CN101984290A

CN101984290A - 直接交换式换热器

Info

Publication number: CN101984290A
Application number: CN2010105630447A
Authority: CN
Inventors: 潘小龙
Original assignee: YUEYANG YUANDA HEAT ENERGY EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: YUEYANG YUANDA HEAT ENERGY EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2011-03-09

Abstract

本发明涉及一种直接交换式换热器,包括高温换向阀、低温换向阀、换热体及各连接管道，其中：高温换向阀设有加热炉接口、燃烧器接口、高温换向阀换热体一接口和高温换向阀换热体二接口，低温换向阀设有鼓风机接口、引风机接口、低温换向阀换热体一接口和低温换向阀换热体二接口；所述的高温换向阀和低温换向阀均设有0度和90度两个换向位置，其中高温换向阀的0度换向位置与低温换向阀的90度换向位置形成一组烟气流向通道和助燃空气流向通道，高温换向阀的90度换向位置与低温换向阀的0度换向位置形成另一组烟气流向通道和助燃空气流向通道。本发明换热面积大，换热效率高，成本较低，而且大大改善炉窑的热负荷分布，达到最佳加热传热的目的。

Description

直接交换式换热器

技术领域

本发明涉及热工燃烧设备上的换热器，特别指一种直接交换式换热器。

背景技术

节能减排是当今世界发展的重要课题，对人类的生存和社会发展具有及其重要的意义。世界各国都在为节能减排进行卓有成效的工作，并且在不断进行体制和技术的探索和实践。节能减排技术创新和产业发展，符合国家的产业发展政策，是国家鼓励的，具有较好的发展前景。

工业炉窑是热能消耗设备，是社会能源消耗最大的领域。工业炉窑对热能利用效率的高低将直接决定节能减排的成效。根据热源的不同，工业炉窑又可分为燃料炉和电炉。电炉直接使用电力能源，一般负荷较小，通常使用在环境和控制要求较高的场合，其能源利用率相对较高，但电炉的热能总负荷在工业炉窑中占比较小，也就是说，工业炉窑的热源仍然是以燃料（包括气体、液体和固体燃料）为主的，占社会能源消耗的极大部分，是节能减排主要战场，也是节能降耗潜力最大的领域。

燃料炉就是利用燃料燃烧作热源的炉窑，燃料在燃料炉内燃烧过程中产生大量的热能，其中一部分热能被炉窑和炉窑中物料所吸收（有效部分，一般低于燃料燃烧产生热能的三分之一），另一部分则是通过燃料燃烧过程中产生的烟气排出炉外（无效部分，占燃料燃烧产生热能的大部分）。就燃料炉来说，烟气余热利用效率的高低将决定燃料炉热效率的高低，也就是说，燃料炉的热效率关键看余热（实际为高温烟气）利用效率的高低，余热利用效率高，燃料炉热效率就高，反之余热利用效率则低。。

为了有效地利用烟气余热，目前使用最广泛和最有效的技术手段之一就是采用空气预热器来预热助燃空气，通过预热助燃空气来提高燃料燃烧火焰的温度，从而降低能耗，提高燃料炉的热效率。目前，市场上使用最为广泛的空气预热器为：管式换热器。市场上管式换热器存在下列不足：①空气预热器换热面积较小，换热效率不高；②在处理大流量高温烟气（1000℃以上）时使用温度和使用寿命受到限制；③预热器占有过多现场空间。

另一种有效利用烟气余热的方式就是蓄热式燃烧器。蓄热式燃烧器具有很多突出优点，如换热面积大、换热效率高，并且对高温烟气温度几无限制。虽然蓄热式燃烧器具有很多突出优点，但也有明显的弱的，那就是：蓄热式燃烧器的排烟和助燃空气进入为同一通道，而且要求燃烧器成对出现，工作时两个燃烧器交替进行燃烧和排烟，因此，蓄热式燃烧器的安装位置就受到了极大的限制，不利于炉窑的结构设计和热负荷的均匀分布。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种相对于蓄热式燃烧器和空气预热器具有明显的优势的直接交换式换热器。

本发明构造一种设置在加热炉的排烟通道上的换热器，包括高温换向阀、低温换向阀、换热体及各连接管道，其中：

高温换向阀设有加热炉接口、燃烧器接口、高温换向阀换热体一接口和高温换向阀换热体二接口，低温换向阀设有鼓风机接口、引风机接口、低温换向阀换热体一接口和低温换向阀换热体二接口；

所述的加热炉接口连接加热炉的排烟口，燃烧器接口连接加热炉的燃烧器，鼓风机接口连接鼓风机，引风机接口连接引风机，高温换向阀换热体一接口与低温换向阀换热体一接口连通且两者之间设有换热体一，高温换向阀换热体二接口与低温换向阀换热体二接口连通且两者之间设有换热体二；

所述的高温换向阀和低温换向阀均设有0度和90度两个换向位置，其中高温换向阀的0度换向位置与低温换向阀的90度换向位置形成一组烟气流向通道和助燃空气流向通道，高温换向阀的90度换向位置与低温换向阀的0度换向位置形成另一组烟气流向通道和助燃空气流向通道。

本发明的优点及有益效果：

1、本发明换热面积大，换热效率高：直接交换式换热器采用蓄热体（蜂窝体或蓄热球）作为换交热介质，换热面积大（蜂窝体比表面积可达1400m²/m³），换热效率高，能够将排烟温度降低到150℃以下。

2、本发明能够处理温度高流量大的烟气：直接交换式换热器对烟气的温度（最高烟气温度可达1650℃）和烟气流量没有限制；

3、本发明使用成本较低：直接交换式换热器使用到规定年限后只需更换蓄热体即可继续使用，该点相对管式换热器优势明显；

4、本发明的烟气入口（对加热炉而言就是加热炉的排烟口）和已预热的助燃空气的出口（对加热炉而言就是燃烧器的助燃开启入口）可以根据炉窑的结构进行合理选择，避免了蓄热式燃烧器吸排烟口位置必须相对固定的弊端，非常有利于炉窑的结构设计，可大大改善炉窑的热负荷分布，达到最佳加热传热的目的。

附图说明

图1是本发明高温换向阀0度与低温换向阀90度结构示意图。

图2是本发明高温换向阀90度与低温换向阀0度结构示意图。

图3是本发明与加热炉工作状态示意图之一。

图4是本发明与加热炉工作状态示意图之二。

具体实施方式

由附图1至4可知，本发明设置在加热炉21的排烟通道上，包括高温换向阀1、低温换向阀8、换热体及各连接管道，其中：

高温换向阀1设有加热炉接口A、燃烧器接口B、高温换向阀换热体一接口C和高温换向阀换热体二接口D，低温换向阀8设有鼓风机接口A1、引风机接口B1、低温换向阀换热体一接口C1和低温换向阀换热体二接口D1；

所述的加热炉接口A连接加热炉21的排烟口9，燃烧器接口B连接加热炉21的燃烧器20，鼓风机接口A1连接鼓风机16，引风机接口B1连接引风机15，高温换向阀换热体一接口C与低温换向阀换热体一接口C1连通且两者之间设有换热体一4，高温换向阀换热体二接口D与低温换向阀换热体二接口D1连通且两者之间设有换热体二5；

所述的高温换向阀1和低温换向阀8均设有0度和90度两个换向位置，其中高温换向阀1的0度换向位置与低温换向阀8的90度换向位置形成一组烟气流向通道和助燃空气流向通道，高温换向阀1的90度换向位置与低温换向阀8的0度换向位置形成另一组烟气流向通道和助燃空气流向通道。

本发明所述的换热体一4和换热体二5采用蓄热体，或者蓄热球，或者蜂窝体为换热介质。所述各部分之间可设置过渡段，或者连接管来连接。

本发明的结构原理：

本发明是由主要功能部套和次要功能部套组成。主要功能部套是指：换热器上必不可少的起作关键作用的部套，缺少这些部套，换热器将无法实现正常换热功能。次要功能部套是指：换热器上并非必不可少的部套，例如，将换向阀或换热体的结构进行改变，那么换热体与低温换向阀之间的连接管将变得可有可无。下面具体列出直接交换式换热器各部套的归属。

直接交换式换热器由主要功能部套：高温换向阀1，它的四个接口分别为：加热炉接口A、燃烧器接口B、高温换向阀换热体一接口C和高温换向阀换热体二接口D。低温换向阀8，它的四个接口分别为：鼓风机接口A1、引风机接口B1、低温换向阀换热体一接口C1和低温换向阀换热体二接口D1。换热体一4、换热体二5。

直接交换式换热器次要功能部套：高温换向阀换热体一接口C与换热体一4连接过渡段2；高温换向阀换热体二接口D与换热体二5连接过渡段3；换热体一4与低温换向阀8连接管6，换热体二5与低温换向阀8连接管7。

本发明的工作原理：一是对燃烧前助燃空气进行加热，提高助燃空气的燃烧温度；二是对燃烧前燃气进行加热，提高燃气的燃烧温度。具体如下：

每台直接交换式换热器有两套换向阀，分别为高温换向阀1和低温换向阀8，每套换向阀又有两个工位状态，分别为：0°换向位置和90°换向位置。直接交换式换热器的蓄热和放热就是通过高温换向阀和低温换向阀同时同速和同频率周而复始切换来实现的。直接交换式换热器内的流体也分两部分，一部分为烟气流体，另一部分为助燃空气流体，这两种流体通过两套换向阀以一定且相同的频率不断切换来实现两种流体在直接交换式换热器内的交替流动，从而实现高温烟气的放热和低温助燃空气的吸热，并可确保高温烟气入口和助燃空气出口在直接交换式换热器的高温换向阀上处在固定位置。直接交换式换热器换热过程就是两套换向阀的换向阀工位不断转换的过程，具体过程和流体流向如下：

1、当高温换向阀1为0度与低温换向阀8为90度换向位置时：

当高温换向阀1处于0°换向位置时，见图1，换热体的热工状态是：换热体一4蓄热，换热体二5放热。其烟气和助燃空气流向情况如下：

烟气流向：从加热炉21排烟口9引吸高温烟气→高温换向阀与加热炉之间连接管10→高温换向阀1→过渡段2→换热体一4→连接管6→低温换向阀8→引风机与低温换向阀连接管12→引风机调节阀门13→引风机15→排烟管17排向指定位置。在烟气流经过程中，高温烟气流经换热体一4时，高温烟气与低温换热体之间进行了大量的热能传递和热能交换，这个传递和交换的结果是，高温烟气的绝大部分热能都传递给了换热体一，换热体一的温度逐步升高到了很高的温度，而高温烟气在经过换热体一后降低到了很低的温度。

与此同时，另一路流体，助燃空气在换热器内的另一路通道内流动，其流向为：鼓风机16产生的带压的助燃空气→助燃空气调节阀14→鼓风机与低温换向阀连接管11→低温换向阀8→换热体二5与低温换向阀连接管7→换热体二5→过渡段3→高温换向阀1→高温换向阀与燃烧器连接管18→燃烧器调节阀19→进入燃烧器20燃烧。在助燃空气流经过程中，低温助燃空气流经换热体二5时，低温助燃空气与高温的换热体二5之间进行了大量的热能传递和热能交换，这个传递和交换的结果是，高温的换热体二蓄热体绝大部分热能都传递给了低温助燃空气，换热体二的温度逐步降低到了很低的温度，而低温助燃空气则被换热体二加热到了很高的温度。这一路换热的过程实际上就是换热体将其积蓄的热能传递给助燃空气的过程。被低温助燃空气降低到很低温度的换热体进入下一个过程后，换热体二将由放热变成蓄热。

2、当高温换向阀1为90度与低温换向阀8为0度换向位置时：

高温换向阀1在0°换向位置工作半个周期后，换热体一4已充分吸收了高温烟气的余热而将自己加热到较高温度，同时，换热体二5在低温助燃空气的作用下进行了充分的放热而降低到了很低的温度，之后，高温换向阀和低温换向阀同时同速和同频率在换向机构的驱动下进行换向，换向完成后，换向阀的工位状态由0°换向位置变成了90°换向位置。换向阀换位到90°换向位置后，换热器内烟气和助燃空气的流向发生改变，这样，直接交换式换热器的换热状态也就发生改变，也即：换热体一4由蓄热变成放热，换热体二5由放热变成蓄热。直接交换式换热器换向阀处在90°换向位置时，见图2，其烟气和助燃空气流向情况如下：

烟气流向：从加热炉排烟口9引吸高温烟气→高温换向阀与加热炉连接管10→高温换向阀1→过渡段3→换热体二5→换热体二与低温换向阀连接管7→低温换向阀8→引风机与低温换向阀连接烟管12→引风机调节阀门13→引风机15→排烟管17排向指定位置。在烟气流经过程中，高温烟气流经换热体二5时，高温烟气与低温换热体之间进行了大量的热能传递和热能交换，这个传递和交换的结果是，高温烟气的绝大部分热能都传递给了换热体二，换热体二的温度逐步升高到了很高的温度，而高温烟气则降低到了很低的温度。

与此同时，另一路流体，助燃空气在换热器内的另一路通道内流动，助燃空气流向为：鼓风机16产生的带压的助燃空气→助燃空气调节阀14→鼓风机与低温换向阀连接管11→低温换向阀8→换热体一与低温换向阀连接管6→换热体一4→过渡段2→高温换向阀1→高温换向阀与燃烧器连接管18→燃烧器调节阀19→进入燃烧器20燃烧。在助燃空气流经过程中，低温助燃空气流经换热体一4时，低温助燃空气与换热体一4之间进行了大量的热能传递和热能交换，这个传递和交换的结果是，换热体一4的绝大部分热能都传递给了低温助燃空气，换热体一4降低到了很低的温度，而低温助燃空气则升高到了很高的温度。

3、换向阀在90°换向位置工作半个周期后，高温换向阀和低温换向阀在同时同速同频率换向机构的驱动下又将换热器的阀位转换到0°换向位置，到此时，换热器即完成了一个换热周期。直接交换式换热器就是这样周而复始工作的。

在本发明基础上实际应用时的补充实施例：

实际应用中改变本发明主要功能部套，如高温换向阀1、低温换向阀8、换热体一4、换热体二5，和次要功能部套：过渡段2、3、连接管6、7之一或数个或全部的外形和结构，但实质的功能并未改变，仍属于本发明保护的范围。本发明主要功能部套不变，增加如本专利换热体与高温换向阀之间增加连接管等，或减少通过改变换热体的结构而取消换热体与低温换向阀间连接管等非主要功能部套，但换热器的实质功能并未改变，仍属于本发明保护范围。改变换向阀的接口方位如高温换向阀A和B接口互换等，但换热器的实质功能并未发生改变，亦属于本发明保护范围。

本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims

1.一种直接交换式换热器，设置在加热炉（21）的排烟通道上，其特征在于包括高温换向阀（1）、低温换向阀（8）、换热体及各连接管道，其中：

高温换向阀（1）设有加热炉接口（A）、燃烧器接口（B）、高温换向阀换热体一接口（C）和高温换向阀换热体二接口（D），低温换向阀（8）设有鼓风机接口（A1）、引风机接口（B1）、低温换向阀换热体一接口（C1）和低温换向阀换热体二接口（D1）；

所述的加热炉接口（A）连接加热炉（21）的排烟口（9），燃烧器接口（B）连接加热炉（21）的燃烧器（20），鼓风机接口（A1）连接鼓风机（16），引风机接口（B1）连接引风机（15），高温换向阀换热体一接口（C）与低温换向阀换热体一接口（C1）连通且两者之间设有换热体一（4），高温换向阀换热体二接口（D）与低温换向阀换热体二接口（D1）连通且两者之间设有换热体二（5）；

所述的高温换向阀（1）和低温换向阀（8）均设有0度和90度两个换向位置，其中高温换向阀（1）的0度换向位置与低温换向阀（8）的90度换向位置形成一组烟气流向通道和助燃空气流向通道，高温换向阀（1）的90度换向位置与低温换向阀（8）的0度换向位置形成另一组烟气流向通道和助燃空气流向通道。

2.根据权利要求1所述的直接交换式换热器，其特征在于所述各部分之间可设置过渡段，或者连接管来连接。