CN102080933A - 一种回转式高温空气预热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种回转式高温空气预热器，其特征在于，包括外部构架，外部构架内设有支承筒体、位于支承筒体上的转子以及位于支承筒体一侧的传动装置，传动装置连接转子，转子上设有上盖，上盖通过膨胀导向装置连接外部构架。本发明的优点是：能够实现快速拼装，且能允许输入1200℃左右的窑炉排出废气、实现输出热风温度可以最高达1000℃左右、排出废气温度降低到200℃以下。

Description

一种回转式高温空气预热器

本申请是一种回转式高温空气预热器的分案申请，原申请的申请日为2009年10月21日，申请号为：200910197461.1，发明名称为一种回转式高温空气预热器。

技术领域

本发明涉及一种回转式高温空气预热器，用于各种工业窑炉的废热回收，废气排放温度能控制在200℃以下，最高空气加热温度能达到1000℃左右，属于回转式换热器技术领域，尤其涉及密封结构。

背景技术

回转式空气预热器是在大型锅炉系统中普遍采用的成熟设备，它利用持续通过热气流和冷气流的蓄热体（一般称转子），实现了热量从热气流向冷气流的持续传递。

目前在工业窑炉的预热器回收技术领域中，一般采用两台固定式蓄热器来回收排出废气热量，两个蓄热器交替工作，一台蓄热器内通过窑炉排出的废气，其内部的蓄热元件吸收热量；同时另一台蓄热器内部通过燃烧用空气，蓄热元件加热空气，将热量带入炉膛，两台蓄热器交替工作通过一台四通阀完成。这种方式存在的不足主要有：

（1）炉膛燃烧器需要两套，供燃料管路等均需要两套，投资较大；

（2）炉膛温度、压力存在明显脉动，对产品质量控制存在一定难度；

（3）燃烧控制装置复杂。

回转式空气预热器目前大量采用金属蓄热元件，一般不能承受450℃以上的工作温度。而固定式蓄热器内采用陶瓷材料作蓄热体，工作温度可以达到1500℃。如能够将非金属蓄热元件使用到回转式换热上，对排出废气温度在1000-1200℃的窑炉，输出热空气温度可达1000℃左右。

发明内容

本发明的目的是能够实现结构快速拼装，能输入1200℃左右的窑炉排出废气、实现输出热风温度最高达1000℃左右、排出废气温度降低到200℃以下的回转式高温空气预热器。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种回转式高温空气预热器，其特征在于，包括外部构架，外部构架内设有支承筒体、位于支承筒体上的转子以及位于支承筒体一侧的传动装置，传动装置连接转子，转子上设有上盖，上盖通过膨胀导向装置连接外部构架。

进一步地，所述上盖包括上盖壳体及其设于其内侧的上盖内部保温层，上盖壳体上表面的边缘处设有气封供气管路，上盖壳体上表面的中部分别设有窑炉废气引入管以及热空气输出管，窑炉废气引入管以及热空气输出管分别连通上盖壳体下侧的热窑炉废气区以及热空气区，热窑炉废气区以及热空气区之间设有上部径向密封板。

所述转子包括转子壳板，转子壳板内部中间设有中心筒，中心筒与转子壳板之间设有径向隔板，径向隔板之间设有蓄热元件，蓄热元件与转子壳板之间设有转子壳板保温结构，径向隔板上侧和下侧分别连接上密封片和下密封片，上密封片上设有上密封压板，转子壳板的上侧和下侧分别设有上迷宫端板以及下迷宫端板，下迷宫端板的下侧设有支撑轨道板，转子壳板的外侧下端设有驱动围带。

所述支承筒体包括筒体以及设于其内侧的筒体内部保温层，筒体上侧设有下法兰端板，筒体下侧连接底板，筒体内部的中间设有下部径向密封板，筒体内部的两侧分别连通冷空气接入管以及废气排出管，冷空气接入管上设有开孔，筒体外侧上端设有承重滚轮装置。

所述的外部构架包括通过角柱以及中心柱连接在一起的落地框架和上框架，角柱以及中心柱平行设置，中心柱设在相邻的角柱之间的位置，中心柱内侧中部设有转子定中心装置，落地框架的端角处设有传动装置支撑板。

所述的传动装置包括减速机底座，减速机底座上设有减速机，减速机连接电动机，减速机连接齿轮。

本发明整体设备工作原理同目前大量使用的电站锅炉系统中的受热面回转式空气预热器，采用转子轴线垂直布置方式，内部两种流体逆流流动，窑炉废气从上方进入，冷空气从下方进入，冷热流体用密封区隔开。

本发明的优点是：

（1）实现持续传热，不需要蓄热器切换装置；

（2）工作原理成熟可靠；

（3）窑炉只需要一套燃烧设备，系统简单，控制方便；

（4）窑炉内部压力、温度基本恒定，有利于提高窑炉输出产品质量；

（5）占地不大，结构紧凑；

（6）蓄热元件来源可靠，生产厂家众多，价格低廉；

结构组装方便，对场地要求不高。

附图说明

图1为回转式高温空气预热器结构示意图；

图2为上盖俯视图；

图3为上盖仰视图；

图4为转子俯视图；

图5为转子仰视图；

图6为支承筒体结构示意图；

图7为外部构架结构示意图；

图8为传动装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例来具体说明本发明。

 

实施例

如图1所示，为回转式高温空气预热器结构示意图，所述的回转式高温空气预热器由上盖1、转子2、支承筒体3、传动装置4、外部构架5以及膨胀导向装置6组成。外部构架5内设有支承筒体3、位于支承筒体3上的转子2以及位于支承筒体3一侧的传动装置4，传动装置4连接转子2，转子2上设有上盖1，上盖1通过膨胀导向装置6连接外部构架5。

如图2所示，为上盖俯视图，图3为其仰视图，所述上盖1包括上盖壳体11及其设于其内侧的上盖内部保温层17，上盖壳体11上表面的边缘处设有气封供气管路15，上盖壳体11上表面的中部分别设有窑炉废气引入管12以及热空气输出管13，窑炉废气引入管12以及热空气输出管13分别连通上盖壳体11下侧的热窑炉废气区18以及热空气区19，热窑炉废气区18以及热空气区19之间设有上部径向密封板16。

如图4所示，为转子俯视图，图5为其仰视图，所述转子2包括转子壳板28，转子壳板28内部中间设有中心筒21，中心筒21与转子壳板28之间设有径向隔板22，径向隔板22之间设有蓄热元件32，蓄热元件32与转子壳板28之间设有转子壳板保温结构29，径向隔板22上侧和下侧分别连接上密封片23和下密封片25，上密封片23上设有上密封压板24，转子壳板28的上侧和下侧分别设有上迷宫端板26以及下迷宫端板27，下迷宫端板27的下侧设有支撑轨道板31，转子壳板28的外侧下端设有驱动围带30。

如图6所示，为支承筒体结构示意图，所述支承筒体3包括筒体35以及设于其内侧的筒体内部保温层38，筒体35上侧设有下法兰端板36，筒体35下侧连接底板39，筒体35内部的中间设有下部径向密封板42，筒体35内部的两侧分别连通冷空气接入管41以及废气排出管40，冷空气接入管41上设有开孔43用来连接气封供气管路15，筒体35外侧上端设有承重滚轮装置37。

如图7所示，为外部构架结构示意图，所述的外部构架5包括通过角柱46以及中心柱47连接在一起的落地框架45和上框架48，角柱46以及中心柱47平行设置，中心柱47设在相邻的角柱46之间的位置，中心柱47内侧中部设有转子定中心装置50，落地框架45的端角处设有传动装置支撑板49。

如图8所示，为传动装置结构示意图，所述的传动装置4包括减速机底座54，减速机底座54上设有减速机52，减速机52连接电动机51，减速机52连接齿轮53。

气封供气管路15与开孔43相连，将高压头冷风引入上法兰端板14和上迷宫端板26一起构成加压迷宫密封结构，隔离空气预热器内部热空气和热废气向外界环境中泄漏。上盖重量通过设在中心柱47上方的调心和膨胀导向装置6传递到外部构架5上。上盖1用来封闭转子上部空间，引入窑炉废气和输出热空气，转子2用来容纳蓄热元件32，作为中间蓄热体使用，支撑筒体3用来封闭转子2下方空间，引入冷空气和排出废气，将放热后窑炉废气和冷空气隔开等作用。位于支撑筒体3上方的下法兰端板36，和转子下迷宫端板27一起形成迷宫密封。外部构架5用来承受设备的重量，安放传动装置4等。转子定中心装置50（共4组）为定心滚轮，其和支撑轨道板31的外圆周配合，能保持转子2的工作轴线，避免转动跑偏。传动装置4的齿轮与驱动围带30相配合，带动转子2转动。支撑轨道板31与承重滚轮装置37相配合，实现转子2的转动。

上述耐高温部件材料选用如下：

本设备的工作条件为高温、接触含尘量高的窑炉废气，各部件选材原则为：

（1）蓄热元件32：蓄热元件采用陶瓷材料，根据工作温度选择陶瓷成分，对入口废气温度1300℃以下的设备，选用氧化铝含量在20%～30%的高岭土陶瓷。形式可以是直径15～30mm的瓷球，或孔水力直径在3～15mm范围内的蜂窝陶瓷，或空隙率在50～90%范围内的陶瓷成型片堆积体。选用何种形式，根据窑炉排出废气的灰分和杂质情况而定；

（2）暴露在450℃以上热烟气和空气中构件材料：包括径向隔板22、中心筒21、上部径向密封板16、上密封片23、上密封压板24等，采用耐1200℃的钢材310S，厚度根据结构强度计算以及材料氧化速度选用；

（3）450℃工作温度区域以下工作材料：选用一般碳钢钢材，滚轮类表面进行渗氮热处理，外部构架5选用H型钢；

（4）保温材料：充填类选用厚度200-300mm的硅酸铝轻质耐火材料，转子壳板保温结构29、上盖内部保温层17、筒体内部保温层38，选用轻质耐火砖。邻接部分采用耐火涂料粘结。空气预热器壳体外部温度控制在不超过环境温度30℃内；

本发明的密封结构为：

（1）上迷宫端板26和上法兰端板14之间设置加压迷宫密封，由上法兰端板14和上迷宫端板26构成迷宫密封，并由冷空气接入管41引入高压头冷风，隔断内部高温气体向环境中泄漏；

（2）下迷宫端板27和下法兰端板36构成迷宫密封（一般迷宫道数不少于5），空气侧漏出的气体为无害冷空气，排出废气侧为负压，故废气不会漏出；

（3）上部径向密封板16和上密封片23构成密封，能有效减少热空气向高温废气的泄漏（但无法完全阻断）；下部径向密封板42和下密封片25构成密封副，有效阻止冷空气向低温废气的泄漏（也无法完全阻断）。为减少泄漏量，上部径向密封板16和下部径向密封板42，应能够完全覆盖1~2个转子格仓。转子格仓的数目，视转子直径，一般直径小于3.5米，安排8～18个，转子直径3.5～6米，安排12～24个。

转子热变形计算如下：

因采用转子周边支承，转子2上表面将形成二次曲面，中心筒21处上抛量按下式计算：ΔH＝k*ΔT*R*R/（2*h）

其中，k: 径向隔板金属膨胀系数，ΔT：径向隔板上下温差，R：转子壳板半径，h：蓄热元件高度。

可以据此留预热器的密封间隙。此外转子2轴向和径向也将有一定线性膨胀量，设计迷宫密封和留出上盖1和转子2间隙时，按照这膨胀量来确定。

传动功率计算如下：

传动阻力包括上密封片23和上部径向密封板16、下密封片25和下部径向密封板42的摩擦阻力矩，上下选摩擦力大者（不会同时发生）；以及下迷宫端板27和下法兰端板36构成迷宫密封、上法兰端板14和上迷宫端板26构成迷宫密封所产生的摩擦阻力矩，上下迷宫密封阻力需同时考虑。对采用承重滚轮装置37支承方式，需计算滚轮产生的阻力矩。

转子转速根据换热性能分析，可以选用1～3rpm的范围。电动机51和减速机52的安全系数按照不低于1.5倍考虑。

换热计算如下：

采用紧凑式换热器计算通用方法。其中蓄热元件32的对流换热器系数和阻力系数，需通过传热和风洞试验获得。考虑受热面分配合理性，废气侧可以比空气侧多占用1～3个仓格较为合理，但为设计简单起见，废气和空气侧采用对称设计更常见。

选型方法如下：

一般以计算连续运行工况烟气阻力不超过1.2kPa为依据，据此选定换热器的直径，再以空气预热器的空气侧有效度不低于85%作为选型的另一个控制指标。两者综合考虑，最终确定转子2直径和蓄热元件32的使用量（即装填高度）。

如采用陶瓷小球作蓄热元件，需核算陶瓷小球的流化速度，保证热空气出口流速低于蓄热球流化速度，避免蓄热元件层出现流化膨胀现象，导致蓄热球为热风带入炉窑现象出现。

快装设计如下：

对直径3.5以下的空气预热器，可以考虑组装后整体出厂，直接运输到安装现场，现场工作仅为拆除运输固定结构和接通废气和空气管路，给传动系统送电等工作。

对直径3.5米～6米的较大空气预热器设备，可以在制造车间制造几个部分，运输到现场后作组合，设备本体的主要现场工作均为简单的组装和调节工作，使用机具为汽车吊。

本发明虽然为工业窑炉所开发，但一些技术，如片状陶瓷蓄热元件，也能在大型空气预热器上使用，从而提升其耐高温或抗腐蚀能力。本发明形式的快装结构回转式高温空气预热器，使用领域完全能推广到其它行业的工业炉，包括炼钢炉、退火炉、煅烧炉等设备上，用作新一代的废热回收装置。

Claims (5)

1.一种回转式高温空气预热器，包括上盖(1)、转子（2）、支撑筒体（3）、传动装置（4）、外部构架（5）、膨胀导向装置（6）及密封结构； 

转子（2）包括转子壳板（28），转子壳板（28）的上侧和下侧分别设有上迷宫端板（26）以及下迷宫端板（27）；其特征在于：

密封结构为：

上迷宫端板（26）和上法兰端板（14）之间设置加压迷宫密封；

下迷宫端板（27）和下法兰端板（36）构成迷宫密封。

2.根据权利要求1所述的回转式高温空气预热器，其特征在于，

上盖（1）包括上盖壳体（11），上盖壳体（11）下侧的热窑炉废气区（18）以及热空气区（19）之间设有上部径向密封板（16）；

上部径向密封板（16）和上密封片（23）构成密封。

3.根据权利要求2所述的回转式高温空气预热器，其特征在于，

所述支承筒体（3）包括筒体（35），筒体（35）内部的中间设有下部径向密封板（42）；

下部径向密封板（42）和下密封片（25）构成密封副。

4.根据权利要求1所述的回转式高温空气预热器，其特征在于，

上盖壳体（11）上表面的边缘处设有气封供气管路（15）；

气封供气管路（15）与开孔（43）相连，将高压头冷风引入上法兰端板（14）和上迷宫端板（26）一起构成加压迷宫密封结构。

5.根据权利要求1所述的回转式高温空气预热器，其特征在于，

转子壳板（28）内部中间设有中心筒（21），中心筒（21）与转子壳板（28）之间设有径向隔板（22），径向隔板（22）上侧和下侧分别连接上密封片（23）和下密封片（25），上密封片（23）上设有上密封压板（24）。

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