CN108151557A - 一种适用于喷气加热技术的换热器 - Google Patents

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张利祥
李俊
刘益民
王健
马新建
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
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    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
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    • C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
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Abstract

本发明公开了一种适用于喷气加热技术的换热器，内置于预热段的喷气风箱中，包括箱体、上管板、下管板和换热器管束，上管板水平设于箱体内部的上方，下管板水平设于箱体内部的下方，换热器管束具有数根，均设于上管板和下管板之间，且换热器管束上端均与上管板相连，换热器管束下端均与下管板相连，箱体的下端连有数个射流喷嘴，换热器管束上端设有上均压腔，上均压腔与箱体内部的上端之间为循环气体进口。本发明能够大幅度的缩短预热段的管道，提升辐射管燃烧废气残余热能综合利用的热效率。

Description

一种适用于喷气加热技术的换热器
技术领域
本发明涉及冷轧带钢连续热处理领域，更具体地说，涉及一种适用于喷气加热技术的换热器。
背景技术
为了降低能耗冷轧带钢连续热处理技术的传统惯例是在带钢热处理区域之前使用预热装置对其进行预热。目前大型的立式连续退火炉预热段所使用的气体一般为氮氢保护气体，很少采用辐射管的燃烧废气直接加热带钢。
目前预热段常用加热方法如图1所示，辐射管1的燃烧废气进入集气室2后通过排烟风机3增压后流经主阀门4进入换热器5，换热器5的详细结构如图2所示，换热器整体为管壳式的气-气换热器由管束、管板、等部件组成，其中废气走壳程，循环气体走管程，为了方便以后换热器的清洗。在换热器5内废气与预热段9的循环气体进行热交换后排入到烟囱。预热段9内的循环气体经管道在换热器5内完成热交换后通过循环风机7增压后经管道进入射流喷嘴10，射流并加热带钢8，被带钢8冷却后的循环气体再次进入换热器5进行热交换后完成一次循环，虽然目前关于预热段对于辐射管燃烧废气残余热能的利用比较安全，但是由于换热器布置在预热段炉体的外侧，会使得整个预热段的管道布置比较复杂，沿程的压力与热量损失都比较大，影响预热段的余热回收效率。
换热器5安装在预热炉以外，优点是：一旦换热器出现泄漏，辐射管燃烧烟气不会进入到连退炉的预热段甚至是加热段，导致带钢的表面质量问题，甚至影响生产的顺利进行。这种设计方法的缺点是：换热器安装在预热炉以外会使得整个预热段的管道布置比较复杂，沿程的压力与热量损失都比较大，影响预热段的余热回收效率，这种设计适合废气的残余热能较高的情况。但是很多情况下废气的残余热能较低，如果采用传统的方法，余热回收的量将非常的有限。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种适用于喷气加热技术的换热器，能够大幅度的缩短预热段的管道，提升辐射管燃烧废气残余热能综合利用的热效率。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种适用于喷气加热技术的换热器，内置于预热段的喷气风箱中，包括箱体、上管板、下管板和换热器管束，上管板水平设于箱体内部的上方，下管板水平设于箱体内部的下方，换热器管束具有数根，均设于上管板和下管板之间，且换热器管束上端均与上管板相连，换热器管束下端均与下管板相连，箱体的下端连有数个射流喷嘴，换热器管束上端设有上均压腔，上均压腔与箱体内部的上端之间为循环气体进口。
所述的箱体的下端与射流喷嘴之间还设有下均压腔。
所述的箱体两侧面上分别设有烟气进口和烟气出口。
所述的换热器管束上端与上管板以及换热器管束下端和下管板，均采用胀管和焊接两极密封的方式连接。
所述的上管板和下管板均采用卡槽和焊接的方式连接于箱体内侧面上。
所述的箱体为不锈钢材质制成。
所述的箱体长度为1500～3000mm，宽度为1600～3000mm，高度为1000～3000mm。
所述的射流喷嘴的直径为6～20mm。
所述的换热器管束的直径为20～80mm。
在上述的技术方案中，本发明具有以下几点的有益效果：
1.本发明置于喷气加热设备的预热段炉体内，减少管道的热力与阻力损失，能够充分快速有效的利用辐射管燃烧尾气的热能，在炉子现有燃气消耗前提条件下，提升连退炉的产能；
2.本发明能够快速、清洁、均匀的加热钢带，甚至能够把带钢在短时间内加热到200～350℃，由于采用了炉内保护气体射流加热带钢的方式，因此不会对带钢表面的质量造成负面影响；
3.本发明安装于预热段炉体的内部，减少了现有设备的管道连接，最大可能的减小了占地空间。
附图说明
图1是现有预热段喷气加热技术工艺流程原理示意图；
图2是现有喷气加热技术换热器的结构示意图；
图3是本发明换热器的结构示意图；
图4是循环气体在本发明中流动的示意图；
图5是本发明中射流喷嘴的示意图；
图6是本发明中换热器管束与上管板和下管板之间连接结构的示意图；
图7是本发明换热器多个串联使用时的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
请结合图3至图7所示，本发明所提供的一种适用于喷气加热技术的换热器，该换热器内置于预热段炉体内，并且与预热段的喷气风箱设计为一体化，能够大幅度的缩短预热段的管道，提升辐射管燃烧废气残余热能综合利用的热效率。本发明与原有的喷气加热技术不同之处主要是换热器内置于预热段内，并且与预热段的炉内保护气体进行热交换后射流加热带钢该喷气加热技术加热带钢应用的主要能源为辐射管燃烧的尾气，因此为了保持喷气风箱内换热器的清洁，辐射管燃烧器燃烧的气体为天然气，燃烧尾气比较清洁，可以保证长期工作。另外，喷气加热技术中辐射管的燃烧废气与炉内的保护气体，因此换热器采用管壳式的气-气换热器，也是为了保证本发明能长期使用以及方面维护，使辐射管的燃烧废气走壳程，炉内保护气体走管程。
本发明包括箱体20、上管板21、下管板22和换热器管束23，上管板21水平设于箱体20内部的上方，下管板22水平设于箱体20内部的下方，换热器管束23具有数根，均设于上管板21和下管板22之间，且换热器管束23上端均与上管板21相连，换热器管束23下端均与下管板22相连，箱体20的下端连有数个射流喷嘴24，换热器管束23上端设有上均压腔25，上均压腔25与箱体20内部的上端之间为循环气体进口26，箱体20的下端与射流喷嘴24之间还设有下均压腔27，箱体20两侧面上分别设有烟气进口28和烟气出口29。
根据实际生产中的需要，本发明的换热器可以是单一，也可以是多个串联使用，连接一般采用法兰30连接(如图7所示)，并且该换热器可以通过换热器管束23的布置以及换热器管束23管径的设计满足预热段以及整个炉子对排烟压力的要求和对能源回收率的要求。生产中从辐射管排出的燃烧废气通过烟气入口28进入箱体20，在换热器的壳程内辐射管燃烧废气(热媒质)单程冲刷换热器管束23与其内的循环气体(冷媒质)进行热交换，单个换热器的冷热媒质平均温差为60-120℃，远低于现有机组预热段换热器200℃温差，其中烟气与循环气体为垂直走向，之后通过烟气出口29排入下一组换热器的烟气入口28依次实现对辐射管燃烧废气残余热能的充分利用，对于混合煤气的燃烧尾气来说，为了保护设备的安全，一般最终的排烟温度要高于150℃。
循环气体通过循环风机增压后从循环气体入口26进入上均压腔25，一般来说为了使循环气体能够均匀的进入到各换热器管束23，换热器管束23的直径为20-80mm，上均压腔25的风道一般在设计过程中带有一定的角度(如图4所示)，并且换热器的宽度寸依据大型连退机组带钢的宽度一般控制在1600-3000mm，为了安装拆卸方便单体换热器的长度为1500-3000mm，高度为1000-3000mm。
在管程内循环气体被加热到一定的温度后进入下均压腔27，通过下均压腔27的均压过程保证循环气体能够从循环气体出口也就是射流喷嘴24均匀的射流到带钢上，完成对带钢的加热。
射流喷嘴24的结构形式对对流换热系数的影响非常明显，因此本发明的射流喷嘴24设计如图5所示，该喷嘴属于高密度射流喷嘴24，其直径为6-20mm，相同工况下射流的对流换热系数更大，对于喷嘴的出口形状可以为圆形、长腰形或者狭缝喷嘴。
本发明换热器安装在预热段炉体的内部，因此做好烟气与循环气的密封，保证烟气不泄露到炉内是非常必要的，换热器管束23与上管板21、下管板22的密封保证废气不泄露到上均压腔25和下均压腔27内与循环气体混合。换热器管束23与上管板21、下管板22的密封方法如图6所示，在上管板21、下管板22洗一个槽后采用高压胀管，使每根换热器管束23填充到槽内完成一级密封，之后在换热器管束23与上管板21、下管板22两面采用焊接的方法完成二级密封。上管板21、下管板22与箱体20之间的密封也如图6所示，箱体20内装上、下两个卡槽密封分别对应卡住上管板21和下管板22，之后卡槽与上管板21、下管板22之间再采用焊接的方法。
为了能够保证炉内保护气体均匀的进入换热器的换热器管束23，以及保护气体能够均匀的从射流喷嘴24出，上均压腔25与下均压腔27都要满足一定的空间尺寸要求。
辐射管的排烟温度一般控制在400-700℃之间，为了保证换热器的长期工作而不变形，所述的箱体为不锈钢材质制成。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (9)

1.一种适用于喷气加热技术的换热器，内置于预热段的喷气风箱中，其特征在于，包括箱体、上管板、下管板和换热器管束，上管板水平设于箱体内部的上方，下管板水平设于箱体内部的下方，换热器管束具有数根，均设于上管板和下管板之间，且换热器管束上端均与上管板相连，换热器管束下端均与下管板相连，箱体的下端连有数个射流喷嘴，换热器管束上端设有上均压腔，上均压腔与箱体内部的上端之间为循环气体进口。
2.如权利要求1所述的一种适用于喷气加热技术的换热器，其特征在于，所述的箱体的下端与射流喷嘴之间还设有下均压腔。
3.如权利要求1所述的一种适用于喷气加热技术的换热器，其特征在于，所述的箱体两侧面上分别设有烟气进口和烟气出口。
4.如权利要求1所述的一种适用于喷气加热技术的换热器，其特征在于，所述的换热器管束上端与上管板以及换热器管束下端和下管板，均采用胀管和焊接两极密封的方式连接。
5.如权利要求1所述的一种适用于喷气加热技术的换热器，其特征在于，所述的上管板和下管板均采用卡槽和焊接的方式连接于箱体内侧面上。
6.如权利要求1所述的一种适用于喷气加热技术的换热器，其特征在于，所述的箱体为不锈钢材质制成。
7.如权利要求1所述的一种适用于喷气加热技术的换热器，其特征在于，所述的箱体长度为1500～3000mm，宽度为1600～3000mm，高度为1000～3000mm。
8.如权利要求1所述的一种适用于喷气加热技术的换热器，其特征在于，所述的射流喷嘴的直径为6～20mm。
9.如权利要求1所述的一种适用于喷气加热技术的换热器，其特征在于，所述的换热器管束的直径为20～80mm。
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