CN104566957B - 一种提供高温洁净热风的系统装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提供高温洁净热风的系统装置，该装置包括外框架(1)，外框架(1)下部设置高温换热室(3)，高温换热室(3)的一端连接燃烧机(4)或直接采用法兰与高温烟气管道连接，另一端与一级混风室(15)连接，一级混风室(15)通过高温波纹换热板(5)与二级混风室(6)连接，二级混风室(6)通过低温针状换热板(7)与顶层风箱(12)相连。本热风装置采用间接换热方式，结构紧凑，对流段采用不同型式不同流道的换热组件，单位体积换热面积大，热效率高，能够提供600℃以上的高温洁净空气，且能够在高温工况下安全稳定运行。

Description

一种提供高温洁净热风的系统装置

技术领域

本发明涉及一种对流体进行间接加热的热风装置，尤其涉及到气体换热温度超过600℃的高温热风工况，特别适合提供高温空气燃烧助燃以及干净气体进行物料烘干加热。

背景技术

目前在钢铁热处理和矿物棉加工行业碰到的高温热风装置多采用辐射套管和对流换热组件的组合式换热装置，结构多为直通式机构，即前端采用辐射套管，末端采用管式换热组件，设备笨重且占地面积大，空气出口温度低，内部配风结构不合理，设备局部易超温，尤其是孔板处易产生应力集中问题。随着未来页岩气技术的开发，和当前环境问题的日益突出，“煤改气”已经在很多行业提上日程，而往往在改造过程中都面临场地空间限制和温度提升瓶颈的问题。

发明内容

本发明为解决上述现有技术所存在的技术问题，公开一种紧凑型提供高温洁净热风的组合式系统装置，该装置能提供600℃以上的高温空气的同时克服现有设备存在的笨重且占地面积大，内部配风结构不合理，设备局部易超温，尤其是孔板处易产生应力集中问题。本发明特别适合为热处理炉提供高温助燃风以及需要高温洁净空气的物料烘干工艺。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种提供高温洁净热风的系统装置，它包括外框架，外框架下部设置高温换热室，高温换热室的一端连接燃烧机或直接采用法兰与高温烟气管道连接，另一端与一级混风室连接，一级混风室通过高温波纹换热板与二级混风室连接，二级混风室通过低温针状换热板与顶层风箱相连。

高温换热室由中央高温介质通道和环绕其周围的冷介质通道组成，中央高温介质通道中间设置波节筒，两端为高温换热室钉头管，在高温换热室的外部，冷介质通道两端设置螺旋导流板。波节筒用于解决高温工况下金属的热应力所导致的焊缝拉裂问题，钉头管使整个受热面充分利用了流体边界层的起始段薄，热阻小的有利条件，加强冷介质通道的强制对流。在外部冷介质通道两端设置的螺旋导流板，增加冷介质的运行距离和运行时间。在高温换热室内远离燃烧机接口端的侧面，与冷介质通道相通处设置与冷介质通道相通的空气出口。

排烟引风机设置于外框架顶部，并通过烟气出口管道连接顶层风箱。鼓风机设置于外框架顶部，鼓风机通过连接空气进口管道连接低温针状换热板。

鼓风机，燃烧机与空气出口温度传感器连锁，鼓风机采用变频控制，与空气出口温度传感器连锁，燃烧机可采用比例调节，根据空气出口温度确定，并在一级混风室设置报警温度传感器，保证设备内部不超温。外框架顶部引风机，一级混风室包含折流板，蜂窝分布板，自动控制风门，二级混风室设置风压传感器，引风机及自动控制风门的电动执行机构与该压力测点连锁，引风机风压与高温换热室工作压力要求匹配，保证整个装置在微负压状态运行。

本发明高温段对流换热组件采用平行排列的双向高温波纹换热板，板片长边的长度是短边长度的2.5-3倍，两片相邻的换热板的长边焊接构成一个换热单元，换热单元中间形成高温烟气腔，而相邻的两换热单元之间，各相对的换热板的两短边焊接在一起，在相邻的两个换热单元之间形成冷介质通道，即板片采用“两正两反”的折边方式。高温波纹换热板的波纹延展方向与高温烟气走向一致，保证烟气在流经高温段时的阻力不至于过大，降低排烟风机的风压要求，并且能吸收材料在高温时的部分热膨胀。波纹高度为7～10mm，左右两片换热板波纹倒置对称布置，这样保证两片相邻换热板焊接组装时，两个左右波纹倒置的板片长边在组焊时形成的热介质流道中，每一个波峰的两侧均有两个支撑点的自支撑点，保证设备热态时的刚性。同样的道理，在焊接短边形成冷介质通道时，上述板片的凹面与另一张板片的凹面也会构成自支撑结构。

低温段对流换热组件采用平行排列的双向低温针状换热板，板片长边的长度是短边长度的2.5-3倍，两片相邻的换热板的长边焊接构成一个换热单元，换热单元中间形成高温烟气腔，而相邻的两换热单元之间，各相对的换热板的两短边焊接在一起，在相邻的两个换热单元之间形成冷介质通道，即板片采用“两正两反”的折边方式。该板片为针状形式，针状波纹高度为3～5mm。两片板配合组装时，冷介质通道形成三个分区，即针形纹路分布在板片的左中右三个区，两组板片短边焊接形成冷介质通道，所有的针状纹路可以在交叉点处形成支撑点，满足板片组件的刚性要求。三个区之间电阻焊接L型折边板形成隔断，隔断高度为2倍的波纹高度。这样，空气在针形板片经过三个回程之后进入高温板片，高温烟气在流经该组件时，随着温度的降低气体比容已经大幅降低，通过这种针状板片，充分利用介质边界层起始段热阻小的特点，充分扰动加强对流换热效果。

高温波纹换热板与低温针状换热板均采用十字错流的换热方式，高温波纹换热板流通间距为14-20mm，优选20mm，低温针状换热板流通间距为6-10mm，优选12mm，换热组件从下到上，随着热流体温度逐渐降低，材料可按照等级降低，如高温段使用310S不锈钢或316L不锈钢,低温段使用304不锈钢或201不锈钢钢。流体通道间距依次减小，则对应片数逐渐增加，如图2所示。

一级混风室侧边设置有报警温度传感器和自动控制风门，在自动控制风门和一级混风室之间设置蜂窝分布板。

一级混风室与高温换热室，一级混风室与高温波纹换热板之间连接处均设置过渡膨胀节，并可在其内部设置导流板。燃烧机采用比例调节，根据空气出口温度确定。

与现有技术比较本发明的积极效果是：进入的高温烟气或燃烧天然气得到的烟气温度为1500℃-1600℃左右，经过该流程，排烟温度低于100℃；且各装置安排合理，采用间接换热方式，结构紧凑，比现有同类装置占地面积小1/2以上，对流段采用不同型式不同流道的换热组件，单位体积换热面积大，对流传热系数可达到45W/(m²·℃)以上，热效率高，能够提供600℃以上的高温洁净空气；设备内部做了多处保护措施，有效解决高温工况的热应力集中问题，能够在高温工况下安全稳定运行，延长设备使用寿命；设备采用风机采用变频调节，燃烧机采用比例调节，并增设手动调节风门，调节手段丰富；利用气体燃料作为热源，清洁环保，排烟可以直接排放。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明装置的高温换热室及换热组件剖视图；

图1中：1为外框架，2为燃烧机变径管，3为高温换热室，4为燃烧机，5为高温波纹换热板，6为二级混风室，6-1为压力传感器，7为低温针状换热板，8为空气进口，9为空气送风鼓风机，10为烟气排烟引风机，11为烟气出口管道，12为顶层风箱，13为过渡膨胀节，14-1为自动控制风门，14-2为蜂窝分布板，15为一级混风室，16为报警温度传感器，17为空气出口，18为高温换热室钉头管，19为螺旋导流板，20为波节筒。

图3-1为高温波纹换热板结构图。

图3-2为高温波纹换热板顺时针旋转180°结构图。

图3-3两张高温波纹换热板组焊形成自支撑结构图。

图中，图3-3中的圆点即为自支撑点。

图4-1低温针状换热板结构图。

图4-2低温针状换热板翻身朝纸内旋转180°结构图。

图4-3两张低温针状换热板组焊形成自支撑结构图。

图中，21为“L”型折边隔断。

具体实施方式

下面通过实例并结合附图对提供高温洁净热风的系统装置做详细的说明。

本实施例的提供高温洁净热风的系统装置，其主视剖视图如图1所示，包括外框架1，外框架1下部设置高温换热室3，高温换热室3的一端连接燃烧机4或直接采用法兰与高温烟气管道连接，另一端则与一级混风室15相连；一级混风室15通过中间的高温波纹换热板5与二级混风室6相连，二级混风室6通过低温针状换热板7与顶层风箱12相连，最后通过框架1顶部的烟气出口管道与排烟引风机10相连。同时鼓风机9和空气进口管道8也位于外框架1顶部，鼓风机9通过连接空气进口的管道8连接低温针状换热板7。排烟引风机10设置于外框架1顶部，并通过烟气出口管道11连接顶层风箱12。

高温换热室3由中央高温介质通道和环绕其周围的冷介质通道组成，中央高温介质通道中间设置波节筒20，两端为高温换热室钉头管18，并在高温换热室3外部冷介质通道两端设置螺旋导流板19，在高温换热室3内部远离燃烧机接口端的侧面，与冷介质通道相通处设置空气出口17；一级混风室15侧边设置有报警温度传感器16和自动控制风门14-1，在自动控制风门14-1和一级混风室15之间设置蜂窝分布板14-2。一级混风室15与高温换热室3，一级混风室15与高温波纹换热板5之间连接处均设置过渡膨胀节13，并在其内部设置导流板。

高温段对流换热组件采用平行排列的双向高温波纹换热板，板片长边的长度是短边长度的2.5-3倍，两片相邻的换热板的长边焊接构成一个换热单元，换热单元中间形成高温烟气腔，而相邻的两换热单元之间，各相对的换热板的两短边焊接在一起，在相邻的两个换热单元之间形成冷介质通道，即板片采用“两正两反”的折边方式。高温波纹换热板5的波纹延展方向与烟气走向一致，波纹高度为7～10mm，左右两片换热板波纹倒置对称布置(如图3-1、3-2、3-3所示，波纹阴影部分垂直于纸面向外凸起，波纹空白部分为垂直于纸面向里内凹，)，这样保证两片相邻换热板焊接组装时，两个左右波纹倒置的板片长边在组焊时形成的热介质流道中，每一个波峰的两侧均有两个支撑点的自支撑点。同样，在焊接短边形成冷介质通道时，上述板片的凹面与另一张板片的凹面也构成自支撑结构。

低温段对流换热组件采用平行排列的双向低温针状换热板，板片长边的长度是短边长度的2.5-3倍，两片相邻的换热板的长边焊接构成一个换热单元，换热单元中间形成高温烟气腔，而相邻的两换热单元之间，各相对的换热板的两短边焊接在一起，在相邻的两个换热单元之间形成冷介质通道，即板片采用“两正两反”的折边方式。低温针状换热板7为针状形式，针状波纹高度为3～5mm(如图4-1、4-2和4-3所示，针状阴影部分为垂直于纸面向外凸起，针状无色部分为垂直于纸面向里内凹)，两个模具冲压出来的板片(见图4-1和图4-2)配合组装时，冷介质通道形成三个分区，即针形纹路分布在板片的左中右三个区，每个区之间电阻焊接L型隔断，隔断高度为2倍的波纹高度，并且所有的针状纹路在交叉点处形成自支撑点。

高温段对流换热组件与低温段对流换热组件均采用错流的换热方式，换热板片均采用自支撑的方式，高温波纹换热板流通间距为14-20mm，优选20mm，低温针状换热板流通间距为6-10mm，优选12mm，从下到上，随着热流体温度逐渐降低，材料等级降低，高温段使用310S不锈钢或316L不锈钢,低温段使用304不锈钢或201不锈钢钢。流体通道间距依次减小，则对应片数逐渐增加，如图2所示。

本热风装置的工作过程是，燃烧机将天然气在高温换热室点燃，产生的高温烟气依次通过高温换热室，一级混风室，高温波纹组件，二级混风室，低温针状组件，顶层风箱，最后低温的烟气通过排烟引风机排出户外。与此同时，顶部的鼓风机从位于上部的进风口将洁净的空气送入，与热烟气的流程相反，冷热介质形成逆流的流动方式，热空气从空气出口排除，保证功能设备能够将热风温度加到足够高的同时，排烟温度足够低，降低设备的排烟损失。

Claims (11)

1.一种提供高温洁净热风的系统装置，它包括外框架(1)，其特征在于：外框架(1)下部设置高温换热室(3)，高温换热室(3)的一端连接燃烧机(4)或直接采用法兰与高温烟气管道连接，另一端与一级混风室(15)连接，一级混风室(15)通过高温波纹换热板(5)与二级混风室(6)连接，二级混风室(6)通过低温针状换热板(7)与顶层风箱(12)相连。

2.根据权利要求1所述的提供高温洁净热风的系统装置，其特征在于：高温换热室(3)由中央高温介质通道和环绕其周围的冷介质通道组成，中央高温介质通道中间设置波节筒(20)，两端为高温换热室钉头管(18)。

3.根据权利要求1所述的提供高温洁净热风的系统装置，其特征在于：在高温换热室(3)外部，冷介质通道两端设置螺旋导流板(19)。

4.根据权利要求1所述的提供高温洁净热风的系统装置，其特征在于：在高温换热室(3)远离燃烧机接口端的侧面，与冷介质通道相通处设置空气出口(17)。

5.如权利要求1所述的提供高温洁净热风的系统装置，其特征在于：排烟引风机(10)设置于外框架(1)顶部，并通过烟气出口管道(11)连接顶层风箱(12)；鼓风机(9)设置于外框架(1)顶部，鼓风机(9)通过连接空气进口(8)的管道连接低温针状换热板(7)。

6.如权利要求1所述的提供高温洁净热风的系统装置，其特征在于：高温波纹换热板(5)的波纹延展方向与高温烟气走向一致，波纹高度为7～10mm，左右两片换热板波纹倒置且对称布置，两片相邻换热板焊接组装，每一个波峰的两侧均有两个支撑点的自支撑点。

7.如权利要求1所述的提供高温洁净热风的系统装置，其特征在于：低温针状换热板(7)为针状形式，针状波纹高度为3～5mm，两片板焊接组装成具有三个分区的冷介质通道，每个区之间电阻焊接L型隔断，隔断高度为2倍的波纹高度，所有的针状纹路在交叉点处形成自支撑点。

8.如权利要求1所述的提供高温洁净热风的系统装置，其特征在于：高温波纹换热板(5)流通间距为14-20mm，低温针状换热板(7)流通间距为6-10mm。

9.如权利要求1所述的提供高温洁净热风的系统装置，其特征在于：高温波纹换热板(5)流通间距为20mm，低温针状换热板(7)流通间距为12mm。

10.如权利要求1所述的提供高温洁净热风的系统装置，其特征在于：一级混风室(15)侧边设置有报警温度传感器(16)和自动控制风门(14-1)，在自动控制风门(14-1)和一级混风室(15)之间设置蜂窝分布板(14-2)。

11.如权利要求1所述的提供高温洁净热风的系统装置，其特征在于：一级混风室(15)与高温换热室(3)，一级混风室(15)与高温波纹换热板(5)之间连接处均设置过渡膨胀节(13)。