CN105042622A - 一种基于气水换热的空气预热器 - Google Patents

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王随林
穆连波
刘贵昌
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Abstract

一种基于气水换热的空气预热器，包括空气预热器主体、空气渐扩段、空气渐缩段和进出水***。空气预热器主体至少包括两组换热翅片管模块，每组换热翅片管模块包括带翅片的换热翅片管、肋管连接管和支撑端板；进出水***包括进水管和出水管，进水管包括进水总管和多根并联布置的进水支管；出水管包括出水总管和多根平行分布的出水支管。空气渐扩段和空气渐缩段分别设置在空气预热器主体的进风侧和出风侧。本发明具有传热性能高、体积小、空气侧和水侧流动阻力小和成本低等特点，可广泛应用于燃气锅炉、燃油锅炉、直燃机、工业窑炉、冶金和化工等动力设备，可提高助燃空气温度，进而提高燃烧设备的燃烧效率和***总效率，实现***能效最大化。

Description

一种基于气水换热的空气预热器
技术领域
本发明涉及一种基于气水换热的空气预热器，具体是涉及燃气锅炉、燃油锅炉、燃煤锅炉、直燃机、工业窑炉、冶金、化工等动力设备用空气预热器，属于热工设备技术领域。
背景技术
我国北方地区冬夏季温差较大，锅炉燃烧用的助燃空气温度波动较大，会引起锅炉点火困难、燃烧不稳定等现象，从而导致锅炉燃烧效率降低。为确保锅炉节能高效运行，一般在锅炉前部加装空气预热器，利用中高温热水/高温烟气加热室外低温空气，从而提高助燃空气温度，进而提高锅炉燃烧效率和***总效率，实现***能效最大化。
目前市场上空气预热器的种类繁多，如气气换热器和气-工质换热器，气气换热器存在体积大、传热性能差、流动阻力大等缺陷，而气-工质换热器(如空调)也存在管径小、翅片排列紧密、风阻大和内部结构复杂等，大部分存在有以下缺点：传热性能差，节能效果不显著，体积和耗材增加；为保证空气预热器的节能效果，空气侧阻力很大，影响燃烧机的正常使用，甚至需增加风机来克服空气侧阻力；水侧阻力大，增加水泵电耗；部分空气预热器漏风量大，致使燃烧氧量减少，增加不完全燃烧热损失；同时设备制造和维护成本较高等。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于气水换热的空气预热器，主要根据我国水质现状，从改善设备传热性能来提高节能率，从调整换热管管径及排布和优化翅片间距等方面来降低水侧和空气侧流动阻力，降低设备成本和运行维护费用，实现***能效最大化。
本发明的技术方案如下：
一种基于气水换热的空气预热器，其特征在于，该空气预热器包括空气预热器主体、空气渐扩段、空气渐缩段和进出水***；所述空气预热器主体是由至少两组换热翅片管模块阵列排布而成，每组换热翅片管模块包括带翅片的换热翅片管、肋管连接管和支撑端板；进出水***包括进水管和出水管，其中，进水管包括进水总管和多根并联布置的进水支管，出水管包括出水总管和多根平行分布的出水支管，在进水管上设置泄水阀，在出水管上设置排气阀；每根进水支管和出水支管分别通过短管与换热翅片管模块两端的肋片连接管连接；空气渐扩段和空气渐缩段分别设置在空气预热器主体的进风侧和出风侧，进水总管设置在出风侧，出水总管设置在进风侧。
优选地，所述进水管的入口位于空气预热器主体的下部，出水管的出口位于空气预热器主体的上部。
优选地，该均压孔位于上下两排换热翅片管的中间位置；所述翅片采用平片结构。
上述技术方案中，所述进出水***的进水管和出水管之间采用并联或串联布置。每组换热翅片管模块内的换热翅片管采用紫铜管，且交叉错列布置；翅片采用铝翅片或铜翅片。
本发明具有以下优点及突出性的技术效果：
本发明的技术方案具有以下优点和突出性的技术效果：①由于空气预热器主体采用了多组导热性能强的换热翅片管模块，有效增强了换热性能，提高了节能效率。②对空气预热器的进出水***进行优化，并采用多进出水支路同程排布，确保各支路水***同程流动，降低水侧阻力小。③在空气预热器主体的空气侧采用平板翅片的结构，合理排布翅片间距，同时空气预热器主体的进风侧和出风侧分别设置空气渐扩段和空气渐缩段进行空气导流，可有效降低空气侧流动阻力。④空气预热器主体的翅片采用高肋化翅片结构，提高单位面积换热性能，最终实现设备体积小，结构更加紧凑。⑤空气预热器主体可实现模块化加工工艺，易于加工装配，有效降低设备成本。
总之，本发明提供的一种基于气水换热的空气预热器，可有效提高燃气动力设备助燃空气的温度，进而提高燃烧设备的燃烧效率和***总效率，实现***能效最大化。
附图说明
图1为本发明提供的基于气水换热的空气预热器第一种实施例的结构示意图。
图2为本发明提供的基于气水换热的空气预热器第二种实施例的结构示意图。
图3为本发明换热翅片管模块结构示意图。
图4为图3的A-A断面剖视图。
图5为基于第一种实施例的工作原理示意图。
图6为基于第二种实施例的工作原理示意图。
图1至图6中：1-空气换热器主体；2-空气渐扩段；3-空气渐缩段；4-进水管；5-泄水阀；6-出水管；7-排气阀；8-换热翅片管；9-肋管连接管；10-支撑端板；11-连接法兰；12-框板；13-短管；14-均压孔；15-翅片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构、原理和具体实施方式做进一步的说明。
图1和图2为本发明提供的一种基于气水换热的空气预热器结构示意图，该空气预热器主要包括空气预热器主体1、空气渐扩段2、空气渐缩段3和进出水***。室外低温空气先经过空气渐扩段2进入空气预热器主体1，经过加热后的助燃空气再经过空气渐缩段3流出，其中空气渐扩段2主要起到空气均匀扩散作用，空气渐扩段2和空气渐缩段3与空气预热器主体1通过法兰连接，连接法兰11之间采用密封垫密封，防止空气泄漏；进出水***包括进水管4和出水管6，其中，进水管4包括进水总管和多根并联布置的进水支管，出水管6包括出水总管和多根平行分布的出水支管，进水管4和出水管6的数量相同，确保每支水路同程流动，通过调整分支进水路数来调节空气预热器主体1的水侧阻力；泄水阀5安装在进水管4的底部，起到泄水作用；排气阀7位于出水管6的上部，起到自动排气作用；短管13将每根进水支管和出水支管与换热翅片管模块两端的肋片连接管9连接，确保水路畅通；支撑端板10用于支撑每组换热翅片管模块及其配件的重量，材质选用具有防腐功能的1Cr13马氏体不锈钢，确保设备的使用寿命；框板12是与支撑端板10组成一个四面风道结构，采用焊接连接，材质为1Cr13马氏体不锈钢；空气渐扩段2和空气渐缩段3分别设置在空气预热器主体1的进风侧和出风侧，水平和垂直安装均可(图1为水平安装，图2为垂直安装)，也可以与空气预热器主体保持一定的夹角，主要考虑空气换热器主体的进风口方向，以实现进出口空气均布的作用。
进水总管设置在出风侧，出水总管设置在进风侧；在空气预热器主体1、空气渐扩段2和空气渐缩段3的外侧均加装保温层，保温层外采用不锈钢外壳保护，同时空气预热器的进水管4和出水管6均采用保温材料进行保温处理，以降低空气预热器的散热损失。
图3为换热翅片管模块结构图，如图所示，换热翅片管模块包括带肋片15的换热翅片管8、肋管连接管9、支撑端板10和翅片15。空气预热器主体1是由至少两组换热翅片管模块阵列排布而成，其中每组换热翅片管模块通过短管13与翅片换热管模块两端的进水管4和出水管6相连通，每组换热翅片管模块的水路同程流动，确保每根换热翅片管8充分发挥其换热性能，并最大化降低水侧流动阻力。换热翅片管8是采用紫铜管，翅片15采用铝翅片或铜翅片材质，换热翅片管8之间交叉排列，具有传热性能强、翅片间距合理、空气侧和水侧流动阻力小、传热面积大和材质用料省等优点，是空气预热器的核心部件。
图4为本发明换热翅片管模块结构A-A断面剖视图，如图所示，换热翅片管模块的翅片15为平直片，上下左右无压纹，翅片厚度高于一般换热翅片厚度(≥0.2mm)，翅片间距宽度≥2mm，在满足换热性能的情况下，降低空气侧的流动阻力；在翅片15上有三角形的均压孔14，该均压孔14位于上下两排换热翅片管8的中间位置，确保空气流场分布均匀，提高换热效率；换热翅片管8与翅片15之间无缝隙紧密连接，降低导热热阻，同时换热翅片管之间交叉错列排布，可增强空气侧扰动，以提高传热性能。
图5和图6为本发明提出的一种基于气水换热的空气预热器工作原理图，如图所示，空气预热器安装在锅炉进口风道上，室外空气先经过空气渐扩段2，将空气分布均匀后再进入空气预热器主体1进行加热，加热后的助燃空气经过空气渐缩段3进入风道，最后高温空气进入锅炉参与燃烧，从而提高锅炉的燃烧效率；锅炉***的一次回水先经过空气预热器后进入烟气余热回收装置或直接进入锅炉升温，若直接进入烟气余热回收装置可进一步降低锅炉排烟温度，提高锅炉热效率，实现***能效最大化。

Claims (5)

1.一种基于气水换热的空气预热器，其特征在于，该空气预热器包括空气预热器主体(1)、空气渐扩段(2)、空气渐缩段(3)和进出水***；所述空气预热器主体是由至少两组换热翅片管模块阵列排布而成，每组换热翅片管模块包括带翅片(15)的换热翅片管(8)、肋管连接管(9)和支撑端板(10)；进出水***包括进水管(4)和出水管(6)，其中，进水管(4)包括进水总管和多根并联布置的进水支管，出水管(6)包括出水总管和多根平行分布的出水支管，在进水管(4)上设置泄水阀(5)，在出水管(6)上设置排气阀(7)；每根进水支管和出水支管分别通过短管(13)与换热翅片管模块两端的肋片连接管(9)连接；空气渐扩段(2)和空气渐缩段(3)分别设置在空气预热器主体(1)的进风侧和出风侧，进水总管设置在出风侧，出水总管设置在进风侧。
2.根据权利要求1所述的一种基于气水换热的空气预热器，其特征在于，进水管(4)的入口位于空气预热器主体(1)的下部，出水管(6)的出口位于空气预热器主体(1)的上部。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于气水换热的空气预热器，其特征在于，在所述翅片(15)上设有多个三角形均压孔(14)，该均压孔位于上下两排换热翅片管(8)的中间位置；所述翅片采用平片结构。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种基于气水换热的空气预热器，其特征在于，进出水***的进水管(4)和出水管(6)之间采用并联或串联布置。
5.根据权利要求4所述的一种基于气水换热的空气预热器，其特征在于，每组换热翅片管模块内的换热翅片管(8)采用紫铜管，且交叉错列布置；翅片(15)采用铝翅片或铜翅片。
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