[发明专利]节能加热炉

说明书

技术领域

本发明涉及工业窑炉和工业锅炉，特别是冶金、机械、建材、石油、电子、半导体、电力和化工等行业使用的各种高温窑炉、加热炉和热处理退火炉及锅炉等。

背景技术

我国工业窑炉及工业锅炉是能源消耗的主体，而工业窑炉及工业锅炉普遍存在热效率低，能源浪费比较大的现象。针对工业窑炉及工业锅炉普遍存在的能源有效利用率低，能源浪费比较大的问题，国内外普遍所采取的主要节能措施为：(1) 尽可能采用保温效果好的轻质型保温材料；(2) 采用红外线节能涂料喷涂技术；(3) 烟气余热回收利用；(4) 黑体辐射元件节能技术。

传统方式是采用热容较小的轻质材料和保温材料筑炉，以减少蓄热和散热损失。这种节能方法，只是将热量“堵”在了炉膛里，并没有加热工件的有效热吸收，没有改变热射线的“漫反射”状态，没有解决热射线是否到位的问题，所以加热工件的有效热仍然很低。人们通过热平衡计算或测试，发现电阻炉炉体蓄热和散热损失高达60%～70%，而加热工件的有效热仅25%～30%。

蓄热式加热炉是利用烟气余热回收的典型技术，热效率得到较大幅度的提高；随后红外辐射涂料的应用，在高热效的基础上解决了加热工件的有效热吸收问题，进一步提高了热效率。

工业窑炉炉膛内传热有:火焰辐射、燃烧的产物辐射、炉墙固体表面辐射和炉内气体辐射和炉内气体的对流传热。简单来说，参与炉内热交换过程的有3种基本物体：炉气、炉壁、加热煅烧物。在800℃以下是炉气与被加热物之间的传热主要依靠对流传热；在800℃～1000℃之间是则同时依靠对流和辐射，当温度高于1000℃时炉气与被加热物之间的热传导主要依靠红外辐射换热，被加热物所吸收的热90%通过辐射换热来实现的。大部分工业窑炉炉膛内由耐火砖，耐火浇注料，耐火轻质保温砖或陶瓷纤维砌筑的。这些耐火材料具有耐火性，高温下强度高，稳定性高等特性可以满足窑炉需要，但这些耐火材料的红外发射率一般在0.35左右（如在1100℃下：耐火粘土砖：0.35～0.65，莫来石0.4，氧化铝0.18～0.52，耐火纤维0.35），而红外辐射涂料的发射率在0.85～0.95。红外辐射传热就是利用红外线独特的辐射能力加热物体，使物体受热，在一定的温度下，加热物体辐射出具有一定穿透能力的红外波，使被加热物体发生分子振荡，产生能级跃迁，辐射一定波段的红外线，从而产生热量。其特点一是吸热物体均匀受热，二是由内向外加热，从而减少了加热时间，提高能源利用率。

红外涂层技术的根本弱点是涂层易老化，在实际使用过程中不断粉化掉落或被气流冲蚀，热红外发射率逐步衰减，失去红外辐射功能，热效随时间推移下降。

此外，还有以突起物来增加炉膛面积；为进一步提高热效率，有人提出黑体强化辐射传热节能，开发了相应的黑体辐射元件，其间隔分布在窑炉内壁。如专利“一种黑体材料及由黑体材料制成的节能辐射杯（专利号：CN 103288464 A）”明确指出所用由下述重量百分比的物质组成：碳化硅95％，三氧化二铁0.5％、二氧化锰0.5％和三氧化二铝4％，具有自身黑度系数高，导热性好，并在炉内温度900℃以上的条件下发射红外线电磁波，在使用中不会对环境产生污染，环保、节能，炉膛升温速度快，并且价格低廉。同时指出：当前在黑体辐射元件节能技术中黑体辐射元件的制做材料选用的是刚玉-莫来石，在1000℃条件下导热系数2.6W/m.K，其黑度是通过表面喷涂红外线涂料来保证。在实际应用过程中，在黑体所在的位置之外，还是采用喷涂红外涂料来提高热效，同样存在初期热效高，使用过程中随着红外涂层脱落存在热效衰减，该技术也没有充分解决能量吸收和红外辐射涂料老化等问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种能源利用率高、使用寿命长的节能加热炉。

本发明的节能加热炉包括炉体，关键在于所述炉体的炉膛内壁可拆卸地安装有若干块耐高温红外辐射板，所述耐高温红外辐射板朝向炉膛内部的一面设有红外辐射层，耐高温红外辐射板朝向炉膛壁的一面设有隔热层。