大气式燃气辐射加热装置 技术领域 本发明涉及一种大气式燃气辐射加热装置， 它可广泛用于使用燃气的机械制造、 材料制造等领域的加热工艺及干燥工艺， 也可在钢铁及机械行业内需要保护性气氛的工业 炉上使用， 属于燃气燃烧与应用工程技术领域。
背景技术 燃气辐射管是一种燃烧气体燃料的加热装置。利用燃气辐射管作为加热装置， 在 经济上是比较合理， 能源利用效率高， 且环境污染小。辐射管管体多采用耐热钢离心铸造 管， 也有采用轧材和高温陶瓷材料的， 而辐射管燃烧器供风方式可分为鼓风式、 吸风式、 抽 吸式和抽鼓式。随着工业加热要求的不断提高， 辐射管在工作过程中， 还存在一些问题 ： (1) 辐射管的寿命短 当炉膛温度比较高时 , 耐热铸钢已不能满足工艺的要求 , 需选用其它材质来制造辐射 管。另外， 金属辐射管由于管体表面的温度不均匀性， 容易变形 ； 且高温火焰以及燃气 - 空 气混合燃烧的产物长时间对辐射管的冲刷会造成管体腐蚀， 这些因素都影响燃气辐射管的 使用寿命及使用效果。
(2) 辐射管内空气 / 燃气的混合需要电能， 且空气 / 燃气混合比例不易控制 常规的辐射管是将燃气 / 空气通过强制预混的方式在燃烧室内混合燃烧后通过高温 烟气将辐射管加热的， 这样会需要专门的空气供给系统且消耗电力， 而燃气 / 空气的混合 比则需要用专门的控制装置进行控制， 负荷调节比很小。
(3) 辐射管热效率不高 常规的辐射管的黑度较低， 为提高效率， 经常采用在金属管表面涂刷辐射涂料的方法 来增加辐射管的黑度， 设备长时间运行后会出现表面涂料脱落的问题， 给生产增加成本且 带来不便。
(4) 污染物排放含量高 由于常规辐射管内火焰温度可达到 1500℃， 这将造成 NOx 的大量生成， 并且 CO 排放含 量在燃烧控制不当的情况下极易超标。
(5) 安装不方便 常规的加热用燃气辐射管， 有的为一体式结构， 有的为分体式结构。 当一体式结构其中 任何设备出现损坏时， 不能进行更换维修。对于分体式结构， 燃烧器与辐射管的连接复杂， 经常出现燃烧器偏心的问题。 因为燃料是在辐射管的限制空间内燃烧， 当燃烧器偏心时， 将 使周向温度分布不均， 使火焰直接冲刷管壁造成局部温度过高， 缩短其使用寿命。
发明内容 针对现有技术存在的上述不足， 本发明的目的在于提供一种结构简单、 燃烧强度 高、 辐射效率高、 使用寿命长、 维护费用低、 负荷调节比大、 污染物排放含量低的工业用大气 式燃气辐射加热装置。
本发明解决技术问题的技术手段是这样实现的 ： 大气式燃气辐射加热装置， 它由 燃烧器、 辐射管和点火器三大部分构成， 其中燃烧器包括喷嘴、 引射管和燃烧器头部， 喷嘴 从引射管一端插入， 喷嘴外壁与引射管内壁间形成一次空气入口， 辐射管与燃烧器头部连 接。 本发明的辐射管采用石英玻璃 ； 燃烧器头部由同心的内管和外管构成， 内管和外管之间 的环带一端封闭， 引射管另一端与所述环带连通。 内管封闭环带所在端为二次空气入口， 内 管另一端设有内火盖， 外管对应端设有外火盖， 内火盖和外火盖之间形成火孔 ； 在内管中设 有二次空气调节装置， 二次空气调节装置由调节螺柱和锥形调节帽构成， 调节帽安装在调 节螺柱一端并位于辐射管内靠近内管端， 螺柱另一端与固定在内管二次空气入口处的螺母 连接。
所述火孔进口处设有防回火用金属网。
在外火盖的凸沿上设有环形槽， 辐射管通过环形槽安装在外火盖上实现与燃烧器 头部的连接。
在辐射管尾端设有加强烟气扰动的具有螺旋结构的插入物。
在喷嘴上位于引射管外套设有一次空气调风板， 一次空气调风板上设有滑块， 喷 嘴外壁上设有轴向的滑槽， 滑块位于滑槽内并可带动一次空气调风板沿滑槽滑动。
所述点火器包括点火针、 火焰探针和点火总成， 点火针和火焰探针分别与点火总 成连接， 在内火盖上设有两个孔， 点火针和火焰探针分别放入其中一个孔中。
相比现有技术， 本发明具有如下有益效果 ： 1．采用石英玻璃管作为辐射管， 黑度高， 辐射能力强 ； 2．在燃烧器内加入二次空气调节装置， 加强二次空气与燃气的混合程度， 降低了过剩 空气系数，CO 排放含量低的同时， 提高了燃料利用率 ； 3． 火盖下方布置多孔金属网， 在小负荷下有效防止回火， 燃烧火焰稳定， 可明显提高燃 烧器的负荷调节比 ； 4．辐射管尾部加入螺旋结构插入物， 可进一步提高辐射管热效率， 并且减轻了 NOx 等 有害产物的排放 ； 5． 燃烧器与辐射管连接简单， 不会出现燃烧器偏心的问题， 周向温度分布均匀， 有利于 提高产品使用寿命。
总之， 本发明结构简单， 安装方便， 制造及维修成本低， 燃烧强度高， 使用寿命长， 燃烧器负荷调节比大， 能较大程度的满足不同的加热功率需要， 可广泛用于钢铁、 石油化 工、 机械、 建材、 锅炉和垃圾焚烧等行业工业窑炉上。 加热炉或工业加热装置采用本发明， 将 大大降低运行成本， 节能环保。
附图说明
图 1- 本发明结构示意图。图 2- 辐射管尾端及插入物剖面图。
图 3- 燃烧器引射管及底座俯视图。
图 4- 燃烧器内火盖俯视图。
图 5- 图 4 的 A-A、 B-B 剖面图。 （A-A、 B-B 剖面图一样） 图 6- 燃烧器外火盖剖面图。
图 7- 二次空气调节装置剖面图。
其中， 1- 内火盖 ； 2- 外火盖 ； 3- 火孔 ； 4- 点火针 ； 5- 火焰探针 ； 6- 燃烧器头部 ； 7- 二次空气入口 ； 8- 二次空气调节装置 ； 9- 引射管 ； 10- 一次空气入口 ； 11- 一次空气调风 板； 12- 喷嘴 ； 13- 辐射管 ； 14- 环形槽 ； 15- 底座 ； 16- 螺孔 ； 17- 螺母 ； 18- 金属网 ； 19- 点火 总成 ； 20- 插入物 ； 21- 内管 ； 22- 外管 ； 23- 调节螺柱 ； 24- 调节帽 ； 25- 孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参见图 1， 从图上可以看出， 本发明大气式燃气辐射加热装置， 它由燃烧器、 辐射管 13 和点火器三大部分构成， 其中燃烧器主要由喷嘴 12、 引射管 9 和燃烧器头部 6 构成。喷 嘴 12 从引射管 9 一端插入， 喷嘴 12 外壁与引射管 9 内壁间形成一次空气入口 10。辐射管 13 下端与燃烧器头部 6 连接， 上端用管卡固定于炉壁上。本发明燃烧器头部 6 由同心且等 高的内管 21 和外管 22 构成， 内管 21 和外管 22 之间的环带一端封闭， 引射管 9 另一端螺纹 连接在外管 22 上且与所述环带连通。内管 21 封闭环带所在端 （图 1 下端） 为二次空气入口 7， 内管 21 另一端设有内火盖 1， 外管 22 对应端设有外火盖 2， 内火盖 1 和外火盖 2 之间形 成火孔 3。在内管 21 中设有二次空气调节装置 8， 二次空气调节装置 8 由调节螺柱 23 和锥 形调节帽 24 构成， 见图 7， 调节帽 24 安装在调节螺柱 23 一端并位于辐射管 13 内靠近内管 端， 螺柱 23 另一端与固定在内管二次空气入口处的螺母 17 连接。锥形调节帽 24 的锥度约 为 40 度， 直径为辐射管直径的 1/2 左右， 调节螺柱 23 上自下至上有一定长度螺纹， 且长度 不小于该装置总高度的 1/2。
针对燃烧器低负荷下极易出现回火、 燃烧状况不稳定的现象， 本发明在火孔 3 进 口处设有防回火用多孔金属网 18， 增大了燃烧器的负荷调节比。
在外火盖 2 的凸沿上设有环形槽 14， 辐射管 13 通过环形槽 14 安装在外火盖 2 上， 见图 1 和图 6。本发明安装方便， 使用时直接将辐射管 13 套装在外火盖上的环形槽 14 内即 实现与燃烧器头部的连接， 不会出现燃烧器偏心的问题。 辐射管与燃烧器采用分体设计， 当 任一设备运行出现故障， 不必对其整体进行更换， 减少了维修成本。
在辐射管 13 尾端设有具有螺旋结构的插入物 20， 见图 2， 加强了烟气扰动， 强化烟 气与辐射管表面的对流换热系数， 较好的控制了空气消耗系数， 提高辐射管效率。于此同 时， 对抑制 NOx 的生成有很好的效果。当采用的插入物材料黑度越高， 对提高热效率的效果 会更加明显。
在喷嘴 12 上位于引射管外套设有一次空气调风板 11， 一次空气调风板上设有滑 块， 喷嘴外壁上设有轴向的滑槽， 滑块位于滑槽内并可带动一次空气调风板沿滑槽滑动， 见 图 1。所述点火器包括点火针 4、 火焰探针 5 和点火总成 19， 点火针 4 和火焰探针 5 分别 与点火总成 19 连接， 点火总成完成点火和熄火保护功能。当燃气进气阀门开启， 点火针自 动点火， 火焰偶然熄灭， 进气阀关闭， 保证了生产的安全性。见图 4 和图 5， 在内火盖 1 上设 有两个相邻的孔 25， 点火针 4 和火焰探针 5 分别放入其中一个孔 25 中。
本发明的辐射管 13 材质为石英玻璃， 其具有一系列优良的物理、 化学性能 ： 耐高 温， 可在 1100℃下长时间使用， 短时间最高使用温度可达 1450℃； 耐腐蚀、 热稳定性好， 热膨 胀系数极小， 能承受剧烈的温度变化 ； 黑度高达 0.90 以上， 同样温度下比其他辐射材料的 黑度高， 克服了涂刷辐射材料容易脱落的问题。 石英辐射管使用寿命长， 将大大降低生产及 运行成本。
图 3 所述的燃烧器的底座 15 上开有螺孔 16， 便于与其他装置连接。
本发明在受限的燃烧空间中采用了大气式燃气燃烧方式， 并在燃烧器上加入二次 空气调节装置， 改变了进入燃烧室的二次空气的流向， 优化辐射管内燃气空气的混合， 有效 改善燃烧工况。热负荷增大时 , 将该装置向上调高， 反之将其调低， 并且可根据具体的辐射 管表面温度均匀性需要， 调整该装置的高度， 使辐射管内燃料气体与空气混合强度适当， 以 获得合适长度的火焰。二次空气调节装置的设置， 可使燃烧器在更大负荷范围内运行。整 个燃烧调节过程中， 空气消耗系数较小且相对稳定， 火焰稳定性良好， 并且在频繁开关时， 不会产生回火或严重积炭的情况。 本发明工作过程 ： 燃气以一定压力自燃气管进入喷嘴 12， 高速喷射进入引射管 9， 同时靠本身的能量通 过一次空气入口 10 获取燃气燃烧所需的一次空气， 形成燃气 / 空气混合物。在一次空气入 口 10 外面安装有一次空气调风板 11， 通过其前后移动来改变一次空气吸入量。 燃气 / 空气 混合物在引射管 9 内扩压， 进入燃烧器头部 6， 穿过一层多孔金属网 18 从火孔 3 喷出， 在点 火针 4 的点燃下开始部分预混燃烧。由于燃烧室内的负压对二次空气具有抽吸力， 使大气 从燃烧器头部 6 中心的二次空气入口 7 进入， 并在二次空气调节装置 8 的调节下， 与剩余的 燃空混合物进行二次燃烧， 此时燃烧产生的高温烟气流经石英玻璃辐射管 13， 并以辐射和 对流的方式将热量传递给辐射管， 在辐射管尾端被螺旋式插入物 20 扰动。烟气在加热插入 物的同时， 增强了与管壁的对流换热， 进而通过辐射管的外壁对炉内物料进行辐射加热。
本发明中大气式燃烧器是在辐射管内燃烧， 通过受热的辐射管表面以辐射为主将 热量传给加热工件或物体， 燃烧产物不直接与被加热物体接触， 不会造成燃烧气氛污染或 影响产品质量。炉内气氛及加热温度便于控制和调节， 特别是用于产品质量要求高的加热 处理。
本发明不局限以上的实施方式， 辐射管的形状和结构形式可是为 ： 直通型、 套管 型、 U 型、 W 型、 P 型、 O 型、 三叉型等。辐射管尾端的插入物， 其形状、 材质及长度等根据具体 情况实施。