CN106123013A

CN106123013A - 模块化波纹板式换热器

Info

Publication number: CN106123013A
Application number: CN201610500503.4A
Authority: CN
Inventors: 刘启端
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2016-11-16

Abstract

本发明公开了模块化波纹板式换热器，其包括端部导流模块、中间导流模块和由至少一个换热模块串联或并联而成的换热组件；换热模块包括换热壳体和波形换热片；换热壳体为上下两个端面敞口的长方体结构；波形换热片层叠在一起，固定在换热模块壳体内；端部导流模块包括具有连续三面设置成敞口的导流箱，导流箱内固定设置有若干呈L形的通道隔板，相邻通道隔板的短臂呈垂直方式分布于导流箱的内部空间中；中间导流模块包括具有连续三面设置成敞口的导流壳体，导流壳体内间隔设置有板状隔板和呈L形的气流隔板，且板状隔板和气流隔板相互接触；相邻两个换热组件之间至少设置有一个中间导流模块，每个端部导流模块安装于换热组件的自由端。

Description

模块化波纹板式换热器

技术领域

本发明属于废气废热回收器械领域，具体涉及一种燃烧式的锅炉、工业炉废气与助燃气体之间能量交换的模块化波纹板式换热器。

背景技术

现有的应用于废气废热回收的热交换器存在以下几个缺点：1、烟气排放流量远大于与其进行换热的助燃气体的流量，系统难以将烟气中热量进行最大限度的消化，致使烟气中仍有大量余热被浪费；另外，对烟气进行水雾式除尘、脱硫脱硝环保处理时需要更低的烟气排放温度，仍携带大量余热的烟气使得后续烟气的处理难以达到理想的效果。2、换热器只能提供同一种温度的余热气体，难以满足用户同时需要多种不同较低温度的热空气；3、现有应用于废气与助燃气体之间进行能量交换的此类热交换器，因体积大、重量大，结构和工艺复杂，维护困难，废热回收效率与体积比不是很理想从而降低了经济性，限制了其实用性和技术推广程度。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的模块化波纹板式换热器能够最大化地回收烟气中的热量，同时还能给用户提供多种不同温度的预热气体。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种模块化波纹板式换热器，其包括换热组件、两个端部导流模块和至少一个中间导流模块，换热组件由至少一个换热模块串联或并联而成；换热模块包括换热壳体和波形换热片；换热壳体为上下两个端面敞口的长方体结构；波形换热片层叠在一起，固定在换热模块壳体内；在相邻波形换热片间留有气体通道，气体通道的进输出口设置在敞口的一面上；

端部导流模块包括具有连续三面设置成敞口的导流箱，导流箱内固定设置有若干呈L形的通道隔板，相邻通道隔板的短臂呈垂直方式分布于导流箱的内部空间中，并将导流箱的内部空间分割成若干间隔排布且开口垂直的预热气体通道和废气通道；

中间导流模块包括具有连续三面设置成敞口的导流壳体，导流壳体内间隔设置有板状隔板和呈L形的气流隔板，且板状隔板和气流隔板相互接触将导流壳体内部空间分割成若干间隔排布的预热气体通道和废气通道；相邻两个换热组件之间至少设置有一个中间导流模块，每个端部导流模块安装于换热组件的自由端。

本发明的有益效果为：本方案的换热器采用将回收能量就地消化（加热助燃气体），解决了回收能量消化难的困境，另外中间导流模块、端部导流模块和换热组件位置的独特设置，能够对烟气中的热量进行最大化地回收利用，提高了烟气中热量的回收率。

本方案在相邻两个换热组件之间引入至少一个中间导流模块后，用户可以根据需要输出多种具有不同预热温度的预热气体，从而满足了不同用户的多样化需求。

当在相邻两个换热组件之间引入两个中间导流模块后，引入“废热回收梯级利用”的技术理念，最大限度利用烟气的废热的同时，也为烟气的无害化处理创造了优异的技术条件。

由于烟气的温度低于180℃（露点温度）时，烟气中的水分会析出，同时烟气中的酸性成分会溶解进入析出的水分中，形成酸性液体造成对换热组件材料的腐蚀，本方案由于换热组件由至少一个换热模块串联或并联而成，这样在换热组件的低温段的换热模块可以采用防腐蚀性高的材料制成，高温段的换热模块采用热变形小的材料制成。

本方案的换热器的针对性强，主要应用于燃烧式的锅炉、工业炉设备的废气能量回收，将该类设备的节能系统体积小型化，同时使该应用领域系统的设计、设备的制造、技改工程的实施、系统的调试以及系统的后期运行维护都更加简单和便捷，另外，与其它同类产品相比，在体积缩小的同时回收效率却并未因此降低，相反还可以得到一定程度的提高。由于本方案的换热器的传热系数优于同类型的换热器，故在工程实践中，在保证较好的换热回收效率的前提下，减少一定的换热片数量及牺牲一定的换热面积以改善产品的通道气体阻力参数，又能显著降低气体的驱动能耗，以及烟气的环保处理能耗。

该换热器还具备一定的环保功能，其采取预先对预热气体进行加热，能提高燃烧温度，使燃料的燃烧更加充分、利用率更高、用量更少，同时能减少有害气体的排放。

附图说明

图1为模块化波纹板式换热器一个实施例的工作原理图。

图2为模块化波纹板式换热器另一个实施例的工作原理图。

图3为换热模块一个视角的立体图。

图4为换热模块另一个视角的立体图。

图5为端部导流模块的结构图示意图。

图6为中间导流模块的结构图示意图。

图7为现有技术中的换热器的结构示意图。

其中，1、换热组件；11、换热模块；111、换热壳体；112、波形换热片；113、气体通道；2、端部导流模块；201、废气通道；202、预热气体通道；203、通道隔板；2031、短臂；204、导流箱；3、中间导流模块；301、导流壳体；302、板状隔板；303、气流隔板。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1和图2所示，模块化波纹板式换热器包括换热组件1、两个端部导流模块2和至少一个中间导流模块3，换热组件1由至少一个换热模块11串联或并联而成。

本方案由于换热组件1、端部导流模块2和中间导流模块3位置的独特设置能够对烟气中的热量进行最大化地回收利用，提高了烟气中热量的回收率；另外，本方案的换热器的换热组件1、端部导流模块2和中间导流模块3采用模块化设计构成，方便换热器的标准化和批量化的生产以及后期维护更换更加便捷。

如图3和图4所示，换热模块11包括换热壳体111和波形换热片112；换热壳体111为上下两个端面敞口的长方体结构；波形换热片112层叠在一起，固定在换热模块11壳体内；在相邻波形换热片112间留有气体通道113，气体通道113的进输出口设置在敞口的一面上。

波形换热片112的波形设计，可以使气体在换热模块11内产生紊流，以提高气体与波形换热片112的传热效率，不需要刻意将波形换热片112做得粗糙以减少固体尘埃粒子的附着机会。波形换热片112在换热模块11内层叠能够使有限空间容下更多的波形换热片112，进而使总换热面积得到增加，热量在相邻的两个气体通道113之间通过波形换热片112的两个表面进行换热，进而最大限度缩短了热量的传递路径，避免了热量的热滞效应，实现助燃气体与废气在换热器内部全程逆流换热。

如图5所示，端部导流模块2包括具有连续三面设置成敞口的导流箱204，导流箱204内固定设置有若干呈L形的通道隔板203，相邻通道隔板203的短臂2031呈垂直方式分布于导流箱204的内部空间中，并将导流箱204的内部空间分割成若干间隔排布且开口垂直的预热气体通道202和废气通道201。

如图6所示，中间导流模块3包括具有连续三面设置成敞口的导流壳体301，导流壳体301内间隔设置有板状隔板302和呈L形的气流隔板303，且板状隔板302和气流隔板303相互接触将导流壳体301内部空间分割成若干间隔排布的预热气体通道202和废气通道201。

如图1和图2所示，相邻两个换热组件1之间至少设置有一个中间导流模块3，即中间导流模块3其中一个纵向的敞口与换热组件1纵向设置的敞口连接；每个端部导流模块2安装于换热组件1的自由端，即端部导流模块2其中一个纵向的敞口与换热组件1自由端的纵向敞口连接。

如图1所示，在实施时，本方案优选换热器设置有两个换热组件1，相邻两个换热组件1之间设置有一个中间导流模块3；端部导流模块2和中间导流模块3使换热器形成具有一个用于预热气体输入的输入口和两个不同温度气体输出的输出口。

使用时，废气由换热器最下方的端部导流模块2的废气通道201输入，进入换热器的换热组件1、中间导流模块3及端部导流模块2后，从换热器顶端的端部导流模块2的废气通道201输出；预热气体由换热器顶端的端部导流模块2的预热气体通道202进入，一部分预热气体通过第一个换热组件1与烟气进行换热后，从中间导流模块3的预热气体通道202流出温度相对较低的预热气体；另一部分预热气体通过两个换热组件1与烟气进行换热后，从换热器最下方的端部导流模块2的预热气体通道202流出温度相对较高的预热气体。

采用这种结构的换热器后，用户可以根据需要针对同一种气体，输出具有两种温差的预热气体；另外，若用户若不需要多个温差的预热气体，仅需要一种高温预热气体时，可以采用气阀挡住中间导流模块3导出的预热气体即可。

由上可知，图1示出来的模块化波纹板式换热器能够根据用户需要，输出一种或两种温差的预热气体，使得该换热器能够满足不同用户的多样化需求。

如图2所示，在实施时，本方案优选换热器设置有两个换热组件1，相邻两个换热组件1之间设置有两个中间导流模块3，且两个中间导流模块3的预热气体通道202之间设置有一隔板，隔板使换热器形成具有两个用于预热气体输入的输入口和两个与输入口相配对使用的输出口。

采用该种结构的换热器能够实现两种不同的预热气体的预热，且从换热器上端的输出口输出的预热气体的温度低于从换热器下端的输出口输出的预热气体的温度。

具体地，图2示出的换热器使用时，废气由换热器最下方的端部导流模块2的废气通道201输入，进入换热器的端部导流模块2、中间导流模块3和换热组件1后，从换热器顶端的端部导流模块2的废气通道201输出；第一种预热气体从换热器顶端的端部导流模块2的预热气体通道202进入，从中间上方的中间导流模块3的预热气体通道202流出温度相对较低的预热气体。

另外一种预热气体从中间下方的中间导流模块3的预热气体通道202进入，之后从换热器最下方的端部导流模块2的预热气体通道202流出温度相对较高的预热气体。

采用该种结构的换热器不仅能够实现两种预热气体的预热，还能够针对这两种预热气体各自输出不同温差的预热气体，使换热器的多样化使用形式得到了进一步突显。

在实施时，可以在端部导流模块2的横向敞口及换热器两端的废气通道201开端均通过气体汇集腔连接有一法兰。这样设置之后，可以便于烟气和预热气体的集中输入和输出。

如图1所示，当换热组件1由至少两个换热模块11并联而成时，多个换热模块11的长度和与中间导流模块3和端部导流模块2的长度相等。如图2所示，当换热组件1由至少两个换热模块11串联而成时，换热模块11的长度与中间导流模块3和端部导流模块2的长度相等。

采用如图1和图2所示的换热器后，用户可以在换热组件1的低温段和高温段采用不同的材质制作换热模块11，比如在低温段的换热模块11可以采用防腐蚀性高的材料制成，高温段的换热模块11采用热变形小的材料制成。

热换器采用重量轻、导热及传热效率高、耐高温的材料制作，例如铝板等。

下面结合图2和图7对本方案的模块化波纹板式换热器的意义进行分析：

如图2所示，一种预热气体A输入的入口用A输入口代替，另一种预热气体B输入的入口用B输入口代替，一种预热气体输出的出口用A输出口代替，另一种预热气体输出的出口用B输出口代替；图7中的预热气体C的入口用C输入口代替，预热气体的出口用C输出口代替。

条件：假设图7示出的现有技术中的换热器与本方案图2示出的换热器的总换热面积F相等，烟气流量相等，被预热气体流量相等（流量A=B=C）和烟气及被预热气体各自初始温度相等，且假设所有导流模块的热传递为零。

分析步骤：

步骤一：将B输入和A输出连起来，此时，A输入口温度为室温，B输入口的气体温度等于A输出口的气体温度；

如图2所示，分析A输出口与B输入口之间连接起来的情况。此时，B输入口的温度为A输出口气体温度，由于我们假设所有导流模块的热传递为零，以及图7示出的现有技术中的换热器与本方案图2示出的换热器的总换热面积F相等，烟气流量相等，被预热气体流量相等（流量A=B=C）和烟气及被预热气体各自初始温度相等，因此图2与图7的热工况一致，即图2的预热气体Ａ和Ｂ的吸收的总热量（QA+QB）等于图7的预热气体Ｃ吸收的热量（QC），

QA+QB＝QC

同时，图2的预热气体Ａ和Ｂ的总温升［（Δt-Cａ）+（Δt-Cb）］等于图7的预热气体Ｃ的温升（Δt-C），

（Δt-Cａ）+（Δt-Cb）＝Δt-C

步骤二：将B输入和A输出断开，此时，A输入口与B输入口的气体温度均为室温；

将B输入口与A输出口断开并接入室温气体，由于B输入口的流量仍然等于预热气体C流量，烟气流量以及烟气进入温度没有变化，B输出口的温度会因为入口温度的降低而跟着降低，但由于冷流入口温度的降低会改善冷热流体的热交换条件，使预热气体的输出有一个升高的趋势，故B输出口的温度会略小于C输出气体的温度，即B预热气体的温升（Δt-B）会大于C预热气体在对应位置的温升（Δt-Cb ），即

Δt-B>Δt-Cb

即B输出口气体的温升有上升趋势，另外，烟气热源温度与预热气体入口的温差加大，换热更加充分，则烟气在Ｂ段的出口温度也应有一定的下降。烟气在Ｂ段的出口温度就是烟气在Ａ段的入口温度，是Ａ段的烟气热源温度。预热气体Ａ的入口温度没有变，仍为室温，则冷热流体的温差缩小，冷流体的温升也会跟着减小，即

Δt-Ａ<Δt-Ca

相对于步骤一，预热气体B的吸收废热量及温升有上升趋势，而预热气体A却有吸收热量下降及温升下降的趋势，总的吸收废热量及总温升上下相抵，改善不明显。

步骤三： B输入口的气体温度等于室温，A输出口的气体温度小于室温。

相对于步骤一，预热气体B吸收的废热及温升是上升的，而预热气体A由于入口温度的降低，改善了冷热流体的热交换条件，预热气体A吸收的废热及温升也都会有提高的趋势和效果，则总的吸收废热量以及总温升有明显的改善效果。

结论：当预热气体的初始温度不变的前提下，换热器引入中间导流模块会使换热器的余热回收总效率是近似没有变化的，即预热初始气体温度不变，预热气体及烟气各自的总流量不变的情况下，换热组件之间增加中间导流模块不会影响预热气体总的吸收热量，进而不影响换热器的废热总回收效率。

图2中，A输入口接入的气体温度不是室温而是低于室温或被预冷却过的气体，此时，由于B输入口气体的温度是室温与预热气体A无关，其它条件也没有发生改变，故此时B输出口气体温度的增量不变。由于A输入口气体温度是经过预冷却的气体，与该点处的烟气入口温度差扩大，故A输出口气体温度虽有一定程度下降，但A输出口气体温度的增量仍然会变大。A输出口气体温度的增量和B输出口气体温度的增量都变大，故这种情况下的换热器的烟气余热回收效率会比图7示出的现有技术换热器更加高效，烟气经过换热后的温度也会更低。

图7示出的现有技术的换热器的预热（助燃）气体入口虽然也可以通过降低温度提高烟气的余热回收效率，并降低烟气出口温度，但预热后（助燃）气体出口温度也会跟着降低，即出现烟气余热回收效率提升了，设备的节能效率反而降低了的特殊情况，因为产品的余热回收效率和节能效率是两个不同的概念。

采用图7示出的现有技术的换热器，为了使烟气排放温度进一步降低以强化烟气环保处理效果，但却会使产品的节能效果降低，图7示出的现有技术的换热器是无法克服上该矛盾的。而本方案图2示出的换热器就能克服这个缺点，因为助燃气体的预热初始温度是室温，且处在靠近烟气高温热源的一端，即，相对于烟气热源来说，第二级的（后面的）换热无法影响第一级的（前面）换热，第一级的换热预热气体采用室温气体而不是预制冷的气体，相对于图7示出的现有技术的换热器的预热气体采用预制冷气体，本方案图2示出的换热器实质利用了空气能，这样烟气余热回收效率提高的同时节能效率不会降低。

综上所述，该模块化波纹板式换热器能够最大化地回收烟气中的热量，同时还能给用户提供多种不同温度的预热气体。

Claims

1.模块化波纹板式换热器，其特征在于，包括换热组件、两个端部导流模块和至少一个中间导流模块，所述换热组件由至少一个换热模块串联或并联而成；所述换热模块包括换热壳体和波形换热片；所述换热壳体为上下两个端面敞口的长方体结构；所述波形换热片层叠在一起，固定在换热模块壳体内；在相邻所述波形换热片间留有气体通道，气体通道的进输出口设置在敞口的一面上；

所述端部导流模块包括具有连续三面设置成敞口的导流箱，所述导流箱内固定设置有若干呈L形的通道隔板，相邻通道隔板的短臂呈垂直方式分布于导流箱的内部空间中，并将导流箱的内部空间分割成若干间隔排布且开口垂直的预热气体通道和废气通道；

所述中间导流模块包括具有连续三面设置成敞口的导流壳体，所述导流壳体内间隔设置有板状隔板和呈L形的气流隔板，且板状隔板和气流隔板相互接触将导流壳体内部空间分割成若干间隔排布的预热气体通道和废气通道；相邻两个换热组件之间至少设置有一个中间导流模块，每个端部导流模块安装于换热组件的自由端。

2.根据权利要求1所述的模块化波纹板式换热器，其特征在于，所述换热器设置有两个换热组件，相邻两个换热组件之间设置有一个中间导流模块；端部导流模块和中间导流模块使所述换热器形成具有一个用于预热气体输入的输入口和两个不同温度气体输出的输出口。

3.根据权利要求1所述的模块化波纹板式换热器，其特征在于，所述换热器设置有两个换热组件，相邻两个换热组件之间设置有两个中间导流模块，且两个中间导流模块的预热气体通道之间设置有一隔板，所述隔板使所述换热器形成具有两个用于预热气体输入的输入口和两个与输入口相配对使用的输出口。

4.根据权利要求1-3任一所述的模块化波纹板式换热器，其特征在于，当换热组件由至少两个换热模块并联而成时，多个换热模块的长度和与中间导流模块和端部导流模块的长度相等。

5.根据权利要求1-3任一所述的模块化波纹板式换热器，其特征在于，当换热组件由至少两个换热模块串联而成时，换热模块的长度与中间导流模块和端部导流模块的长度相等。

6.根据权利要求1-3任一所述的模块化波纹板式换热器，其特征在于，所述端部导流模块的横向敞口及换热器两端的废气通道开端均通过气体汇集腔连接有一法兰。

7.根据权利要求1-3任一所述的模块化波纹板式换热器，其特征在于，所述热换器采用重量轻、导热及传热效率高、耐高温的材料制作。