CN104089511B - 一种蓄热换热器及蓄热换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄热换热器，包括罐体，所述罐体上下分别设有气体进出导管，在罐体内还设有蓄热床以及蓄热床固定结构，蓄热床通过蓄热床固定结构固定在罐体内，蓄热床包括叠置在一起的散堆蓄热介质层和规整蓄热介质层，所述散堆蓄热介质层由多个散堆蓄热介质堆叠在一起，散堆蓄热介质间形成第一流道，每个散堆蓄热介质均具有第二流道，散堆蓄热介质层中的第一流道和第二流道形成弯曲的不规则流道，所述规整蓄热介质层内具有规则流道，所述不规则流道和规则流道部分或全部导通。本发明具有蓄放热速度快、传热与流动综合性能好、可连续换热、节能环保等优点，可以用于处理工业生产过程中产生的多种高温废气，满足节能减排的要求。

Description

一种蓄热换热器及蓄热换热装置

技术领域

本发明涉及一种对废气热量回收利用装置，特别涉及一种蓄热换热器及蓄热换热装置。

背景技术

目前用于冶金、电力、石油、化工等行业中废气处理的设备一部分为蓄热换热器，它通过蓄热介质实现能量短暂地储存，将废气中的余热回收再用于预热冷空气。蓄热介质是蓄热换热器的一个重要组成部分，可以分为很多种。工业生产中常用的蓄热介质有散堆蓄热介质和规整蓄热介质两大类。传统的蓄热换热器一般采用单一蓄热介质，即单一的规整蓄热介质或单一的散堆蓄热介质，但单独使用这两种蓄热介质都存在着各自的缺点，如单一规整蓄热介质存在易堵塞、检修难、制造成本高的缺点，单一散堆蓄热介质存在流体分布不均，比表面积小的问题，因此，传统的蓄热换热器不能很好地发挥蓄热换热器的蓄放热性能，二次能源得不到充分地回收利用，综合节能效果得不到提升。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种能够充分回收废气的余热、降低设备能耗、节省废气处理成本、减少大气污染且综合节能效果好的蓄热换热器。

本发明的另一目的是：提供一种能持续蓄放热的蓄热换热装置。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种蓄热换热器，包括罐体，所述罐体上下分别设有气体进出导管，在罐体内还设有蓄热床以及蓄热床固定结构，蓄热床通过蓄热床固定结构固定在罐体内，蓄热床包括叠置在一起的散堆蓄热介质层和规整蓄热介质层，所述散堆蓄热介质层由多个散堆蓄热介质堆叠在一起，散堆蓄热介质间形成第一流道，每个散堆蓄热介质均具有第二流道，所述散堆蓄热介质层中的第一流道和第二流道形成弯曲的不规则流道，所述规整蓄热介质层内具有规则流道，所述不规则流道和规则流道部分或全部导通。

优选的，所述蓄热床为多组且分别叠置在一起。

优选的，所述散堆蓄热介质层和规整蓄热介质层交替相叠置在一起。

优选的，所述散堆蓄热介质层和规整蓄热介质层之间设有过渡结构，所述过渡结构具有多个用于通气的孔或格。

优选的，所述规整蓄热介质层为蜂窝蓄热体或波纹蓄热体，所述散堆蓄热介质层为厚壁拉西环、厚壁十字环、厚壁鲍尔环和/或蓄热球。

优选的，每层散堆蓄热介质层和规整蓄热介质层的厚度为50-500mm。

优选的，所述蓄热床固定结构包括蓄热介质支撑板以及蓄热介质压圈，蓄热床设置在蓄热介质支撑板和蓄热介质压圈之间。

一种蓄热换热装置，包括两个上述的一种蓄热换热器以及智能控制器、热气管路、空气管路，所述气体进出导管包括热气进出口和空气进出口，热气进出口和空气进出口上分别设置有阀门，热气管路输出口设有热气出口温度传感器，空气管路输出口设有空气出口温度传感器，热气进出口与热气管路连接，空气进出口与空气管路连接，所述阀门、热气出口温度传感器以及空气出口温度传感器分别与智能控制器连接。

优选的，所述同一蓄热换热器的热气进出口和空气进出口轮流开闭，两蓄热换热器当其中一蓄热换热器的热气进出口打开通入热气时，另一蓄热换热器的空气进出口则打开通入空气。

优选的，所述阀门为气动阀门。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明的蓄热介质用到了散堆和规整两种蓄热介质，这两种蓄热介质采用了交替叠置的组合形式，组合后的蓄热介质具有比表面积大、蓄放热速度快、传热与流动综合性能好等特点，本发明的组合蓄热介质在保留散堆蓄热介质与规整蓄热介质优点的同时，有效克服了单一蓄热介质的缺点，使得两种蓄热介质优势互补，充分发挥两种蓄热介质的优势，使蓄热介质的综合性能更佳。为蓄热换热器在不同应用场合提供了更多的选择。

2、为了改善在层与层之间流体过渡时的分布和提高流动性，使流体在过渡到另一层时能合理均匀分布，在散堆蓄热介质层和规整蓄热介质层设置有过渡结构。

3、在本装置的蓄热床两端均设置有蓄热床固定结构，可保证各层蓄热介质能够紧密接触，使设备更加紧凑。

4、本发明的一种蓄热换热装置通过轮流蓄热和放热实现持续不间断的蓄放热。

5、本装置采用智能控制器控制，按三种方式之一切换阀门，达到蓄、放热过程同时进行，冷热流体连续换热，可达到良好的使用效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的过渡结构的结构示意图。

图3是本发明的散堆蓄热介质层和规整蓄热介质层叠置示意图。

图4本发明的一种蓄热换热装置的结构示意图。

图5是本发明规整蓄热介质层选用的蜂窝蓄热体的结构示意图。

图6是本发明散堆蓄热介质层选用的厚壁拉西环的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一：

一种蓄热换热器，包括罐体1，所述罐体1上下分别设有气体进出导管2，在罐体1内上下气体进出导管2间设有蓄热床3以及蓄热床固定结构，蓄热床3通过蓄热床固定结构固定在罐体1内，具体的，所述蓄热床固定结构包括蓄热介质支撑板5以及蓄热介质压圈6，蓄热床3设置在蓄热介质支撑板5和蓄热介质压圈6之间。

蓄热床3包括叠置在一起的散堆蓄热介质层7和规整蓄热介质层8，所述散堆蓄热介质层7由多个散堆蓄热介质堆叠在一起，散堆蓄热介质间形成第一流道，每个散堆蓄热介质均具有第二流道，所述散堆蓄热介质层7中的第一流道和第二流道形成弯曲的不规则流道，所述规整蓄热介质层8内具有规则流道，所述不规则流道和规则流道部分或全部导通，散堆蓄热介质层7为陶瓷散堆蓄热介质或金属陶瓷散堆蓄热介质；规整蓄热介质层8可以为陶瓷规整蓄热介质或金属规整蓄热介质。

所述蓄热床3为多组且分别叠置在一起且所述散堆蓄热介质层7和规整蓄热介质层8交替相叠置在一起，具体的，蓄热床3为三组或三组以上，即散堆蓄热介质层7和规整蓄热介质层8各为三层或三层以上交替相叠置在一起。

所述散堆蓄热介质层7和规整蓄热介质层8之间设有过渡结构13，所述过渡结构13具有多个用于通气的孔或格。

所述规整蓄热介质层8为蜂窝蓄热体或波纹蓄热体，所述散堆蓄热介质层7为厚壁拉西环、厚壁十字环、厚壁鲍尔环和/或蓄热球。每层散堆蓄热介质层和规整蓄热介质层的厚度为50-500mm。

所述罐体1具有上封头9和下封头10，上封头9盖于罐体1上部，下封头10密封于罐体1下部，上封头9与罐体1之间通过锁紧机构11连接。所述锁紧机构11包括密封垫片、螺栓以及分别固定于上封头9和罐体1上的上容器法兰和下容器法兰，密封垫片设置于上封头9和罐体1连接处，上容器法兰和下容器法兰通过所述螺栓连接。所述罐体1底部具有罐体支撑座12。

实施例二：

一种蓄热换热装置，包括两个实施例一的一种蓄热换热器以及智能控制器14、热气管路15、空气管路16，所述气体进出导管2包括热气进出口和空气进出口，热气进出口和空气进出口上分别设置有阀门，具体的，所述阀门为气动阀门，热气进出口包括热气进口21和热气出口22，热气进口21和热气出口22分别上下设置于罐体1上，空气进出口包括空气进口23和空气出口24，空气进口23和空气出口24分别上下设置于罐体1上。热气进口21、热气出口22、空气进口23和空气出口24上设有所述气动阀门。热气管路15的输出口设有热气出口温度传感器25，空气管路16的输出口设有空气出口温度传感器26，热气进出口与热气管路15连接，空气进出口与空气管路16连接，所述阀门、热气出口温度传感器25以及空气出口温度传感器26分别与智能控制器14连接。

所述同一蓄热换热器的热气进出口和空气进出口轮流开闭，即当热气进出口打开通入热气时，空气进出口则关闭。

两蓄热换热器当其中一蓄热换热器的热气进出口打开通入热气进行蓄热时，另一蓄热换热器的空气进出口则打开通入空气进行放热。

本发明具有蓄放热速度快、传热与流动综合性能好、可连续换热、节能环保等优点，可以用于处理工业生产过程中产生的多种高温废气，满足节能减排的要求。

本发明的工作过程及工作原理：本发明装置的蓄热床包括多组交替叠置的散堆蓄热介质层和规整蓄热介质层，散堆蓄热介质层的流道弯曲多变，规整蓄热介质层的流道平滑规则，由于采用了多组交替叠置的散堆蓄热介质层和规整蓄热介质层，气体在其中流动形成多周期交替流动，即流道从平滑段到弯曲段或从弯曲段到平滑段交替变换，促使流体在流道中流动时发生周期性变化，提高流体湍动程度，强化传热效果，同时又能降低沿程阻力损失，改善流通性能，综合节能效果好。本发明能够充分回收废气的余热，降低设备能耗，节省废气处理成本，减少大气污染，因此本发明的蓄热换热器较传统蓄热换热器更具优势。

两个蓄热换热器通过热气管路和空气管路连接在一起，并由智能控制器控制阀门在开闭间进行切换，具体的，智能控制器控制其中一蓄热换热器的热气进口和热气出口打开并控制空气进口和空气出口关闭，然后通入热气，进行蓄热；对另一蓄热换热器作相反操作，即打开空气进口和空气出口并关闭热气进口和热气出口，然后通入空气，进行放热；

当热气出口温度传感器和空气出口温度传感器检测到热气出口或空气出口温度达到设定值时，智能控制器控制阀门进行切换。即对切换前处于开启状态的阀门进行关闭，而处于关闭状态的阀门进行开启。

为实现不间断蓄放热，智能控制器在对其中一蓄热换热器进行由放热向蓄热切换的同时对另一蓄热换热器进行由蓄热向放热的切换，使得刚进行完放热过程的蓄热换热器能及时蓄热，而刚进行完蓄热过程的蓄热换热器能及时放热，以保证蓄、放热过程同时进行且不间断。

实施例三：

本实施例是通过设定两蓄热换热器交替蓄热与放热时间进行控制，具体如下：规整蓄热介质层选用蜂窝陶瓷蓄热体，其规格为Φ4mm蜂窝圆孔，散堆蓄热介质层选用厚壁陶瓷鲍尔环，其规格为Φ16x16x5mm，将所选用的两种蓄热介质交替叠置在罐体内，单一规整蓄热介质层高度为40mm，单一散堆蓄热介质层高度为60mm，规整蓄热介质层和散堆蓄热介质层为各5层。两个罐体直径均为500mm，高度均为1200mm。通过智能控制器设定阀门切换时间为1min，即两蓄热换热器交替蓄热与放热过程均为1min，热气进口和空气进口流量相同均为1200m³/h，热气进口温度为180℃，空气进口温度为室温25℃。测量切换前1min内温度及压力数据得知热气出口平均温度为65℃，热气流经罐体后压降为327pa，空气出口平均温度为102℃，空气流经罐体后压降为284pa。本发明综合节能效果比按同样操作条件采用同样体积单一蓄热介质的其它蓄热换热器高10.2％—16.7％。

这种人为设定气动阀门交替开启与关闭的时间间隔。对于具有稳定热气流及稳定冷空气流的场合，可以采用此方式。

实施例四：

本实施例是当热气出口温度升到设定值时进行切换控制的，具体如下：规整蓄热介质层选用蜂窝陶瓷蓄热体，其规格为3x3mm蜂窝方孔，散堆蓄热介质层选用厚壁陶瓷阶梯环，其规格为Φ25x20x8mm，将所选用的两种蓄热介质交替叠置在罐体内，单一散堆蓄热介质层和散堆蓄热介质层高度均为60mm，规整蓄热介质层和散堆蓄热介质层为各6层。两个罐体直径均为500mm，高度均为1200mm，设定热气进口和空气进口流量相同均为1500m³/h，热气进口温度为240℃，空气进口温度为室温25℃。当热气出口温度传感器测量到热气出口温度升到100℃时，智能控制器控制进行切换。根据测量切换前蓄热与放热过程的温度及压力数据得知，热气流经罐体后压降为578pa，空气出口平均温度为116℃，空气流经罐体后压降为512pa。本发明综合节能效果比按同样操作条件采用同样体积单一蓄热介质的其它蓄热换热器高了7.8％—13.5％。

由热气出口温度通过智能控制器交替开启与关闭。热气出口安装有热气出口温度传感器，当热气出口温度升高到一定数值时会激发智能控制器交替开启与关闭气动阀门。对于要求保证预热回收率的场合，可以采用此方式。

实施例五：

本实施例是当空气出口温度降到设定值时进行切换控制的，具体如下：规整蓄热介质层选用蜂窝陶瓷蓄热体，其规格为Φ4mm蜂窝六方孔，散堆蓄热介质层选用厚壁陶瓷拉西环，其规格为Φ15x15x4mm，将所选用的两种蓄热介质交替叠置在罐体内，单一规整蓄热介质层高度为75mm，散堆蓄热介质层高度为50mm，规整蓄热介质层和散堆蓄热介质层为各8层。两个罐体直径均为500mm，高度均为1200mm。设定热气进口和空气进口流量相同均为1800m³/h，热气进口温度为300℃，空气进口温度为室温25℃。当空气出口温度传感器测量到空气出口温度降低到150℃时，智能控制器控制进行切换。根据测量切换前蓄热与放热过程的温度及压力数据得知，热气出口平均温度为127℃，热气流经罐体压降为854pa，空气流经罐体压降为765pa。本发明综合节能效果比按同样操作条件采用同样体积单一蓄热介质的其它蓄热换热器高15.6％—24.8％。

由空气出口温度通过智能控制器交替开启与关闭。空气出口安装有空气出口温度传感器，当空气出口温度降低到一定数值时会激发智能控制器交替开启与关闭气动阀门。对于要求保证空气出口温度的场合，可以采用此方式。

由此可见，本发明采用智能控制器可以按三种阀门切换方式进行工作而适应不同场合提高了适用性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蓄热换热器，其特征在于：包括罐体，所述罐体上下分别设有气体进出导管，在罐体内还设有蓄热床以及蓄热床固定结构，蓄热床通过蓄热床固定结构固定在罐体内，蓄热床包括叠置在一起的散堆蓄热介质层和规整蓄热介质层，所述散堆蓄热介质层由多个散堆蓄热介质堆叠在一起，散堆蓄热介质间形成第一流道，每个散堆蓄热介质均具有第二流道，所述散堆蓄热介质层中的第一流道和第二流道形成弯曲的不规则流道，所述规整蓄热介质层内具有规则流道，所述不规则流道和规则流道部分或全部导通。

2.根据权利要求1所述的一种蓄热换热器，其特征在于：所述蓄热床为多组且分别叠置在一起。

3.根据权利要求2所述的一种蓄热换热器，其特征在于：所述散堆蓄热介质层和规整蓄热介质层交替相叠置在一起。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种蓄热换热器，其特征在于：所述散堆蓄热介质层和规整蓄热介质层之间设有过渡结构，所述过渡结构具有多个用于通气的孔或格。

5.根据权利要求1所述的一种蓄热换热器，其特征在于：所述规整蓄热介质层为蜂窝蓄热体或波纹蓄热体，所述散堆蓄热介质层为厚壁拉西环、厚壁十字环、厚壁鲍尔环和/或蓄热球。

6.根据权利要求1所述的一种蓄热换热器，其特征在于：每层散堆蓄热介质层和规整蓄热介质层的厚度为50-500mm。

7.根据权利要求1所述的一种蓄热换热器，其特征在于：所述蓄热床固定结构包括蓄热介质支撑板以及蓄热介质压圈，蓄热床设置在蓄热介质支撑板和蓄热介质压圈之间。

8.一种蓄热换热装置，其特征在于：包括两个权利要求1-7任一所述的一种蓄热换热器以及智能控制器、热气管路、空气管路，所述气体进出导管包括热气进出口和空气进出口，热气进出口和空气进出口上分别设置有阀门，热气管路输出口设有热气出口温度传感器，空气管路输出口设有空气出口温度传感器，热气进出口与热气管路连接，空气进出口与空气管路连接，所述阀门、热气出口温度传感器以及空气出口温度传感器分别与智能控制器连接。

9.根据权利要求8所述的一种蓄热换热装置，其特征在于：同一蓄热换热器的热气进出口和空气进出口轮流开闭，两蓄热换热器当其中一蓄热换热器的热气进出口打开通入热气时，另一蓄热换热器的空气进出口则打开通入空气。

10.根据权利要求8所述的一种蓄热换热装置，其特征在于：所述阀门为气动阀门。