CN109443054A - 环形套筒窑空气换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于换热器技术领域，具体涉及环形套筒窑空气换热器，包括换热器本体，换热器本体上部设有烟气进口II，换热器本体内设有上管板和下管板，上管板和下管板之间设有换热管，烟气进口II处设有撞击式气固分离器；换热管与下管板之间通过可拆卸结构连接。采用本发明可以对环形套筒窑换热器堵塞物高效拦截分离，并且方便换热管的更换，在换热面积不变的条件下强化壳程对流换热。
Description
技术领域
本发明属于换热器技术领域，具体涉及环形套筒窑空气换热器。
背景技术
环形套筒窑空气换热器不仅是一种余热回收装置，而且是实现其并流煅烧工艺的关键设备。多数环形套筒窑空气换热器存在烟气中的粘性物质易粘接在换热管内壁造成换热管堵塞的问题。针对此问题申请号为201110269849.5的发明专利、申请号为201120441636.1的实用新型专利和申请号为201220429750.7的实用新型专利给出的解决方案本质上都是在换热管之前设置拦截装置捕捉烟气中部分粘性物质以延缓换热管被堵塞的时间。但问题是被拦截的粘性物质粘在拦截装置上不易脱落，仍然需要定期停产更换和清理拦截装置；
由于高温腐蚀的影响，有大约1/3的换热管易发生穿孔，其寿命是换热器其它部分的1/6～1/5。这部分换热管的成本不足整台换热器制安费用的5％，但是因为穿孔的钢管不方便更换往往导致整台换热器的报废；
目前环形套筒窑空气换热器普遍采用单弓形折流板，使换热器壳程存在换热死区导致换热效率不高。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种环形套筒窑空气换热器，采用本发明可以对环形套筒窑换热器堵塞物高效拦截分离，并且方便换热管的更换，在换热面积不变的条件下强化壳程对流换热。
本发明采用以下技术方案：环形套筒窑空气换热器，包括换热器本体，换热器本体上部设有烟气进口II，换热器本体内设有上管板和下管板，上管板和下管板之间设有换热管，烟气进口II处设有撞击式气固分离器；换热管与下管板之间通过可拆卸结构连接。
烟气首先经过撞击式气固分离器，对其中的固态颗粒进行拦截，然后再进入换热器本体进行换热。
所述的撞击式气固分离器包括壳体、保温层和阻挡件，阻挡件垂直安装在由壳体和保温层所限制的空间中，撞击式气固分离器的烟气进口I高于其烟气出口I，烟气出口I与烟气进口II连通。
所述的撞击式气固分离器烟气进口I位置高于烟气出口I位置，使烟气在气固分离器内的流动方向与垂直安装的阻挡件之间的夹角小于90°，优选小于等于65°。与现有技术中采用的气固分离器相比，该结构具有以下有益效果：1)现有技术的分离器中粉尘与阻挡件正面撞击，回弹量大，容易产生二次夹带。所述的撞击式气固分离器烟气的流动方向与垂直安装的阻挡件之间的夹角为锐角，回弹量小，不易产生二次夹带；2)现有技术的分离器中粉尘被拦截后靠重力落入接灰斗，速度较慢，在二次夹带区停留的时间较长。所述的撞击式气固分离器粉尘与阻挡件撞击时有一个向下的速度分量，能够快速离开二次夹带区，减少二次夹带。以上两点使得所述撞击式气固分离器在获得同样拦截率的情况下能够减少阻挡件的层数，缓解提高拦截率和降低烟气流动阻力之间的矛盾。被拦截的粉尘通过阻挡件下方的粉尘出口排出即可。所述阻挡件由耐热金属制成，所述壳体为钢制外壳。
现有技术的撞击式气固分离器的阻挡件的结构都可使用，包括U形槽钢、带鳍片的U形槽钢、鳍片管、槽形半圆管等结构。
本发明所述的可拆卸结构包括与下管板焊接的密封卡扣、波纹补偿器和钢球；所述密封卡扣是侧壁开有通槽并且通槽末端内侧有凸台的短管，凸台之间有凹槽，通槽是沿着短管螺旋上升，所述通槽与钢球相适应，一般情况下，通槽宽度略大于钢球直径，保证钢球能够顺利通过即可；所述的波纹补偿器包括由上至下依次相连的波纹补偿器装配短管，波纹管和波纹补偿器非装配短管。所述波纹补偿器上部的波纹补偿器装配短管外壁开有与钢球相适应的沉孔。进一步的，所述的密封卡扣和波纹补偿器之间设有密封圈。密封圈为非金属密封圈。
所述沉孔数量与密封卡扣通槽数量相等。
安装时，将钢球同时嵌入沉孔和通槽中，转动波纹补偿器，钢球沿通槽螺旋面将波纹补偿器短管推向密封圈直至压紧，最后钢球落进通槽末端凸台之间的凹槽处，以防止波纹补偿器反转。换热管上端与上管板焊接，下端与波纹补偿器非装配短管焊接。拆除换热管或波纹补偿器的程序与安装程序相反。拆卸时钢球沿凸台边缘上行，进而带动波纹管向上挤压非金属密封圈，使非金属密封圈变形，此时即达到拆除目的。为了便于拆卸时钢球能够比较容易的从凹槽出来，凹槽深度为钢球直径1/4-1/3，钢球半径为密封卡扣管壁厚度的80％-90％。
使用过程中，换热管和波纹补偿器寿命差不多，通常这两种部件须同时更换，而且拆除换热管时也容易损坏波纹补偿器，因此，本发明同时实现了波纹补偿器和换热管的更换。
本发明所述的换热器本体内还包括折流杆、折流圈。折流杆平行焊接在折流圈上，换热管从一组交错布置的折流杆的间隙中穿过，换热管在换热器本体内部为正三角形布置，空间利用率高。
采用本发明所述的环形套筒窑空气换热器拦截并分离烟气中固体颗粒物的方法，特点在于，所述撞击式气固分离器布置在管道靠近窑体端，拦截与分离过程在烟气温度高于粘性物质由气态向液态转变的相变温度的区域进行。拦截与分离过程在烟气温度高于粘性物质由气态向液态转变的相变温度的区域进行，且烟气在气固分离器内的流动方向与垂直安装的阻挡件之间的夹角小于90°，优选小于等于65°。
由于工艺布置的需要，送往换热器的烟气被引出窑体后还要经过一段管道才能进入换热器。因为沿途管道散热、漏风甚至人为掺冷风等原因，某些粘性物质在这段管道中完成了由气态向液态的相变过程。现有技术的拦截装置一般布置在管道的靠近换热器端，所拦截的颗粒物易粘结在阻挡件上。本发明所述的撞击式气固分离器布置在管道靠近窑体端可以有效避免阻挡件结垢。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、采用特定结构的撞击式气固分离器，延长了换热器堵塞周期，保持炉况稳定；
2、换热管与下管板之间通过可拆卸结构连接，提高了换热器可维修性，延长换热器寿命；
3、本发明中，撞击式拦截器拦截大部分粉尘，可延缓堵塞，减少热阻；采用折流杆换热器消除了换热死区，提高了平均温差；同时，本发明换热管采用三角形布置，在有限的空间内保留了较大的换热面积，提高了换热总量，进而本发明能够提高换热器性能，减少热能损失。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明所述可拆卸结构结构示意图；
图3为本发明所述密封卡扣侧壁通槽展开示意图；
图4为图1的A-A向结构示意图
图中：1换热器本体，1-1烟气进口II，1-2上管板，1-3下管板，1-4换热管；2撞击式气固分离器，2-1壳体，2-2保温层，2-3阻挡件，2-4烟气进口I，2-5烟气出口I；3可拆卸结构，3-1密封卡扣，3-2波纹补偿器，3-3钢球，3-4通槽，3-5波纹补偿器装配短管，3-6沉孔，3-7密封圈，3-8波纹补偿器非装配短管，3-9凸台，3-10凹槽；4窑体。
具体实施方式
实施例1
环形套筒窑空气换热器，包括换热器本体1，换热器本体1上部设有烟气进口II1-1，换热器本体1内设有上管板1-2和下管板1-3，上管板1-2和下管板1-3之间设有换热管1-4，烟气进口II1-1处设有撞击式气固分离器2；换热管1-4与下管板1-3之间通过可拆卸结构3连接。
所述的撞击式气固分离器2包括壳体2-1、保温层2-2和阻挡件2-3，阻挡件2-3垂直安装在由壳体2-1和保温层2-2所限制的空间中，撞击式气固分离器2的烟气进口I2-4高于其烟气出口I2-5，烟气出口I2-4与烟气进口II1-1连通。
所述的可拆卸结构3包括与下管板1-3焊接的密封卡扣3-1、波纹补偿器3-2和钢球3-3；所述密封卡扣3-1是侧壁开有通槽3-4并且通槽末端内侧有凸台3-9的短管，凸台3-9之间有凹槽3-10，所述通槽3-4与钢球3-3相适应；所述波纹补偿器3-2上部的波纹补偿器装配短管3-5外壁开有与钢球3-3相适应的沉孔3-6。
所述凹槽3-10深度为钢球3-3直径的1/4，钢球3-3半径为密封卡扣3-1管壁厚度的80％。
应用所述的环形套筒窑空气换热器拦截并分离烟气中固体颗粒物的方法，特点在于，所述撞击式气固分离器2布置在管道靠近窑体端，拦截与分离过程在烟气温度高于粘性物质由气态向液态转变的相变温度的区域进行。
烟气在撞击式气固分离器2内的流动方向与垂直安装的阻挡件2-3之间的夹角为45°。
实施例2
环形套筒窑空气换热器，包括换热器本体1，换热器本体1上部设有烟气进口II1-1，换热器本体1内设有上管板1-2和下管板1-3，上管板1-2和下管板1-3之间设有换热管1-4，烟气进口II1-1处设有撞击式气固分离器2；换热管1-4与下管板1-3之间通过可拆卸结构3连接。
所述的撞击式气固分离器2包括壳体2-1、保温层2-2和阻挡件2-3，阻挡件2-3垂直安装在由壳体2-1和保温层2-2所限制的空间中，撞击式气固分离器2的烟气进口I2-4高于其烟气出口I2-5，烟气出口I2-4与烟气进口II1-1连通。
所述的可拆卸结构3包括与下管板1-3焊接的密封卡扣3-1、波纹补偿器3-2和钢球3-3；所述密封卡扣3-1是侧壁开有通槽3-4并且通槽末端内侧有凸台3-9的短管，凸台3-9之间有凹槽3-10，所述通槽3-4与钢球3-3相适应；所述波纹补偿器3-2上部的波纹补偿器装配短管3-5外壁开有与钢球3-3相适应的沉孔3-6。
所述凹槽3-10深度为钢球3-3直径的1/3，钢球3-3半径为密封卡扣3-1管壁厚度的90％。
所述的密封卡扣3-1和波纹补偿器3-2之间设有密封圈3-7。
所述沉孔3-6数量与密封卡扣3-1的通槽3-4数量相等。
所述换热管1-4在换热器本体1内部为正三角形布置。
应用所述的环形套筒窑空气换热器拦截并分离烟气中固体颗粒物的方法，其特点在于，所述撞击式气固分离器2布置在管道靠近窑体端，拦截与分离过程在烟气温度高于粘性物质由气态向液态转变的相变温度的区域进行。
烟气在撞击式气固分离器2内的流动方向与垂直安装的阻挡件2-3之间的夹角为65°。
Claims (10)
1.环形套筒窑空气换热器，包括换热器本体(1)，换热器本体(1)上部设有烟气进口II(1-1)，换热器本体(1)内设有上管板(1-2)和下管板(1-3)，上管板(1-2)和下管板(1-3)之间设有换热管(1-4)，其特征在于，烟气进口II(1-1)处设有撞击式气固分离器(2)；换热管(1-4)与下管板(1-3)之间通过可拆卸结构(3)连接。
2.根据权利要求1所述的所述的环形套筒窑空气换热器，其特征在于，所述的撞击式气固分离器(2)包括壳体(2-1)、保温层(2-2)和阻挡件(2-3)，阻挡件(2-3)垂直安装在由壳体(2-1)和保温层(2-2)所限制的空间中，撞击式气固分离器(2)的烟气进口I(2-4)高于其烟气出口I(2-5)，烟气出口I(2-4)与烟气进口II(1-1)连通。
3.根据权利要求1所述的所述的环形套筒窑空气换热器，其特征在于，所述的可拆卸结构(3)包括与下管板(1-3)焊接的密封卡扣(3-1)、波纹补偿器(3-2)和钢球(3-3)；所述密封卡扣(3-1)是侧壁开有通槽(3-4)并且通槽末端内侧有凸台(3-9)的短管，凸台(3-9)之间有凹槽(3-10)；所述通槽(3-4)与钢球(3-3)相适应；所述波纹补偿器(3-2)上部的波纹补偿器装配短管(3-5)外壁开有与钢球(3-3)相适应的沉孔(3-6)。
4.根据权利要求3所述的所述的环形套筒窑空气换热器，其特征在于，所述凹槽(3-10)深度为钢球(3-3)直径的1/4-1/3，钢球(3-3)半径为密封卡扣(3-1)管壁厚度的80％-90％。
5.根据权利要求1所述的所述的环形套筒窑空气换热器，其特征在于，所述的密封卡扣(3-1)和波纹补偿器(3-2)之间设有密封圈(3-7)。
6.根据权利要求1所述的所述的环形套筒窑空气换热器，其特征在于，所述沉孔(3-6)数量与密封卡扣(3-1)的通槽(3-4)数量相等。
7.根据权利要求1所述的所述的环形套筒窑空气换热器，其特征在于，所述换热管(1-4)在换热器本体(1)内部为正三角形布置。
8.应用权利要求1所述的环形套筒窑空气换热器拦截并分离烟气中固体颗粒物的方法，其特征在于，所述撞击式气固分离器(2)布置在管道靠近窑体端，拦截与分离过程在烟气温度高于粘性物质由气态向液态转变的相变温度的区域进行。
9.根据权利要求8所述的环形套筒窑空气换热器拦截并分离烟气中固体颗粒物的方法，其特征在于，烟气在撞击式气固分离器(2)内的流动方向与垂直安装的阻挡件(2-3)之间的夹角小于90°。
10.根据权利要求9所述的环形套筒窑空气换热器拦截并分离烟气中固体颗粒物的方法，其特征在于，烟气在撞击式气固分离器(2)内的流动方向与垂直安装的阻挡件(2-3)之间的夹角小于等于65°。
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