CN109443044B - 一种高效节能的两段式空气加热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效节能的两段式空气加热器，其主体结构包括：空气入口、空气出口、蒸汽入口、冷凝水出口、膨胀部件、疏水阀、冷凝水罐、压力平衡部件、冷凝水罐液位控制装置、外部热水进口、加热片等，空气入口与空气出口之间为管式结构，由前后两段组成，前段热媒为蒸汽凝水，后段热媒为蒸汽；前后两段分别由若干组加热片并联组成，加热片采用翅片管式加热管；膨胀部件为前后段的联接部件，采用膨胀节或者膨胀螺栓；加热器内置膨胀部件、疏水阀、冷凝水罐、压力平衡部件以及前段冷凝水进口控制阀和后段蒸汽冷凝水出口阀。该装置可提高换热效率，节约蒸汽，降低成本，减少“气锤”，实现空气加热器的连续稳定运行，适于用蒸汽加热空气来干燥湿物料。

Description

一种高效节能的两段式空气加热器
技术领域：
本发明涉及一种利用蒸汽加热空气的两段式空气加热器，特别是涉及一种高效节能的两段式空气加热器，属于节能降耗技术领域。
背景技术：
在化工、食品、制药和环保等各个领域，工业上常采用高温空气作为干燥湿物料的干燥介质，即热风干燥，如悬浮聚合法得到的PVC湿浆料。所需要的高温空气一般是由加热器加热空气而得到的，加热空气的热媒一般采用蒸汽。
目前，传统的空气加热器一般由若干个换热管组成，只有空气入口、空气出口、蒸汽入口、蒸汽(冷凝水)出口，加热器内部没有其它部件和控制；空气先经加热管外(壳程)或管内(管程)进入与加热管内(管程)或管外(壳程)逆向而来的蒸汽进行换热。
然而，空气与蒸汽的对流传热系数相差较大，空气侧热阻较大，换热器换热效率较低，蒸汽消耗量较大，生产成本高。
另外，加热后的汽水混合物易造成空气加热器的“气锤”，导致空气加热器内漏频繁，维修频次增加，影响空气加热器的连续稳定运行。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，设计提供一种高效节能的两段式空气加热器，该空气加热器可提高换热器换热效率，节约蒸汽，降低成本，减少“气锤”，实现空气加热器的连续稳定运行，特别适于用蒸汽加热空气来干燥湿物料的工艺。
为了实现上述目的，本发明的一种高效节能的两段式空气加热器分为前、后两段，前段的热媒为蒸汽凝水，后段热媒为蒸汽，空气经前段蒸汽凝水预热后进入后段蒸汽加热，其主体结构包括：空气入口、空气出口、蒸汽入口、冷凝水出口、膨胀部件、疏水阀、冷凝水罐、压力平衡部件、冷凝水罐液位控制装置、排水口、外部热水进口、加热片、阀门；空气入口与空气出口之间为管式结构，由前段和后段两个部分组成，前段由1-5组加热片并联组成，前段加热片位于空气入口与膨胀部件之间；后段由2-10组加热片并联组成，后段加热片位于膨胀部件与空气出口之间；每组加热片采用1-5根翅片管式加热管，两段加热片的组数由工艺计算确定；前段设有通过阀门控制的冷凝水出口，后段设有通过阀门控制的蒸汽入口；膨胀部件为该空气加热器前段和后段的联接部件，采用膨胀节或者膨胀螺栓；空气加热器内置膨胀部件、疏水阀、冷凝水罐、压力平衡部件以及前段冷凝水进口控制阀和后段蒸汽冷凝水出口阀，其中，冷凝水罐接受后段蒸汽经疏水阀来的冷凝水，冷凝水罐的一侧制有通过阀门控制的冷凝水罐液位控制装置，另一侧制有通过阀门控制的外部热水进口，底部制有通过阀门控制的排水口，冷凝水罐液位控制装置与冷凝水罐外部热水进口、排水口、前段冷凝水出口自动联锁，以维持冷凝水罐中的液位稳定；冷凝水罐通过外部热水进口接受其他热源的热水；压力平衡部件设置在冷凝水罐和蒸汽入口之间，该部件由压力平衡管和止逆装置组成；所述蒸汽为低压过热蒸汽，压力为0.3-0.5MPa，过热15-50℃。
加热片的翅片管数优选3根，翅片管为铝带缠绕翅片管，单根加热面积为300-400m2，每组加热片的翅片管按照一定的间距、方式排列，优选正三角形排列。
在使用本发明的两段式空气加热器加热空气时，空气走空气加热器翅片管外侧(壳程)，蒸汽走空气加热器翅片管内侧(管程)，空气先经加热器翅片管外(壳程)进入前段预热，然后进入后段用蒸汽加热，加热到工艺要求的温度后去干燥物料；低压蒸汽经加热器翅片管内(管程)先进入空气加热器后段，形成气液混合物经疏水阀阻汽排水后进入冷凝水罐，冷凝水罐的气相由压力平衡部件进行调节通过蒸汽入口排气，冷凝水罐的液相进入空气加热器的前段对空气进行预热，预热后温度进一步降低的冷凝水回到锅炉系统。
与现有技术相比，本发明产品的显著优点及有益效果是：
1、蒸汽加热空气后的冷凝水温度较高，仍具有较高的热量，预热空气效果明显，可以节约大量蒸汽。
2、翅片管既可扩大传热面积(比光管可增大2-10倍)，又可增加流体的湍动，提高了空气加热器的换热效果，达到了强化传热的目的。
3、蒸汽冷凝后的汽液混合物两相分离，冷凝水进入空气加热器后不会产生“气锤”，减少了设备维修的频次，保证生产连续稳定运行。
附图说明：
图1为本发明的高效节能的两段式空气加热器结构及工作原理示意图。
图2为实施例所采用的具体的空气加热器的翅片管尺寸图。
图3为实施例所采用的具体的空气加热器的翅片管排列方式图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步阐述：
实施例1、
一种高效节能的两段式空气加热器结构如图1所示，分为前、后两段，前段的热媒为蒸汽凝水，后段热媒为蒸汽，空气经前段蒸汽凝水预热后进入后段蒸汽加热，其主体结构包括：空气入口1、空气出口2、蒸汽入口3、冷凝水出口4、膨胀部件5、疏水阀6、冷凝水罐7、压力平衡部件8、冷凝水罐液位控制装置9、排水口10、外部热水进口11、加热片12、阀门13-17、冷凝水进口控制阀18、蒸汽冷凝水出口阀19；空气入口1与空气出口2之间为管式结构，由前段和后段两个部分组成，前段由1-5组加热片12并联组成，前段加热片12位于空气入口1与膨胀部件5之间；后段由2-10组加热片12并联组成，后段加热片12位于膨胀部件5与空气出口2之间；每组加热片12采用1-5根翅片管式加热管，两段加热片12的组数由工艺计算确定；前段设有通过阀门13控制的冷凝水出口4，后段设有通过阀门14控制的蒸汽入口3；膨胀部件5为该空气加热器前段和后段的联接部件，采用膨胀节或者膨胀螺栓；空气加热器内置膨胀部件5、疏水阀6、冷凝水罐7、压力平衡部件8以及前段冷凝水进口控制阀18和后段蒸汽冷凝水出口阀19，其中，冷凝水罐7接受后段蒸汽经疏水阀6来的冷凝水，冷凝水罐7的一侧制有通过阀门15和阀门16控制的冷凝水罐液位控制装置9，另一侧制有通过阀门17控制的外部热水进口11，底部制有通过阀门16控制的排水口10，冷凝水罐液位控制装置9与冷凝水罐外部热水进口11、排水口10、前段冷凝水出口4自动联锁，以维持冷凝水罐7中的液位稳定；冷凝水罐7通过外部热水进口11接受其他热源的热水；压力平衡部件8设置在冷凝水罐7和蒸汽入口3之间，该部件由压力平衡管和止逆装置组成。
本实施例的高效节能的两段式空气加热器，其中前段为1组加热片、后段为2组加热片，每组各由3根翅片管组成，翅片管按照正三角形排列。
空气走空气加热器翅片管外侧(壳程)，蒸汽走空气加热器翅片管内侧(管程)。外界送来的空气先进入加热器前段预热后，再进入后段用蒸汽加热；蒸汽加热空气后的气液混合物经疏水阀6阻汽排水后进入冷凝水罐7，冷凝水罐7的气相由压力平衡部件8进行调节通过蒸汽入口3排气，冷凝水罐7的液相送入空气加热器的前段对空气进行预热，之后根据生产工艺返回锅炉系统或去其它装置。
如附图2所示：翅片管为铝带缠绕翅片管，翅片管尺寸为φ25mm×2.5mm，管长为2.65m，翅片厚度0.3mm，翅片间距3.2mm，翅片管外径55mm。
如附图3所示：每片加热器有101根翅片管，分3排呈三角形排列，中间一排有32根翅片管，外面两排每排有33根翅片管，垂直于空气方向的管心距为63mm，平行于空气方向的管心距为62.5mm。
实施例2、
采用本发明的高效节能的两段式空气加热器，将常压常温的空气50000Nm3/h用绝压5bar、温度为230℃的蒸汽加热到125℃，来自外部的热水量为0，需要的蒸汽量为2105kg/h，前段温度由常温升到42℃。
实施例3、
采用本发明的高效节能的两段式空气加热器，将常压常温的空气50000Nm3/h用绝压5bar、温度为230℃的蒸汽加热到125℃，来自外部的热水量为25m3/h，需要的蒸汽量为1500kg/h，前段温度由常温升到68℃。
对比例1、
将常压常温的空气50000Nm3/h用绝压5bar、温度为230℃的蒸汽加热到125℃，蒸汽冷凝水由排水口排出(相当于传统的空气加热器形式)，需要的蒸汽量为2588kg/h。
由实施例与对比例分析可知，本发明的一种高效节能的两段式空气加热器能够节约蒸汽约18％以上，在有外部热源的情况下，能够节省蒸汽40％以上。

Claims (1)

1.一种高效节能的两段式空气加热器，其特征在于分为前、后两段，前段的热媒为蒸汽凝水，后段热媒为蒸汽，空气经前段蒸汽凝水预热后进入后段蒸汽加热，其主体结构包括：空气入口、空气出口、蒸汽入口、冷凝水出口、膨胀部件、疏水阀、冷凝水罐、压力平衡部件、冷凝水罐液位控制装置、排水口、外部热水进口、加热片和阀门；空气入口与空气出口之间为管式结构，由前段和后段两个部分组成，前段由1-5组加热片并联组成，前段加热片位于空气入口与膨胀部件之间；后段由2-10组加热片并联组成，后段加热片位于膨胀部件与空气出口之间；每组加热片采用1-5根翅片管式加热管，两段加热片的组数由工艺计算确定；加热片的翅片管为铝带缠绕翅片管，单根加热面积为300-400m2，每组加热片的翅片管按照正三角形排列；前段设有通过阀门控制的冷凝水出口，后段设有通过阀门控制的蒸汽入口；膨胀部件为该空气加热器前段和后段的联接部件，采用膨胀节或者膨胀螺栓；空气加热器内置膨胀部件、疏水阀、冷凝水罐、压力平衡部件以及前段冷凝水进口控制阀和后段蒸汽冷凝水出口阀，其中，冷凝水罐接受后段蒸汽经疏水阀来的冷凝水，冷凝水罐的一侧制有通过阀门控制的冷凝水罐液位控制装置，另一侧制有通过阀门控制的外部热水进口，底部制有通过阀门控制的排水口，冷凝水罐液位控制装置与冷凝水罐外部热水进口、排水口、前段冷凝水出口自动联锁，以维持冷凝水罐中的液位稳定；冷凝水罐通过外部热水进口接受其他热源的热水；由压力平衡管和止逆装置组成的压力平衡部件设置在冷凝水罐和蒸汽入口之间；所述蒸汽为低压过热蒸汽，压力为0.3-0.5MPa，过热15-50℃；使用该装置时，空气走空气加热器翅片管外侧，蒸汽走空气加热器翅片管内侧，空气先经加热器翅片管外进入前段预热，然后进入后段用蒸汽加热，加热到工艺要求的温度后去干燥物料；低压蒸汽经加热器翅片管内先进入空气加热器后段，形成气液混合物经疏水阀阻汽排水后进入冷凝水罐，冷凝水罐的气相由压力平衡部件进行调节通过蒸汽入口排气，冷凝水罐的液相进入空气加热器的前段对空气进行预热，预热后温度进一步降低的冷凝水回到锅炉系统；能够节约蒸汽18％以上，在有外部热源的情况下，能够节省蒸汽40％以上。
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