用于非自身預熱燃氣燒嘴式輻射管的高效換熱器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及燃氣輻射管加熱技術領域，具體地指一種用于非自身預熱燃氣燒嘴式輻射管的高效換熱器。
【背景技術】
[0002]輻射管間接加熱隔離了爐內加熱工件與燃燒氣體接觸，避免了燃燒氣體對加熱工件的高溫腐蝕，因而在需氣氛保護條件下加熱的工業爐上得到廣泛應用，如帶鋼連續熱處理爐。
[0003]最早的輻射管爐是德國在20世紀30年代發明并使用，其結構為單層直管式，水平或垂直穿過爐膛布置，直到50年代初U型輻射管才問世，并在此基礎上發展了 W型以及排氣再循環的P型和O型。由于U型和W型輻射管有效加熱面積大、燃料利用率高、控制和操作相對較為容易等優點，因此在大型的帶鋼連續熱處理爐上應用最多。
[0004]輻射管加熱器的工作原理是利用輻射管燒嘴產生的高溫煙氣將輻射管加熱，再利用輻射管將熱量傳遞給工件，實現對工件的間接加熱。輻射管換熱器是輻射管的重要部件之一，其作用是回收煙氣余熱預熱助燃空氣，提高輻射管燒嘴助燃空氣物理熱，改善燃氣燃燒狀態，因而，換熱器工作性能的優劣直接影響著輻射管的熱效率和壁面溫度均勻性以及節能效果、工件加熱質量等。
[0005]然而，目前燃氣輻射管普遍存在排煙溫度高的問題，造成了相當的能源浪費，如何在有限的布置空間內提高換熱器熱效率是廣大科研學者關注的重要課題。
[0006]為此，為提高輻射管換熱器的效率，國內外采用了多種形式來改進換熱器的結構，特別是在換熱器的外管上的翅片強化傳熱改進較多，通過換熱器表面換熱系數的提高，達到降低排煙口煙氣溫度、提高煙氣余熱回收率與節能的目的。如:申請號為96218797.6的中國實用新型專利公開了一種噴流換熱U型煤氣輻射管，該輻射管是由排煙管、噴流管和換熱管等組成的換熱器，噴流管前部插入換熱管內，后部插入排煙管內；空氣首先通過管路進入到U型輻射管末端，通過噴流管壁上的小孔垂直噴向溫度較高的換熱管內壁，換熱管外壁上焊接有肋片強化換熱，此后，助燃空氣流經排煙管內的換熱管，繼續同煙氣進行二次順流換熱，進一步提高助燃空氣的預熱效果。該技術通過噴流換熱和排煙管內的二次換熱，有效地提高了助燃空氣預熱的換熱效率，但助燃空氣流動阻力大、換熱器體積龐大，給現場安裝與生產運行帶來一定困難，目前在實際生產中未見應用報道。
[0007]文獻“吳輔民，退火爐輻射管熱交換器缺陷對熱鍍鋅生產的影響及缺陷判斷方法，四川冶金，2008年，No5”介紹了攀鋼現有三條全輻射管立式退火爐生產線換熱器的典型缺陷類型及其判斷方法，闡述了輻射管換熱器的安裝布置形式、工作原理與節能降耗的重要意義，輻射管熱交換器安裝于輻射管加熱段W型輻射管頂部煙氣出口直管段末端，高溫煙氣由輻射管末端入口進入換熱器，流經外套管與輻射管間通道，從煙氣出口排出，通過外套管上外魚翅狀棘片外表面的換熱將熱量傳遞給外套管壁，常溫助燃空氣通過冷風入口，從內套管送達換熱器端部，再流經內、外套管間的通道到達熱風出口，通過外套管上魚翅狀內棘片內表面換熱實現對助燃空氣的預熱，最高可預熱到450°C左右。申請號為201220281653.8的中國實用新型專利公開了一種空氣旋流噴射輻射管換熱器，它包括外管、內管、四通和輻射管，其特征是外管的內、外壁上均設有旋流翹片，外管位于內管和輻射管之間；助燃空氣通過內管送達外管的頂部，再經過外管與內管之間的間隙折回流動，煙氣通過外管與輻射管之間的間隙流向排煙口，實現助燃空氣與煙氣的順流換熱，并通過外管旋流翹片與旋流帽的換熱強化，提高助燃空氣預熱效果。通過與現有技術對比，該專利技術未能增大換熱器的換熱壁面積，僅是通過部件結構的改進提高換熱系數，因而換熱效率改善有限，同時加工制造難度與制造成本較高，目前未見實際生產使用的報道。
[0008]法孚斯坦因公司通過PCT途徑(PCT/IB2009/053860)在中國提交申請號200980135228.9的發明一種用于輻射管式燃燒器的熱量回收器，它是由出離段和返回段組成的輻射管換熱器，其中，熱交換器的出離段包括多根熱交換器管，熱交換器管平行于連接導道的軸線，用于助燃空氣的通過，煙氣通過熱交換器管與套管之間的通道流動，實現與燃燒空氣的逆流換熱；此后，空氣通過套接管轉向引入回返段，并通過對煙氣的卷吸混合以及回返段煙氣間接換熱，繼續進行加熱，實現助燃空氣的高效預熱。不難看出該專利技術增大了換熱器的換熱壁面積，同時還充分利用了煙氣卷吸混合加熱技術，但結構復雜，制備技術難度大，返回段體積小、換熱壁面積增加幅度有限，同時，因結構復雜，輻射管排煙段有限空間未能得到充分利用，目前還未見到實際生產應用的報道。
[0009]綜合上述可見，目前國內外就輻射管換熱器的高效化開展了大量的研究，形成了各具特色的專利技術，但大部分專利技術主要是原技術基礎上進行的改進，主要是空氣與煙氣換熱壁面的翅片擴展、折流板延長煙氣行程與換熱時間、煙氣卷吸混合等，在換熱壁面積增大方面未有本質性的提高，實際生產中普遍存在的排煙溫度高、換熱效率低、換熱器高溫腐蝕等的不足；雖然法孚斯坦因公司公開的專利能夠增大換熱壁面積，但結構復雜、輻射管內有限空間利用率低、換熱器換熱壁面積增加幅度有限，也未見實際生產應用。根據文獻“馮俊小、王宏宇、吳啟明、向順華，燃氣輻射管換熱器的結構優化與數值模擬，北京科技大學學報，2003年，No7”報道，增大換熱器換熱比面積、延長換熱行程、消除換熱器內流動死區能夠提高換熱效率。
[0010]由此可見，如何在布置空間有限的條件下大幅度提高換熱器換熱壁面積，同時延長換熱行程、簡化換熱器結構與安裝維護，仍需開展進一步的研究。

【發明內容】

[0011]本發明所要解決的技術問題就是提供一種用于非自身預熱燃氣燒嘴式輻射管的高效換熱器，該換熱器可以大幅度提高換熱器有效換熱比表面積，其具有結構簡單、換熱壁面積大、制作方便、換熱效率高、使用壽命長等優點。
[0012]為實現上述目的，本發明提供了一種用于非自身預熱燃氣燒嘴式輻射管的高效換熱器，它位于輻射管排煙段，所述換熱器包括殼體，所述殼體包括依次連通的連接法蘭、排氣管和輻射管；所述輻射管另一端開設有煙氣進氣口 ；所述排氣管的側壁上分別安裝有排煙管和助燃空氣出口管，所述殼體內的設置有換熱內管，所述換熱內管的中心線與殼體的中心線重合，且換熱內管的一端的助燃空氣入口穿過連接法蘭伸出殼體外，所述換熱內管的另一端端口設置有封堵球冠，所述封堵球冠的外壁上周向均勻開設有2?4個通孔；所述換熱內管四周均勻安裝有多個與換熱內管平行的換熱夾套，其中一個換熱夾套的側壁上開設有與助燃空氣出口管相互連通的助燃空氣通孔，所述換熱夾套兩端分別安裝有換熱夾套帽，所述換熱夾套一端的換熱夾套帽上開設有與通孔對應的通氣孔，所述通氣孔與通孔之間通過連通管連接。其中，換熱內管、連通管、換熱夾套、助燃空氣通孔和助燃空氣出口管連通形成助燃空氣流動通道；換熱內管與換熱夾套之間的間隙以及輻射管與換熱夾套之間的間隙構成兩道并行的煙氣通道。
[0013]進一步地，所述換熱內管外壁上均勻設置有外螺旋翅片，所述換熱內管內設置有呈螺旋形的內插擾流件。
[0014]再進一步地，所述換熱夾套包括靠近換熱內管的內套和靠近殼體的外套，所述內套的內外表面和外套的內表面上均勻設置有棘翅片，所述外套外表面均勻設置有螺旋翅片，所述排煙管和助燃空氣出口管對應的換熱夾套外壁上平行對稱設置有第一內隔板和第