蓄热式高速冲击传热工业炉的制作方法

本发明涉及工业炉，尤其是采用天然气、煤气或燃料油等作为燃料的蓄热式高速冲击传热工业炉。

背景技术：

采用天然气、煤气或燃料油作为燃料的工业炉，其工作原理是将待加热工件放置在工业工业炉的炉膛内，加热升温达到工艺要求的温度，保温或均温。在加热过程中，普遍认为传热有三种形式：辐射、对流和传导加热。

在加热之初的低温阶段，主要靠对流传热，基本没有辐射传热，或者辐射传热效果很差，此阶段放置在炉膛内待加热工件与炉气间的热交换能力比较差，导致加热效率很低，工件升温较慢。正是由于加热之初的对流传热能力很差，以锻造工业炉为例，其加热效率很低，通常在10%以内，某些甚至只有3—5%，能源浪费严重；采用蓄热式燃烧以后，热效率提高至30-50%左右，已经大幅提高了热效率，但基本上达到了现阶段蓄热式工业炉废热极限回收率，再提高加热效率很难了。

由于燃料燃烧时温度较高，空气预热情况下，天然气火焰达到2000℃以上，这样高温度的火焰如果直接喷到待加热工件上，是会烧坏工件的，工件软化或部分融化等，使工件内部结构产生不利的变化，影响性能甚至大幅度降低其相关性能指标，所以是必须避免火焰直接喷到待加热工件上的，因此现有的技术中提高对流传热的手段不多。这就是低温阶段对流传热加热效率很低的主要原因。

现在虽然可以采用高速燃烧器，但是高速燃烧器的火焰必须避免直接喷到待加热工件上，一般采用将待加热工件支架起来以远离火焰，避免火焰直接喷到待加热工件上。对于高温炉，通常采用平焰燃烧的方式，它们都直接或间接降低对流传热效果，对流传热系数仍然很低，导致加热时间较长，燃料消耗较多等。

如何在高温火焰不直接喷到待加热工件上的情况下，提高对流传热系数，大幅度提高工业炉的加热效率，以缩短加热时间、减少燃料消耗、提高炉膛内温度和气体的均匀度等，是本领域迫切想解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中工业炉在加热过程中，因对流传热系数低，导致加热效率较低、延长了加热时间、增大了燃料消耗等不足，提供一种大幅度提高传热系数的蓄热式高速冲击传热工业炉。

本发明的技术方案：蓄热式高速冲击传热工业炉，包括工业炉本体，工业炉本体中间的空腔形成炉膛，其特征在于：在炉膛上，至少设置一对炉膛第一开口和炉膛第二开口，炉膛第一开口和炉膛第二开口分别与炉膛连通；在工业炉本体上，设置高速冲击传热装置；

所述的高速冲击传热装置，包括对气体进行加压的气体处理装置，抽气管路和吹气管路分别设置在气体处理装置的抽气口和出气口；在抽气管路上，分别设置第一抽气支路和第二抽气支路，在吹气管路上，分别设置第一吹气支路和第二吹气支路；第一抽气支路和第一吹气支路分别在受控状态下都与第一蓄热体连通，第一蓄热体后面的管路上设置有第一开口，第一开口与炉膛第一开口配合设置；第二抽气支路和第二吹气支路分别在受控状态下都与第二蓄热体连通，第二蓄热体后面的管路上设置有第二开口，第二开口与炉膛第二开口配合设置；气体处理装置工作时，炉膛第一开口和炉膛第二开口，其中一个作为抽气的排出口，另外一个作为进气的吹入口，轮流将炉膛内气体抽出或向炉膛内吹入气体，形成气体循环通道。

进一步的特征是：在第一开口和第二开口上设置喷嘴，喷嘴的横截面逐渐缩小。

所述的受控状态，是在第一抽气支路、第二抽气支路和第一吹气支路、第二吹气支路上分别设置控制阀，用以通断每条支路，形成一路向炉膛内吹入气体、另一路将炉膛内气体抽出的循环管道。

在每条分支管路上，分别设置自动换向阀和/或手动控制阀。

两条或四条支路上的自动换向阀联动设置，同时产生动作，同时控制两条或四条支路的通断。

在第一开口与第一蓄热体之间的管路上，设置第一集气室，在第二开口和第二蓄热体之间的管路上，设置第二集气室。

在第一开口与第一蓄热体之间的管路上，或者第一集气室上，设置补充燃气通道；在第二开口与第二蓄热体之间的管路上，或者第二集气室上，设置补充燃气通道。

在进抽气管路上设置辅助进气管道。

还设置了补热烧嘴，补热烧嘴与第一开口或第二开口分别连通，补热烧嘴上设置了燃料进料管和助燃气体进入管，在受控状态下将需要的燃料、助燃气体分别从燃料进料管和助燃气体进入管通入补热烧嘴内。

所述气体处理装置是两台，第一台气体处理装置与第二台气体处理装置是串联，抽气管路连接在第一台气体处理装置的进口处，第一台气体处理装置的出口的管路直接连接第二台气体处理装置的进口，第二台气体处理装置的出口连接吹气管路；或者第一台气体处理装置的出口先连接到气体存储腔体，第二台气体处理装置的进口连接气体存储腔体，第二台气体处理装置的出口连接吹气管路。

本发明蓄热式高速冲击传热工业炉，相对于现有技术，具有如下特征：

1、烟气经过蓄热体的热交换，充分利用热能，同时被蓄热体加热的烟气的温度仍然适合直接喷在待加热工件上，直接加热工件，利用高速气流打破工件表面气体吸附层，显著提高了传热系数，同时，因为是用烟气进行蓄热-放热，热烟气温度对工件没有损害。

2、被风机强制加速的烟气，从进气喷口高速吹入炉膛，强制对流，在直接喷在待加热工件上加热工件的同时，并产生强制搅动作用，显著提高整个炉膛的对流传热效率。

3、从进气喷口高速吹向炉膛，产生强制搅动作用，提高炉膛内温度和气体的均匀度，对工件的加热更均匀。

4、本发明充分利用蓄热体作为热交换媒介，成对的蓄热体轮流吸、放热，其中一个吸收从炉膛内排出的高温烟气的热量，另一个加热待进入炉膛的烟气，最大限度利用了燃烧产生的热量，热量损失很少，显著提高了加热效率；同时，强制对流并将高温烟气直接喷在待加热工件上，显著提高对流传热系数；经试验验证，本发明的加热效率，在原来的蓄热燃烧基础上再增加20%甚至更高,不夸张地说，是一个重大突破。

5、更有意义的是冲击传热打破被加热件的表面气体吸附层，炉气与工件的传热系数提高几倍甚至十几倍，工件吸热效率的提高可以缩短炉体长度，节约建造成本。

6、通过对热烟气进行补热，即在热烟气中加入少量的热量，少量热量可以由燃料燃烧或电加热提供，其目的是提高经蓄热体后热烟气的温度并与炉膛温度适应，在提高对流能力的同时提高均匀度。

附图说明

图1是本发明蓄热式高速冲击传热工业炉结构示意图；

图2是本发明蓄热式高速冲击传热工业炉第二实施例结构；

图3是本发明高速冲击传热蓄热式连续工业炉实施例结构示意图；

图4是本发明蓄热式高速冲击传热工业炉第三实施例结构示意图；

图5是本发明台车工业炉实施例结构示意图；

图6是图4沿c—c向剖视图；

图7是本发明非蓄热式烧嘴工业炉实施例结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明蓄热式高速冲击传热工业炉，包括工业炉本体30，工业炉本体30中间的空腔形成炉膛31，待加热工件放置在炉膛31内被加热升温。在炉膛31上，至少设置一对炉膛第一开口32和炉膛第二开口33，即炉膛第一开口32和炉膛第二开口33成对设置，炉膛第一开口32和炉膛第二开口33分别与炉膛31连通，其中一个作为进气的吹气口时，另一个则作为排气的抽气口，轮流进、排气，形成炉膛31内烟气的进排气循环通道。工业炉本体30及其配套的燃烧装置等，采用现有技术在此不做进一步说明。

本发明的改进，是在工业炉本体30上，设置一套高速冲击传热装置，与炉膛31配合安装，形成蓄热式高速冲击传热工业炉。本发明所述的高速冲击传热装置，包括对气体进行加压以提高流速的气体处理装置1以及气体进入气体处理装置1的抽气管路2和气体排出气体处理装置1的吹气管路3，抽气管路2和吹气管路3分别设置在气体处理装置1的进气口和排气口，气体处理装置1就是风机（鼓风机）等，对气体进行加压处理，以提高吹气管路3中气体的流速。

在抽气管路2上，分别设置两条抽气支路，即第一抽气支路4和第二抽气支路5，在吹气管路3上，分别设置两条吹气支路，即第一吹气支路6和第二吹气支路7；第一抽气支路4和第一吹气支路6上分别设置有控制阀，在受控状态下都与第一蓄热体8连通，第一蓄热体8后面的管路上设置有第一开口9，第一开口9与炉膛第一开口32配合设置,作为抽气的排出口或进气的吹入口；第二抽气支路5和第二吹气支路7上分别设置有控制阀，在受控状态下都与第二蓄热体10连通，第二蓄热体10后面的管路上设置有第二开口11，第二开口11与炉膛第二开口33配合设置,作为抽气的排出口或进气的吹入口。工作时，在控制阀作用下，第一开口9、第二开口11，轮流作为抽气的排出口或进气的吹入口，分别通过炉膛第一开口32、炉膛第二开口33向炉膛31内排出气体或吹入气体。

为了提高气体喷射速度，在第一开口9和第二开口11上设置喷嘴12，喷嘴12的横截面积逐渐缩小，形成缩口效应以提高流速，形成高速喷口，从喷嘴12内喷出的气体速度更高，直接喷射到待加热工件上。喷嘴12的优选结构是圆形，横截面逐渐缩小的圆锥状。从喷嘴12喷射的气体，通常要达到80米/秒以上，速度低的效果不佳，速度太高噪音太大，优选的方案为150米/秒—200米/秒，形成高速流动的气流，。

在第一开口9与第一蓄热体8之间的管路上，设置第一集气室13，在第二开口11和第二蓄热体10之间的管路上，设置第二集气室14，第一集气室13与第二集气室14的结构可以相同，主要作用是增大管路在第一开口9和第二开口11前的横截面积，或者喷嘴12前的横截面积，形成静压，利于形成高速喷射。

本发明的受控状态，是在第一抽气支路4和第二抽气支路5、第一吹气支路6和第二吹气支路7上分别设置控制阀，用以控制第一抽气支路4和第二抽气支路5、第一吹气支路6和第二吹气支路7的管路通断，形成一路进气、另一路排气的循环管道；图中所示，在第一抽气支路4和第二抽气支路5、第一吹气支路6和第二吹气支路7上，分别设置自动换向阀17和/或手动控制阀16，同时设置的手动控制阀16和自动换向阀17串联结构，手动控制阀16用于在需要时的人工手动操作控制；两条或四条分支管路上的自动换向阀17可以联动设置，如采用电磁阀或液压阀等，同时产生动作，同时通断，以使换向准确无误，保证形成烟气流动的循环通道即可。

在第一开口9与第一蓄热体8之间的管路上，或者第一集气室13上，设置补充燃气通道18，在需要时打开补充燃气通道18，向该管路中补充少量燃料，在热烟气中加入少量的燃料，提高热烟气的温度与炉膛温度适应，可以提高中温和高温段的对流能力，提高均匀度。在第二开口11与第二蓄热体10之间的管路上，或者第二集气室14上，设置补充燃气通道18，在需要时打开补充燃气通道18，向该管路中补充少量燃料。

另外，在较长的加热时间后，或者炉膛温度较高后，蓄热体自身的温度较高，导致从抽气管路2进入气体处理装置1的气体温度较高，可能影响气体处理装置1的正常使用，本发明在抽气管路2上设置辅助进气管道20，在需要时打开辅助进气管道20，向抽气管路2内补充冷空气，以降低抽气管路2内气体的温度，以保护气体处理装置1。当然，在气体处理装置1上还需要设置安全排气管路，在需要时打开，将气体处理装置1或吹气管路3内的气体向外排出，起到泄压的作用。

本发明的工业炉用蓄热式冲击传热装置，在工业炉本体30的燃烧装置燃烧、工业炉膛31以及炉膛31内的待加热工件时，开启气体处理装置1，并调整管路上的控制阀，将炉膛31内的较高温度的烟气从第二开口11排出，通过第二蓄热体10，进入气体处理装置1的抽气管路2，经气体处理装置1加压处理后，从吹气管路3排出的高速气体在吹气管路3内，经第一蓄热体8从第一开口9高速进入炉膛31，形成高速冲击式对流传热，高速气流直接喷到炉膛31内的待加热工件上，提高对流传热效率；调整管路上的控制阀，气体相应反向流动，炉膛31内的较高温度的烟气从第一开口9、第一蓄热体8排出，进入气体处理装置1的抽气管路2，经气体处理装置1加压处理后，从吹气管路3排出的高速气体在吹气管路3内，经第二蓄热体10从第二开口11高速进入炉膛31，形成高速冲击式对流传热，高速气流直接喷到炉膛31内的待加热工件上，提高对流传热效率。在工业炉本体1燃烧加热过程中，第一蓄热体8和第二蓄热体10所在的管路，分别轮流作为吹气、抽气管路，第一开口9和第二开口11分别作为炉膛31的烟气进气、排气出口，高温烟气通过该管路上的蓄热体进行热交换，蓄热体温度身高而蓄热（同时降低了烟气的温度，烟气温度最低到100℃左右），其中另一个口将经气体处理装置1加压处理后的气体在通过该管路上的蓄热体后被加热，温度升高的烟气经该口高速进入炉膛31，形成高速冲击式对流传热；在控制阀的控制作用下，第一蓄热体8和第二蓄热体10所在的管路，分别轮流作为进气、排气（吹气、抽气）管路，轮流进气和排气，形成炉膛31内烟气流动的循环通道。

本发明，通过第一蓄热体8和第二蓄热体10所在的管路，第一蓄热体8和第二蓄热体10作为媒介，两个蓄热体轮流吸热和放热，一个吸收从炉膛31排出的高温烟气的热量储存在蓄热体上，使气体温度降低进入气体处理装置1中加压处理；从气体处理装置1加压处理后的烟气，流过第二个蓄热体时（此时该蓄热体处于高温状态），再加热烟气，形成高温、高流速（高压）的气体喷射到炉膛31内，直接作用在待加热工件上，显著提高对流传热系数；尤其在从低温升高到高温的过程中，形成蓄热式冲击传热，提高对流传热系数很多倍，显著提高加热效率；经实验验证，本发明的加热效率，在传统蓄热燃烧炉的基础上，至少能再将加热效率提高20%，甚至更高。

本发明的第一蓄热体8和第二蓄热体10，其内有供气体通过的通道和热交换介质，可以采用现有技术中蓄热燃烧炉的蓄热体，作为现有技术在此不做进一步说明。根据实际需要，如果工业炉是多个，或者同一台工业炉上要设置一个以上的抽气口和吹气口，则可以在抽气管路2和吹气管路3上设置多路第一抽气支路、第二抽气支路和第一吹气支路和第二吹气支路，用本装置同时向多个工业炉提供烟气，或者向同一台工业炉通过一个以上的抽气口和吹气口多路抽气和吹气，形成烟气的循环通路，各自循环使用。

图2所示的本发明的第二种实施例结构，与图1相同的部分不再介绍，其区别点如下：设置了补热烧嘴21，补热烧嘴21与第一开口9或第二开口11分别连通，补热烧嘴21上设置了燃料进料管22和助燃气体进入管23，在受控状态下将需要的燃料、助燃气体分别从燃料进料管22和助燃气体进入管23通入补热烧嘴21内，再分别从第一开口9或第二开口11流入炉膛31。

图3所示的本发明的实施例结构，是现有的连续工业炉采用本发明高速冲击传热装置，形成的高速冲击传热连续工业炉，用于工件加热、保温等热处理中；现有的连续工业炉，包括推钢炉，步进，步进梁，辊道炉等，一般为三段式工业炉，由预热段、加热段和均热段组成。预热段通过烟气温度对放置在炉膛的待加热件进行预热，因为烟气流速一般比较低，对流传热能力较差，热效率很低；本发明，在连续工业炉的工业炉本体30上，尤其在预热段上，设置高速冲击传热装置。

在工业炉本体30上，尤其在连续工业炉的预热段上，在炉膛31上，设置两个开口，炉膛第一开口32和炉膛第二开口33，炉膛第一开口32和炉膛第二开口33分别与炉膛31连通。高速冲击传热装置的第一开口9和第二开口11分别设置在炉膛第一开口32和第二开口33上，密封后其中一个作为进气口时，另一个则作为排气口，分别轮流进排气，分别与气体处理装置1的抽气管路2和吹气管路3连接，形成循环回路，形成炉膛31内烟气的进排气循环通道。图中的高速冲击传热装置没有全部示出，高速冲击传热装置的结构与图1是相同的。根据连续工业炉的体积，在炉膛31上可以布置多个炉膛第一开口32和炉膛第二开口33，对应每个开口设置高速冲击传热装置的第一开口9和第二开口11，形成多路吹气和抽气结构；而且，需要考虑炉膛31炉气的流动方向，炉膛第一开口32和炉膛第二开口33可以倾斜设置。

如图4所示，与图1相同的部分不再介绍，其区别点如下：气体处理装置1是两台，或两台以上，图中是串联结构，第一台气体处理装置101与第二台气体处理装置102是串联，抽气管路2连接在第一台气体处理装置101的进口处，第一台气体处理装置101的出口的管路直接连接第二台气体处理装置102的进口，第二台气体处理装置102的出口连接吹气管路3；或者第一台气体处理装置101的出口先连接到气体存储腔体103，将气体通入气体存储腔体103内缓存；第二台气体处理装置102的进口连接气体存储腔体103，第二台气体处理装置102的出口连接吹气管路3；还有不同点是补充燃气通道18还可以直接通入炉膛31内，直接向炉膛31内按照需要补充一定量的燃气。为了控制炉压，可以在管道上设置排空控制阀，或者在工业炉本体30上上设置排烟口34，排空控制阀或者排烟口34在需要时手动或者自动打开向外排出烟气，保证工业炉本体30的安全；还有，在吹气管路3上，或者气体存储腔体103上，设置排空控制阀，在需要时手动或者自动打开向外排出烟气。

如图5、6所示，现有的台车加热式工业炉，采用本发明高速冲击传热装置，形成的高速冲击传热连续工业炉，用于工件加热、保温等热处理中；在工业炉本体30的炉膛31上，设置两个或以上的开口，炉膛第一开口32和炉膛第二开口33成对设置，炉膛第一开口32和炉膛第二开口33分别与炉膛31连通。高速冲击传热装置的第一开口9和第二开口11分别设置在炉膛第一开口32和第二开口33上，密封后其中一个作为进气口时，另一个则作为排气口，分别轮流进排气，分别与气体处理装置1的抽气管路2和吹气管路3连接，形成循环回路，形成炉膛31内烟气的进排气循环通道。图中的高速冲击传热装置没有全部示出，高速冲击传热装置的结构与图1是相同的。

如图7所示，现有的非蓄热式烧嘴工业炉，采用本发明高速冲击传热装置，形成的高速冲击非蓄热式烧嘴工业炉，用于工件加热、保温等热处理中；在工业炉本体30的炉膛31上，设置两个或以上的开口，炉膛第一开口32和炉膛第二开口33成对设置，炉膛第一开口32和炉膛第二开口33分别与炉膛31连通。高速冲击传热装置的第一开口9和第二开口11分别设置在炉膛第一开口32和第二开口33上，密封后其中一个作为进气口时，另一个则作为排气口，分别轮流进排气，分别与气体处理装置1的抽气管路2和吹气管路3连接，形成循环回路，形成炉膛31内烟气的进排气循环通道。图中的高速冲击传热装置没有全部示出，高速冲击传热装置的结构与图1是相同的。需要考虑炉膛31炉气的流动方向，炉膛第一开口32和炉膛第二开口33可以倾斜设置。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。