CN104696983B - 自支撑宽间隙换热元件 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于空气冷媒预热领域，具体涉及一种自支撑宽间隙换热元件，包括层层叠加的若干板对，每个板对包括相向设置的上、下两张板片，板片的上表面沿同一轴线方向分布着若干排凸波纹、凹波纹，凸波纹、凹波纹分别是向上、向下对板片进行压型得到的，凸波纹、凹波纹间隔分布，板对中上板片的凹波纹、凸波纹分别与下板片的凸波纹、凹波纹位置相对应，板片的一组对边向上折边并过渡为平面，另外一组对边向下折边并过渡为平面，每个板对中两相邻折边焊接形成空气通道，相邻两板对上、下对称且二者之间的相邻折边焊接形成烟气通道。通过本发明既能组合成宽间隙通道、不易结垢积灰，又能减小阻力降、充分提高换热效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种自支撑宽间隙换热元件，适用于空气冷媒预热领域。
背景技术
空气冷媒预热装置是一种对转化炉、裂解炉、加热炉、钢铁工业的炼钢炉、废气催化焚烧炉、热风炉等产生的高温烟气与燃烧所用冷空气进行换热的设备，其作用是，使高温烟气冷却，减少有害气体排放，提高燃烧空气温度，降低能源消耗，是一种炼油、化工、钢铁、冶金、电力工业等行业经常使用的节能、环保设备。
为提高烟气与空气的流畅性，避免通道容易积灰、结垢腐蚀的问题，目前，现有空气冷媒预热装置元件通常采用宽间隙组合结构，例如中国专利CN201382436Y号《板式空气预热器》是在每张换热平板上焊接多个栅格，并通过一定的连接方式，而形成宽间隙通道。这种结构的换热元件在制作和使用中暴露出以下缺点：
1、因各平板上需点焊多个栅格，且栅格需要折弯，不但劳动强度很大，且定位精度也难以控制，必须通过专用工装才能确保精度，设备投资较大。
2、因板片上形成的焊缝较多，焊接变形难以掌握，同时，焊缝多，造成的焊接应力大，在特定环境易发生应力腐蚀开裂，存在较大的质量风险。
3、板条折弯栅格所形成的通道，在流体前进方向阻力降较大，不易烟气体的流通，导致***要求的风机功率大，耗能变高。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种适用于空气冷媒预热装置的自支撑宽间隙换热元件，既能组合成宽间隙通道、不易结垢积灰，又能减小阻力降、充分提高换热效率。
本发明所述的自支撑宽间隙换热元件，包括层层叠加的若干板对，每个板对包括相向设置的上、下两张板片，板片的上表面沿同一轴线方向分布着若干排凸波纹、凹波纹，凸波纹、凹波纹分别是向上、向下对板片进行压型得到的，凸波纹、凹波纹间隔分布，板对中上板片的凹波纹、凸波纹分别与下板片的凸波纹、凹波纹位置相对应，板片的一组对边向上折边并过渡为平面，另外一组对边向下折边并过渡为平面，每个板对中两相邻折边焊接形成空气通道，相邻两板对上、下对称且二者之间的相邻折边焊接形成烟气通道。
本发明通过上述独特的波纹形式，使得通道间无需加任何辅助零件，即可组合成两侧宽间隙通道，实现了自支撑，大幅度降低了制造成本，同时也提高了工作效率。
本发明通过上述板片的波纹形式实现了两侧宽间隙通道，实现了很小的阻力降，经试验测试，现有技术板片形成通道的阻力降为3000～4000帕，而本发明中板片形成通道的阻力降仅为1000帕。从而使得：
一、阻力降减小，又保证了换热效率。
二、这种板片组合形式使得烟气与空气两侧都形成宽间隙通道，提高了烟气与空气的流畅性，可降低风机的功率，即用较小的风机就可满足空气冷媒预热装置换热要求，充分降低了能源消耗。
三、换热通道内不易积灰，即使积灰也可很方便地实现在线清洗，维修性很高，不仅降低了维护成本，而且也延长了设备的使用寿命，使预热器设计更经济、更实用。
所述的凸波纹及凹波纹的波形可以是圆形或者长圆形等多种形状，该设计为曲面设计，通过上述曲面设计能够组合形成符合工况使用要求的气体流道。
但任何凸出形状都会在一定程度上产生阻力，使得空气流动变慢，基于空气动力学原理，凸波纹及凹波纹的波形优选水滴形，通过大量研究实验证明，水滴形状是最好的，也就是说气体在这种平缓的物体表面流动，产生最小的空气阻力。本发明中，水滴形的凸波纹及凹波纹的轴线与气流流体运动方向平行，水滴形的波纹具有一大端和一小端，所述大端靠近烟气入口或空气入口，所述小端靠近烟气出口或空气出口，同一板片中，凸波纹或者凹波纹各自的水滴形排布相同，但凸波纹的水滴形和凹波纹中的水滴形相互垂直。这样，当烟气或空气流体通过该截面进行热交换时，气流流体的阻力减小，提高了预热器的热转换效率。
所述的板片材质为不锈钢或者耐候钢，板片厚度为0.8～1.5mm。
所述的每个板对中一张板片沿其短轴旋转180°后与另一张板片重合，这样换热元件中采用相同的板片即可，便于制作、压型，节省了生产成本。
所述的凸波纹、凹波纹的波峰均为平面，以加固流道进出口，使之不易闭合。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：
1、本发明克服了原有宽通道空气预热器的缺点，减少了设备的投资，简化了制作工艺，消除或减弱了焊接应力对换热板片的影响，提高了换热板片的可靠性，具有制作工艺简单、使用寿命延长的优点。
2、本发明通过在板片上采用横截面呈水滴形的波纹布局与宽通道组合形式，可合理减少烟气与空气的阻力，又兼顾了传热效率，从而降低风机的功率和设备造价，提高空气冷媒预热装置设计的经济性。
3、本发明烟气与空气两侧均形成宽间隙通道，使得换热通道内不易积灰，即使积灰也可很方便地实现在线清洗，维修性很高，不仅降低了维护成本，而且也延长了设备的使用寿命，使预热器设计更经济、更实用。
4、本发明独特的波纹形式，使得通道间无需加任何辅助零件，即可组合成两侧宽间隙通道，大幅度降低了制造成本，同时也提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的A向视图；
图3是图1的B向视图。
图中：1、板片；2、凸波纹；3、凹波纹；4、空气通道；5、板对；6、烟气通道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
如图1～3所示，本发明所述的自支撑宽间隙换热元件包括层层叠加的若干板对5，每个板对5包括相向设置的上、下两张板片1，板片1的上表面沿同一轴线方向分布着若干排凸波纹2、凹波纹3，凸波纹2、凹波纹3分别是向上、向下对板片进行压型得到的，凸波纹2、凹波纹3间隔分布，板对5中上板片的凹波纹、凸波纹分别与下板片的凸波纹、凹波纹位置相对应，板片1的一组对边向上折边并过渡为平面，另外一组对边向下折边并过渡为平面，每个板对5中两相邻折边焊接形成空气通道4，相邻两板对5上、下对称且二者之间的相邻折边焊接形成烟气通道6。其中，板片1材质为不锈钢或者耐候钢，板片1厚度为0.8～1.5mm。
本发明通过上述独特的波纹形式，使得通道间无需加任何辅助零件，即可组合成两侧宽间隙通道，实现了自支撑，大幅度降低了制造成本，同时也提高了工作效率。
本发明烟气与空气两侧均形成宽间隙通道，使得换热通道内不易积灰，即使积灰也可很方便地实现在线清洗，维修性很高，不仅降低了维护成本，而且也延长了设备的使用寿命，使预热器设计更经济、更实用。
上述的凸波纹2及凹波纹3的波形可以是圆形或者长圆形等多种形状，该设计为曲面设计，通过上述曲面设计能够组合形成符合工况使用要求的气体流道。
但任何凸出形状都会在一定程度上产生阻力，使得空气流动变慢，基于空气动力学原理，凸波纹2及凹波纹3的波形优选水滴形，通过大量研究实验证明，水滴形状是最好的，也就是说气体在这种平缓的物体表面流动，产生的最小的空气阻力。本发明中，水滴形的凸波纹2及凹波纹3的轴线与气流流体运动方向平行，水滴形的波纹具有一大端和一小端，所述大端靠近烟气入口或空气入口，所述小端靠近烟气出口或空气出口，同一板片1中，凸波纹2或者凹波纹3各自的水滴形排布相同，但凸波纹2的水滴形和凹波纹3中的水滴形相互垂直。这样，当烟气或空气流体通过该截面进行热交换时，气流流体的阻力减小，提高了预热器的热转换效率。在本实施例中，每个板对5中一张板片沿其短轴旋转180°后与另一张板片重合，这样换热元件中采用相同的板片即可，便于制作、压型，节省了生产成本；凸波纹2、凹波纹3的波峰均为平面，以加固流道进出口，使之不易闭合。
综上所述，本发明通过上述板片1的波纹形式使烟气通道6与空气通道4均为宽间隙通道，实现了很小的阻力降，经试验测试，现有技术板片1形成通道的阻力降为3000～4000帕，而本发明中板片1形成通道的阻力降仅为1000帕，既减小了阻力降，又保证了换热效率。由于烟气通道6与空气通道4均为宽间隙通道，因此能够提高烟气与空气的流畅性，换热通道内不易积灰，即使积灰，用较小的风机也可满足空气冷媒预热装置换热要求，充分降低了能源消耗，也可很方便地实现在线清洗，维修性很高，不仅降低了维护成本，而且也延长了设备的使用寿命，使预热器设计更经济、更实用。
Claims (5)
1.一种自支撑宽间隙换热元件，包括层层叠加的若干板对(5)，其特征在于：每个板对(5)包括相向设置的上、下两张板片(1)，板片(1)的上表面沿同一轴线方向分布着若干排凸波纹(2)、凹波纹(3)，凸波纹(2)、凹波纹(3)分别是向上、向下对板片进行压型得到的，凸波纹(2)、凹波纹(3)间隔分布，板对(5)中上板片的凹波纹、凸波纹分别与下板片的凸波纹、凹波纹位置相对应，板片(1)的一组对边向上折边并过渡为平面，另外一组对边向下折边并过渡为平面，每个板对(5)中两相邻折边焊接形成空气通道(4)，相邻两板对(5)上、下对称且二者之间的相邻折边焊接形成烟气通道(6)；
所述的凸波纹(2)及凹波纹(3)的波形为水滴形；
所述的水滴形的凸波纹(2)及凹波纹(3)的轴线与气流流体运动方向平行，水滴形的波纹具有一大端和一小端，所述大端靠近烟气入口或空气入口，所述小端靠近烟气出口或空气出口。
2.根据权利要求1所述的自支撑宽间隙换热元件，其特征在于：所述的板片(1)材质为不锈钢或者耐候钢。
3.根据权利要求1所述的自支撑宽间隙换热元件，其特征在于：所述的板片(1)厚度为0.8～1.5mm。
4.根据权利要求1～3任一所述的自支撑宽间隙换热元件，其特征在于：所述的每个板对(5)中一张板片沿其短轴旋转180°后与另一张板片重合。
5.根据权利要求1～3任一所述的自支撑宽间隙换热元件，其特征在于：所述的凸波纹(2)、凹波纹(3)的波峰均为平面。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 255130 Zibo Economic Development Zone, Shandong City, north of Qixing Road, Zichuan Applicant after: SHANDONG WINTECH TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: 255130 Zibo Economic Development Zone, Shandong City, north of Qixing Road, Zichuan Applicant before: SHANDONG WINTECH MACHINERY Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Self-supporting wide gap heat exchanging element Effective date of registration: 20200217 Granted publication date: 20170517 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Zibo Zichuan sub branch Pledgor: SHANDONG WINTECH TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2020980000256 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20210309 Granted publication date: 20170517 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Zibo Zichuan sub branch Pledgor: SHANDONG WINTECH TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020980000256 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Self supporting wide gap heat exchanger Effective date of registration: 20210329 Granted publication date: 20170517 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Zibo Zichuan sub branch Pledgor: SHANDONG WINTECH TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980002206 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20231213 Granted publication date: 20170517 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Zibo Zichuan sub branch Pledgor: SHANDONG WINTECH TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2021980002206 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |