本發(fā)明涉及換熱器領(lǐng)域，具體涉及一種U型輻射管。

背景技術(shù)：

U型輻射管是一種間接加熱裝置，由耐熱鋼管鑄造或焊接而成。其加熱過程為燃料由燒嘴噴口噴出，與助燃空氣混合后燃燒，燃燒產(chǎn)物-高溫?zé)煔庥奢椛涔苓M(jìn)氣側(cè)流到排煙側(cè)后排出。隨著煙氣在輻射管內(nèi)的流動(dòng)，燃燒產(chǎn)物溫度隨輻射管的散熱逐漸減低，使其用時(shí)存在供氣側(cè)壁溫度高，排煙側(cè)壁溫度低的問題，造成管兩側(cè)溫差，輻射管能力不能全部發(fā)揮。存在輻射管兩側(cè)溫度不均勻，換熱效率低，使用效率低，使用壽命不均等的問題。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中存在以下問題：現(xiàn)有的U型輻射管兩側(cè)溫度不均勻，換熱效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種U型輻射管，以解決現(xiàn)有的U型輻射管兩側(cè)溫度不均勻，換熱效率低的問題。

為此，本發(fā)明提出一種U型輻射管，所述U型輻射管具有U型的煙氣通道，所述U型的煙氣通道包括：排煙側(cè)通道和燃燒側(cè)通道，所述U型輻射管包括：

換熱器，設(shè)置在所述U型輻射管的排煙側(cè)通道的末端；

燒嘴噴口，設(shè)置在所述U型輻射管的燃燒側(cè)通道的首端；

非金屬材料制成的旋流裝置，設(shè)置在所述U型輻射管的排煙側(cè)通道中，并且位于所述換熱器與所述燒嘴噴口之間；

所述換熱器包括：管體和設(shè)置在所述管體中的金屬翅片。

進(jìn)一步地，所述旋流裝置包括：三個(gè)相交于同一中心軸的螺旋片，三個(gè)所述螺旋片對(duì)稱設(shè)置在所述中心軸上并形成立體三維的螺旋結(jié)構(gòu)，沿所述中心軸的軸向，每個(gè)螺旋片的長(zhǎng)度為一節(jié)或多節(jié)，每節(jié)螺旋片螺旋旋轉(zhuǎn)360度。

進(jìn)一步地，所述排煙側(cè)通道為圓形，在所述U型輻射管的排煙側(cè)通道的軸截面上，三個(gè)所述螺旋片分別形成相交于所述中心軸的三條半徑，三條所述半徑相互夾角為120度，并且三條所述半徑中總有兩條支撐在圓形的排煙側(cè)通道的內(nèi)壁上，另外一條半徑與圓形的排煙側(cè)通道的內(nèi)壁具有間隔空間。

進(jìn)一步地，所述管體中設(shè)有由四個(gè)行程通道組成換熱器空氣通道，所述四個(gè)行程通道分別為：串聯(lián)連接的第一進(jìn)入通道、第一流出通道、第二進(jìn)入通道和第二流出通道，并且所述四個(gè)行程通道形成兩排兩列的矩陣式結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述第一進(jìn)入通道與所述第一流出通道之間形成180度折返，所述第一流出通道與所述第二進(jìn)入通道之間形成180度折返，所述第二進(jìn)入通道和所述第二流出通道之間形成180度折返。

進(jìn)一步地，所述金屬翅片設(shè)置在四個(gè)行程通道中的每個(gè)行程通道中。

進(jìn)一步地，每節(jié)所述螺旋片長(zhǎng)度為200至400mm，所述螺旋片的節(jié)距比為2至3。

進(jìn)一步地，每片所述螺旋片的厚度為12-15mm，所述旋流裝置采用非金屬陶瓷材料。

進(jìn)一步地，所述旋流裝置采用碳化硅扭曲而成。

本發(fā)明中換熱器中設(shè)有金屬翅片，換熱面積大，換熱效率高，空氣預(yù)熱溫度高，熱回收量大。進(jìn)一步的，旋流裝置提高了輻射管排煙側(cè)的換熱系數(shù)，原因是旋流裝置能使煙氣沖破輻射管內(nèi)壁的附面層，使輻射管內(nèi)煙氣能以更快速率向爐內(nèi)傳遞熱流。旋流裝置具有安裝容易、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，使用該技術(shù)后，U型輻射管系統(tǒng)的綜合熱效率由原來的65％提高到80％，輻射管也得以壽命提高。

進(jìn)而，本發(fā)明采用由三個(gè)螺旋片形成的立體三維的螺旋結(jié)構(gòu)，這樣，比單片式螺旋的紊流效果明顯增加，而且這種由三個(gè)所述螺旋片形成的立體三維的螺旋結(jié)構(gòu)，在U型輻射管的排煙側(cè)通道的軸截面上，形成三角形的結(jié)構(gòu)，能夠在U型輻射管的排煙側(cè)通道中得到最穩(wěn)定的支撐，因而，使得U型輻射管的換熱性能穩(wěn)定，減少了旋流裝置與U型輻射管的排煙側(cè)通道之間的磨損，輻射管也得以壽命提高。

進(jìn)而，本發(fā)明的換熱器采用由四個(gè)行程通道組成換熱器空氣通道，四個(gè)行程通道形成兩排兩列的矩陣式結(jié)構(gòu)，增加了換熱氣體的折返，減少了管體的長(zhǎng)度，減少了燒嘴的長(zhǎng)度，由于在同一空間尺寸內(nèi)空氣的換熱面積是常規(guī)2行程的換熱器換熱面積的1.8倍，助燃空氣預(yù)熱溫度得以提高，因而解決了現(xiàn)有的加長(zhǎng)雙行程管換熱器將結(jié)構(gòu)拉出燒嘴范圍、影響爐側(cè)的操作、在使用上受到限制的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的U型輻射管的整體結(jié)構(gòu)示意圖或工作原理圖；

圖2為本發(fā)明的換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中A-A處的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的旋流裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的旋流裝置的主視方向的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明的旋流裝置的俯視方向的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)號(hào)說明：

1 換熱器；2 旋流裝置；

3 燒嘴噴口；4 U型輻射管的管體；

11 燒嘴煙氣通道殼體；12 管體；13 金屬翅片；

20 中心軸；21 螺旋片；22 螺旋片；23 螺旋片

61 第一進(jìn)入通道；62 第一流出通道；63 第二進(jìn)入通道；64 第二流出通道

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖說明本發(fā)明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明提出一種U型輻射管，所述U型輻射管具有設(shè)置在U型輻射管的管體4中的U型的煙氣通道，所述煙氣通道與燒嘴外部排煙系統(tǒng)相通，所述U型的煙氣通道包括：排煙側(cè)通道42和燃燒側(cè)通道41，所述U型輻射管包括：

換熱器1，即燒嘴換熱器，設(shè)置在所述U型輻射管的排煙側(cè)通道42的末端(位于U型輻射管燒嘴排煙側(cè))；

燒嘴噴口3，設(shè)置在所述U型輻射管的燃燒側(cè)通道41的首端(即U型輻射管進(jìn)氣側(cè))；

非金屬材料制成的旋流裝置2，設(shè)置在所述U型輻射管的排煙側(cè)通道42中(安裝在U型輻射管煙氣回流側(cè))，并且位于所述換熱器1與所述燒嘴噴口3之間；旋流裝置提高了輻射管排煙側(cè)的換熱系數(shù)，原因是旋流裝置能使煙氣沖破輻射管內(nèi)壁的附面層，使輻射管內(nèi)煙氣能以更快速率向爐內(nèi)傳遞熱流。旋流裝置具有安裝容易、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，使用該技術(shù)后，U型輻射管系統(tǒng)的綜合熱效率由原來的65％提高到80％，輻射管也得以壽命提高；本發(fā)明采用非金屬材料制成的旋流裝置2，能夠克服金屬材料不耐高溫，無法安放在U型輻射管中的難題。

所述換熱器1包括：管體12和設(shè)置在所述管體中的金屬翅片13，金屬翅片13與管體無需固定連接，金屬翅片13直接放入即可，靠自身重力設(shè)置在管體中，金屬翅片13能夠增加換熱面積，提高換熱效率。金屬翅片13的外緣小于管體12的內(nèi)壁的內(nèi)緣，但與所述管體12的內(nèi)壁相臨近。

在輻射管內(nèi)的傳熱中，通常包括輻射傳熱、對(duì)流傳熱。輻射管內(nèi)的燃?xì)鉁囟扔绊憙煞N傳熱方式的強(qiáng)度。U型輻射管進(jìn)氣側(cè)燃?xì)鉁囟雀?，輻射換熱強(qiáng)度高，管壁溫度高，對(duì)外的輻射能力大，排煙側(cè)的情況反之。輻射管內(nèi)燃?xì)獾膫鲗?dǎo)過程造成了U型輻射管左右傳熱的不均衡。解決這一問題的有效方法是提高低溫側(cè)的對(duì)流換熱效率。

根據(jù)對(duì)流理論，在輻射管(U型輻射管的簡(jiǎn)稱)內(nèi)的對(duì)流換熱過程中有70～90％的傳熱熱阻集中于換熱管內(nèi)靠近換熱器內(nèi)壁的流體的層流底層中，因此破壞流體的層流底層能夠有效的減小熱阻和增大換熱管的傳熱能力。為了提高排煙側(cè)輻射管的熱交換效率，采取在輻射管內(nèi)設(shè)置旋流裝置，使煙氣在流動(dòng)過程中受到一定的阻擋，能夠?qū)恿鞯讓舆M(jìn)行一定程度的破壞。

本發(fā)明能夠?qū)⑤椛涔軆?nèi)的層流附壁層由層流變?yōu)槲闪?，使得換熱管的內(nèi)壁面與換熱管之外能夠得到較好的換熱效果，是一種較好的提高介質(zhì)換熱效率方法。輻射管內(nèi)的燃燒氣體-煙氣溫度高，通常金屬材料的旋流裝置難以實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明方案中的旋流裝置，采用耐高溫的非金屬材料(例如碳化硅鑄造)而成，保證了旋流裝置的使用壽命。旋流裝置的安裝解決了U型輻射管進(jìn)氣側(cè)與出氣側(cè)的溫差問題，使輻射管兩側(cè)使用壽命保持一致。同時(shí)由于排煙側(cè)輻射管換熱效率的提高，輻射管的實(shí)際能力可提高5～10％。

另外，旋流裝置采用耐高溫的非金屬材料，旋流裝置2直接放置在U型輻射管的管體4中，無需固定連接，旋流裝置2靠自重即可穩(wěn)定的設(shè)置在U型輻射管的管體4中，這樣，避免了焊接連接等工序。

進(jìn)一步地，如圖4、圖5和圖6所示，所述旋流裝置2包括：三個(gè)相交于同一中心軸20的螺旋片(旋流片)，分別為：螺旋片21、螺旋片22和螺旋片23，三個(gè)所述螺旋片對(duì)稱設(shè)置在所述中心軸20上并形成立體三維的螺旋結(jié)構(gòu)，沿所述中心軸20的軸向，每個(gè)螺旋片的長(zhǎng)度為一節(jié)或多節(jié)，每節(jié)螺旋片螺旋旋轉(zhuǎn)360度。旋流裝置直徑按照輻射管內(nèi)徑設(shè)計(jì)，每節(jié)長(zhǎng)度設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)尺寸，輻射管內(nèi)旋流裝置2的放置個(gè)數(shù)依據(jù)輻射管的長(zhǎng)度及在U型輻射管內(nèi)排煙能力確定。進(jìn)一步地，每節(jié)所述螺旋片長(zhǎng)度為200至400mm，所述螺旋片的節(jié)距比為2至3，這樣，具有較好的紊流效果，也便于制作。旋流裝置按照輻射管的長(zhǎng)度及排煙阻力確定安裝節(jié)數(shù)。

進(jìn)一步地，所述排煙側(cè)通道為圓形，在所述U型輻射管的排煙側(cè)通道的軸截面上，三個(gè)所述螺旋片分別形成相交于所述中心軸的三條半徑，三條所述半徑相互夾角為120度，并且三條所述半徑中總有兩條支撐在圓形的排煙側(cè)通道的內(nèi)壁上，另外一條半徑與圓形的排煙側(cè)通道的內(nèi)壁具有間隔空間。即每隔一個(gè)U型輻射管的螺旋片的旋轉(zhuǎn)周期，在U型輻射管的排煙側(cè)通道的軸截面上，三條半徑形成三角形的結(jié)構(gòu)，其中，兩條半徑支撐在圓形的排煙側(cè)通道的內(nèi)壁上，另外一條半徑與圓形的排煙側(cè)通道的內(nèi)壁具有間隔空間即懸空設(shè)置，這樣，在U型輻射管的排煙側(cè)通道的軸截面或平面范圍內(nèi)，每隔一定距離，就有兩條半徑支撐在圓形的排煙側(cè)通道的內(nèi)壁上，另外一條半徑與圓形的排煙側(cè)通道的內(nèi)壁懸空設(shè)置，使得旋流裝置得到了最穩(wěn)定、最合理的兩點(diǎn)支撐，相對(duì)于其他支撐方式，這種靠自重，靠自身幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定支撐，不需要額外的焊接或機(jī)械連接就能實(shí)現(xiàn)旋流裝置2的安放，使得安裝簡(jiǎn)單，而且也有利于旋流裝置自身扭曲的制造，所以，旋流裝置2能夠在U型輻射管的排煙側(cè)通道中得到最穩(wěn)定的支撐。

由三個(gè)螺旋片形成的立體三維的螺旋結(jié)構(gòu)比單片式螺旋的紊流效果明顯增加，而且這種由三個(gè)所述螺旋片形成的立體三維的螺旋結(jié)構(gòu)，可以形成三條導(dǎo)流通道，而且在U型輻射管的排煙側(cè)通道的軸截面上，形成三角形的結(jié)構(gòu)，能夠在U型輻射管的排煙側(cè)通道中得到最穩(wěn)定的支撐，因而，使得U型輻射管的換熱性能穩(wěn)定，減少了旋流裝置與U型輻射管的排煙側(cè)通道之間的磨損，輻射管也得以壽命提高。

進(jìn)一步地，所述旋流裝置采用非金屬陶瓷材料，以耐高溫。進(jìn)一步地，所述旋流裝置采用碳化硅扭曲而成，每片所述螺旋片的厚度為12-15mm，碳化硅耐高溫，而且采用碳化硅能夠得到較薄的厚度，便于扭曲制作。

進(jìn)一步地，圖3示出了本發(fā)明的換熱器空氣通道的四個(gè)行程通道的結(jié)構(gòu)。其中，所述管體12中設(shè)有由四個(gè)行程通道組成換熱器空氣通道，四個(gè)行程通道之間由耐熱金屬管焊接而成。換熱器空氣通道由法蘭、管道與燒嘴噴口側(cè)連通。

所述四個(gè)行程通道分別為：串聯(lián)連接的第一進(jìn)入通道61、第一流出通道62、第二進(jìn)入通道63和第二流出通道64，并且所述四個(gè)行程通道形成兩排兩列的矩陣式結(jié)構(gòu)，兩個(gè)進(jìn)入通道和兩個(gè)流出通道分布位于對(duì)角線上。由于在同一空間尺寸內(nèi)空氣的換熱面積是常規(guī)2行程的換熱器換熱面積的1.8倍，助燃空氣預(yù)熱溫度得以提高。此外，四個(gè)行程通道解決了小空間通道的焊接安裝問題。換熱器可以獲得最高的換熱效率及較低的阻力。

進(jìn)一步地，所述第一進(jìn)入通道與所述第一流出通道之間形成180度折返，所述第一流出通道與所述第二進(jìn)入通道之間形成180度折返，所述第二進(jìn)入通道和所述第二流出通道之間形成180度折返。這樣，形成了3個(gè)折返，比現(xiàn)有的常規(guī)2行程的換熱器折返多了兩個(gè)折返，增加了換熱的行程，具有較大的換熱面積，助燃空氣預(yù)熱溫度得以提高。相對(duì)于同等換熱長(zhǎng)度的現(xiàn)有的常規(guī)2行程的換熱器，本發(fā)明的換熱器整體長(zhǎng)度能夠縮短，使得換熱器外部安裝長(zhǎng)度與燒嘴噴口側(cè)外安裝長(zhǎng)度一致。

進(jìn)一步地，所述金屬翅片13設(shè)置在四個(gè)行程通道中的每個(gè)行程通道中。為了更好的加強(qiáng)換熱效果，在空氣通道內(nèi)設(shè)置插入件(金屬翅片13)，將管內(nèi)的層流附壁層由層流變?yōu)槲闪?，管壁面交換效率進(jìn)一步提升。在管外壁焊接翅片以增強(qiáng)與煙氣的熱交換效率提高，通?？諝忸A(yù)熱溫度可提高20％，排煙溫度降低15％。

本發(fā)明的換熱器1即燒嘴換熱器，位于U型輻射管燒嘴排煙側(cè)，旋流裝置位于輻射管體管內(nèi)，安裝在U型輻射管煙氣回流側(cè)，熱空氣43進(jìn)入燒嘴噴口3，經(jīng)過燃燒和換熱后，煙氣44從換熱器1離開U型輻射管。本發(fā)明中換熱器的換熱面積大，帶金屬翅片，換熱效率高，空氣預(yù)熱溫度高，熱回收量大。旋流裝置提高了輻射管排煙側(cè)的換熱系數(shù)，原因是旋流裝置能使煙氣沖破輻射管內(nèi)壁的附面層，使輻射管內(nèi)煙氣能以更快速率向爐內(nèi)傳遞熱流。旋流裝置具有安裝容易、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，使用該技術(shù)后，系統(tǒng)綜合熱效率由原來的65％提高到80％，輻射管也得以壽命提高。

本發(fā)明中的燒嘴換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，新型的多行程金屬翅片式換熱器具有換熱效率高、安裝簡(jiǎn)易、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明中的輻射管旋流裝置增強(qiáng)了輻射管內(nèi)的換熱狀況，提高管壁前后的溫度均勻，提高了輻射管的輻射效率及使用壽命。本發(fā)明能夠有效的降低生產(chǎn)能耗，也能夠有效的提高輻射管能力，特別適用于降低能耗或有提升輻射管供熱能力需求的改造。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。為本發(fā)明的各組成部分在不沖突的條件下可以相互組合，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。