烧嘴热管式冷却系统论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种烧嘴热管式冷却系统，属于炉窑烧嘴冷却技术领域。本实用新型包括烧嘴，该烧嘴的外部套有热管蒸发段，热管蒸发段通过换热工质管道与热管冷凝段连通，热管蒸发段和所述热管冷凝段组成一热管；热管蒸发段为圆筒状，烧嘴被套在热管蒸发段中部的通孔中；热管蒸发段的内侧面上设有螺纹，烧嘴的外侧面上设有螺纹，烧嘴的外侧面螺纹连接于热管蒸发段内侧面上。本实用新型的目的在于克服现有烧嘴长期在高温条件下工作容易损坏的不足，提供了一种安装在锅炉工艺烧嘴或燃烧器烧嘴上的热管式冷却装置，其具有优良换热效果，冷却后的烧嘴可延长使用期限，避免多次更换烧嘴所带来的麻烦，实现连续化生产，也节约生产成本。

主设计要求

1.烧嘴热管式冷却系统，其特征在于包括烧嘴(1)，该烧嘴(1)的外部套有热管蒸发段(2)，所述热管蒸发段(2)通过换热工质管道(5)与热管冷凝段(7)连通，所述热管蒸发段(2)和所述热管冷凝段(7)组成一热管。

设计方案

2.根据权利要求1所述的烧嘴热管式冷却系统，其特征在于还包括预混箱(3)，所述预混箱(3)上分别设有燃料进口(4)和氧化剂进口，所述氧化剂进口通过氧化剂管道(6)与氧化剂供应模块(8)连通；所述烧嘴(1)与预混箱(3)的出口相连通。

3.根据权利要求2所述的烧嘴热管式冷却系统，其特征在于，所述氧化剂管道(6)穿过热管冷凝段(7)。

4.根据权利要求3所述的烧嘴热管式冷却系统，其特征在于，所述氧化剂管道(6)穿过热管冷凝段(7)的部分为螺旋管。

5.根据权利要求1所述的烧嘴热管式冷却系统，其特征在于，所述热管蒸发段(2)为圆筒状，所述烧嘴(1)被套在热管蒸发段(2)中部的通孔中；所述热管蒸发段(2)的外侧面和内侧面之间设有容纳换热工质的环形空腔。

6.根据权利要求5所述的烧嘴热管式冷却系统，其特征在于，所述热管蒸发段(2)的内侧面上设有螺纹，所述烧嘴(1)的外侧面上设有螺纹，所述烧嘴(1)的外侧面螺纹连接于热管蒸发段(2)内侧面上。

7.根据权利要求2或3或4所述的烧嘴热管式冷却系统，其特征在于，所述氧化剂管道(6)上设有控制阀(9)。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种安装在锅炉工艺烧嘴或燃烧器烧嘴上的热管式冷却装置，属于炉窑烧嘴冷却技术领域。

背景技术

烧嘴是锅炉的关键部件之一，它直接决定了某种工艺技术的效能和系统的稳定性。烧嘴是工业燃料炉上用的燃烧装置，传统烧嘴或燃烧器烧嘴的材料均为耐热铸铁或者不锈钢，该种烧嘴长期工作在高温环境下，故极易变形、损坏，导致其使用寿命一般在1-3个月。长期以来，烧嘴的使用寿命较短一直是困扰工业生产的问题所在，烧嘴损坏后需要停产更换，极大的影响了工作的连续性，也对生产经济效益带来直接影响；且烧嘴的价格昂贵，增加了生产成本，同时给工作带来许多麻烦。

为了增加烧嘴的运行周期，避免烧嘴在应力下产生裂纹，人们做了大量的研发工作。现有技术中关于烧嘴的冷却装置已有相关专利公开，例如专利公开号：CN201081235Y，公开日：2008年7月2日，发明创造名称为：水冷式烧嘴，该申请案是通过水冷方式实现烧嘴降温，其水冷式烧嘴包括进气管、出气管、封闭腔、进水管和出水管，出气管后端封闭，前端开口，后端侧面和进气管相连通，出气管前端有一圈封闭腔，封闭腔上有进水管和出水管，冷却水从进水管流进封闭腔，携带热量后从出水管流出。但是，该申请案的不足之处在于：需在锅炉长期运行过程中不断供应冷却水，但水冷的方式冷却效果不佳，且对于水资源造成大量浪费，不符合绿色、循环、可持续发展理念。

综上所述，如何克服现有烧嘴长期在高温条件下工作容易损坏的不足，是现有技术中亟待解决的技术问题。

实用新型内容

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于克服现有烧嘴长期在高温条件下工作容易损坏的不足，提供了一种安装在锅炉工艺烧嘴或燃烧器烧嘴上的热管式冷却装置，其具有优良换热效果，冷却后的烧嘴可延长使用期限，避免多次更换烧嘴所带来的麻烦，实现连续化生产，也节约生产成本。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的烧嘴热管式冷却系统，包括烧嘴，该烧嘴的外部套有热管蒸发段，所述热管蒸发段通过换热工质管道与热管冷凝段连通，所述热管蒸发段和所述热管冷凝段组成一热管。

作为本实用新型更进一步的改进，还包括预混箱，所述预混箱上分别设有燃料进口和氧化剂进口，所述氧化剂进口通过氧化剂管道与氧化剂供应模块连通；所述烧嘴与预混箱的出口相连通。

作为本实用新型更进一步的改进，所述氧化剂管道穿过热管冷凝段。

作为本实用新型更进一步的改进，所述氧化剂管道穿过热管冷凝段的部分为螺旋管。

作为本实用新型更进一步的改进，所述热管蒸发段为圆筒状，所述烧嘴被套在热管蒸发段中部的通孔中；所述热管蒸发段的外侧面和内侧面之间设有容纳换热工质的环形空腔。

作为本实用新型更进一步的改进，所述热管蒸发段的内侧面上设有螺纹，所述烧嘴的外侧面上设有螺纹，所述烧嘴的外侧面螺纹连接于热管蒸发段内侧面上。

作为本实用新型更进一步的改进，所述氧化剂管道上设有控制阀。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

本实用新型的安装在锅炉工艺烧嘴或燃烧器烧嘴上的烧嘴热管式冷却系统，采用分离式热管原理，包含热管蒸发段和热管冷凝段，热管蒸发段的上端与热管冷凝段的下端通过换热工质管道连通，热管冷凝段位于热管蒸发段的侧上方，其中热管蒸发段内呈真空状态并填充有一定量的换热工质，热管蒸发段、热管冷凝段以及两者之间的换热工质管道外壁面均涂有绝热层，以实现热管蒸发段更快达到启动温度，以及更多热量被氧化剂吸收利用的效果；热管蒸发段内液态换热工质吸收烧嘴壁传来的热量后开始蒸发，蒸发后的气态换热工质由于热管蒸发段内压力升高而经过换热工质管道进入热管冷凝段进行冷凝放热，冷凝为液态换热工质后依靠重力作用回流到热管蒸发段，实现换热工质循环散热，且热管换热属于相变换热，具有优良换热效果，冷却后的烧嘴可延长使用期限，避免多次更换烧嘴所带来的麻烦，实现连续化生产，也节约生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例的烧嘴热管式冷却系统的结构示意图；

图2为实施例中热管蒸发段的俯视结构示意图。

示意图中的标号说明：1、烧嘴；2、热管蒸发段；3、预混箱；4、燃料进口；5、换热工质管道；6、氧化剂管道；7、热管冷凝段；8、氧化剂供应模块；9、控制阀；10、燃烧孔。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例1

参考图1-2，本实施例的烧嘴热管式冷却系统，包括烧嘴1，该烧嘴1的外部套有热管蒸发段2，热管蒸发段2通过换热工质管道5与热管冷凝段7连通，热管蒸发段2和热管冷凝段7组成一热管。

本实施例中，热管蒸发段2和热管冷凝段7内均填充有换热工质，热管蒸发段2和热管冷凝段7组成一热管系统，由于烧嘴1的外部套有热管蒸发段2，热管蒸发段2内的液态换热工质会直接吸收烧嘴1上传来的热量并进行蒸发，蒸发后的气态换热工质顺着换热工质管道5进入热管冷凝段7并在热管冷凝段7内进行放热，然后冷凝为液态换热工质重新回流到热管蒸发段2内，以此往复，不断对烧嘴1进行冷却保护，从而显著提高了烧嘴1的使用寿命，且热管冷却的方式相比于水冷，一方面不需要大量冷却水供应，运行、维护成本低，另一方面热管换热的效率较高，冷却效果更好。

实施例2

本实施例的烧嘴热管式冷却系统，其结构与实施例1基本相同，更进一步的：还包括预混箱3，预混箱3上分别设有燃料进口4和氧化剂进口，氧化剂进口通过氧化剂管道6与氧化剂供应模块8连通；烧嘴1与预混箱3的出口相连通。

本实施例中，预混箱3上分别设有燃料进口4和氧化剂进口，氧化剂进口通过氧化剂管道6与氧化剂供应模块8连通，其中氧化剂供应模块8主要提供氧气或空气，以和燃料进口4通入的燃料气体在预混箱3内相混合，混合后的气体从预混箱3出口通入烧嘴1内进行燃烧。

实施例3

本实施例的烧嘴热管式冷却系统，其结构与实施例2基本相同，更进一步的：氧化剂管道6穿过热管冷凝段7，氧化剂管道6上设有控制阀9，可方便的控制氧化剂管道6内气流的流量。

本实施例中，氧化剂管道6穿过热管冷凝段7，热管冷凝段7内不断有气态换热工质进行冷凝放热，在热管冷凝段7内穿过的氧化剂管道6部分，充分与换热工质接触，实现热量传递，带走热管冷凝段7内气态换热工质一定量热量，不仅回收了热量，且实现了氧化剂预热效果，提高了气体燃烧的效率，符合了绿色节能理念。

实施例4

本实施例的烧嘴热管式冷却系统，其结构与实施例3基本相同，更进一步的：氧化剂管道6穿过热管冷凝段7的部分为螺旋管。

本实施例中，氧化剂管道6穿过热管冷凝段7的部分为螺旋管，使得氧化剂管道6与热管冷凝段7内换热工质之间的换热面积显著增加，从而有效提高了氧化剂管道6内氧气或空气的换热效果，提高了气体燃烧的效率。

实施例5

本实施例的烧嘴热管式冷却系统，其结构与实施例4基本相同，更进一步的：热管蒸发段2为圆筒状，烧嘴1被套在热管蒸发段2中部的通孔中；热管蒸发段2的外侧面和内侧面之间设有容纳换热工质的环形空腔；热管蒸发段2的内侧面上设有螺纹，烧嘴1的外侧面上设有螺纹，烧嘴1的外侧面螺纹连接于热管蒸发段2内侧面上。

本实施例中，热管蒸发段2为圆筒状，烧嘴1被套在热管蒸发段2中部的通孔中，热管冷凝段26外侧面和内侧面之间的环形空腔为工质流通通道，热管蒸发段2的内侧面上设有螺纹，烧嘴1的外侧面上设有螺纹，烧嘴1的外侧面螺纹连接于热管蒸发段2内侧面上，以上热管蒸发段2和烧嘴1的结构设计，一方面方便了热管蒸发段2在烧嘴1外侧的安装，另一方面扩大了热管蒸发段2与烧嘴1之间的热传导接触面积，有效扩大了热管蒸发段2与烧嘴1之间的传热效率；同时，参考图2，本实施例中，热管蒸发段2的边沿部分不超过烧嘴1的燃烧孔10处，以避免热管蒸发段2影响烧嘴1燃烧孔10处的火焰燃烧。

本实施例的安装在锅炉工艺烧嘴或燃烧器烧嘴上的烧嘴热管式冷却系统，采用分离式热管原理，包含热管蒸发段2和热管冷凝段7，热管蒸发段2的上端与热管冷凝段7的下端通过换热工质管道5连通，热管冷凝段7位于热管蒸发段2的侧上方，其中热管蒸发段2内呈真空状态并填充有一定量的换热工质(例如液态金属钠，液态金属钠的工作温度区间是870℃-1470℃，能够适应绝大部分烧嘴工作温度，且液态金属钠在高温下具有较好的稳定性，饱和蒸汽压低，汽化潜热高，导热性好，运行效率高等优点)，热管蒸发段2、热管冷凝段7以及两者之间的换热工质管道5外壁面均涂有绝热层，以实现热管蒸发段2更快达到启动温度，以及更多热量被氧化剂吸收利用的效果；热管蒸发段2内液态换热工质吸收烧嘴壁传来的热量后开始蒸发，蒸发后的气态换热工质由于热管蒸发段2内压力升高而经过换热工质管道5进入热管冷凝段7进行冷凝放热，冷凝为液态换热工质后依靠重力作用回流到热管蒸发段2，实现换热工质循环散热，且热管换热属于相变换热，具有优良换热效果，冷却后的烧嘴1可延长使用期限，避免多次更换烧嘴1所带来的麻烦，实现连续化生产，也节约生产成本。

本实施例提供了一种高效、低成本、环保、可增强连续化工业生产的烧嘴热管式冷却系统，其易于安装，通过相变换热冷却烧嘴1，换热强度大，降温效果快速，不需要外界提供能量，减少能耗，同时能够为氧化剂提供热量，实现预热氧化剂功能；本实施例的烧嘴热管式冷却系统可避免烧嘴1损坏，具有优良的工业性能，同时，相对于水冷式烧嘴冷却装置，可避免水资源大量浪费。

实施例6

本实施例的烧嘴热管式冷却系统，其结构与实施例5基本相同，更进一步的：热管蒸发段2通过管道与工质储存装置连通，该工质储存装置出口处设有电磁阀，当热管蒸发段2内液态换热工质的量无法达到降低烧嘴温度的预期效果时，可通过工质储存装置补充液态金属工质，以达到预期烧嘴冷却效果的目的。其中，可依据烧嘴工作温度，对应更换不同换热工质，如液态锂、钨、钼等，以达到目标冷却效果；同时，依据不同换热工质选用不同材质的热管壁。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

设计图

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主设计要求

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