CN104266525B - 陶瓷换热板及其组装的空气预热器 - Google Patents

Abstract

陶瓷换热板及其组装的空气预热器，包括壳体、壳体内设置有内衬，壳体上人孔门，所述的内衬内设置有换热芯体，换热芯体由若干个交错叠合的陶瓷换热板、边连接螺栓组件、角连接螺栓组件及边密封条组成；若干个陶瓷换热板形成十字交叉的烟气通道与空气通道，烟气通道与空气通道又互不相通；所述的壳体前后面分别设置有烟气进口和烟气出口；壳体左右面分别设置有空气进口和空气出口。本发明结构合理、制造方便、提高了产品气密性、耐腐蚀性能和耐磨损性能，大幅度提高了产品的使用寿命。在各类工业炉、锅炉的烟气余热回收系统中，用陶瓷换热芯体组装的空气预热器可用于高温、中低温的烟气余热回收。

Description

陶瓷换热板及其组装的空气预热器

技术领域

本发明涉及工业炉技术领域，尤其涉及一种用于各类工业炉、锅炉的烟气余热回收系统的陶瓷换热板及其组装的空气预热器。

背景技术

空气预热器中包括陶瓷材料制成的换热元件。陶瓷材料的换热器已经获得应用，这类换热器一般适用温度高达1400℃，特别适用于高温烟气的余热回收。同时，由于陶瓷材料的耐腐蚀特性，这类换热器也适用于低温烟气的余热回收。技术现状见下面的公开文件：

美国专利US4681157交叉流换热器；

美国专利US4083400余热回收装置用蜂窝陶瓷芯体；

中国专利ZL201010619070.7碳化硅陶瓷热交换板及其制造方法

中国专利ZL90206446实用新型陶质换热器的传热管组合件；

中国专利ZL94201435陶瓷换热器；

中国专利ZL200610017968陶瓷换热器、陶瓷材料及其生产方法；

美国专利US4681157提出了一种交叉流换热器，其换热主体由多个正方体蜂窝陶瓷砌筑而成，换热主体的气密性由各正方体蜂窝陶瓷侧面四边的凹槽和凸棱实现，在每对凹槽和凸棱之间安装有密封条，各陶瓷换热元件的接触边缘通过灌浆密封。此换热器存在的大量灌浆密封接缝可能导致其气密性不佳。

美国专利US4083400提出了余热回收装置用的两种蜂窝陶瓷芯体，第一种是用波纹状陶瓷薄片和一定厚度的陶瓷平板隔离片粘在一起而制成，由陶瓷隔离片将烟气和空气分开。第二种是用一面带有翅片的陶瓷隔离片层层叠合粘在一起而制成。第一种芯体，由于波纹状陶瓷薄片和陶瓷平板隔离片的粘接，容易使陶瓷隔离片产生内应力、造成隔离片开裂。第二种芯体相对好一些。但不论哪种芯体，其体积都不会太大，由于此专利提出的换热器为单芯体换热器，不涉及多个蜂窝陶瓷芯体的连接密封问题，不适于多芯体换热器的制造。

中国专利ZL201010619070.7提出的碳化硅陶瓷热交换板，其特征为热交换板上设有双回路结构换热通道，通道为弧形或直线形深槽。此专利没有涉及板与板间的密封与连接，且单片板厚与槽深尺寸有限，不适于空气与烟气换热。

中国专利ZL90206446、ZL94201435、ZL200610017968提出的管束式陶瓷换热器，均由陶瓷换热管与各种接头盘砖、耐火砖组合砌筑而成，由于大量砌缝的存在，导致漏气率高，影响了此类换热器的使用寿命。

目前，在高温烟气余热回收中，陶瓷管式换热器已经获得应用，但在中低温的烟气余热回收中鲜有采用。陶瓷板式换热器在高温、中低温的烟气余热回收中均鲜有应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种陶瓷换热板及其组装的空气预热器，该预热器结构合理、制造方便，能提高产品气密性、耐腐蚀性能和耐磨损性能，大幅度提高产品的使用寿命。

本发明是这样实现的：陶瓷换热板，包括中心换热板，中心换热板上、下面分别设置有若干个上翅片和下翅片，其特征在于：所述的中心换热板设置有四个边及四个角；第二边与第四边设置在角的下部，其外侧下部设置有直线密封槽，其底部设置有底面直线密封槽，第二边或第四边的外侧下部直线密封槽与两个角上的密封槽形成端面“┗┛”形密封槽；第一边与第三边设置在角的上部，其顶部设置有顶面直线密封槽，其外侧上部设置有直线密封槽，第一边或第三边的外侧上部的直线密封槽与两个角上的密封槽形成侧面“┏┓”形密封槽；四个边的中心在Z轴方向分别设置有螺栓孔，四个角在Y轴方向分别设置有角螺栓孔；所述的四个边结构相同，安装位置、安装方位不同；所述的四个角结构相同，互为镜像对称结构；所述的中心换热板为扩面板；所述的中心换热板上下面分别设置的上翅片和下翅片，上翅片翅片长度方向沿X轴布置；下翅片其翅片长度方向沿Y轴布置；所述的陶瓷换热板为整体成型；所述的边连接螺栓组件和角连接螺栓组件材质均为陶瓷材料。

本发明所述的陶瓷换热板组装的空气预热器，包括壳体、壳体内设置有内衬，壳体上人孔门，所述的内衬内设置有换热芯体，换热芯体由若干个交错叠合的陶瓷换热板、边连接螺栓组件、角连接螺栓组件及边密封条组成；若干个陶瓷换热板形成十字交叉的烟气通道与空气通道，烟气通道与空气通道又互不相通；所述的壳体前后面分别设置有烟气进口和烟气出口；壳体左右面分别设置有空气进口和空气出口。

本发明所述的两块陶瓷换热板交错叠合在一起，下陶瓷换热板的顶面直线密封槽和上陶瓷换热板的底面直线密封槽内嵌设有边密封条，其两边中部通过边连接螺栓组件紧固，形成标准模块；两个标准模块叠合在一起，相叠合的两个直线密封槽内设置有边密封条，其两边中部通过边连接螺栓组件紧固，形成换热芯体分体；换热芯体分体端面形成工字形密封槽，侧面形成双工字密封槽；若干个换热芯体分体在同一平面内通过角连接螺栓组件紧固在一起，相邻两个换热芯体分体之间分别嵌设有工字形密封条或双工字密封条，形成换热芯体组合体；若干个换热芯体组合体叠合在一起，相叠合的直线密封槽内嵌设有边密封条，其两边中部通过边连接螺栓组件紧固，形成换热芯体。

本发明结构合理、制造方便、提高了产品气密性、耐腐蚀性能和耐磨损性能，大幅度提高了产品的使用寿命。

附图说明

图1为本发明中陶瓷换热板三维俯视图（观察角度：绝对于WCS，自X轴225°，自XY平面35.3°）；

图2为本发明中陶瓷换热板三维仰视图（观察角度：绝对于WCS，自X轴225°，自XY平面-35.3°）；

图3为图1陶瓷换热板在XY平面内旋转90°后的三维俯视图；

图4为图1陶瓷换热板分解示意图；

图5为图1和图3所示陶瓷换热板叠合组装过程示意图；

图6为图1和图3所示陶瓷换热板叠合组装成型后的标准模块200效果图；

图7为2块标准模块200叠合组装过程示意图；

图8为2块标准模块200叠合组装后获得的换热芯体300的效果图；

图9为在图8所示换热芯体300的端面和侧面继续组装标准模块200的组装过程示意图；

图10为图9组装后的效果图；

图11为在图10所示组合体的基础上，继续在三维方向组装标准模块200得到的换热芯体组合体；

图12换热芯体900；

图13为空气预热器结构示意图；

图中：1、烟气；2、空气；3、边密封条；4、边连接螺栓组件；7、螺栓孔泥塞；8、工字密封条；9、角连接螺栓组件；10、双工字密封条；20、壳体；21、内衬；22、人孔门；23、人孔门连接件；41、端面“┗┛”形密封槽；42、侧面“┏┓”形密封槽；43、顶面直线密封槽；44、底面直线密封槽；45、工字形密封槽；46、双工字密封槽；100、陶瓷换热板；101、第一角；102、第二角；103、第三角；104、第四角；111、第一边；112、第二边；113、第三边；114、第四边；120、中心换热板；121、上翅片；122、下翅片；141、第一角螺栓孔；142、第二角螺栓孔；143、第三角螺栓孔；144、第四角螺栓孔；151、第一边螺栓孔；152、第二边螺栓孔；153、第三边螺栓孔；154、第四边螺栓孔；200、标准模块；300、换热芯体分体；900、换热芯体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

参照附图，陶瓷换热板，包括中心换热板120，中心换热板120上、下面分别设置有若干个上翅片121和下翅片122，其特征在于：所述的中心换热板设置有四个边及四个角；第二边112与第四边114设置在角的下部，其外侧下部设置有直线密封槽，其底部设置有底面直线密封槽44，第二边112或第四边114的外侧下部直线密封槽与两个角上的密封槽形成端面“┗┛”形密封槽41；第一边111与第三边113设置在角的上部，其顶部设置有顶面直线密封槽43，其外侧上部设置有直线密封槽，第一边111或第三边113的外侧上部的直线密封槽与两个角上的密封槽形成侧面“┏┓”形密封槽42；四个边的中心在Z轴方向分别设置有螺栓孔，四个角在Y轴方向分别设置有角螺栓孔；所述的四个边结构相同，安装位置、安装方位不同；所述的四个角结构相同，互为镜像对称结构；所述的中心换热板120为扩面板；所述的中心换热板120上下面分别设置的上翅片121和下翅片122，上翅片121翅片长度方向沿X轴布置；下翅片122其翅片长度方向沿Y轴布置；所述的陶瓷换热板100为整体成型；所述的边连接螺栓组件4和角连接螺栓组件9材质均为陶瓷材料。所述的陶瓷换热板组装的空气预热器，包括壳体20、壳体20内设置有内衬21，壳体20上人孔门22，所述的内衬21内设置有换热芯体900，换热芯体900由若干个交错叠合的陶瓷换热板100、边连接螺栓组件4、角连接螺栓组件9及边密封条3组成；若干个陶瓷换热板100形成十字交叉的烟气通道与空气通道，烟气通道与空气通道又互不相通；所述的壳体20前后面分别设置有烟气进口和烟气出口；壳体20左右面分别设置有空气进口和空气出口。两块陶瓷换热板100交错叠合在一起，下陶瓷换热板的顶面直线密封槽43和上陶瓷换热板的底面直线密封槽44内嵌设有边密封条3，其两边中部通过边连接螺栓组件5紧固，形成标准模块200；两个标准模块200叠合在一起，相叠合的两个直线密封槽内设置有边密封条3，其两边中部通过边连接螺栓组件5紧固，形成换热芯体分体300；换热芯体分体端面形成工字形密封槽45，侧面形成双工字密封槽46；若干个换热芯体分体300在同一平面内通过角连接螺栓组件9紧固在一起，相邻两个换热芯体分体300之间分别嵌设有工字形密封条8或双工字密封条10，形成换热芯体组合体；若干个换热芯体组合体叠合在一起，相叠合的直线密封槽内嵌设有边密封条3，其两边中部通过边连接螺栓组件5紧固，形成换热芯体900。

具体实施时，本案例陶瓷换热板100的三维尺寸为：长400mm，宽400mm，高50mm。顶面密封槽43和底面密封槽44的槽宽为10mm，槽深3mm。如图4陶瓷换热板100分解图所示，陶瓷换热板100由中心换热板120、上翅片（121）、下翅片(122)、四角（101、102、103、104）、四边（111、112、113、114）组成，中间为传热部位，四边和四角为承重、密封、连接部位。如图4所示，中心换热板120的上翅片121与下翅片122的翅片长度方向成90°夹角。

本案例设定中心换热板120的长度300mm，宽度300mm，厚度为6mm。上翅片121和下翅片122的翅片大小一致、数量一致，每片翅片的长度为52mm，高度为20mm，平均厚度为4mm。上翅片121和下翅片122的布置均为21行5列，行间距14mm，列间距10mm。

四个角（101、102、103、104）互为镜像对称结构。四个边（111、112、113、114）结构完全一致，只是安装位置、安装方位不同，第一边111与第三边113镜像对称，第二边112与第四边114镜像对称。相对于中心换热板120，第一边111与第三边113在中心换热板120下表面之上，表现为两边上移，第二边112与第四边114在中心换热板120上表面之下，表现为两边下沉。

图5为两片陶瓷换热板100叠合组装过程示意图，图1所示方位的陶瓷换热板100为第一片，放置在下面，图3所示方位的陶瓷换热板100为第二片，放置在上面。在第一片陶瓷换热板100上表面的两条直线密封槽43内，分别放置两条边密封条3。将第二片陶瓷换热板100放置在第一片陶瓷换热板100之上。将第一片陶瓷换热板100与第二片陶瓷换热板100相接两边的螺栓孔，用边连接螺栓组件6连接起来，形成图6所示的标准模块200。标准模块具有X-Y-Z三维方向的连接螺栓孔，具有六面密封槽，为组装换热芯体提供了条件。

在空气预热器壳体内衬21形成的内部空间进行，组装换热芯体时，人孔门连接件23卸下，壳体人孔门22打开。为清楚表达组装过程，图7~图12省略了空气预热器壳体20、壳体内衬21等背景。

图7所示为两块标准模块200叠合组装过程示意图，下面的标准模块200为第一块，上面的标准模块200为第二块。

首先，定位：将第一块标准模块200，准确放置在空气预热器内开始组装位置。

第二，放密封条：在第一块标准模块200上表面的两条直线密封槽43内，分别放置两条边密封条3。

第三，叠合：将第二块标准模块200按图所示放置在第一块标准模块200之上。

第五，安装螺栓：将第一块标准模块200与第二块标准模块200相接两边的螺栓孔，用边连接螺栓组件6连接起来，形成图8的所示的换热芯体300。在图8所示换热芯体300的端面，2个“┗┛”形密封槽41和2个“┏┓”形密封槽42相遇形成了一个工字形密封槽45。在侧面，2个“┗┛”形密封槽41和2个“┏┓”形密封槽42相遇形成了一个双工字密封槽46。

图9是在换热芯体300的端面和侧面继续组装标准模块200的组装过程示意图。在图9所示坐标系中，换热芯体300的端面在YZ平面，侧面在ZX平面。

第六，安装密封条：向换热芯体300的端面工字形密封槽45和侧面双工字密封槽46内分别放置工字形密封条8和双工字密封条10。

第七，封堵未用螺栓孔：如图9所示，所有不能安装螺栓的螺栓孔，为防治漏风，均采用螺栓孔泥塞7密封，螺栓孔泥塞7材料为不定形耐火材料。

第八，侧面安装：侧面螺栓孔在下，先安装。在换热芯体300的侧面组装标准模块200，用角连接螺栓组件9，通过换热芯体300和标准模块200对应螺栓孔，将换热芯体300和标准模块200连接起来，连接时，换热芯体300和标准模块200之间留有N值的热膨胀间距，详见图11局部放大图。

第九，端面安装：在换热芯体300的端面组装标准模块200，用角连接螺栓组件9，通过换热芯体300和标准模块200对应螺栓孔，将换热芯体300和标准模块200连接起来，连接时，换热芯体300和标准模块200之间留有N值的热膨胀间距，详见图11局部放大图。

上述过程完成后，就可以得到图10所示的效果图。在图10基础上继续按上述过程组装标准模块200，就可以得到图11、图12的效果图。

图12所示就是组装完成的换热芯体900。在图12所示坐标系中，换热芯体900内有X轴向、Y轴向两条互不相通的物流通道，换热芯体900的端面在YZ平面，侧面在ZX平面。工作时，烟气1从前端面进入换热芯体900的X轴向通道，从后端面流出；空气2从前侧面进入换热芯体900的Y向通道，从后侧面流出。

图13所示为本发明空气预热器的效果图。此时，换热芯体900在壳体20、壳体衬里21内组装完成，人孔门22已通过连接件23安装好。在图13所示坐标系中，本发明空气预热器的X轴通道为烟气1通道，Y轴通道为空气2通道。烟气1和空气2通过空气预热器内换热芯体完成换热。

本发明中陶瓷换热板采用导热性能优良的陶瓷材料，如碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷，氮化硅结合碳化硅、或碳化硅复合材料等。

本发明中所用螺栓组件，为保证耐高温、耐腐蚀性能，也采用导热性能优良的陶瓷材料。

在本发明提供的陶瓷空气预热器中，换热芯体内各陶瓷换热板可以适度自由热胀冷缩，释放陶瓷换热板的热应力，防止陶瓷换热板产生裂纹，同时，保持各陶瓷换热板间接缝始终密封，解决同类空气预热器漏气率高的问题。在各类工业炉、锅炉的烟气余热回收系统中，用陶瓷换热芯体组装的空气预热器可用于高温、中低温的烟气余热回收。

Claims (3)

1.陶瓷换热板，包括中心换热板（120），中心换热板（120）上、下面分别设置有若干个上翅片（121）和下翅片（122），其特征在于：所述的中心换热板设置有四个边及四个角；第二边（112）与第四边（114）设置在角的下部，其外侧下部设置有直线密封槽，其底部设置有底面直线密封槽（44），第二边（112）或第四边（114）的外侧下部直线密封槽与两个角上的密封槽形成端面“┗┛”形密封槽（41）；第一边（111）与第三边（113）设置在角的上部，其顶部设置有顶面直线密封槽（43），其外侧上部设置有直线密封槽，第一边（111）或第三边（113）的外侧上部的直线密封槽与两个角上的密封槽形成侧面“┏┓”形密封槽（42）；四个边的中心在Z轴方向分别设置有螺栓孔，四个角在Y轴方向分别设置有角螺栓孔；所述的四个边结构相同，安装位置、安装方位不同；所述的四个角结构相同，互为镜像对称结构；所述的中心换热板（120）为扩面板；所述的中心换热板（120）上下面分别设置的上翅片（121）和下翅片（122），上翅片（121）翅片长度方向沿X轴布置；下翅片（122）其翅片长度方向沿Y轴布置；所述的陶瓷换热板（100）为整体成型；边连接螺栓组件（4）和角连接螺栓组件（9）材质均为陶瓷材料。

2.一种由权利要求1所述的陶瓷换热板组装的空气预热器，包括壳体(20)、壳体(20)内设置有内衬（21），壳体(20)上人孔门（22），其特征在于：所述的内衬（21）内设置有换热芯体（900），换热芯体（900）由若干个交错叠合的陶瓷换热板（100）、边连接螺栓组件（4）、角连接螺栓组件（9）及边密封条（3）组成；若干个陶瓷换热板（100）形成十字交叉的烟气通道与空气通道，烟气通道与空气通道又互不相通；所述的壳体(20)前后面分别设置有烟气进口和烟气出口；壳体(20)左右面分别设置有空气进口和空气出口。

3.根据权利要求2所述的一种陶瓷换热板组装的空气预热器，其特征在于：两块陶瓷换热板（100）交错叠合在一起，下陶瓷换热板的顶面直线密封槽（43）和上陶瓷换热板的底面直线密封槽（44)内嵌设有边密封条（3），其两边中部通过边连接螺栓组件（5）紧固，形成标准模块（200）；两个标准模块（200）叠合在一起，相叠合的两个直线密封槽内设置有边密封条（3），其两边中部通过边连接螺栓组件（5）紧固，形成换热芯体分体（300）；换热芯体分体端面形成工字形密封槽（45），侧面形成双工字密封槽（46）；若干个换热芯体分体（300）在同一平面内通过角连接螺栓组件（9）紧固在一起，相邻两个换热芯体分体（300）之间分别嵌设有工字形密封条（8）或双工字密封条（10），形成换热芯体组合体；若干个换热芯体组合体叠合在一起，相叠合的直线密封槽内嵌设有边密封条（3），其两边中部通过边连接螺栓组件（5）紧固，形成换热芯体（900）。