CN109163584B - 直通道烟气换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直通道烟气换热器，包括烟气通道和换热组件，所述烟气通道竖直布置，所述烟气通道内设置有换热区，所述换热组件包括多个平行布置的换热平板，各所述换热平板并列布置于所述换热区内，各所述换热平板沿着所述烟气通道的轴向布置；所述烟气通道内烟气流动方向为从顶部流向底部，各所述换热平板内换热介质从底部流向顶部。本发明实施例提供的一种直通道烟气换热器，竖直的烟气通道和竖直布置的换热平板一方面使得烟气无需往复运动降低积尘的概率，同时烟气的运动行程短，压降小，如此两方面使得换热器对焙烧的负面影响较小。

Description

直通道烟气换热器

技术领域

本发明涉及热交换技术，具体涉及一种直通道烟气换热器。

背景技术

预焙阳极生产需要使用焙烧炉，焙烧炉的尾气高温高烟尘，现有技术中为了利用尾气中的热能，将其进行一次换热以预热焙烧的进气或者其它换热介质，近年来，我国对尾气排放的要求大幅提高，而焙烧炉的尾气中含硫量较高，现有的除硫工艺需要的反应温度较高，这就导致了经过一次换热和除硫后的焙烧尾气的温度仍旧较高，一般为130摄氏度至180摄氏度之间，这样的温度仍旧具有利用价值，但是现有技术中除硫后的尾气被直接排放到大气中。

理论上在将除硫尾气经过换热器进行换热即可有效的进行利用，高温尾气被直接排放的实际原因在于，其一为尾气中含有大量烟尘，使用一段时间后就导致换热器内积尘严重，除尘需要停机费时费力且影响焙烧效率，且积尘降低换热效率使得本就不高的温差难以实现较高的换热效能；其二，为了提升换热效率，现有技术中的换热器让尾气在换热器内往复运动，如呈蛇形运动，这使得换热器两侧的压降较大，排气烟道的高压给焙烧带来负面影响。这就导致了，为了回收尾气中有限的区区热能，给主要生成工艺焙烧带来了生产效率和生产过程的双重负面影响。简而言之，现有技术的不足之处在于，现有换热器的积尘和压降问题导致换热带来的效益比不上对焙烧生产带来的负面影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种直通道烟气换热器，以解决技术中的上述不足之处。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种直通道烟气换热器，包括烟气通道和换热组件，所述烟气通道竖直布置，所述烟气通道内设置有换热区，所述换热组件包括多个平行布置的换热平板，各所述换热平板并列布置于所述换热区内，各所述换热平板沿着所述烟气通道的轴向布置；

所述烟气通道内烟气流动方向为从顶部流向底部，各所述换热平板内换热介质从底部流向顶部。

上述的直通道烟气换热器，所述烟气通道上设置有径向膨大区，所述换热区位于所述径向膨大区中。

上述的直通道烟气换热器，所述换热平板的顶部设置有延伸部，所述延伸部为从连接所述换热平板的端部到背离所述换热平板的端部厚度逐渐依次变小的板材；

所述延伸部延伸到所述径向膨大区以外的区域，所述延伸部的两端固接于所述烟气通道的内壁上。

上述的直通道烟气换热器，还包括第一湍流板，各所述延伸部的外侧面上设置有至少一个所述第一湍流板；所述第一湍流板用于将流来的层流转换为湍流。

上述的直通道烟气换热器，还包括第一驱动机构以及第一传动机构；

各所述第一湍流板转动连接于所述延伸部上，所述第一湍流板在转动行程上具有清洁位置和工作位置，在所述清洁位置，所述第一湍流板凸出于所述延伸部上，在所述工作位置，所述第一湍流板贴合于所述延伸部上；

所述第一驱动机构驱动所述第一传动机构带动所述第一湍流板在所述清洁位置和工作位置间相切换。

上述的直通道烟气换热器，所述第一驱动机构为电机。

上述的直通道烟气换热器，还包括第一清洁辅助组件，所述第一清洁辅助组件包括第二驱动机构、第二传动机构以及辅助板，所述辅助板活动连接于所述烟气通道的内壁上，当所述第一湍流板在清洁位置时，所述辅助板呈筒体结构设置于所述径向膨大区的进气区域；当所述第一湍流板在工作位置时，所述辅助板贴合于所述烟气通道的内壁上；

所述第二驱动机构驱动所述第二传动机构带动所述辅助板在所述清洁位置和工作位置间相切换。

上述的直通道烟气换热器，所述辅助板有两个，在所述清洁位置，两个所述辅助板相对接形成筒体结构。

上述的直通道烟气换热器，还包括第二清洁辅助组件，所述第二清洁辅助组件设置于所述径向膨大区的上游，所述第二清洁辅助组件包括手柄、中心转轴以及遮挡板，所述中心转轴转动连接于所述烟气通道的直径线上，所述遮挡板的侧边固接于所述中心转轴上，所述遮挡板在转动行程上具有边缘密封贴合于所述烟气通道内壁的位置，所述手柄位于所述中心转轴的一端，且所述手柄位于所述烟气通道的外侧。

上述的直通道烟气换热器，所述遮挡板为椭圆形。

上述的直通道烟气换热器，所述延伸部上设置有容纳槽，在所述工作位置，所述第一湍流板贴合于所述容纳槽的底壁上。

上述的直通道烟气换热器，所述第一湍流板与所述烟气通道的轴线相倾斜布置。

上述的直通道烟气换热器，还包括第二湍流板，各所述换热平板的外侧面上设置有至少一个所述第一湍流板；所述第一湍流板用于将流来的层流转换为湍流。

在上述技术方案中，本发明提供的一种直通道烟气换热器，竖直的烟气通道和竖直布置的换热平板一方面使得烟气无需往复运动降低积尘的概率，同时烟气的运动行程短，压降小，如此两方面使得换热器对焙烧的负面影响较小。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的直通道烟气换热器的结构示意图；

图2为本发明一种实施例提供的换热平板的轴向剖视图；

图3为本发明另一种实施例提供的换热平板的轴向剖视图；

图4为本发明再一种实施例提供的换热平板的径向剖视图；

图5为本发明实施例提供的第一湍流板和第一传动机构的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的工作状态的烟气通道的局部视图；

图7为本发明实施例提供的清洁状态的烟气通道的结构示意图。

附图标记说明：

1、烟气通道；2、换热区；3、换热平板；4、延伸部；5、第一湍流板；6、第一传动机构；7、辅助板；8、中心转轴；9、遮挡板；10、分离板；11、限位柱；12、第二传动机构。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

本发明中涉及大量的湍流和层流的描述，这里湍流和层流均是流体的流动状态。流体分层流动，互不混合，称为层流，也称为稳流或片流；当流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。这时的流体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生，这种运动称为湍流，又称为湍流、乱流、扰流或紊流。层流和湍流可由雷诺数进行区分，雷诺数(Reynolds number)为一种可用来表征流体流动情况的无量纲数。Re＝ρvd/μ，其中v、ρ、μ分别为流体的流速、密度与黏性系数，d为一特征长度。例如流体流过圆形管道，则d为管道的当量直径。在直径为d的直管中，若流体的平均流速为v,由流体运动粘度v组成的雷诺数有一个临界值(大约为2300～2800)Recr,若Re<Recr则流动是层流,在这种情况下,一旦发生小的随机扰动,随着时间的增长这扰动会逐渐衰减下去；若Re>Recr,层流就不可能存在了,一旦有小扰动,扰动会增长而转变成湍流。湍流一方面强化传递和反应过程；另一方面极大地增加摩擦阻力和能量损耗，层流则相反。

上述层流、湍流以及雷诺数的知识为现有技术和公知常识，本发明诸多创新点的设计均基于上述的理论，后文不再赘述。

如图1-7所示，本发明实施例提供的一种直通道烟气换热器，包括烟气通道1和换热组件，所述烟气通道1竖直布置，所述烟气通道1内设置有换热区2，所述换热组件包括多个平行布置的换热平板3，各所述换热平板3并列布置于所述换热区2内，各所述换热平板3沿着所述烟气通道1的轴向布置；所述烟气通道1内烟气流动方向为从顶部流向底部，各所述换热平板3内换热介质从底部流向顶部。

具体的，本实施例提供的直通道烟气换热器，其主要用于高烟尘含量的烟气的余热换热利用，其包括烟气通道1和设置于烟气通道1内的换热组件，烟气通道1竖直布置，即垂直于水平面的方向布置，且烟气沿着从上到下(图1中实线箭头)的方向流动，如此布置的作用在于，烟气在换热时垂直向下流动，其中含有的烟尘垂直落下，降低烟尘堆积的概率。本实施例的换热组件包括多个平行布置的换热平板3，换热平板3内布置有换热介质的流通通道，流通通道的方向也为竖直方向，但是换热介质的流动方向为从下向上(图1-4中虚线箭头)的方向流动，如此与烟气的流动方向相逆，提升换热效率。

本实施例中，换热平板3为具有一定厚度的平板，其厚度稍微大于换热介质的流通通道的直径，多个换热平板3平行布置，换热平板3也竖直布置，也即沿着烟气通道1的轴向布置，各换热平板3间的空间即为烟气的流通空间，流通空间呈扁平状且竖直布置，如此布置，一方面，仅换热平板3的顶部可以堆积烟尘，其侧面与烟尘的流动方向平行，烟尘吸附的概率更低，如此整体大大的降低烟尘积累的速度，其二，流通空间的设置方向与烟气通道1的设置方向完全一致，对烟气流动的阻力较小，使得换热组件两端的压降比较小。进一步的，所述烟气通道1上设置有径向膨大区，所述换热区2位于所述径向膨大区中，径向膨大区如柱状的或筒状的膨大区，此时，若径向膨大区增加的径向截面积大于换热平板3占据的径向截面积，则压降有可能接近零或者为零，即换热平板3对烟气的流动没有负面影响。

本发明实施例提供的一种直通道烟气换热器，竖直的烟气通道1和竖直布置的换热平板3一方面使得烟气无需往复运动降低积尘的概率，同时烟气的运动行程短，压降小，如此两方面使得换热器对焙烧的负面影响较小。

本发明提供的另一个实施例中，由于烟气垂直下落，换热效率可能受到影响，进一步的，烟气通道1内可以并列设置两个以上的换热区2和换热组件，此时，可以在保证低压降、低积尘的条件下实现较高的换热效率，实际上实现了高换热、低积尘以及低压降的三全。

本发明提供的再一个实施例中，进一步的，所述换热平板3的顶部设置有延伸部4，所述延伸部4为从连接所述换热平板3的端部到背离所述换热平板3的端部厚度逐渐依次变小的板材，即延伸部4为宽度与换热平板3相同，但厚度较薄的薄板，其作用在于引流，提前将烟气通道1的烟气进行分流，降低由于换热平板3较厚对烟气带来的负面影响。更进一步的，所述延伸部4延伸到所述径向膨大区以外的区域，延伸部4的两端固接于所述烟气通道1的内壁上，即在换热区2的进气区域即将烟气进行分流。分流的另一个作用在于，尽量保证烟气的流动为层流而非湍流，通过较薄的延伸部4进行分流降低对烟气的扰动，保证层流，如此进一步的降低压降比。

本发明提供的再一个实施例中，进一步的，还包括第一湍流板5，各所述延伸部4的外侧面上设置有至少一个所述第一湍流板5；所述第一湍流板5用于将流来的层流转换为湍流，当没有第一湍流板5时，烟气通道1内的烟气流动主要为层流或者过渡流，如前述理论部分所述，在层流和湍流的临界区域，通过第一湍流板5增加随机扰动，将层流或者过渡流转变为湍流，此时的有益效果在于，湍流频繁撞击换热平板3的外侧面，使得其粘附的积尘被吹起，使得换热平板3的外侧面几乎不会堆积烟尘，另一方面频繁的撞击提升换热效率。

再进一步的，还包括第一驱动机构以及第一传动机构6；各所述第一湍流板5转动连接于所述延伸部4上，所述第一湍流板5在转动行程上具有清洁位置和工作位置，在所述清洁位置，所述第一湍流板5凸出于所述延伸部4上，在所述工作位置，所述第一湍流板5贴合于所述延伸部4上；所述第一驱动机构驱动所述第一传动机构6带动所述第一湍流板5在所述清洁位置和工作位置间相切换。清洁位置为第一湍流板5垂直于延伸部4的外侧面上，或者与外侧面倾斜布置，而工作位置为第一湍流板5贴合于延伸部4的外侧面上，清洁位置和工作位置间的切换实际上即为第一湍流板5的在延伸部4上的转动，第一驱动机构以及第一传动机构6用于驱动第一湍流板5进行转动，较为优选的，各第一湍流板5并列设置，其转轴的端部为齿形结构啮合于一齿条上，或者为链轮结构连接于一链条上，第一驱动机构如电机驱动齿条往复运动以使得转轴发生转动，即驱动第一湍流板5进行转动，或者第一驱动机构如电机驱动链条运动带动链轮结构转动。

较为优选的，如图5所示，第一湍流板5的一端通过转轴转动连接于延伸部4上，而另一端连接一个杆件或者链条，杆件或者链条的另一端接受电机的驱动往复摆动，如此随着杆件或者链条的运动也可以带动第一湍流板5进行摆动，如此设置的优点在于，杆件或者链条也阻挡于烟气的流动通道上，能够增加随机扰动，提升发生湍流的概率。

此时，杆件或链条上具有一限位区域，该限位区域中间径向尺寸较小两侧较大，第一湍流板5上设置一个通孔，该通孔套接于该限位区域的中间部分，即第一湍流板5在限位区域具有一定的活动幅度，如此保证其可以转动。

进一步的，第一湍流板5的转轴上设置有扭簧，在扭簧的弹性作用下，其持续的位于工作位置，只有链条或者杆件的拉动才能驱使其回到清洁位置，如此防止长期工作后第一湍流板5卡于清洁位置。

显然的，湍流和层流更有优劣，设置第一驱动机构以及第一传动机构6的作用在于，可以主动的控制第一湍流板5的位置，根据实际需求选择烟气的流动形式为层流还是湍流，层流可以降低压降，有利于工作，此即为工作位置，湍流可以提升扰动，有利于清洁和提升换热效率，此即为清洁位置。

可选的，所述延伸部4上设置有容纳槽，在所述工作位置，所述第一湍流板5贴合于所述容纳槽的底壁上，如此在工作位置，延伸部4的外侧面上几乎没有任何凸起。

优选的，所述第一湍流板5与所述烟气通道1的轴线相倾斜布置，此时其对烟气的阻挡作用更大，更容易引起湍流。

本发明提供的另一个实施例中，还包括第二湍流板，各所述换热平板3的外侧面上设置有至少一个所述第一湍流板5；所述第一湍流板5用于将流来的层流转换为湍流，第二湍流板与第一湍流板5的唯一不同之处在于位置不同，其余第一湍流板5的外形、驱动结构等等均可直接适用于第二湍流板。

本实施例中，第一驱动机构、第一传动机构6以及后文的第二驱动机构、第二传动机构12主要用于驱动目标结构进行旋转、往复运动或者摆动，这些传动方式均为机械领域的公知常识和惯用技术手段，其各类具体示例可见于高等院校机械设计及相关专业的教科书《机械设计》上，本发明前述已经公开部分具体实施方式，此处不对诸多可能实现这些传动方式的各类结构一一赘述。

本发明提供的再一个实施例中，进一步的，还包括第一清洁辅助组件，所述第一清洁辅助组件包括第二驱动机构、第二传动机构12以及辅助板7，所述辅助板7活动连接于所述烟气通道1的内壁上，当所述第一湍流板5在清洁位置时，所述辅助板7呈筒体结构设置于所述径向膨大区的进气区域；当所述第一湍流板5在工作位置时，所述辅助板7贴合于所述烟气通道1的内壁上；所述第二驱动机构驱动所述第二传动机构12带动所述辅助板7在所述清洁位置和工作位置间相切换。辅助板7可以是筒体结构，其滑动连接于烟气通道1的内壁上，第二驱动机构以及第二传动机构12驱动其往复运动，在滑动的一端，其伸入到径向膨大区中，此时对应第一湍流板5的清洁位置，在滑动的另一端，其贴合于烟气通道1的内壁上，此时对应第一湍流板5的工作位置，又或者辅助板7有两个或以上，具体的为两个以上的弧形板，多个弧形板对接形成筒体结构，各弧形板的顶部通过转轴转动连接于径向膨大区的顶部，各弧形板分别接受驱动以转动连接，如此在其转动行程上，包括贴合于径向膨大区内壁的位置，以及合拢成筒体结构位于径向膨大区内部的位置。设置第一清洁辅助组件的作用在于，当进入径向膨大区后，烟气由于径向尺寸的膨胀导致流速降低，此时其雷诺数可能远低于临界值使得烟气变为层流，第一湍流板5有可能无论怎么设置均无法使得层流转变为湍流，辅助板7通过筒状结构聚拢气流，迫使其维持烟气通道1内的流速，使得第一湍流板5可以将层流转换为湍流，从而实现清洁辅助作用。

如图6-7所示，上述实施例中，第一清洁辅助组件的不足之处在于，其将气流限制于径向膨大区的中心区域，边缘区域无法得到湍流的撞击实现清洁，此时作为另一个可选实施例，进一步的，还包括第二清洁辅助组件，所述第二清洁辅助组件设置于所述径向膨大区的上游，所述第二清洁辅助组件包括手柄、中心转轴8以及遮挡板9，所述中心转轴8转动连接于所述烟气通道1的直径线上，所述遮挡板9的侧边固接于所述中心转轴8上，所述遮挡板9在转动行程上具有边缘密封贴合于所述烟气通道1内壁的位置，所述手柄位于所述中心转轴8的一端，且所述手柄位于所述烟气通道1的外侧，手柄接受手动驱动或者自动驱动如电机驱动，手柄驱动中心转轴8转动，中心转轴8带动遮挡板9转动，当遮挡板9竖立于烟气通道1的中心处时，其对烟气的运动几乎没有影响，但是当其边缘部分贴合到烟气通道1的内壁上时，其遮挡了一半烟气通道1，此时，其可以迫使烟气突然加速一半以上以冲击下游径向膨大区的一半区域，当烟气本来处于临界区域时，如此操作必然使得烟气成湍流状，其作用在于冲击换热平板3，使得其上堆积或者吸附的烟尘被吹起，实现自清洁。

进一步的，所述遮挡板9为椭圆形，即当遮挡板9遮挡住一半的烟气通道1时，遮挡板9与烟气通道1的径向截面倾斜布置，如此设置的好处在于，一方面斜面具有一定的导向作用，另一方面此时烟气通道1的内壁对遮挡板9具有极大的支撑力，除非将遮挡板9冲击变形，否则其都不会转离以离开。

更进一步的，遮挡板9的中心转轴8的下方设置有分离板10，分离板10固接于烟气通道1的中心位置，其顶端抵接中心转轴8，其用于将烟气通道1的内部空间一分为二，其用于防止其两侧的烟气相互窜动，如此当遮挡板9挡住一半的烟气通道1时，可以有效的防止烟气在遮挡板9的背面再次进入到另一侧，巩固遮挡板9的遮挡效果。

再进一步的，烟气通道1中设置有限位柱11，其用于在遮挡板9竖直布置时对遮挡板9进行限位。较为优选的，此处布置一个磁吸件，其与遮挡板9的顶部相磁吸，如此遮挡板9可以两边轮流遮挡。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (4)

1.一种直通道烟气换热器，包括烟气通道和换热组件，其特征在于，

所述烟气通道竖直布置，所述烟气通道内设置有换热区，所述换热组件包括多个平行布置的换热平板，各所述换热平板并列布置于所述换热区内，各所述换热平板沿着所述烟气通道的轴向布置；

所述烟气通道内烟气流动方向为从顶部流向底部，各所述换热平板内换热介质从底部流向顶部；

所述烟气通道上设置有径向膨大区，所述换热区位于所述径向膨大区中；

所述换热平板的顶部设置有延伸部，所述延伸部为从连接所述换热平板的端部到背离所述换热平板的端部厚度逐渐依次变小的板材；

所述延伸部延伸到所述径向膨大区以外的区域，所述延伸部的两端固接于所述烟气通道的内壁上；

还包括第一湍流板，各所述延伸部的外侧面上设置有至少一个所述第一湍流板；所述第一湍流板用于将流来的层流转换为湍流；

还包括第一驱动机构以及第一传动机构；

各所述第一湍流板转动连接于所述延伸部上，所述第一湍流板在转动行程上具有清洁位置和工作位置，在所述清洁位置，所述第一湍流板凸出于所述延伸部上，在所述工作位置，所述第一湍流板贴合于所述延伸部上；

所述第一驱动机构驱动所述第一传动机构带动所述第一湍流板在所述清洁位置和工作位置间相切换。

2.根据权利要求1所述的直通道烟气换热器，其特征在于，所述第一驱动机构为电机。

3.根据权利要求1所述的直通道烟气换热器，其特征在于，所述延伸部上设置有容纳槽，在所述工作位置，所述第一湍流板贴合于所述容纳槽的底壁上。

4.根据权利要求1所述的直通道烟气换热器，其特征在于，所述第一湍流板与所述烟气通道的轴线相倾斜布置。

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