專利名稱：輻射換熱器的制作方法
一種用于提高煙氣余熱利用率并降低其對大氣污染的輻射換熱器屬于工業(yè)熱交換設(shè)備。
目前高溫窯爐與加熱設(shè)備中煙氣余熱多采用輻射換熱器回收。這是一種主要以熱輻射形式傳遞熱量的熱交換器。其投資省、性能好、節(jié)能效果顯著，在工業(yè)上，尤其在1000℃以上的高溫窯爐和加熱設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。如其煙氣進(jìn)入換熱器的溫度高達(dá)1400～1600℃，一般用耐熱鋼制成的換熱器內(nèi)壁難以承受。如當(dāng)煙氣溫度在1200～14 1400℃內(nèi)時，需采用高級耐熱合金鋼;當(dāng)溫度超過1500℃后，需采用更昂貴的耐熱合金或特種陶瓷材料，如SiC、Si3N4、Al2O3、ZrO2等，從而大大提高了輻射換熱器內(nèi)壁的材料成本。如果采用往高溫?zé)煔庵袚饺肜滹L(fēng)、低溫?zé)煔饣蛘卟捎盟涔芾鋮s的方法來降低煙氣的溫度，卻會因此而顯著降低了煙氣顯熱的品位，不利于煙氣余熱的回收和利用。其次，這種換熱器煙氣的出口溫度都相當(dāng)高，通常在900～800℃之間，這部份煙氣余熱在輻射換熱器內(nèi)無法利用。為此，近年發(fā)展了一種輻射一對流組合換熱器，它由輻射和對流二組換熱器構(gòu)成，煙氣先流經(jīng)輻射換熱器，再順序流經(jīng)對流換熱器;被予熱的空氣則相反，先通過對流換熱器再流向輻射換熱器，它可使高溫?zé)煔獾呐艧煖囟冉抵?00℃以下，提高了余熱利用率，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，煙氣流路的阻力增大，不易推廣。另一方面，在日本《工業(yè)加熱》雜志Vo1.21.NO.3和日本昭和58年11月日本機(jī)械學(xué)會雜志第86卷第780號上分別發(fā)表了兩篇名為“透氣性固體在工業(yè)加熱設(shè)備中的應(yīng)用”和“利用輻射能的新技術(shù)”的論文，都提到了一種可在工業(yè)加熱設(shè)備中煙氣流經(jīng)的上、下游各加入一種透氣性固體如耐熱鋼絲編織網(wǎng)、多孔陶瓷、堇青石陶瓷蜂窩體等來充分利用煙氣余熱以提高加熱設(shè)備爐溫的新方法，這是一種利用透氣性固體來把煙氣顯熱轉(zhuǎn)換為輻射熱并反射回加熱設(shè)備以提高其加熱溫度的技術(shù)，即當(dāng)高溫?zé)煔饬鬟^耐高溫的透氣性物體時，該物體的高溫側(cè)便向上游方向反射回輻射熱，從而提高了加熱溫度;而其向下游方向的熱輻射幾乎全部被屏蔽;該物體的低溫側(cè)也發(fā)生著同樣的過程，其結(jié)果就使向上游的輻射大于向下游的輻射，形成一種定向輻射，把煙氣顯熱轉(zhuǎn)換為一種加熱設(shè)備可以利用的輻射熱，而煙氣流過透氣性物體后溫度下降的輻射則標(biāo)志著氣體的顯熱轉(zhuǎn)換為輻射熱的程度。在論文中提到這種技術(shù)可以用在冶金、化工和石油工業(yè)的加熱爐中，也可用作一種低熱值燃料的燃燒器。在前一篇論文中甚至還提出了一個使用低熱值燃料的輻射變換型熱交換器的原理圖，但還未在高溫窯爐和加熱設(shè)備的輻射換熱器中得到應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于提出一種供高溫窯爐和加熱設(shè)備使用的、余熱利用率高、成本低、可消除煙氣的環(huán)境污染以及結(jié)構(gòu)簡單、制造方便的帶有透氣性固體的新型輻射換熱器。
為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的特征在于在換熱器進(jìn)氣口或(和)出氣口(各)裝有一個黑度近于1的透氣性物體，其氣孔的軸向長度要大大地大于氣孔的半徑。另外，還可在該物體上浸漬有助燃和凈化功能的氧化型催化劑，也可以浸漬可凈化氮氧化物的還原型催化劑。
使用證明在高溫?zé)煔獾臈l件下，該輻射換熱器內(nèi)壁可以使用普通的耐熱合金鋼如1Cr18Ni9Ti等，而且煙氣熱回收率也可顯著地提高。
為了在下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作詳細(xì)的描述?，F(xiàn)把本申請文件所使用的附圖名稱及編號簡介如下

圖1、進(jìn)/出口端都帶透氣性物體的螺旋管式輻射換熱器;
圖2、進(jìn)/出口端都帶透氣性物體的垂直放置的單管棒式輻射換熱器;
圖3、進(jìn)/出口端都帶透氣性物體的管式輻射換熱器;
圖4、進(jìn)/出口端都帶透氣性物體的串聯(lián)縫式輻射換熱器;
圖5、進(jìn)/出口端都帶透氣性物體且在出口端帶彎頭的輻射換熱器;
圖6、進(jìn)/出口端都帶透氣性物體的插入煙道的單管棒式輻射換熱器;
圖7、進(jìn)/出口端都帶透氣性物體的彎-直管串聯(lián)式輻射換熱器;
圖8、進(jìn)/出口端且連接部都帶有透氣性物體的彎-直管串聯(lián)式輻射換熱器;
圖9、進(jìn)口端帶有透氣性物體的彎-直管串聯(lián)式輻射換熱器縱剖視圖;
圖10、進(jìn)口端帶有透氣性物體的彎-直管串聯(lián)式輻射換熱器橫剖視圖;
實施例請見圖1～10。
在圖1中，1，2分別是進(jìn)/出口端的透氣性固體，3是螺旋管式空氣熱交換器，4是爐壁，透氣性物體和爐壁間用耐高溫合金鋼絲穿透且固定起來(下同)。箭頭的長短表示輻射熱量的大小(下同)。它是一種順流式輻射換熱器。
在圖2中，5、6是單管棒式空氣熱交換器，沿圓周方向垂直插入這個噴流式輻射換熱器的內(nèi)壁中。
在圖3中，7是沿輻射換熱器內(nèi)壁圓周方向配置了集氣箱且中間有連通管的管式空氣熱交換器。它也是順流式的。
在圖4中的輻射換熱器由兩個垂直串聯(lián)的逆流式輻射換熱器構(gòu)成。
圖5是一種在出口端有彎頭的兩端都帶有透氣性物體的噴流式輻射換熱器。
圖6是一種沿?zé)煹啦迦攵鄠€單管棒式空氣熱交換器8的交叉?zhèn)鳠崾捷椛鋼Q熱器。
圖7是由彎、直兩個輻射換熱器串聯(lián)而成的逆流式輻射換熱器，它也是兩端都帶透氣性物體的。
圖8和圖7不同之處是在彎、直兩個輻射換熱器的連接部插入了一個透氣性物體。
圖9～10是只在進(jìn)口端裝有透氣性物體的輻射換熱器，9是被加熱的空氣通道，10是煙氣通道。
只要把圖7中進(jìn)口端的透氣性物體取走，就成了一個只在出口端裝有透氣性物體的輻射換熱器了，在附圖中不再給出。
上述透氣性物體可采用堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)或氧化鋁-二氧化硅系統(tǒng)中的各種材料，如剛玉、莫來石等，或鎂鋁尖晶石、鎂鉻尖晶石組成的多孔或蜂窩狀陶瓷。在溫度小于1300℃時可選用堇青石質(zhì)陶瓷，它的熱膨脹系數(shù)低(在25～1000℃時的平均熱膨脹系數(shù)為0.7～1.0×10-6/C)，耐溫度急變性優(yōu)異。當(dāng)溫度在1400℃以上時，可選用莫來石-堇青石質(zhì)。當(dāng)溫度繼續(xù)升高時，可選用資源十分豐富的Al2O3-SiO2系統(tǒng)的莫來石質(zhì)、莫來石-剛玉質(zhì)或剛玉質(zhì)，其最高使用溫度可達(dá)1800℃，隨著Al2O3含量的提高，耐高溫性增強(qiáng)，但熱膨脹系數(shù)也隨之升高，使材料的抗溫度急變性下降。
透氣性物體也可選用SiC或Si3N4或ZrO2質(zhì)地的各種陶瓷和耐火混凝土。如溫度在1100～1600℃范圍，又要求有優(yōu)良的高溫機(jī)械強(qiáng)度和耐溫度急變性時，可用SiC或Si3N4。若溫度不超過1400℃時也可選用資源最豐富、價格最低廉的耐火粘土質(zhì)制品。
透氣性物體也可選用Al2O3-SiO2系統(tǒng)中的各種陶瓷纖維或含ZrO2質(zhì)的陶瓷纖維制品或其編織物。如當(dāng)要求導(dǎo)熱系數(shù)小、高的耐腐蝕和耐高溫性能而耐熱膨脹系數(shù)又要與金屬的相接近時可采用ZrO2質(zhì)陶瓷纖維制品。
另外，透氣性物體，還可選用耐熱金屬絲制成的編織物或其碎屑或粉末冶金制品。
對于出口端的透氣性物體可以浸漬上有助燃和凈化功能的氧化型催化劑，如在堇青石多孔載體表面浸漬上稀土金屬復(fù)合氧化物。也可以浸漬上用以凈化氮氧化物的還原型催化劑，如在堇青石多孔載體上浸上LaCo3其轉(zhuǎn)化率優(yōu)于80%。
實驗表明一個彎-直管串聯(lián)式輻射換熱器，當(dāng)進(jìn)/出口端未加上透氣性物體而用向換熱器內(nèi)摻入冷風(fēng)的方法來降低壁溫時，在出爐煙氣溫度為1350℃，進(jìn)口端煙氣溫度為1100℃下，出口端排氣溫度為900℃，換熱器內(nèi)壁溫度為600℃，予熱空氣溫度為350℃，煙氣熱回收率為18.2%。若在進(jìn)口端加上一個透氣性物體時，在同樣的出爐煙氣溫度及進(jìn)口端煙氣溫度下內(nèi)壁溫為500℃，予熱空氣溫度250℃，出口端排氣溫度為850℃，此時由于煙氣流量下降，降溫也多，使煙氣熱回收率提高至22.7%，再加上透氣性物體將煙氣部份顯熱轉(zhuǎn)換為向爐內(nèi)輻射熱并從爐內(nèi)部向外的散熱，使?fàn)t內(nèi)又附加節(jié)能15%。在同樣條件下，若僅在出口端加一個透氣性物體時，可使排氣溫度降至800℃，內(nèi)壁溫度升至700℃，予熱空氣溫度升至450℃，其煙氣熱回收率增至27.3%，另外由于空氣予熱溫度的進(jìn)一步升高，可使?fàn)t內(nèi)附加節(jié)能5%。若在同樣條件下，在進(jìn)/出口端各加一個透氣性物體時，出口端排氣溫度可進(jìn)一步降至750℃，內(nèi)壁溫度降為600℃，予熱空氣溫度降為320℃。由于多孔性物體定向輻射及減少了向空間的輻射熱損失，使煙氣熱回收率可再次提高到31.8%，爐內(nèi)總附加節(jié)能提高至19%，由此可見，本發(fā)明提供的輻射換熱器既提高了煙氣利用率和爐內(nèi)的附加節(jié)能值，可減少對環(huán)境的污染又降低了換熱器的成本，結(jié)構(gòu)簡單，制造也較為方便。
權(quán)利要求
1.一種輻射換熱器，包括煙氣通道、被加熱物通道和換熱器壁，本發(fā)明的特征在于，在換熱器進(jìn)氣口或(和)出氣口(各)裝有一個黑度近乎1的透氣性物體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射換熱器，其特征在于，所述的透氣性物體，其透氣孔的軸向長度與孔徑之比要顯著地大于1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射換熱器，其特征在于，所述的透氣性物體是用堇青石或氧化鋁-二氧化硅系統(tǒng)中的各種材料如剛玉、莫來石或鎂鋁尖晶石、鎂鉻尖晶石組成的多孔或蜂窩狀陶瓷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射換熱器，其特征在于，所述的透氣性物體是用SiC或Si3N4或ZrO2質(zhì)地的各種陶瓷和耐火混凝土。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射換熱器，其特征在于，所述的透氣性物體是用Al2O3-SiO2系統(tǒng)中的各種陶瓷纖維或含ZrO2質(zhì)的陶瓷纖維制品或其編織物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射換熱器，其特征在于，所述的透氣性物體是一種用耐熱金屬絲制成的編織物或其碎屑或粉末冶金制品。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射換熱器，其特征在于，所述的出氣口處的透氣性物體可以浸漬上有助燃和凈化功能的氧化型催化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射換熱器，其特征在于，所述的出氣口處的透氣性物體可以浸漬上用以凈化氮氧化物的還原型催化劑。
全文摘要
一種輻射換熱器屬于工業(yè)用的熱交換設(shè)備。其特征是在其煙氣進(jìn)氣口或(和)出氣口(各)裝有一個黑度近于1的透氣性物體。在出氣口的物體表面還可浸漬上起助燃和凈化用的氧化或還原型催化劑。其材料可選用堇青石或ZrO
文檔編號F28D7/00GK1077794SQ9210251
公開日1993年10月27日 申請日期1992年4月17日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月17日
發(fā)明者武立云 申請人:北京工業(yè)大學(xué)科學(xué)技術(shù)開發(fā)公司