CN105698551B - 一种废气热能回收换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种废气热能回收换热器，包括外壁与内腔，内腔内部设有空气通道和废气通道，空气通道包括注入室、分配室、传导室、汇聚结构、对流室和排出室；分配室由若干个具有纵截面呈漏斗形的内孔的变接砖在水平方向依次连接形成，各分配室之间设有间隙；传导室通过对单接头砖连在分配室上方；传导室由四个一组的筒子砖重叠而成；传导室顶端通过汇聚结构连接对流室，汇聚结构包括对单接头砖和内孔大口朝下的变接砖，对流室由两个一组的筒子砖重叠形成；排出室设于对流室顶端；废气通道包括废气进入室、废气分布室和废气汇集室。本发明充分利用了三种热传递形式进行换热，极大提高了热回收效率；且筒子体高度降低，建设、维护成本显著降低。

Description

一种废气热能回收换热器

技术领域

本发明涉及窑炉的余热利用领域，尤其是一种对窑炉废气的热能进行回收利用的换热器。

背景技术

玻璃窑炉排放的烟气中含有大量的余热，如果不对其进行进一步利用就直接排放掉势必造成极大的能源浪费，而若将窑炉排放的高温废气用于对燃料供应系统的空气进行预热，则能实现对废气余热的回收利用，进而极大节约能源成本。

现有的窑炉换热技术主要采用蓄热室和换热室两种技术，其中蓄热室一般通过在内室排列分布耐火砖以形成格子体和格子孔，每层格子体具有一定与气体接触的表面积，工作时先将窑炉产生的高温废气注入格子孔中，废气对格子体进行加热使其升温，然后再通入低温空气，低温空气吸收格子体的热量之后再进入到窑炉进行燃烧。由于高温废气对格子体的加热需要一段时间(一般为20～30分钟)，为了保证窑炉燃烧温度的稳定性和持续性，通常需要配置两个蓄热室交替为窑炉供应预热的助燃空气，而且两个蓄热室的交替换热还会带来窑炉火焰的周期性变化，进而造成玻璃液流周期性改变流向，影响玻璃质量，而且带来管理上的复杂性；同时为了达到40～80：1M²/M²的蓄熔比，需要建成高达9～13M的格子体，同时才能使得构筑系数(格子体高度与内室平面面积的平方根之比)达到3以上，使得气流在格子体内部分布均匀，从而取得较好的换热效率，因而这种蓄热室结构对耐火砖气流率和耐冲击性要求很高，造成这种耐火砖的成本(每吨7000～10000元)居高不下。

换热室是一种即时性换热的设备，其预热的空气温度相对蓄热室较为稳定。现有的换热室分为立式和卧式两类，其中卧式换热器由于热回收效率低、易漏气和易堵塞而基本被淘汰，而现有立式换热室中的冷空气通道是采用单个筒子砖在竖直方向简单叠加形成，为了保证即时换热效率，筒子砖的砖壁不能过厚，因此这种筒子砖的承重强度有限，因此限制了冷空气通道的高度，进而造成气流均匀包围筒子体的能力差，换熔比较小，整体换热效率低，导致能耗较高。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种废气热能回收换热器，能够显著提高热回收效率，并显著窑炉降低换热装置的成本。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种废气热能回收换热器，包括外壁与外壁包围形成的内腔，所述内腔内部设有空气通道和废气通道，其中：

所述空气通道包括注入室、分配室、传导室、汇聚结构、对流室和排出室，其中：所述注入室设于内腔的底部，所述注入室具有设于外壁下部的入口；

所述分配室设置在注入室的上方并与其相通，所述分配室为若干个且在水平方向上相互平行的设置，且相邻两个分配室之间设有空隙；所述每一个分配室均由若干变接砖在水平方向上依次连接形成，其中所述变接砖具有纵截面呈漏斗型的内孔，所述每一个变接砖均呈内孔大口朝上地布置；

所述传导室为若干组，每一组传导室均通过一组对单接头砖连接在变接砖上方，各组传导室之间设置有间隙，所述对单接头砖的内部设有两个纵截面呈T型的连接孔，所述对单接头砖在水平方向上两两组合成一组；每一组传导室由若干组筒子砖在垂直方向上依次重叠而成，垂直方向上两两相邻的两组筒子砖之间通过一组对双接头砖相连，其中每一组筒子砖为四个，每一组对双接头砖为两个，所述对双接头砖的内部设有两个纵截面呈工字型的连通孔，所述对双接头砖两两组合为一组；

所述每一组传导室的上端依次通过一组汇聚结构连接一组对流室，所述汇聚结构从下至上依次包括一组孔大口朝下的对单接头砖、一组内孔大口朝下倒置的变接砖和一个连接孔大口朝上的对单接头砖，所述每一组对流室由若干组筒子砖在垂直方向上重叠形成，每一组筒子砖为两个筒子砖在水平方向两两组合形成且所述两个筒子砖之间具有间隙；

所述排出室设置在对流室的上方且与其连通，所述排出室具有设于外壁上部的空气出口，相邻两个排出室之间设有空隙；

所述废气通道包括废气进入室、废气分布室和废气汇集室，其中所述废气进入室由相邻两个排出室之间的间隙构成；所述废气分布室由传导室和对流室各筒子砖之间的间隙组成；所述废气汇集室设于废气分布室的下方，且由各分配室之间的空隙组成，所述废气汇集室具有设置在外壁下部的废气出口。

进一步地，所述变接砖的相对两个外壁上分别设有相互匹配的第一凹槽和第一凸起，以用于相邻两个变接砖通过第一凹槽和第一凸起进行组合并定位。

进一步地，沿着分配室延伸方向布置的相邻两组传导室的之间设有分接砖，所述分接砖的两个相对的外壁上分别设有连接翼使得分接砖的截面呈T型结构；所述分接砖设于相邻两组传导室下方的对单接头砖之间，且其两个连接翼分别架设在两个对单接头砖的顶端面上。

进一步地，所述变接砖内孔的大口端面设有第二凸起，所述对单接头砖连接孔的小口端面上设有与第二凸起相匹配的第二凹槽，以用于对单接头砖通过第二凹槽与第二凸起的匹配安装在变接砖上并定位；所述分接砖的底部也设有与第二凸起相匹配的第五凹槽，以用于分接砖通过第五凹槽和第二凸起的匹配卡合安装在变接砖上。

进一步地，所述对单接头砖的两个相对外壁上还设有相互匹配的第四凸起和第四凹槽。

进一步地，所述分接砖的具有连接翼的两个相对外壁上还设有与第四凸起和第四凹槽相匹配的第六凹槽和第六凸起。

进一步地，所述对双接头砖的两个相对的外壁上还分别设有相互匹配的第三凹槽和第三凸起，以用于两个对双接头砖通过第三凹槽和第三凸起进行组合和定位。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

①本发明使换热室筒子体具有蓄热室格子体的平面排布、构筑系数和换熔比等特点，使具有很高的热回收效率；通过传导室结构显著增大了换热面积，并充分利用到传导、对流和辐射三种传热方式，极大提高了热回收效率，筒子体高度仅需7.65M就可以达到换熔比48：1M²/M^2，，而且同样条件下，当废气进入换热室的温度为1100℃时，其离室温度由现有技术中的600℃降低到192～196℃，因而废气余热利用率大大提高，进而极大降低了生产中的能耗；

②本发明通过具有漏斗形内孔的变接砖在传导室的上方和下方进行空气分配和空气汇聚，使得空气在进入传导室和排出传导室时的气流速度加快，因而产生很强的对流传热能力，使得换热效果达到最大化；

③本发明在沿注入室延伸方向布置的各组传导室之间设置分接砖，使得各组传导室之间的间距均匀，保证废气分散的均匀性，进而保证了换热效率；

④本发明由于筒子体高度降低，建设成本显著降低，同时维护也更加简单方便；

⑤本发明中各砖体组合连接通过凹槽和凸起结构，一方面使得各砖体咬合更加稳固，另一方面也加强了气密性，因而更加可靠；

⑥每一组传导室水平方向为四个筒子砖，每一组对流室水平方向为两个筒子砖，因而传导室的承重强度提高，保证了筒子体的稳定性，同时可以根据需要实现更大高度要求的筒子体，因而具有很好的发展前景。

附图说明

图1为本发明的结构正视图。

图2为本发明所述传导室的结构俯视图。

图3为本发明的结构左视图。

图4为本发明所述变接砖的结构正视图。

图5为本发明所述变接砖的结构俯视图。

图6为本发明所述对双接头砖的结构正视图。

图7为本发明所述对双接头砖的结构俯视图。

图8为本发明所述对双接头砖的结构左视图。

图9为本发明所述分接砖的结构正视图。

图10为本发明所述分接砖的结构左视图。

图11为本发明所述对单接头砖的结构正视图。

图12为本发明所述对单接头砖的结构俯视图。

图13为本发明所述对单接头砖的结构左视图。

图14为本发明所述筒子砖的结构剖视图。

其中：1-外壁，2-筒子砖，3-注入室，31-入口，4-传导室，5-变接砖，51-内孔，52-第一凹槽，53-第一凸起，54-第二凸起，6-排出室，61-空气出口，7-对单接头砖，71-连接孔，72-第四凹槽，73-第四凸起，74-第二凹槽，8-对双接头砖，81-连通孔，82-第三凹槽，83-第三凸起，9-分接砖，91-连接翼，92-第五凹槽，93-第六凸起，94-第六凹槽，10-废气进入室，11-废气分布室，12-废气汇集室，13-废气出口，14-汇聚结构，15-对流室，16-分配室。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

如图1～图3所示，本发明提出了一种废气热能回收换热器，包括外壁1与外壁1包围形成的内腔，所述内腔内部设有空气通道和废气通道，其中：

所述空气通道包括注入室3、分配室16、传导室4、汇聚结构14、对流室15和排出室6，其中：所述注入室3设于内腔的底部，所述注入室3具有设于外壁1下部的入口31；

所述分配室16设置在注入室3的上方并与其相通，所述分配室16为若干个且在水平方向上相互平行的设置，且相邻两个分配室16之间设有空隙；所述每一个分配室16均由若干变接砖5在水平方向上依次连接形成，如图4～图5所示，其中所述变接砖5具有纵截面呈漏斗型的内孔51，所述每一个变接砖5均呈内孔51大口朝上地布置，所述变接砖5的相对两个外壁上分别设有相互匹配的第一凹槽52和第一凸起53，以用于两个变接砖5通过第一凹槽52和第一凸起53进行组合并定位；

所述传导室4为若干组，每一组传导室4均通过一组对单接头砖7连接在变接砖5上方，各组传导室4之间设置有间隙，所述对单接头砖7的内部设有两个纵截面呈T型的连接孔71，所述对单接头砖7的两个相对外壁上还设有相互匹配的第四凸起73和第四凹槽72，以用于两个对单接头砖7在水平方向上两两组合成一组并定位；每一组传导室4由若干组筒子砖2在垂直方向上依次重叠而成，垂直方向上两两相邻的两组筒子砖2之间通过一组对双接头砖8相连，其中每一组筒子砖2为四个，每一组对双接头砖8为两个，所述对双接头砖8的内部设有两个纵截面呈工字型的连通孔81，所述对双接头砖8的两个相对的外壁上还分别设有相互匹配的第三凹槽82和第三凸起83，以用于两个对双接头砖8两两组合为一组并定位；

沿着分配室16延伸方向布置的相邻两组传导室4的之间设有分接砖9，所述分接砖9的两个相对的外壁上分别设有连接翼91使得分接砖9的截面呈T型结构；所述分接砖9设于相邻两组传导室4下方的对单接头砖7之间，且其两个连接翼91分别架设在两个对单接头砖7的顶端面上；所述分接砖9的具有连接翼91的两个相对外壁上还设有与第四凸起73和第四凹槽72相匹配的第六凹槽94和第六凸起93，以用于分接砖9与相邻的对单接头砖7进行卡合定位；

所述变接砖5内孔51的大口端面设有第二凸起54，所述对单接头砖7连接孔71的小口端面上设有与第二凸起54相匹配的第二凹槽74，以用于对单接头砖7通过第二凹槽74与第二凸起54的匹配安装在变接砖5上并定位；所述分接砖9的底部也设有与第二凸起54相匹配的第五凹槽92，以用于分接砖9通过第五凹槽92和第二凸起54的匹配卡合安装在变接砖5上；

所述每一组传导室4的上端依次通过一组汇聚结构14连接一组对流室15，所述汇聚结构14从下至上依次包括一组孔大口朝下的对单接头砖7、一组内孔大口朝下倒置的变接砖5和一个连接孔大口朝上的对单接头砖7，所述每一组对流室15由若干组筒子砖2在垂直方向上重叠形成，每一组筒子砖2为两个筒子砖2在水平方向两两组合形成且所述两个筒子砖2之间具有间隙；

所述排出室6设置在对流室15的上方且与其连通，所述排出室6具有设于外壁1上部的空气出口61，相邻两个排出室6之间设有空隙；

如图1-图3所示，所述废气通道包括废气进入室10、废气分布室11和废气汇集室12，其中所述废气进入室10由相邻两个排出室6之间的间隙构成；所述废气分布室11由传导室4和对流室15各筒子砖2之间的间隙组成；所述废气汇集室12设于废气分布室的下方，且由各分配室16之间的空隙组成，所述废气汇集室12具有设置在外壁1下部的废气出口13。

本发明运行时，高温废气从废气进入室10进入废气分布室11；同时低温空气从入口31进入注入室3，并分别进入各个分配室16，通过分配室16进入到各个传导室4中，由于分配室16的变接砖5具有大口朝上的漏斗形内孔51，低温空气进入传导室4后流动速度下降，使得传导室4内的低温空气可以与外部高温废气进行充分的热传递，其中传导室4中下部热传递主要为传导传热的形式；当空气被加热并到达传导室4上部后，由于汇聚结构14具有漏斗形内孔51大口朝下的变接砖5，因而传导室4上部空气流速加快，传导室4上部的热传递主要是传导和对流传热两种形式；当空气进入对流室15后，其气流速度最快，同时对流室15外部的废气温度最高，因而对流室15的筒子砖2温度也被加热到最高，使得对流室15的传热方式主要为辐射和对流传热两种方式。

本发明充分利用了热传递的三种形式，增大了传导传热面积，并使得筒子体高度突破现有技术中的限制，现有技术中的换热器废气离室温度最低为600℃，而本发明中废气的离室温度可至200℃以下，使得废气热能被最大化利用，极大节省了能耗；同时筒子砖的成本较低，因而本发明可供大量推广利用，符合我国建设节约型社会的理念，具备广阔的市场价值。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种废气热能回收换热器，包括外壁与外壁包围形成的内腔，所述内腔内部设有空气通道和废气通道，其特征在于：

所述空气通道包括注入室、分配室、传导室、汇聚结构、对流室和排出室，其中：所述注入室设于内腔的底部，所述注入室具有设于外壁下部的入口；

所述分配室设置在注入室的上方并与其相通，所述分配室为若干个且在水平方向上相互平行的设置，且相邻两个分配室之间设有空隙；所述每一个分配室均由若干变接砖在水平方向上依次连接形成，其中所述变接砖具有纵截面呈漏斗型的内孔，所述每一个变接砖均呈内孔大口朝上地布置；

所述传导室为若干组，每一组传导室均通过一组对单接头砖连接在变接砖上方，各组传导室之间设置有间隙，所述对单接头砖的内部设有两个纵截面呈T型的连接孔，所述对单接头砖在水平方向上两两组合成一组；每一组传导室由若干组筒子砖在垂直方向上依次重叠而成，垂直方向上两两相邻的两组筒子砖之间通过一组对双接头砖相连，其中每一组筒子砖为四个，每一组对双接头砖为两个，所述对双接头砖的内部设有两个纵截面呈工字型的连通孔，所述对双接头砖两两组合为一组；

所述每一组传导室的上端依次通过一组汇聚结构连接一组对流室，所述汇聚结构从下至上依次包括一组孔大口朝下的对单接头砖、一组内孔大口朝下倒置的变接砖和一个连接孔大口朝上的对单接头砖，所述每一组对流室由若干组筒子砖在垂直方向上重叠形成，每一组筒子砖为两个筒子砖在水平方向两两组合形成且所述两个筒子砖之间具有间隙；

所述排出室设置在对流室的上方且与其连通，所述排出室具有设于外壁上部的空气出口，相邻两个排出室之间设有空隙；

所述废气通道包括废气进入室、废气分布室和废气汇集室，其中所述废气进入室由相邻两个排出室之间的间隙构成；所述废气分布室由传导室和对流室各筒子砖之间的间隙组成；所述废气汇集室设于废气分布室的下方，且由各分配室之间的空隙组成，所述废气汇集室具有设置在外壁下部的废气出口。

2.如权利要求1所述的一种废气热能回收换热器，其特征在于：所述变接砖的相对两个外壁上分别设有相互匹配的第一凹槽和第一凸起，以用于相邻两个变接砖通过第一凹槽和第一凸起进行组合并定位。

3.如权利要求1所述的一种废气热能回收换热器，其特征在于：沿着分配室延伸方向布置的相邻两组传导室的之间设有分接砖，所述分接砖的两个相对的外壁上分别设有连接翼使得分接砖的截面呈T型结构；所述分接砖设于相邻两组传导室下方的对单接头砖之间，且其两个连接翼分别架设在两个对单接头砖的顶端面上。

4.如权利要求3所述的一种废气热能回收换热器，其特征在于：所述变接砖内孔的大口端面设有第二凸起，所述对单接头砖连接孔的小口端面上设有与第二凸起相匹配的第二凹槽，以用于对单接头砖通过第二凹槽与第二凸起的匹配安装在变接砖上并定位；所述分接砖的底部也设有与第二凸起相匹配的第五凹槽，以用于分接砖通过第五凹槽和第二凸起的匹配卡合安装在变接砖上。

5.如权利要求3所述的一种废气热能回收换热器，其特征在于：进一步地，所述对单接头砖的两个相对外壁上还设有相互匹配的第四凸起和第四凹槽。

6.如权利要求5所述的一种废气热能回收换热器，其特征在于：所述分接砖的具有连接翼的两个相对外壁上还设有与第四凸起和第四凹槽相匹配的第六凹槽和第六凸起。

7.如权利要求1所述的一种废气热能回收换热器，其特征在于：所述对双接头砖的两个相对的外壁上还分别设有相互匹配的第三凹槽和第三凸起，以用于两个对双接头砖通过第三凹槽和第三凸起进行组合和定位。