主烧嘴；
30.2.1-换热器第二行程管、2.2-空气集气箱、2.3-换热器第三行程管、2.4-引射喷口；
31.3.1-烟气导流管、3.2-中高温烟气回流通道、3.3-换热器安装法兰、3.4-换热器内管、3.5-换热器外管、3.6-排烟出口管、3.7-空气隔离法兰、3.11-空气入口管、3.10-空气出口管；
32.5.1-稳压管、5.2-火焰架、5.3-煤气喷头、5.4-煤气管、5.5-隔热体、5.6-空气煤气接头、5.7-点火电极、5.8-电极导管。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
34.参照图1～图6所示，本发明提供的一个实施例中的带管式双三程换热器中高温烟气回流高能效辐射管燃烧器，包括主烧嘴5、辐射管1、金属膨胀节4和换热器，主烧嘴5设置于辐射管的燃烧端，换热器设置于辐射管1的排烟端，金属膨胀节4的一端与辐射管1的燃烧端连通，另一端通过换热器与辐射管1的排烟端连接，金属膨胀节4与换热器的空气出口管连接；
35.换热器包括管式换热器2和排烟管集气箱3，排烟管集气箱3通过法兰与辐射管1的排烟端连接，管式换热器2的一端设置于排烟管集气箱3内，另一端伸入至辐射管的排烟端。
36.进一步地，主烧嘴5包括点火电极5.7、电极导管5.8、空气煤气接头5.6、煤气管5.4和煤气喷头5.3，空气煤气接头5.6设置于辐射管外，空气煤气接头5.6与煤气管的一端连接，煤气管5.4另一端穿入辐射管的燃烧端内，依次与煤气喷头5.3、稳焰管5.1通过连续密封焊连接，稳焰管5.1的外壁连接有火焰架5.2，电极导管5.8布置于煤气管5.4的一侧，电极导管5.8的一端悬置于辐射管的燃烧端之外，电极导管5.8的另一端穿入辐射管的燃烧端与火焰架5.2连接。
37.进一步地，辐射管1的燃烧端法兰内侧设有隔热体5.5；
38.电极导管5.8平行布置于煤气管5.4的一侧，电极导管5.8和煤气管5.4，呈‖型结构。
39.进一步地，煤气接头、煤气管、煤气喷头、火焰架、稳焰管连续密封焊接固定穿过烧嘴与辐射固定阀，形成主烧嘴主体结构，主烧嘴分别通过点火电极与高压包，通过空气煤气接头与点火烧嘴空气管道、烧嘴煤气管道连接。
40.进一步地，排烟管导流箱3包括烟气导流管3.1、中高温烟气回流通道3.2、换热器安装法兰3.3、换热器内管3.4和换热器外管3.5，换热器内管3.4套设于换热器外管3.5内，中高温烟气回流通道3.2套设于换热器内管3.4，烟气导流管3.1套设于中高温烟气回流通道3.2内，并伸入至换热器内管3.4；
41.换热器外管3.5和换热器内管3.4均通过换热器安装法兰3.3与辐射管的排烟端连接，换热器内管3.4的侧壁上设有排烟出口管3.6，排烟出口管3.6穿出换热器外管3.5外，且不与换热器外管3.5连通，换热器内管3.4底部设有空气隔离法兰；空气隔离法兰用于管式换热器2的套接安装，管式换热器2经烟气导流管3.1穿过空气隔离法兰伸入换热器外管3.5内，且管式换热器2与空气隔离法兰密封连接；
42.中高温烟气回流通道3.2的侧壁上设有换热器空气出口管3.10，换热器空气出口管3.10穿出换热器外管3.5外，通过法兰与金属膨胀节4连接，换热器外管3.5上设有空气入口管3.11，空气入口管3.11用于与空气管道连接。
43.进一步地，管式换热器的进口与换热器外管3.5的内腔连通，管式换热器的出口设置于换热器空气出口管3.10上，与金属膨胀节4连通。
44.进一步地，排烟管导流箱3为圆梯形结构，内部有腔体，换热器内管3.4、换热器外管3.5、排烟管出口管3.6、换热器空气出口管3.10等组成空气腔体形成换热器第一行程且具备冷却换热器壳体作用，烟气导流管3.1、中高温烟气回流通道3.2、换热器安装法兰3.3、换热器内管3.4密封焊接形成热烟气导流腔体通过换热后的烟气通过排烟出口管与排烟管连接，排烟管导流箱通过空气入口管与空气管道连接，通过换热器空气出口管与金属膨胀节连接，通过换热器安装法兰与辐射管连接，通过空气隔离法兰与管式换热器焊接固定。
45.进一步地，管式换热器2包括换热器第二行程管2.1、空气集气箱2.2、换热器第三行程管2.3和引射喷口2.4，换热器第二行程管2.1通过空气集气箱2.2与换热器第三行程管2.3的一端连接，引射喷口2.4设置于换热器第三行程管2.3的另一端，与换热器空气出口管3.10对接。
46.进一步地，管式换热器2的第二行程管2.1的一端经烟气导流管3.1穿过空气隔离法兰伸入换热器外管3.5内，且第二行程管2.1的外圈与空气隔离法兰密封焊接，第二行程管2.1的另一端设置于辐射管的排烟端，与空气集气箱2.2的大口径端连接，第三行程管2.3的一端与空气集气箱2.2的小口径端连接，第三行程管2.3的另一端从辐射管的排烟端穿出至中高温烟气回流通道3.2内，与引射喷口2.4连接，引射喷口2.4设置于换热器空气出口管3.10，与金属膨胀节4连接。
47.进一步地，管式换热器2呈j型，换热器第二行程管2.1与换热器第三行程管2.3的直线段平行布置。
48.进一步地，换热器第二行程管2.1与空气隔离法兰连续密封焊接，与空气腔体形成换热器连接，换热器第二行程2.1与空气集气箱2.2连续密封焊，进入换热器第三行程管2.3，换热器第二行程管2.1、空气集气箱2.2连续密封焊、进入换热器第三行程管2.3深入至辐射管内部。
49.进一步地，空气集气箱2.2为锥台型。
50.进一步地，换热器空气出口管呈椎管型与引射喷口形成一定间距形成文丘里管结构。
51.进一步地，金属膨胀节呈i型结构一端连接主烧嘴侧辐射管，另一端通过法兰与换热器空气出口管连接形成一个密闭的循环结构，换热器空气出口管呈椎管型与引射喷口形成一定间距形成文丘里管结构，是的换热后的空气按照一定比例卷入烟气。
52.进一步地，辐射管为u型辐射管或w型辐射管。
53.本发明的工作原理：参见图1至图6，根据本发明实施的：带管式双三程换热器、中高温烟气回流高能效u\w型辐射管燃烧器，其它主要包括有主烧嘴5、u\w型辐射管1、金属膨胀节4、管式换热器2、排烟管集气箱3。
54.在保留u\w型自身预热烧嘴固有优点的同时：创造性的增加三行程管式换热器，助燃空气首先进入换热器内管、换热器外管、排烟管、换热器空气出口管等组成空气腔体，作用一是增加换热接触面积，作用二冷却换热器壳体，助燃空气进入第二行程管换热器，该毛细管换热器有多跟根管组成用于充分预热助燃空气，该第二行程管换热器外内部增加扰流片，充分增加换热面积及换热系数。创造性的增加换热烟气导流管，该导流管一端深入辐射
管内部，但是为自由结构，另外一端深入至第二行程换热管端部，尽可能的增加烟气与第二行程换热管接触面积。创造性增加专用回流烟气导流管，该专用通道一端深入至辐射管内部，可以高温烟气可以自由进出，另外一端为密封结构，此类结构可以避免排烟风机不稳定时对烟气回流量的影响，且该区为静态烟气区，内部负压与辐射管负压一致，提高烟气回流量，作用二，该结构所形成的烟气温度为未经过大面积换热器，使得该回流烟气为中高温，可以提高火焰温度，相对低温烟气回流而言可以提高火焰温度，从而提高辐射温差，提高辐射效率。创造性的增加火焰架、稳焰管，作用一在冷态情况下，空气、煤气混合后经过煤气喷头在此处高速射流卷吸，增加掺有烟气的助燃空气混合，形成一定的冷态稳定火焰。作用二拉长火焰长度，降低局部高温区，且使得火焰形成圆柱形表面火焰燃烧剧烈，内部稍差，增加辐射管表面的热辐射面积。作用三稳焰管内部气压较低，使得高温煤气在回流，形成稳定火焰。该类型烧嘴功率调节范围大，不同规格的烧嘴可实现40～300kw不等的加热能力，可广泛适用于冶金淬火、退火及热处理领域。
55.主烧嘴，烧嘴煤气与点火烧嘴空气通过空气、煤气接头按照一定比例进入煤气管，通过煤气管道混合后在煤气喷头处高速喷流射出，因煤气喷头在稳焰管外侧，在稳焰管外侧形成高速空气、煤气混合物在点火电极与火焰架处通过点火电极高压电流引燃，火焰架与辐射管内壁形成环缝结构，使得该处形成一定流速且形成稳定火焰，点火电极由95氧化铝陶瓷和内部铁珞铝合金组成，95氧化铝陶瓷具有耐高温及绝缘作用避免高压电流在中途释放电火花，煤气管与稳焰管由0cr25ni20材质标准管加工成型，稳焰架及煤气喷头由0cr25ni20材质标板及锥形管加工成型，稳焰架成倒锥形与辐射管内壁形成环缝面积最小处，此处为火焰根部与稳焰管形成稳定火焰，火焰及烟气沿辐射管产生辐射管热用于加热炉膛温度，通过换热器侧辐射管及换热器烟气导流管进入换热器内部，最终通过排烟管进入烟道。隔热体材质为预制陶瓷纤，该件尽量降低预热后的空气热量损失，且具有保护主烧嘴外部电器元件的作用。
56.烧嘴换热器由管式换热器及排烟集气箱组成，常温空气通过空气入口管进入换热器外管与换热器内管组成的腔体，形成第一次换热，该结构既有冷却换热器外管的作用，又有预热常温空气作用，预热后的常温空气进入换热器第二行程管，进一步预热空气进入空气集气箱，进入换热器第三行程管，第三次预热空气，从引射喷口高速射流，引射喷口管与换热器出口管形成文丘里管，根据文丘里管原理预热后的空气形成高速流体卷吸部分烟气，通过金属膨胀节引入烧嘴侧辐射管，换热器第二行程管、集气箱、换热第三行程管及引射喷头管均由0cr25ni20材质标准管及板加工成型，0cr25ni20常期使用1050℃不氧化，连续使用温度1150℃，最高温度1250℃，助燃空气进入第二行程管换热器，该管换热器有多跟根管组成用于充分预热助燃空气，该第二行程管换热器外内部增加扰流片，充分增加换热面积及换热系数。外部增加烟气导流管，尽可能的增加烟气与第二行程换热管接触面积，提高预热后的空气温度。
57.本发明的实施过程为：带管式换热双三程换热器中高温烟气回流高能效辐射管燃烧器，烧嘴煤气与点火烧嘴空气通过空气、煤气接头按照一定比例进入煤气管，主要包括空气、煤气接头烧嘴煤气与点火烧嘴空气通过空气、煤气接头按照一定比例进入煤气管，通过主烧嘴煤气管路、点火空气管路、及主烧嘴空气管路上均设有阀门，通过阀门可调整单个烧嘴的空煤气流量及配比，以达到比较理想的燃烧效果。烧嘴点火前先将主烧嘴空气管道及
点火空气管路阀门调至合适位置，当控制器接到点火命令时，控制高压包放电使点火电极打火，同时烧嘴煤气管上的阀门打开，空气、煤气在煤气管道内混合后在煤气喷头处高速喷流射出，因煤气喷头在稳焰管外侧，在稳焰管外侧形成高速空气、煤气混合物在点火电极与火焰架处通过点火电极高压电流引燃，火焰架与辐射管内壁形成环缝结构，使得该处形成一定流速且形成稳定火焰，随着炉膛温度升高，到达一定温度后将，关闭点火空气管路及空气管路阀门。燃烧后的烟气沿辐射管内壁进入换热器侧，该烟气分两部分，一部分用于预热常温空气，该部分烟气经过烟气导流管预热换热器第二行程管，使得烟气按照一定流速、路径对空气进行预热，该段管路行程长、换热面积大、换热系数大可进一步提高空气预热温度。常温空气通过空气入口管进入换热器外管与换热器内管组成的腔体，形成第一次换热，该结构既有冷却换热器外管的作用，又有预热常温空气作用，进一步提高辐射管烧嘴效率。另外一部分用于烟气回流，用于烟气回流部分烟气很少有热量参与进行空气预热交换，此类结构优点，第一提高预热后的空气及回流烟气混合后的温度，提高进入烧嘴前助燃风温度，第二提高燃烧后火焰温度，目的可以提高辐射管与炉膛温差，从而提高辐射管效率。该烧嘴换热器采用迷宫结构，第一步使得引射部分烟气的助燃风过引入烟气中惰性气体降低助燃风中氧气浓度，降低火焰局部高温从而降低nox产生。第二步是在第一步的基础上烧嘴后的，将空气、煤气分级燃烧，降低火焰剧烈燃烧，火焰温度分布均匀，nox生成排放量少，进一步降低nox生成且降低烟气温度排放。可广泛应用于需要进行脉冲燃烧控制及连续调节的加热和热处理领域。
58.以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种带管式双三程换热器中高温烟气回流高能效辐射管燃烧器，其特征在于，包括主烧嘴、辐射管、金属膨胀节和换热器，主烧嘴设置于辐射管的燃烧端，换热器设置于辐射管的排烟端，金属膨胀节的一端与辐射管的燃烧端连通，另一端通过换热器与辐射管的排烟端连接；换热器包括管式换热器和排烟管集气箱，排烟管集气箱通过法兰与辐射管的排烟端连接，管式换热器的一端设置于排烟管集气箱内，另一端伸入至辐射管的排烟端。2.根据权利要求1所述的带管式双三程换热器中高温烟气回流高能效辐射管燃烧器，其特征在于，主烧嘴包括点火电极、电极导管、空气煤气接头、煤气管和煤气喷头，空气煤气接头设置于辐射管外，空气煤气接头与煤气管的一端连接，煤气管另一端穿入辐射管的燃烧端内，依次与煤气喷头、稳焰管连接，稳焰管的外壁连接有火焰架，电极导管布置于煤气管的一侧，电极导管的一端悬置于辐射管的燃烧端之外，电极导管的另一端穿入辐射管的燃烧端与火焰架连接。3.根据权利要求2所述的带管式双三程换热器中高温烟气回流高能效辐射管燃烧器，其特征在于，辐射管的燃烧端法兰内侧设有隔热体；电极导管平行布置于煤气管的一侧，电极导管和煤气管，呈‖型结构。4.根据权利要求1所述的带管式双三程换热器中高温烟气回流高能效辐射管燃烧器，其特征在于，排烟管导流箱包括烟气导流管、中高温烟气回流通道、换热器安装法兰、换热器内管和换热器外管，换热器内管套设于换热器外管内，中高温烟气回流通道套设于换热器内管，烟气导流管套设于中高温烟气回流通道内，并伸入至换热器内管；换热器外管和换热器内管均通过换热器安装法兰与辐射管的排烟端连接，换热器内管的侧壁上设有排烟出口管，排烟出口管穿出换热器外管外，换热器内管底部设有空气隔离法兰；空气隔离法兰用于管式换热器的套接安装；中高温烟气回流通道的侧壁上设有换热器空气出口管，换热器空气出口管穿出换热器外管外，通过法兰与金属膨胀节连接，换热器外管上设有空气入口管，空气入口管用于与空气管道连接。5.根据权利要求4所述的带管式双三程换热器中高温烟气回流高能效辐射管燃烧器，其特征在于，管式换热器的进口与换热器外管的内腔连通，管式换热器的出口设置于换热器空气出口管上，与金属膨胀节连通。6.根据权利要求5所述的带管式双三程换热器中高温烟气回流高能效辐射管燃烧器，其特征在于，管式换热器包括换热器第二行程管、空气集气箱、换热器第三行程管和引射喷口，换热器第二行程管通过空气集气箱与换热器第三行程管的一端连接，引射喷口设置于换热器第三行程管的另一端。7.根据权利要求6所述的带管式双三程换热器中高温烟气回流高能效辐射管燃烧器，其特征在于，管式换热器的第二行程管的一端经烟气导流管穿过空气隔离法兰伸入换热器外管内，且第二行程管的外圈与空气隔离法兰密封焊接，第二行程管的另一端设置于辐射管的排烟端，与空气集气箱的大口径端连接，第三行程管的一端与空气集气箱的小口径端连接，第三行程管的另一端从辐射管的排烟端穿出至中高温烟气回流通道内，与引射喷口连接，引射喷口通过换热器空气出口管与金属膨胀节连接。8.根据权利要求7所述的带管式双三程换热器中高温烟气回流高能效辐射管燃烧器，
其特征在于，管式换热器呈j型，换热器第二行程管与换热器第三行程管的直线段平行布置。9.根据权利要求7所述的带管式双三程换热器中高温烟气回流高能效辐射管燃烧器，其特征在于，空气集气箱为锥台型。10.根据权利要求1所述的带管式双三程换热器中高温烟气回流高能效辐射管燃烧器，其特征在于，辐射管为u型辐射管或w型辐射管。

技术总结

本发明公开了一种带管式双三程换热器中高温烟气回流高能效辐射管燃烧器，包括主烧嘴、辐射管、金属膨胀节和换热器，主烧嘴设置于辐射管的燃烧端，换热器设置于辐射管的排烟端，金属膨胀节的一端与辐射管的燃烧端连通，另一端通过换热器与辐射管的排烟端连接；换热器包括管式换热器和排烟管集气箱，排烟管集气箱通过法兰与辐射管的排烟端连接，管式换热器的一端设置于排烟管集气箱内，另一端伸入至辐射管的排烟端。本发明能在于高炉温情况下形成稳定的、均匀的火焰、排烟温度低且可以形成超低NOx排烟，并且可以降低能耗比常规低NOx燃烧器降低4～8％能耗。器降低4～8％能耗。器降低4～8％能耗。