本实用新型专利技术具体涉及一种单行程逆流换热U型辐射管燃烧装置，解决了现有U型辐射管换热效率底低、温度均匀性差，NOx排放高的问题。该装置包括U型辐射管、辐射管内套管、换热器和燃烧器；U型辐射管的两端分别与换热器、燃烧器固定连接，辐射管内套管设置在U型辐射管中；换热器包括筒体、多个换热器芯管和端面盖板，燃烧器包括壳体，点火电极，燃气芯管和燃烧室；壳体与U型辐射管固定连接，燃烧室位于U型辐射管中，包括燃烧室外套和燃烧室内套。本实用新型专利技术单行程逆流换热U型辐射管燃烧装置能够有效提高换热效率，降低燃烧装置运行成本，同时能够降低NOx排放，为节能环保做出贡献。
【技术实现步骤摘要】
一种单行程逆流换热U型辐射管燃烧装置
本技术涉及燃烧装置领域，具体涉及一种单行程逆流换热U型辐射管燃烧装置。
技术介绍
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，NOx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NOx急剧上升，污染环境。
技术实现思路
本技术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，NOx排放高的问题，提供一套换热效率高、低NOx排放的U型辐射管燃烧装置。本技术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。进一步地，所述燃烧器壳体的材质为耐热不锈钢，燃烧室的材质为碳化硅，U型辐射管的材质为耐热钢，辐射管内套管的材质为碳化硅。进一步地，所述换热器芯管是圆管、方管、扁管或椭圆管。本技术的优点为：1.本技术单行程逆流换热U型辐射管燃烧装置能够有效提高换热效率，降低燃烧装置运行成本，同时能够降低NOx排放，为节能环保做出贡献。2.本技术烟气在换热器芯管内流动，换热器芯管边界层较薄，当量直径较小，换热系数相对较高，空气在管外流动，采用外环挡板，两个挡板，使空气来回不断冲刷换热芯管，同时延长了空气在换热器内的停留时间，提高了换热效率。3.本技术采用分级燃烧和烟气再循环方式降低NOx排放，二次风量约占总风量的40％，过剩空气系数控制在1.05左右，燃烧室出口速度控制在150m/s以上，燃烧室出口和辐射管内套管间距控制在80～130mm，从而降低燃烧区域O2浓度，使燃烧发生在低氧环境，降低火焰温度和减少热力型NOx形成。4.本技术通过烟气高速回流解决了温度均匀性差的缺陷，部分燃烧后的气体从燃烧室出口高速喷出，通过射流引射作用，卷吸周围大量周围烟气进入辐射管内套管燃烧，降低火焰峰值温度，延长燃烧时间和火焰长度，提高辐射管表面温度均匀性。5.本技术燃烧器的热风进口与换热器热风出口连通；由于采用空气单行程逆流换热器，助燃空气可以被预热到很高温度，可达800～950℃，高温度的助燃空气使燃烧器内的火焰温度降低，解决了传统的燃烧方式火焰温度高，造成热力型NOx急剧上升的问题。6.本技术设置辐射管内套管，高速喷入辐射管内的一次燃烧后混合气体和二次风，可诱导大量烟气回流，降低燃料与O2浓度，使燃烧发生在低氧环境，降低火焰温度和减少热力型NOx形成。附图说明图1是本技术实施例单行程逆流换热U型辐射管燃烧装置结构图；图2是本技术实施例换热器示意图；图3是图2的A-A剖面示意图；图4是本技术实施例燃烧器的结构图；图5是本技术实施例稳焰盘的结构图；图6是本技术实施例单行程逆流换热U型辐射管燃烧装置局部结构图。附图标记：1-换热器，2-安装框架，3-耐火绝热材料，4-U型辐射管，5-辐射管托架，6-辐射管内套管，7-燃烧器，11-烟气出口管，12-集烟室，13-冷风进口，14-外筒体，15-绝热层，16-内筒体，17-换热器芯管，18-外环挡板，19-内环挡板，110-热风出口，70-壳体，71-燃气芯管，72-点火电极，73-定型保温材料，74-热风进口，75-安装法兰，76-稳焰盘，77-燃气喷头，78-燃烧室外套，79-燃烧室内套，710-二次风通道，711-燃烧室出口，712-一次风通孔。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术的内容作进一步详细描述：如图1至图6所示的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4、辐射管内套管6、换本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种单行程逆流换热U型辐射管燃烧装置，其特征在于：包括U型辐射管(4)、辐射管内套管(6)、换热器(1)和燃烧器(7)；所述U型辐射管(4)的两端分别与换热器(1)、燃烧器(7)固定连接，所述辐射管内套管(6)设置在U型辐射管(4)中；所述换热器(1)包括筒体、多个换热器芯管(17)和端面盖板，所述筒体包括依次由外向内设置的外筒体(14)、绝热层(15)和内筒体(16)，所述筒体的两端通过端面盖板封闭；所述内筒体(16)中沿轴向间隔设置内环挡板(19)和外环挡板(18)，所述内环挡板(19)的周向尺寸小于外环挡板(18)的周向尺寸；所述筒体的进烟侧设置有热风出口(110)，排烟侧设置有冷风进口(13)和集烟室(12)，所述冷风进口(13)和热风出口(110)连通，所述换热器芯管(17)穿过端面盖板设置在内筒体(16)中，其一端与U型辐射管(4)连通，另一端与集烟室(12)和烟气出口管(11)连通；所述燃烧器(7)包括壳体(70)，点火电极(72)，燃气芯管(71)和燃烧室；所述壳体(70)与U型辐射管(4)固定连接，且设置有与换热器热风出口(110)连通的热风进口(74)；所述燃烧室位于U型辐射管(4)中，包括燃烧室外套(78)和燃烧室内套(79)，所述燃烧室外套(78)与壳体(70)固定连接，所述燃烧室内套(79)设置在燃烧室外套(78)内部，所述燃烧室外套(78)和燃烧室内套(79)之间设有二次风通道(710)，所述二次风通道(710)与壳体的热风进口(74)连通；所述燃烧室内套(79)中设置有稳焰盘(76)，稳焰盘(76)上设置有多个一次风通孔(712)，所述一次风通孔(712)与壳体的热风进口(74)连通；所述点火电极(72)、燃气芯管(71)设置在壳体(70)内部，所述点火电极(72)、燃气芯管(71)的一端穿过稳焰盘(76)设置在燃烧室内套(79)中，所述点火电极(72)位于烧室内套的一端且设置有燃气喷头(77)，所述燃烧室设置有与U型辐射管(4)连通的燃烧室出口(711)，燃烧产物通过燃烧室出口(711)进入辐射管内套管(6)和U型辐射管(4)中。...
【技术特征摘要】
1.一种单行程逆流换热U型辐射管燃烧装置，其特征在于：包括U型辐射管(4)、辐射管内套管(6)、换热器(1)和燃烧器(7)；所述U型辐射管(4)的两端分别与换热器(1)、燃烧器(7)固定连接，所述辐射管内套管(6)设置在U型辐射管(4)中；所述换热器(1)包括筒体、多个换热器芯管(17)和端面盖板，所述筒体包括依次由外向内设置的外筒体(14)、绝热层(15)和内筒体(16)，所述筒体的两端通过端面盖板封闭；所述内筒体(16)中沿轴向间隔设置内环挡板(19)和外环挡板(18)，所述内环挡板(19)的周向尺寸小于外环挡板(18)的周向尺寸；所述筒体的进烟侧设置有热风出口(110)，排烟侧设置有冷风进口(13)和集烟室(12)，所述冷风进口(13)和热风出口(110)连通，所述换热器芯管(17)穿过端面盖板设置在内筒体(16)中，其一端与U型辐射管(4)连通，另一端与集烟室(12)和烟气出口管(11)连通；所述燃烧器(7)包括壳体(70)，点火电极(72)，燃气芯管(71)和燃烧室；所述壳体(70)与U型辐射管(4)固定连接，且设置有与换热器热风出口(110)连通的热风进口(74)；所述燃烧室位于U型辐射管(4)中，包括燃烧室外套(78)和燃烧室内套(79)，所述燃烧室外套(78)与壳体(70)固定连接，所述燃烧室内套(79)设置在燃烧室外套(78)内部，所述燃烧室外套(78)和燃烧室内套(79)之间设有二次风通道(710)，所述二次风通道(710)与壳体的热风进口(74)连通；所述燃烧室内套(79)中设置有稳焰盘(76)，稳焰盘(76)上设置有多个一次风通孔(712)，所述一次风通孔(712)与壳体的热风进口(74)连通；所述点火电极(72)、燃气芯管(71)设置在壳体(70)内部，所述点火电极(72)、燃气芯管(71)的一端穿过稳焰盘(76)设置在燃烧室内套(79)中，所述点火电极(72)位于烧...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘长春，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61
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