專利名稱：用于氣體燃燒器以及組合氣體燃燒器和冷卻器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了有關(guān)燃燒器和燃燒器/冷卻器組合的一個(gè)方法。
更具體說(shuō)，本發(fā)明涉及了在加熱爐子的燃燒器操作中減少材料損耗的.一個(gè)方法，相關(guān)的燃燒器可以是一個(gè)氣體燃燒器、一個(gè)油燃燒器或一個(gè)固體燃料燃燒器。
以下參照一個(gè)組合的氣體燃燒器和冷卻器來(lái)舉例說(shuō)明本發(fā)明。
往往利用一個(gè)氣體燃燒器來(lái)加熱爐子。這個(gè)燃燒器通常具有一個(gè)氣源，從氣源引導(dǎo)氣體通過(guò)一個(gè)噴管，然后點(diǎn)火來(lái)提供火焰。非常熱的燃燒氣體被引導(dǎo)通過(guò)一個(gè)底部敞開(kāi)的內(nèi)管。內(nèi)管被一個(gè)底部封閉的外管包圍，從而形成一個(gè)封閉的管系統(tǒng)。廢氣被引導(dǎo)通過(guò)外管的上部排出。管系統(tǒng)位于爐子被加熱容積中，由于把燃燒產(chǎn)生的熱傳到爐子的被加熱容積，主要依靠熱輻射，提供了加熱過(guò)程。
因?yàn)楣芟到y(tǒng)的內(nèi)部容積不與被加熱爐子容積接觸，燃燒氣體或其燃燒產(chǎn)物決不會(huì)與爐子中被加熱的產(chǎn)品接觸。
500-1100℃的溫度是這種爐子的通常工作溫度。
當(dāng)在爐子中加熱的產(chǎn)品準(zhǔn)備從爐子取出時(shí)，當(dāng)然要花較長(zhǎng)的時(shí)間，用于使?fàn)t子、其被加熱容積和被加熱產(chǎn)品冷卻到一個(gè)溫度，可以在這個(gè)溫度上處理它們而不需要采用專門(mén)的工具。為了加快爐子的冷卻過(guò)程，往往把冷卻空氣泵壓到內(nèi)管中，從而主動(dòng)冷卻被加熱的爐子容積，通過(guò)外管把被加熱爐子容積中貯存的熱傳到冷卻空氣。
在這種操作類型中，氣體燃燒器的外管稱為“冷卻指”。因此引導(dǎo)冷卻空氣通過(guò)同一的管系統(tǒng)，其中包括了氣體燃燒器，而在此過(guò)程中斷開(kāi)氣體和燃料源，相反打開(kāi)冷卻空氣源，冷卻空氣從空氣源流經(jīng)管系統(tǒng)。冷卻空氣流往往具有很大的容積。例如，當(dāng)冷卻爐子時(shí)，所采用的冷卻空氣容積通常為100m3/h。
有時(shí)，單獨(dú)采用一個(gè)裝置作為冷卻指。
當(dāng)然，由于冷卻空氣的溫度比被加熱爐子容積中氣氛的溫度低得多，以及由于冷卻空氣不直接與上述氣氛連通，構(gòu)成冷卻空氣和被加熱爐子容積之間壁壘的這部分管系統(tǒng)將承受很強(qiáng)的材料應(yīng)力。在構(gòu)成上述壁壘的管系統(tǒng)不同部分之間的連接處，這些應(yīng)力強(qiáng)有力地造成了顯著的機(jī)械應(yīng)力。
在已知技術(shù)中，冷卻空氣被引導(dǎo)通過(guò)與外管連通的內(nèi)管，外管直接與封閉的爐子容積接觸，冷卻空氣進(jìn)一步通過(guò)外管并且從管系統(tǒng)排出。冷卻空氣從內(nèi)管流出，通過(guò)與內(nèi)管容積不相適應(yīng)的外管容積部分轉(zhuǎn)彎和向后流動(dòng)，在這個(gè)區(qū)域，冷卻效應(yīng)比較強(qiáng)烈。因此，在外管材料中發(fā)生的很大溫度梯度造成了材料中的應(yīng)力，應(yīng)力在這個(gè)區(qū)域很顯著，特別是外管的底部結(jié)構(gòu)受到這種應(yīng)力。底部結(jié)構(gòu)往往由一個(gè)底板組成，它牢固地機(jī)械固定在外管中。不管底板如何固定，如焊接、螺接等，在上述底板和外管圓筒面之間的連接處，材料損耗很顯著，這種損耗也可以由周期性變化的載荷引起，它將導(dǎo)致熱疲勞。
對(duì)這些問(wèn)題已經(jīng)建議了其他各種辦法。例如，一個(gè)辦法是使外管底板做成彎曲形狀，從而更有效地承受在冷卻指操作中溫度梯度造成的作用在結(jié)構(gòu)上的這些材料應(yīng)力。
然而，所提出的建議沒(méi)有一個(gè)可以有效地解決問(wèn)題。外管和/或底板仍必須比較經(jīng)常地更換，造成了不必要的高額維護(hù)成本。
因此，希望找到一種外管底部結(jié)構(gòu)，盡量減少在該結(jié)構(gòu)中發(fā)生的溫度梯度造成的材料損耗，由此降低對(duì)氣體燃燒器的維護(hù)要求和增加其壽命期。
本發(fā)明對(duì)這種氣體燃燒器的外管提供了一種改進(jìn)的底部結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)內(nèi)部底面，它與外管表面隔開(kāi)，貫穿流動(dòng)的冷卻空氣對(duì)著它被迫向后轉(zhuǎn)彎，并且通過(guò)外管流出，由此冷卻空氣流永遠(yuǎn)不直接接觸外管底板面和圓筒面之間的連接處。
除了增加氣體燃燒器的使用壽命，本發(fā)明還解決了氣體燃燒器管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)際材料選擇問(wèn)題。在許多應(yīng)用中希望采用如FeCrAl的鐵素體材料，以替代如NiCr的奧氏體材料。從防氧化和防腐蝕觀點(diǎn)看，F(xiàn)eCrAl是更好的材料。
例如，這是因?yàn)镕eCrAl能夠更好地對(duì)付材料的脫碳現(xiàn)象，脫碳現(xiàn)象是由于材料和封閉爐子容積之間碳勢(shì)差別而發(fā)生。例如，當(dāng)操作稱為SER類型的燃燒器時(shí)，就是這種情形。另一方面，按照目前的技術(shù)不可能用鐵素體材料來(lái)制造氣體燃燒器，因?yàn)樯鲜鰷囟忍荻鹊拇嬖谠斐闪瞬牧蠎?yīng)力。由于本發(fā)明有效地降低了由溫度梯度引起的材料應(yīng)力，現(xiàn)在有可能采用鐵素體材料替代奧氏體材料來(lái)制造氣體燃燒器。
因此，本發(fā)明涉及了燃燒器和/或冷卻器操作中的一個(gè)方法，使氣體流經(jīng)內(nèi)管，從環(huán)繞內(nèi)管的外管流出，并且通過(guò)與內(nèi)管容積不相適應(yīng)的外管容積部分向后流動(dòng)，其中方法的特征在于在外管中放置一個(gè)內(nèi)底板，它與外管的封閉底板隔開(kāi)，迫使流經(jīng)內(nèi)管和流出進(jìn)入外管的氣體轉(zhuǎn)彎和向后流動(dòng)，在外管和內(nèi)管之間流出，由此在氣體和外管底板之間建立了一個(gè)隔熱的氣體腔。
本發(fā)明也涉及了在權(quán)利要求8中規(guī)定的氣體燃燒器/冷卻器組合類型，并且具有在該權(quán)利要求中提出的特性。
現(xiàn)在部分地參照附圖中所示的本發(fā)明實(shí)施例，更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中

圖1是一個(gè)包括一個(gè)氣體燃燒器的爐子的總視圖；圖2是上述燃燒器的燃燒器管/冷卻指的側(cè)視圖；圖3是氣體燃燒器下部的側(cè)視圖，以及從上述燃燒器下側(cè)投影的視圖；以及圖4是另一個(gè)氣體燃燒器下部的側(cè)視圖，以及從上述燃燒器下側(cè)投影的視圖。
圖1是一個(gè)爐子1的總視圖，它由按照本發(fā)明構(gòu)造的組合氣體燃燒器和冷卻器3加熱。圖2是上述組合氣體燃燒器/冷卻器的側(cè)視圖。從氣體燃燒器3提供的熱能加熱封閉的爐子容積2，主要依靠輻射把從氣體燃燒器3得到的熱能傳到封閉的爐子容積，雖然對(duì)流和傳導(dǎo)也對(duì)爐子容積的加熱有貢獻(xiàn)。
在一個(gè)燃燒器頭部4中點(diǎn)火來(lái)自外氣源的氣體，燃燒過(guò)程產(chǎn)生的熱的剩余氣態(tài)產(chǎn)物流入燃燒器的內(nèi)管7，并且通過(guò)由燃燒器內(nèi)管7的外表面和外管5的內(nèi)表面之間形成的容積6向后排出。
因此氣體燃燒產(chǎn)物永遠(yuǎn)不會(huì)與封閉的爐子容積2接觸。
如上所述，通常也可以在同一管系統(tǒng)中采用冷卻空氣用于冷卻目的。此時(shí)，氣體燃燒器3代之以稱為冷卻指。因此，當(dāng)燃燒器3用作冷卻指時(shí)流經(jīng)結(jié)構(gòu)的冷空氣將也不與爐子的封閉容積2接觸。
圖3說(shuō)明了氣體燃燒器3的下部。從圖可以看到，一個(gè)圓形內(nèi)底面8放置在高于外管5底板9以上一定距離。一個(gè)插入件10確定了內(nèi)底面8和外管5底板9之間的距離。插入件10可以是管狀，或者任何其他適當(dāng)?shù)膸缀涡螤?。插入件最好是具有低的熱傳?dǎo)率和盡可能小的截面積。
內(nèi)底板8的直徑不完全相應(yīng)于外管5的內(nèi)徑，在內(nèi)底面8和外管5內(nèi)表面之間形成一個(gè)空開(kāi)的間隙11。這個(gè)間隙保證在操作時(shí)溫度梯度引起的材料運(yùn)動(dòng)對(duì)于材料，特別是對(duì)于把底板9固定到管系統(tǒng)上的裝置，不會(huì)造成機(jī)械損傷。
在內(nèi)底板8和外管5底板9之間的間隔建立了一個(gè)隔熱的空氣間隙12。從內(nèi)管7流出并且向后流入內(nèi)管7和外管5之間容積的氣體被底板8的上表面阻擋，由此顯著降低了在封閉爐子容積2和氣體之間的溫差效應(yīng)，該氣體在緊靠?jī)?nèi)底板8之下的容積中流經(jīng)燃燒器3。這造成了顯著降低外管5底部結(jié)構(gòu)9被加熱和冷卻的程度。從而降低了由于溫度梯度引起的材料應(yīng)力造成的材料損耗，也顯著增加了外管5底部結(jié)構(gòu)9的使用壽命期。
位于內(nèi)底板8頂上是一個(gè)十字形隔離件13，它一方面起到確定內(nèi)底板8和內(nèi)管7底邊之間距離的作用，另一方面起到均勻分布從內(nèi)管7流出氣體的作用。內(nèi)管7?？吭诟綦x件13上。需要指出，這種結(jié)構(gòu)可以是任何結(jié)構(gòu)，只要至少達(dá)到這兩個(gè)目的之一。
或者是，可以取消隔離件13，由此將不能達(dá)到上述兩個(gè)目的。
還可以理解到，與燃燒器其余部分的構(gòu)造有關(guān)，如果內(nèi)底板8和圓形插入件10，或者圓形插入件10和外管5底部結(jié)構(gòu)9，或者這兩者的組合，松散地停靠在相互的頂上，則可以用機(jī)械方式，例如用焊接、夾緊、螺接或其他適當(dāng)?shù)姆绞桨巡迦爰?0、內(nèi)底板8、隔離件13(如果有的話)和內(nèi)管7連接在一起?；蛘呤?，各個(gè)構(gòu)件松散地相互?？?。
圖4是相似于圖3的視圖，但說(shuō)明了本發(fā)明的另一個(gè)可能的實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，采用降低對(duì)流和輻射的隔熱材料14來(lái)替代圓形插入件10。隔熱材料仍提供了對(duì)外管5底部結(jié)構(gòu)9的較好隔熱，仍造成較長(zhǎng)的使用壽命。另外，隔熱材料14確定了外管5底部結(jié)構(gòu)9上表面和內(nèi)底板8下表面之間的距離，并且還支持了內(nèi)底板8的重量。
可以理解到，隔熱材料14也可以與插入件10結(jié)合使用，從而增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的支承能力。
硅酸鋁纖維是本用途方面的一種適當(dāng)隔熱材料之例。
插入件可以是金屬或陶瓷，或者可以包括某些其他適當(dāng)?shù)牟牧稀?br> 顯然，本發(fā)明解決了在引言中提出的問(wèn)題。
雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的一些實(shí)施例描述了本發(fā)明；但顯然可以改變結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)。
因此不應(yīng)該認(rèn)為本發(fā)明受到以上描述的實(shí)施例的限制，因?yàn)樵谒綑?quán)利要求的范圍內(nèi)，可以作出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種有關(guān)燃燒器和/或冷卻器(3)操作的方法，其中使氣體流經(jīng)內(nèi)管(7)，從環(huán)繞內(nèi)管(7)的外管(5)流出，并且通過(guò)與內(nèi)管(7)容積不相適應(yīng)的外管(5)的部分容積向后流動(dòng)，特征在于在外管(5)中放置一個(gè)內(nèi)底板(8)，它與外管(5)的封閉底板(9)隔開(kāi)，由此使流經(jīng)內(nèi)管(7)和流出進(jìn)入外管(5)的氣體轉(zhuǎn)彎向后，并且在外管(5)和內(nèi)管(7)之間流出，由此在上述外管底板(9)和底板(8)之間建立了一個(gè)氣體腔(12)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，特征在于使得貫穿通過(guò)的氣體或者是由燃燒氣體產(chǎn)生的熱燃燒產(chǎn)物，或者是冷空氣。
3.按照權(quán)利要求2的方法，特征在于使得隔熱材料(14)占有在內(nèi)底板(8)和外管(5)底板(9)之間的容積。
4.按照權(quán)利要求2或權(quán)利要求3的方法，特征在于在外管(5)底板(9)和內(nèi)底板(8)之間放置一個(gè)插入件(10)，從而在不采用隔熱材料時(shí)，或者在所采用隔熱材料(14)對(duì)內(nèi)底板(8)不足以提供足夠高的支承能力時(shí)，改進(jìn)內(nèi)底板(8)的支承能力。
5.按照權(quán)利要求4的方法，特征在于機(jī)械地把插入件(10)緊固到外管(5)的底板(9)上。
6.按照權(quán)利要求4的方法，特征在于機(jī)械地把內(nèi)底板(8)緊固到插入件(10)上。
7.按照權(quán)利要求1到6中任一條的方法，特征在于由FeCrAl構(gòu)成管系統(tǒng)。
8.一種燃燒器和/或冷卻器(3)，它包括一個(gè)內(nèi)管(7)，以及一個(gè)環(huán)繞內(nèi)管(7)和具有封閉底板的外管(5)，其中氣體要流經(jīng)內(nèi)管(7)并且通過(guò)與內(nèi)管(7)容積不相適應(yīng)的外管(5)部分容積向后流動(dòng)，特征在于一個(gè)內(nèi)底板(8)位于外管(5)中，它與外管(5)的封閉底板(9)隔開(kāi)，并且在外管封閉底板和內(nèi)管口之間。
9.按照權(quán)利要求8的燃燒器和/或冷卻器，特征在于該氣體燃燒器適于氣體貫穿通過(guò)，該氣體或者是由燃燒氣體產(chǎn)生的熱燃燒產(chǎn)物，或者是冷空氣。
10.按照權(quán)利要求9的燃燒器和/或冷卻器，特征在于一種隔熱材料(14)占有在內(nèi)底板(8)和外管(5)底板(9)之間的容積。
11.按照權(quán)利要求9或權(quán)利要求10的燃燒器和/或冷卻器，在不采用隔熱材料時(shí)，或者在所采用隔熱材料(14)對(duì)內(nèi)底板(8)不足以提供足夠高的支承能力時(shí)，特征在于在外管(5)底板(9)和內(nèi)底板(8)之間放置一個(gè)插入件(10)，從而提高內(nèi)底板(8)的支承能力。
12.按照權(quán)利要求11的燃燒器和/或冷卻器，特征在于機(jī)械地把插入件(10)緊固到外管(5)的底板(9)上。
13.按照權(quán)利要求11的燃燒器和/或冷卻器，特征在于機(jī)械地把內(nèi)底板(8)緊固到插入件(10)上。
14.按照權(quán)利要求8到13中任一項(xiàng)的一個(gè)燃燒器和/或冷卻器，特征在于管系統(tǒng)由FeCrAl構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及了有關(guān)燃燒器和/或冷卻器(3)操作的方法，其中使氣體流經(jīng)內(nèi)管(7)，從環(huán)繞內(nèi)管(7)的外管(5)流出，并且通過(guò)與內(nèi)管(7)容積不相適應(yīng)的外管(5)部分容積向后流動(dòng)。本發(fā)明的特征在于在外管(5)中放置一個(gè)內(nèi)底板(8)，它與上述外管(5)的封閉底板(9)隔開(kāi)，由此使流經(jīng)內(nèi)管(7)和流出進(jìn)入外管(5)的氣體轉(zhuǎn)彎向后，并且在外管(5)和內(nèi)管(7)之間流出，由此在上述外管(5)底板(9)和底板(8)之間建立了一個(gè)氣體腔(12)。
文檔編號(hào)F23D14/76GK1751209SQ200380109118
公開(kāi)日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2003年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月23日
發(fā)明者托馬斯·萊溫 申請(qǐng)人:桑德維克知識(shí)產(chǎn)權(quán)貿(mào)易公司