本發(fā)明涉及傳熱學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于煙葉烘烤設(shè)備的高效熱風(fēng)爐。

背景技術(shù)：

煙葉烘烤是一項能耗很大的干燥作業(yè)，煙葉烘烤的成本很大一部分來源于能耗，熱風(fēng)爐是煙葉烘烤設(shè)備的重要組成部分，在煙葉烘烤設(shè)備中扮演的是熱能轉(zhuǎn)換的重要作用，熱風(fēng)爐換熱性能的好壞直接影響到煙葉烘烤設(shè)備的能耗和烤煙成本，尋求高效率低耗能的煙葉烘烤設(shè)備一直是煙葉烘烤設(shè)備發(fā)展的方向和目標(biāo)。

近年來，國內(nèi)煙葉烘烤領(lǐng)域在應(yīng)用燃煤型火管式熱風(fēng)爐基礎(chǔ)上，陸續(xù)出現(xiàn)了燃油、燃?xì)?、熱泵、生物質(zhì)、太陽能等供熱設(shè)備。但是，這些設(shè)備也都明顯存在有其自身的不足，不是設(shè)備一次性投入太大，就是燃料價格較貴，設(shè)備運行成本高，導(dǎo)致烤煙成本居高不下，在經(jīng)濟性和實用性方面不適合現(xiàn)階段國內(nèi)煙區(qū)的實際情況。新能源在煙葉烘烤領(lǐng)域的開發(fā)利用是一種發(fā)展趨勢和方向，目前還處于探索發(fā)展階段，很多因素還不能完善，與實際應(yīng)用尚存在一定距離，大規(guī)模應(yīng)用在經(jīng)濟上還不盡合理。由于我國煤炭燃料資源豐富，價格低廉，目前國內(nèi)煙葉密集烤房的供熱設(shè)備仍然是以燃煤型的火管式熱風(fēng)爐為主的局面，而且在近期以燃煤為熱源的自控或半自控密集烤房仍將是我國煙葉烘烤設(shè)備的發(fā)展方向。

但是，目前煙葉密集烤房中普及應(yīng)用的燃煤型火管式熱風(fēng)爐存在的問題是熱能利用效率普遍較低，烤煙能耗居高不下。究其原因：一是氣一氣換熱方式的換熱系數(shù)本來就較低，加之火管式熱風(fēng)爐又受到金屬導(dǎo)熱性質(zhì)的限制，熱阻大，熱轉(zhuǎn)換效率低。二是爐膛容量與三段式烤煙工藝不匹配，在小火期和中火期爐膛內(nèi)燃料燃燒不充分，燃燒效率低，以及揮發(fā)份、可燃物向外排放和燃料細(xì)微顆粒從爐篦間隙下漏造成浪費。三是火管式熱交換器受結(jié)構(gòu)體積的限制，散熱面積小，散熱能力受限，煙氣排放溫度高。四是火管式熱交換器的換熱管設(shè)置方式極易堵灰，使換熱管的熱阻增大，造成換熱能力不同程度的下降，堵 灰嚴(yán)重時甚至使部分換熱管失效。由于多種因素的制約影響到熱風(fēng)爐的熱交換性能，造成熱能利用效率普遍較低，烤煙能耗居高不下。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于煙葉烘烤設(shè)備的高效熱風(fēng)爐，包括：導(dǎo)熱管(1)，翅片管(2)，爐壁(3)，爐頂(4)和鋼質(zhì)翅片(5)；本發(fā)明采用單相導(dǎo)熱機制，大大提高了導(dǎo)熱器件的傳熱能力和對爐膛溫度的承載能力，突破爐膛溫度對相變傳熱的多種極限限制，解決了普通相變傳熱機制無法勝任的大密度傳熱工況，并通過燃料燃燒和散熱一體化設(shè)計，利用具有較高熱交換能力的鋁合金開縫翅片充分?jǐn)U展換熱面積，使熱風(fēng)爐形成一個具有強大熱交換能力的換熱結(jié)構(gòu)，可以在不改變原有烤房框架結(jié)構(gòu)和原有配套設(shè)施的情況下，大幅提高煙葉烘烤設(shè)備的熱能利用效率，實現(xiàn)烤煙生產(chǎn)節(jié)能降耗的目的。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：包括：導(dǎo)熱管(1)，翅片管(2)，爐壁(3)，爐頂(4)和鋼質(zhì)翅片(5)；所述導(dǎo)熱管(1)為一組非相變循環(huán)回路導(dǎo)熱管，導(dǎo)熱管(1)在熱風(fēng)爐上圍繞爐壁(3)的周長依次排列分布，沿爐壁(3)的高度方向垂直設(shè)置，導(dǎo)熱管(1)兩端的弧形彎曲段在爐壁(3)上穿越固定，導(dǎo)熱管(1)的兩條軸線以爐壁(3)為隔板分布在爐壁(3)的內(nèi)、外兩側(cè)，爐壁(3)外側(cè)的管段上設(shè)置有翅片管(2)，爐壁(3)內(nèi)側(cè)的管段為滑璧光管。

所述翅片管(2)為鋁合金翅片管，鋁合金管上設(shè)置有直肋翅片，翅片平面上設(shè)置有多區(qū)域間斷型開縫結(jié)構(gòu)，翅片管(2)通過脹管固定在導(dǎo)熱管(1)一側(cè)的管段上。

所述爐頂(4)板面上分布設(shè)置有鋼質(zhì)翅片(5)。

所述熱風(fēng)爐為立式的圓柱形結(jié)構(gòu)，熱風(fēng)爐上還設(shè)置有添煤口(6)和出渣口(7)，燃燒室與儲渣室之間設(shè)置有爐篦(8)，爐頂(4)上設(shè)置有與煙囪連接的排煙出口(9)，在出渣口(6)的一側(cè)設(shè)置有鼓風(fēng)機進風(fēng)管(10)。

本發(fā)明除了翅片管(2)采用鋁合金材質(zhì)外，其他配件均采用ns鋼材質(zhì)；導(dǎo)熱管(1)經(jīng)過清洗、鈍化處理后制作成形，并在管腔內(nèi)灌注合適的工作介質(zhì)。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：本發(fā)明的設(shè)計目的是通過大幅度提高熱風(fēng)爐的熱能轉(zhuǎn)換效率，解決現(xiàn)有烤煙設(shè)備熱能利用效率普遍較低的技術(shù)問題。在通常熱 能利用過程當(dāng)中，能量的利用通常是通過能量的傳輸來實現(xiàn)的，所以能量的利用過程也是一個能量的傳遞過程，能量傳遞的實質(zhì)實際上就是能量利用的實質(zhì)；熱風(fēng)爐在烤煙設(shè)備中扮演的是熱能轉(zhuǎn)換的重要角色，能否將爐膛內(nèi)燃料燃燒的發(fā)熱量及時有效的轉(zhuǎn)換到烤房當(dāng)中，對烤煙能耗和烤煙成本有著直接和關(guān)鍵性的作用。一款高效的熱風(fēng)爐不但要實現(xiàn)能量的高效傳輸，還必須有一個合理的換熱結(jié)構(gòu)和足夠的熱交換面積，具備高效的換熱能力，才能實現(xiàn)熱能的高效利用。本發(fā)明針對目前國內(nèi)烤煙設(shè)備中大量普及應(yīng)用的燃煤型火管式熱風(fēng)爐存在熱能利用效率普遍較低的問題，結(jié)合現(xiàn)有烤煙炕房的框架結(jié)構(gòu)和烤煙工藝，以獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計和效能優(yōu)化的熱交換方式，大幅提高熱風(fēng)爐的熱能轉(zhuǎn)換效率來提高熱能利用效率，實現(xiàn)本發(fā)明的設(shè)計目的。

單相導(dǎo)熱機制在熱風(fēng)爐上的應(yīng)用，大大提高了導(dǎo)熱器件的傳熱能力和對爐膛溫度的承載能力，突破了爐膛溫度對相變傳熱的多種極限限制，解決了普通相變傳熱無法勝任的傳熱工況，在高熱流密度工況下，為實現(xiàn)熱能的快速轉(zhuǎn)換和有效利用建立了快速導(dǎo)熱通道。

熱風(fēng)爐獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計為擴展散熱面積提供了條件，能夠充分的擴展散熱面積，使熱風(fēng)爐形成了一個具有強大熱交換能力的散熱結(jié)構(gòu)，熱風(fēng)爐的整個換熱過程得到強化，具備了足夠的換熱能力，從而從根本上解決了氣一氣換熱系數(shù)低的問題，爐膛外部的換熱條件為導(dǎo)熱元件的高效運行和散熱結(jié)構(gòu)的可靠穩(wěn)定性提供了保障。

熱風(fēng)爐的換熱結(jié)構(gòu)采用直肋翅片設(shè)置使熱風(fēng)爐的熱風(fēng)流程阻力明顯減小，翅片平面上多區(qū)域間斷型開縫結(jié)構(gòu)使散熱翅片平面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，流經(jīng)翅片表面流體的邊界層形成分層發(fā)展態(tài)勢，有效減薄邊界層厚度，加強氣流擾動，換熱系數(shù)得到提高，對強化傳熱效果產(chǎn)生了顯著影響，使熱風(fēng)爐的換熱效率得到大幅提升。

鋁材質(zhì)換熱材料的選用在熱風(fēng)爐中發(fā)揮了重要作用，性價比優(yōu)良的鋁材質(zhì)具有較高的熱交換能力，其高導(dǎo)熱能力和低比熱容的特性決定了其高效的散熱效果，對提高熱風(fēng)爐的換熱性能有很大幫助。

燃料燃燒和散熱結(jié)構(gòu)的一體化，使熱風(fēng)爐形成了一個緊湊的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，熱風(fēng)爐的金屬耗材明顯減少、體積減小、重量大幅減輕。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于熱風(fēng)爐換熱性質(zhì)的改變，熱交換過程增強和熱轉(zhuǎn)換 效率的提升，在三段式烘烤工藝的任何期段，爐膛內(nèi)燃料的添加量和添加次數(shù)都相應(yīng)減少，爐膛內(nèi)燃料的堆放體積均明顯下降，在相同供風(fēng)量情況下燃料燃燒條件得到改善，供氧均勻，燃燒充分，燃燒效率得到提高。由于導(dǎo)熱器件的高效傳熱特性和循環(huán)風(fēng)機的不間斷運行，在烤房穩(wěn)溫、保溫時段內(nèi)的溫度維持時間延長，鼓風(fēng)機啟動次數(shù)減少、啟動間隔時間延長、鼓風(fēng)機工作時運行時間明顯縮短，烤煙設(shè)備運行期間的各時段溫度調(diào)節(jié)靈敏，室內(nèi)溫度與控制系統(tǒng)配合良好。應(yīng)用測試結(jié)果表明，與現(xiàn)有設(shè)備同比熱能利用效率有較大幅度的提高，節(jié)能效果非常明顯?？梢栽诓桓淖冊锌环靠蚣芙Y(jié)構(gòu)和原有配套設(shè)施的情況下，配合既定烤煙工藝要求，實現(xiàn)強制通風(fēng)、熱風(fēng)循環(huán)和烘烤過程自動控制，大幅提高煙葉烘烤設(shè)備的熱能利用效率，實現(xiàn)烤煙生產(chǎn)節(jié)能降耗，降低烤煙成本，增加煙葉種植收益。

附圖說明

圖1是一種用于煙葉烘烤設(shè)備的高效熱風(fēng)爐側(cè)面剖視示意圖。

圖2是熱風(fēng)爐上的單相循環(huán)回路換熱器件示意圖。

圖3是直肋翅片平面上的多區(qū)域間斷型開縫結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是熱風(fēng)爐橫截面俯視示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明包括：導(dǎo)熱管(1)，翅片管(2)，爐壁(3)，爐頂(4)和鋼質(zhì)翅片(5)；導(dǎo)熱管(1)為一組非相變循環(huán)回路導(dǎo)熱管；導(dǎo)熱管(1)在熱風(fēng)爐上圍繞爐壁(3)的周長依次排列分布，沿爐壁(3)的高度方向垂直設(shè)置，導(dǎo)熱管(1)兩端的弧形彎曲段在爐壁(3)上穿越固定，導(dǎo)熱管(1)的兩條軸線以爐壁(3)為隔板分布在爐壁(3)的內(nèi)、外兩側(cè)，爐壁(3)外側(cè)的管段上設(shè)置有翅片管(2)，爐壁(3)內(nèi)側(cè)的管段為滑璧光管。爐頂(4)的板面上分布設(shè)置有鋼質(zhì)翅片(5)。熱風(fēng)爐為立式的圓柱形結(jié)構(gòu)，熱風(fēng)爐上還設(shè)置有添煤口(6)和出渣口(7)，燃燒室與儲渣室之間設(shè)置有爐篦(8)，爐頂(4)上設(shè)置有與煙囪連接的排煙出口(9)，在出渣口(7)的一側(cè)設(shè)置有鼓風(fēng)機進風(fēng)管(10)。

如圖2或圖1所示，導(dǎo)熱管(1)為非相變循環(huán)回路導(dǎo)熱管，導(dǎo)熱管(1)一側(cè)的管段上設(shè)置有翅片管(2)，翅片管(2)為鋁合金管，鋁合金管上設(shè)置有直肋翅片，翅片管(2)通過脹管固定在導(dǎo)熱管(1)一側(cè)的管段上，導(dǎo)熱管(1)另一側(cè)的管段為滑璧光管。

如圖3所示，直肋翅片平面上設(shè)置有多區(qū)域間斷型開縫結(jié)構(gòu)。

如圖4或圖1所示，熱風(fēng)爐為立式的圓柱形結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱管(1)在熱風(fēng)爐上圍繞爐壁(3)的周長依次排列分布，爐壁(3)外側(cè)的管段上設(shè)置有翅片管(2)，翅片管(2)通過脹管固定在導(dǎo)熱管(1)外側(cè)的管段上，爐壁(3)內(nèi)側(cè)的管段為滑璧光管。

本發(fā)明的技術(shù)原理：本發(fā)明在使用時，將本發(fā)明固定于原有炕房供熱室的循環(huán)風(fēng)機下方，熱風(fēng)爐工作時，爐膛內(nèi)的燃料燃燒產(chǎn)生熱量，環(huán)路管腔一側(cè)的工質(zhì)吸熱膨脹密度發(fā)生變化，分子擴散產(chǎn)生壓差，形成動力，工質(zhì)向上運動；傳遞到另一側(cè)的工質(zhì)散熱冷卻后密度增大，工質(zhì)向下運動，在熱能轉(zhuǎn)換過程中，工質(zhì)依靠密度差維持自然循環(huán)流動過程，將大量的熱量從一側(cè)傳向另一側(cè)。同時，爐壁外部有一個強有力的散熱結(jié)構(gòu)，在強力風(fēng)機作用下具備有足夠的換熱能力，工質(zhì)的熱漲與冷縮在管腔中形成了一個對等關(guān)系，兩側(cè)管腔中的漲、縮對等形成了工質(zhì)相變的抑制作用，封閉體系中的流體在有效狀態(tài)下被控制在單相或接近單相的形態(tài)中，工質(zhì)在溫度、壓力和體積相互轉(zhuǎn)換過程中，管腔中只有一種相對統(tǒng)一的物質(zhì)密度空間，物質(zhì)在吸收和釋放熱能的膨、縮只在同相態(tài)下進行，工作狀態(tài)下完全無相變發(fā)生。雖然相變無法出現(xiàn)，但管腔內(nèi)卻存在很大的溫差應(yīng)力，所以只要另一端的溫度下降，應(yīng)力就立即減弱，這樣壓力大的一側(cè)工質(zhì)就會發(fā)生舒展并釋放熱量，而這樣的釋放是在分子間和原子間進行的，所以熱量也就在這樣的過程中傳導(dǎo)運動，如果分子間的距離與一定的熱運動相吻合并出現(xiàn)步驟和幅度相一致的運動，那么其導(dǎo)熱量和導(dǎo)熱速度就會以趨向最大化的態(tài)勢來完成熱在封閉體系中的快速傳導(dǎo)，實現(xiàn)導(dǎo)熱工質(zhì)的合理流動和熱量傳遞過程，被轉(zhuǎn)換出來的熱量在循環(huán)風(fēng)機的作用下形成強制對流，將熱風(fēng)送入烤房當(dāng)中。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換和改進，以及不同的用途變換均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。