CN102419122A

CN102419122A - 两相流空气预热器

Info

Publication number: CN102419122A
Application number: CN2011102986007A
Authority: CN
Inventors: 熊泽宇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2012-04-18

Abstract

本发明公开了一种两相流空气预热器，包括用于与烟气进行换热的第一换热器以及用于与空气进行换热的第二换热器，第二换热器的位置高于第二换热器；还包括连接第一换热器和第二换热器的蒸汽上升管以及冷凝水下降管，第一换热器由多个独立的第一换热单元沿烟气流经的方向密封地串连组成，第二换热器由多个独立的第二换热单元沿空气流经的方向密封地串连组成，各第一换热单元与对应的各第二换热单元通过各自的所述蒸汽上升管和冷凝水下降管相连。这种两相流空气预热器更加安全可靠，安装维修更加方便。

Description

两相流空气预热器

技术领域

本发明涉及工业低温烟气的余热回收领域，尤其涉及用于加热炉、锅炉等工业炉窑的空气预热器。

背景技术

在化工、冶金等企业中，加热炉、锅炉等工业炉窑往往要消耗大量的燃料，是重要的能耗设备。因此回收燃料燃烧所产生的烟气中的余热成为这些企业的节能降耗的重点，其中空气预热器的应用是一种常用的余热回收技术，空气预热器一般简称空预器，其通过热交换回收烟气中的余热并用于预热进入该工业炉窑前的空气，从而提高该工业炉窑的热效率，减少其燃耗。

目前常用的空气预热器有管式空气预热器和回转式空气预热器。管式空气预热器的主要传热部件是薄壁钢管。钢管彼此之间垂直交错排列，两端焊接在上下管板上。管式空气预热器在管箱内装有中间管板，烟气顺着钢管上下通过预热器，空气则横向通过预热器，完成热量传导。回转式空气预热器是利用烟气和空气交替地通过金属受热面来加热空气。

公开号为1412475的中国专利申请披露了现有技术中一种主要用于空气预热器的分体式热管换热器，如图1，其换热管被分为了蒸发段1和冷凝段2，冷凝段2的位置高于蒸发段1，且两者间分别由蒸汽上升管3和冷凝水下降管4相连。作为换热介质和中间热载体的水在蒸发段1的换热管中与高温烟气发生热交换而沸腾蒸发，形成的水蒸汽通过蒸汽上升管3进入冷凝段2的换热管中，与待预热的空气发生热交换后冷凝成水，水在重力作用下通过冷凝水下降管4又流回蒸发段1的换热管中，形成了闭合的循环。这种分体式的空气预热器的优点在于利用了水和水蒸汽相变的汽化潜热来传递热量，传热效率高，且可用较小的蒸汽流量来传递大量热量，因此空气预热器可以设计制作的非常紧凑；将需要进行热交换的冷热介质彻底分开的分体式结构布置灵活，应用范围更为广泛。这种两相流空气预热器的缺点在于，虽然将换热管分为了蒸发和冷凝两段，当由于在每一段中其换热管仍然采用整体结构，因此当换热管损坏时，即使损坏的只是很小的部分，也会造成整个设备的失效，且维修安装起来不够方便。

本发明在这种分体式的空气预热器基础上进一步改进，提供了一种更加安全可靠，安装维修更加方便的两相流空气预热器。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种更加安全可靠，制造、安装、维修更加方便的两相流空气预热器。

为实现上述目的，本发明提供了一种模块化的两相流空气预热器，将现有技术中的整体式的热管改为相对独立的抽屉式。

在发明提供了一种两相流空气预热器，包括用于与烟气进行换热的第一换热器以及用于与空气进行换热的第二换热器，第二换热器的位置高于第二换热器；还包括连接第一换热器和第二换热器的蒸汽上升管以及冷凝水下降管，第一换热器由多个独立的第一换热单元沿烟气流经的方向密封地串连组成，第二换热器由多个独立的第二换热单元沿空气流经的方向密封地串连组成，各第一换热单元与对应的各第二换热单元通过各自的所述蒸汽上升管和冷凝水下降管相连。

在发明的一较佳实施方式中，也称之为抽屉的换热单元包括多排换热管、上集箱、下集箱和侧壁，且优选包括2-4排换热管。多个抽屉间通过其侧壁间的法兰密封连接。

这种多抽屉结构使得根据本发明的两相流空气预热器具有了多冗余度的安全可靠性，即使一组或多组抽屉损坏或失效，其余的抽屉也可保证正常的运行。此外各抽屉可以根据安装情况独立设计和制造，然后在现场组装。另外在需要检查维修时，每个抽屉都可单独从换热器的箱体中抽出，修理和清洗十分方便。

根据本发明的抽屉式两相流烟气余热回收设备除了可以用来加热空气、锅炉给水外，还可以用于加热冷进料。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是现有技术中的两相流空气预热器的原理图。

图2是根据本发明的两抽屉式两相流空气预热器的正视图。

图3是根据本发明的两抽屉式两相流空气预热器的侧视图。

图4是根据本发明的四抽屉式两相流空气预热器的示意图。

图5是根据本发明的进一步的实施例的示意图。

具体实施方式

图2、3示出了根据本发明的一个实施例，该实施例为两抽屉式两相流空气预热器。

图中2为两相流烟气换热器，烟气换热器2包括两个独立的换热单元，即两个抽屉5和6。每个抽屉包括多排换热管，但优选2-4排换热管，还包括相应的上、下集箱和侧壁。烟气换热器2由抽屉5和6在烟气流经方向上通过如法兰、垫片等密封连接装置将侧壁密封地串连组成。本实施例中抽屉5和6各包括4排换热管。需要指出的是，由于每个抽屉相对其他抽屉都是独立的，因此各个抽屉所包含的换热管的排数也可以不相同。

图中1为两相流空气换热器，该空气换热器1同样包括两个独立的换热单元，即两个抽屉3和4。每个抽屉包括多排换热管，但优选2-4排换热管，以及相应的上、下集箱和侧壁。空气换热器1由抽屉3和4在空气流经方向上通过如法兰、垫片等密封连接装置将侧壁密封地串连组成。本实施例中抽屉3和4各包括4排换热管。需要指出的是，由于每个抽屉相对其他抽屉都是独立的，因此各个抽屉所包含的换热管的排数也可以不相同。

另外空气换热器1的位置高于烟气换热器2。

图中9和10为蒸汽上升管，分别连接烟气换热器2和空气换热器1中相对应的各抽屉。本实施例中蒸汽上升管9与烟气换热器2中的抽屉5和空气换热器1中的抽屉3各自的上集箱相连，蒸汽上升管10与烟气换热器2中的抽屉6和空气换热器1中的抽屉4各自的上集箱相连。

图中7和8为冷凝水下降管，分别连接烟气换热器2和空气换热器1中相对应的各抽屉。本实施例中冷凝水下降管7与烟气换热器2中的抽屉5和空气换热器1中的抽屉3各自的下集箱相连，冷凝水下降管8与烟气换热器2中的抽屉6和空气换热器1中的抽屉4各自的下集箱相连。

在此实施例中，高温烟气自烟气换热器2的入口11流入，依次通过抽屉5和6且同时与其中的换热管发生热交换，然后从烟气换热器2的出口12流出。抽屉5和6的换热管中的水吸收烟气中的余热，由于空气换热器1的位置高于烟气换热器2，沸腾蒸发产生的蒸汽上升进入各自的上集箱后分别通过蒸汽上升管9和10进入其各自对应的空气换热器的抽屉3和4的上集箱和换热管中。

待预热的空气自空气换热器1的入口13流入，依次通过抽屉3和4且同时与其中的换热管发生热交换，然后从空气换热器的出口14流出。进入抽屉3和4的换热管中的蒸汽将热量释放交换给空气后冷凝，由于空气换热器1的位置高于烟气换热器2，形成的冷凝水下降进入各自的下集箱后分别通过冷凝水下降管7和8返回其各自对应的烟气换热器的抽屉5和6的下集箱和换热管中，形成封闭的循环，且在此循环的过程中，对应的抽屉之间会自动达到热平衡。

可见该两相流空气预热器中通过上述的循环过程实现了烟气中余热的回收和空气的预热。而在此实施例中，烟气换热器和空气换热器均为由抽屉组成的箱式结构，且组成各换热器的各抽屉一一对应成组，均可进行独立的换热和调整。

在进一步的实施例中，烟气换热器和空气换热器可以由更多如上所述的抽屉串连组成。图4示出了根据本发明的另一个实施例，该实施例为四抽屉式两相流空气预热器。且在此实施例中，该两相流空气预热器具有四组如上所述的抽屉。

在进一步的实施例中，如图5所示，在蒸汽上升管上还分别设置有流量调节阀15和温度测控装置17，其中流量调节阀15为可接收来自温度测控装置17的控制信号的气动、液力或电磁等动力调节阀，而温度测控装置17可以为兼具测温和控温功能的单个元件，或者是测温元件和控温元件的组合。由于饱和蒸汽的压力同水的沸点一一对应，这样温度测控装置17可根据预先设定的温度自动地调节阀15的开度，以分别控制烟气换热器各抽屉中的饱和蒸汽压力，从而控制烟气换热器各抽屉中水的沸点温度。这样可自动地使水的沸点温度始终保持在烟气的露点温度之上，由于烟气的热量是通过换热管壁传递给水的，是高温向低温的单向传热过程，因此烟气换热器各抽屉内的换热管外壁温度比换热管内水的沸点温度高，也即高于烟气的露点温度，从而可避免露点腐蚀。

在进一步的实施例中，如图5所示，在冷凝水下降管上分别设置有流量调节阀16，以根据对应的蒸汽流量调节阀15的开度，来控制冷凝水的流量。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种两相流空气预热器，包括用于与烟气进行换热的第一换热器以及用于与空气进行换热的第二换热器，所述第二换热器的位置高于所述第二换热器；还包括连接所述第一换热器和所述第二换热器的蒸汽上升管以及冷凝水下降管，其特征在于，所述第一换热器由多个独立的第一换热单元沿烟气流经的方向密封地串连组成，所述第二换热器由多个独立的第二换热单元沿空气流经的方向密封地串连组成，所述各第一换热单元与对应的所述各第二换热单元通过各自的所述蒸汽上升管和冷凝水下降管相连。

2.如权利要求1所述的两相流空气预热器，其特征在于，其中所述第一换热单元包括多排换热管、上集箱、下集箱和侧壁。

3.如权利要求1所述的两相流空气预热器，其特征在于，其中所述第二换热单元包括多排换热管、上集箱、下集箱和侧壁。

4.如权利要求2所述的两相流空气预热器，其特征在于，其中所述第一换热单元包括2-4排换热管。

5.如权利要求2所述的两相流空气预热器，其特征在于，其中所述上集箱与所述蒸汽上升管相连，所述下集箱同所述冷凝水下降管相连。

6.如权利要求3所述的两相流空气预热器，其特征在于，其中所述第二换热单元包括2-4排换热管。

7.如权利要求3所述的两相流空气预热器，其特征在于，其中所述上集箱与所述蒸汽上升管相连，所述下集箱同所述冷凝水下降管相连。

8.如权利要求2所述的两相流空气预热器，其特征在于，其中所述多个第一换热单元是通过其所述侧壁间的法兰密封连接的。

9.如权利要求3所述的两相流空气预热器，其特征在于，其中所述多个第二换热单元是通过其所述侧壁间的法兰密封连接的。

10.如权利要求1至9中的任一项权利要求所述的两相流空气预热器，其特征在于，其中所述蒸汽上升管上设置有流量调节阀和温度测控装置，所述的温度测控装置可根据预先设定的温度自动调节所述流量调节阀的开度。