CN109737795A - 利于清洗的烟气换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利于清洗的烟气换热器，包括壳体，所述壳体内设置有烟气流通通道，所述烟气流通通道沿着第一方向延伸，所述烟气流通通道内设置有换热组件，所述换热组件包括并列布置的多个换热板，各所述换热板内均设置有液体流道；对于任意相对布置的两个所述换热板，其相对布置的两个侧面中至少其中一个为紊流面，所述紊流面为平面，所述紊流面与所述第一方向平行设置，所述紊流面上设置有紊流板，所述紊流板与所述第一方向倾斜或者垂直设置。本发明提供的利于清洗的烟气换热器，紊流面与烟气流动的第一方向平行设置降低烟气积尘的概率，另外让气流去反复的冲击换热板，进一步降低烟气积尘的概率，减少烟气换热器的停机清洗次数。

Description

利于清洗的烟气换热器

技术领域

本发明涉及化工设备，具体涉及一种利于清洗的烟气换热器。

背景技术

烟气换热器广泛的使用于石油、煤炭、动力等各类化工领域，其用于将燃烧产生的高温烟气的热能转换为液体的热能，如热水。由于烟气中的粉尘含量普遍较高，因此在使用一段时间之后，烟气换热器内就积尘严重，积尘会导致换热器的换热效率明显下降，轻则10％-20％，重则30％-50％，因此需要较为频繁的对烟气换热器进行除尘操作。

传统的除尘操作为停机拆卸，对烟气换热器内的各积尘部件进行清扫乃至使用化学试剂进行擦拭，这显然过于耗时费力，为解决该问题，授权公告为CN2786539Y，授权公告日为2006年6月7日，名称为《喷气自转脉冲螺旋自动清洗式低流速高效换热器》的发明专利，其在换热器内设置喷气管、斜齿螺旋纽带等等清洗部件，通过气液混合物的冲击实现对换热器的清洗。又如，现有技术中为应对积尘问题，公告为CN103673747B，授权公告日为2015年12月30日，名称为《大型换热器快速清洗设备及清洗方法》的发明专利，其设置了一个专用的清洗系统来对换热器进行清洗。

虽然这些现有专利均提供了高效和方便清洗的烟气换热器，但是其不足之处在于，烟气换热器的清洗需要对整个系统进行停机，无论清洗过程如何方便和高效，现有技术还是需要较为频繁的对烟气换热器进行停机，这降低了烟气换热器的工作效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种利于清洗的烟气换热器，以解决现有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：

一种利于清洗的烟气换热器，包括壳体，所述壳体内设置有烟气流通通道，所述烟气流通通道沿着第一方向延伸，所述烟气流通通道内设置有换热组件，所述换热组件包括并列布置的多个换热板，各所述换热板内均设置有液体流道；

对于任意相对布置的两个所述换热板，其相对布置的两个侧面中至少其中一个为紊流面，所述紊流面为平面，所述紊流面与所述第一方向平行设置，所述紊流面上设置有紊流板，所述紊流板与所述第一方向倾斜或者垂直设置。

上述的烟气换热器，各所述换热板上两个侧面分别为凹凸面和紊流面，任意相邻两所述换热板分别以所述凹凸面和紊流面相对设置。

上述的烟气换热器，所述换热板分为紊流板和平滑板，所述紊流板上两个相对侧面均为紊流面，所述紊流板和平滑板在所述烟气流通通道内依次间隔布置。

上述的烟气换热器，所述紊流板通过转轴转动连接于所述紊流面上，所述转轴上套接有扭簧，所述紊流板在转动行程上具有贴合所述紊流面的避让位置；

所述扭簧的弹性力被配置为，当所述烟气流通通道的流速大于预设值时，烟气的压力会迫使所述扭簧转向所述避让位置。

上述的烟气换热器，还包括第一手柄以及第一传动机构；

所述第一手柄设置于所述壳体的外壁上，所述第一手柄驱动所述第一传动机构带动所述紊流板转向所述避让位置。

上述的烟气换热器，所述第一传动机构包括链条，所述转轴的端部设置有被动链轮，所述第一手柄的一端设置有主动链轮，所述主动链轮和被动链轮分别啮合于所述链条的两端。

上述的烟气换热器，所述紊流板与所述第一方向的夹角为15-30度。

上述的烟气换热器，所述烟气流通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。

上述的烟气换热器，所述换热板的顶部设置有延伸部，所述延伸部为从连接所述换热板的端部到背离所述换热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流通通道的内壁上。

上述的烟气换热器，还包括清洁辅助组件，所述清洁辅助组件设置于所述径向膨大区的上游，所述清洁辅助组件包括第二手柄、中心轴以及遮挡板，所述中心轴转动连接于所述烟气流通通道的直径线上，所述遮挡板的侧边固接于所述中心轴上，所述遮挡板在转动行程上具有边缘密封贴合于所述烟气流通通道内壁的位置，所述第二手柄位于所述中心轴的一端，且所述第二手柄位于所述烟气流通通道的外侧。

上述的烟气换热器，所述遮挡板为椭圆形。

在上述技术方案中，本发明提供的利于清洗的烟气换热器，紊流面与烟气流动的第一方向平行设置降低烟气积尘的概率，另外通过紊流板形成紊流，让气流去反复的冲击换热板，进一步降低烟气积尘的概率，从两个方面降低积尘概率，从而使得积尘的速率大为减缓，进而减少烟气换热器的停机清洗次数。

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烟气换热器的一种状态下的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的烟气换热器的另一种状态下的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的换热板的一种状态下的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的换热板的一种状态下的结构示意图；

图5为图4中A向局部示意图；

图6为本发明另一种实施例提供的换热板的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的第一传动机构和紊流板的结构示意图。

附图标记说明：

1、壳体；2、烟气流通通道；2.1、径向膨大区；3、换热板；3.1、紊流面；4、紊流板；5、转轴；6、扭簧；7、第一传动机构；8、延伸部；9、中心轴；10、遮挡板；11、分离板；12、限位柱；13、辅助板。

X向：第一方向

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紊流和层流的描述，这里紊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，这种运动称为紊流，又称为紊流、乱流、扰流或湍流。层流和紊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紊流。紊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、紊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利于清洗的烟气换热器，包括壳体1，所述壳体1内设置有烟气流通通道2，所述烟气流通通道2沿着第一方向延伸，所述烟气流通通道2内设置有换热组件，所述换热组件包括并列布置的多个换热板3，各所述换热板3内均设置有液体流道；对于任意相对布置的两个所述换热板3，其相对布置的两个侧面中至少其中一个为紊流面3.1，所述紊流面3.1为平面，所述紊流面3.1与所述第一方向平行设置，所述紊流面3.1上设置有紊流板4，所述紊流板4与所述第一方向倾斜或者垂直设置。

具体的，烟气流通通道2为高温烟气的流通通道，换热板3内设置有液体流道，液体流道供换热的液体介质流通，如此高温烟气和液体介质通过换热板3实现热交换。高温烟气沿着烟气流通通道2的延伸方向也即第一方向进行流动，较为优选的，烟气流通通道2竖直布置，也即第一方向优选为竖直方向。换热板3也布置于第一方向上，如烟气流通通道2竖直布置时，换热板3也竖直布置，烟气流通通道2水平布置时，换热板3也水平布置，其它依次类推。本实施例中，换热板3为具有一定厚度的平板，多个换热板3平行布置，各换热板3间的空间即为烟气的流通空间，流通空间呈扁平状且沿着第一方向布置，如此布置，一方面，由于烟气没有循环往复的弯折流动，积尘概率较低，其侧面与烟尘的流动方向平行，若竖直布置，则仅换热板3的顶部可以堆积烟尘，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流通通道2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。

本实施例中，多个换热板3并列布置于烟气流通通道2内，任意相邻两换热板3之间均为气体流通空间，对于任意的气体流通空间，构成该气体流通空间的两个换热板3的外侧面中至少一个为紊流面3.1，这里紊流面3.1指的是其上设置有紊流板4，而紊流板4可以使得其外侧产生紊流。为形成该结构，对于任意换热板3，其两个外侧面中可以其中一个上设置有紊流板4，或者两个外侧面上均设置有紊流板4。又或者，换热板3分为两类：紊流板4和平滑板，紊流板4上两个相对侧面均为紊流面3.1，即均设置有紊流板4，所述紊流板4和平滑板在所述烟气流通通道2内依次间隔布置。以上布置均可形成任意气体流通空间内均设置有至少一个紊流面3.1。

本实施例中，紊流面3.1上设置有紊流板4，紊流板4为板材，该板材与第一方向倾斜或者垂直设置，也即当烟气沿着第一方向流动时，紊流板4遮挡于其流动路径上，此时通过合理设置、计算或者根据有限的实验调节紊流板4的大小，可以使得层流的烟气被紊流板4扰动形成紊流，而紊流会反复的撞击换热板3的外侧面，该撞击形成清洗效果，也降低烟气中的烟尘粘附的清洗。

本实施例中，紊流板4用于将流来的层流转换为湍流，当没有紊流板4时，烟气流通通道2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，在层流和紊流的临界区域，通过紊流板4增加随机扰动，将层流或者过渡流转变为紊流，此时的有益效果在于，紊流频繁撞击换热板3的外侧面，使得其粘附的积尘被吹起，使得换热板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。

本发明各实施例的利于清洗有两层含义，一是由于烟尘的粘附概率低，使得清洗的时间间隔变长，如此降低了清洗次数，利于清洗工作；二是紊流反复的撞击外侧面，可以将已经粘附的烟尘部分撞击下来，如此具有一定的清洗效果，利于清洗。

本实施例中，优选的，烟气流通通道2上设置有径向膨大区2.1，换热组件位于径向膨大区2.1中，径向膨大区2.1为柱状的或筒状的膨大区，此时，若径向膨大区2.1增加的径向截面积大于换热板3占据的径向截面积，则换热器两端的压降有可能接近零或者为零，即换热板3对烟气的流动压力没有负面影响。

本发明提供的另一个实施例中，由于烟气流动方向与换热板3的布置方向平行，换热效率可能受到负面的影响，进一步的，烟气流通通道2内沿着轴向可以并列设置两个以上换热组件，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。

本发明实施例提供的利于清洗的烟气换热器，紊流面3.1与烟气流动的第一方向平行设置降低烟气积尘的概率，另外通过紊流板4形成紊流，让气流去反复的冲击换热板3，进一步降低烟气积尘的概率，从两个方面降低积尘概率，从而使得积尘的速率大为减缓，进而减少烟气换热器的停机清洗次数。

本实施例中，优选的，各所述换热板3上两个侧面分别为凹凸面和紊流面3.1，任意相邻两所述换热板3分别以所述凹凸面和紊流面3.1相对设置，凹凸面有利于增加换热面积，提升换热效率，弥补第一方向布置换热板3导致换热效率下降的不足之处。

本发明提供的另一个实施例中，进一步的，所述紊流板4通过转轴5转动连接于所述紊流面3.1上，所述转轴5上套接有扭簧6，也即此时紊流板4为活动布置，其在紊流面3.1上具有一个转动行程。此时紊流板4受到两个作用力，扭簧6的弹性力，其大小可以根据扭簧6的弹性系数和紊流板4的转动幅度计算得出，在垂直于紊流面3.1和贴合于紊流面3.1之间转动幅度为90度，另一个力为烟气的冲击力，其大小等于烟气的压强乘以接受压力的面积，而烟气的压强可以由其流速计算得出，本实施例中，所述紊流板4在转动行程上具有贴合所述紊流面3.1的避让位置；所述扭簧6的弹性力被配置为，当所述烟气流通通道2的流速大于预设值时，烟气的压力会迫使所述扭簧6转向所述避让位置。如当烟气流速大于3米每秒时，紊流板4由于气体压力而转动以贴合紊流板4，此临界数值可以根据上述计算方法计算或者直接由有限的实验得出，如此设置的作用在于，当气流速度较大时，其自身即形成紊流，此时无需紊流板4，而其存在则增加了气体阻力，使得换热组件两侧的压降变大，不利于烟气的流动。通过这样布置使得不需要紊流板4时其可以折叠起来。

更进一步的，还包括第一手柄以及第一传动机构7；第一手柄设置于所述壳体1的外壁上，所述第一手柄驱动所述第一传动机构7带动所述紊流板4转向所述避让位置，此时，将紊流板4由气流驱动的被动模式改变为手动控制的主动模式，第一手柄驱动所述第一传动机构7带动所述紊流板4在两个位置间相切换。清洁位置为紊流板4垂直于紊流面3.1上，或者与紊流面3.1倾斜布置，而避让位置为紊流板4贴合于紊流面3.1上，清洁位置和避让位置间的切换实际上即为紊流板4的在紊流面3.1上的转动，第一手柄以及第一传动机构7用于驱动紊流板4进行转动，较为优选的，多个紊流板4并列设置，其转轴5的端部为齿形结构，各齿形结构均啮合于一齿条上，或者为链轮结构连接于一链条上，第一手柄转动以使得转轴5发生转动，即驱动紊流板4进行转动，或者第一手柄驱动链条运动带动链轮结构转动。

较为优选的，如图7所示，紊流板4的一端通过转轴5转动连接于紊流面3.1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第一手柄的驱动往复摆动，如此随着杆件或者链条的运动也可以带动紊流板4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，提升发生紊流的概率。

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，紊流板4上设置一个通孔，该通孔套接于该限位区域的中间部分，即紊流板4在限位区域具有一定的活动幅度，如此保证其可以转动。

显然的，湍流和层流更有优劣，设置第一手柄以及第一传动机构7的作用在于，可以主动的控制紊流板4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，此即为避让位置，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。

优选的，第一传动机构7包括链条，转轴5的端部设置有被动链轮，所述第一手柄的一端设置有主动链轮，所述主动链轮和被动链轮分别啮合于所述链条的两端。

可选的，所述紊流面3.1上设置有容纳槽，在所述避让位置，所述紊流板4贴合于所述容纳槽的底壁上，如此在避让位置，紊流面3.1的外侧面上几乎没有任何凸起。

本发明提供的再一个实施例中，进一步的，所述换热板3的顶部设置有延伸部8，所述延伸部8为从连接所述换热板3的端部到背离所述换热板3的端部厚度逐渐依次变小的板材；所述延伸部8延伸到所述径向膨大区2.1以外的区域，所述延伸部8的两端固接于所述烟气流通通道2的内壁上。即延伸部8为宽度与换热板3相同，但厚度较薄的薄板，其作用在于引流，提前将烟气流通通道2的烟气进行分流，降低由于换热板3较厚对烟气带来的负面影响。更进一步的，延伸部8延伸到所述径向膨大区2.1以外的区域，延伸部8的两端固接于所述烟气流通通道2的内壁上，即在换热板3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8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。

很显然的，紊流板4及其附件等结构均可设置到延伸部8上。

本发明提供的再一个实施例中，进一步的，还包括清洁辅助组件，所述清洁辅助组件设置于所述径向膨大区2.1的上游，所述清洁辅助组件包括第二手柄、中心轴9以及遮挡板10，所述中心轴9转动连接于所述烟气流通通道2的直径线上，所述遮挡板10的侧边固接于所述中心轴9上，所述遮挡板10在转动行程上具有边缘密封贴合于所述烟气流通通道2内壁的位置，所述第二手柄位于所述中心轴9的一端，且所述第二手柄位于所述烟气流通通道2的外侧。手柄接受手动驱动或者自动驱动如电机驱动，手柄驱动中心轴9转动，中心轴9带动遮挡板10转动，当遮挡板10竖立于烟气流通通道2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流通通道2的内壁上时，其遮挡了一半烟气流通通道2，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2.1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，遮挡板10为椭圆形，即当遮挡板10遮挡住一半的烟气流通通道2时，遮挡板10与烟气流通通道2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，另一方面此时烟气流通通道2的内壁对遮挡板10具有极大的支撑力，除非将遮挡板10冲击变形，否则其都不会转离以离开。

更进一步的，遮挡板10的中心轴9的下方设置有分离板11，分离板11固接于烟气流通通道2的中心位置，其顶端抵接中心轴9，其用于将烟气流通通道2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10挡住一半的烟气流通通道2时，可以有效的防止烟气在遮挡板10的背面再次进入到另一侧，巩固遮挡板10的遮挡效果。

再进一步的，烟气流通通道2中设置有限位柱12，其用于在遮挡板10竖直布置时对遮挡板10进行限位。较为优选的，此处布置一个磁吸件，其与遮挡板10的顶部相磁吸，如此遮挡板10可以两边轮流遮挡。

本发明提供的再一个实施例中，进一步的，还包括清洗辅助组件，所述清洗辅助组件包括驱动机构、第二传动机构以及辅助板13，所述辅助板13活动连接于所述烟气流通通道2的内壁上，当所述紊流板4在清洁位置时，所述辅助板13呈筒体结构设置于所述径向膨大区2.1的进气区域；当所述紊流板4在避让位置时，所述辅助板13贴合于所述烟气流通通道2的内壁上；驱动机构驱动所述第二传动机构带动所述辅助板13在所述清洁位置和避让位置间相切换。辅助板13可以是筒体结构，其滑动连接于烟气流通通道2的内壁上，驱动机构以及第二传动机构驱动其往复运动，在滑动的一端，其伸入到径向膨大区2.1中，此时对应紊流板4的清洁位置，在滑动的另一端，其贴合于烟气流通通道2的内壁上，此时对应紊流板4的避让位置，又或者辅助板13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5转动连接于径向膨大区2.1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2.1内壁的位置，以及合拢成筒体结构位于径向膨大区2.1内部的位置。设置清洗辅助组件的作用在于，当进入径向膨大区2.1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，紊流板4有可能无论怎么设置均无法使得层流转变为湍流，辅助板13通过筒状结构聚拢气流，迫使其维持烟气流通通道2内的流速，使得紊流板4可以将层流转换为湍流，从而实现清洁辅助作用。

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 (7)

1.一种利于清洗的烟气换热器，包括壳体，所述壳体内设置有烟气流通通道，所述烟气流通通道沿着第一方向延伸，所述烟气流通通道内设置有换热组件，其特征在于，所述换热组件包括并列布置的多个换热板，各所述换热板内均设置有液体流道；

对于任意相对布置的两个所述换热板，其相对布置的两个侧面中至少其中一个为紊流面，所述紊流面为平面，所述紊流面与所述第一方向平行设置，所述紊流面上设置有紊流板，所述紊流板与所述第一方向倾斜或者垂直设置。

2.根据权利要求1所述的烟气换热器，其特征在于，各所述换热板上两个侧面分别为凹凸面和紊流面，任意相邻两所述换热板分别以所述凹凸面和紊流面相对设置。

3.根据权利要求1所述的烟气换热器，其特征在于，所述换热板分为紊流板和平滑板，所述紊流板上两个相对侧面均为紊流面，所述紊流板和平滑板在所述烟气流通通道内依次间隔布置。

4.根据权利要求1所述的烟气换热器，其特征在于，所述紊流板通过转轴转动连接于所述紊流面上，所述转轴上套接有扭簧，所述紊流板在转动行程上具有贴合所述紊流面的避让位置；

所述扭簧的弹性力被配置为，当所述烟气流通通道的流速大于预设值时，烟气的压力会迫使所述扭簧转向所述避让位置。

5.根据权利要求4所述的烟气换热器，其特征在于，还包括第一手柄以及第一传动机构；

所述第一手柄设置于所述壳体的外壁上，所述第一手柄驱动所述第一传动机构带动所述紊流板转向所述避让位置。

6.根据权利要求5所述的烟气换热器，其特征在于，所述第一传动机构包括链条，所述转轴的端部设置有被动链轮，所述第一手柄的一端设置有主动链轮，所述主动链轮和被动链轮分别啮合于所述链条的两端。

7.根据权利要求1所述的烟气换热器，其特征在于，所述紊流板与所述第一方向的夹角为15-30度。