CN110595236A - 一种可精确控温的高温套筒组合板式换热器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可精确控温的高温套筒组合板式换热器及其控制方法，包括框架、换热组件高温套筒、换热组件板片、电动风阀、电动百叶阀、热电偶和非换热内置烟道；换热组件高温套筒与换热组件板片通过焊接连接形成热侧通道和冷侧通道。该换热器中热电偶设置在换热介质出口管道上，通过电缆与控制柜连接控制电动风阀或电动百叶阀的闭合角度，另一端通过信号线与电动风阀或电动百叶阀连接传递控制信号；热侧通道通过烟气，冷侧通道通过冷风，而且换热组件这种结构可以耐更高的温度。通过本发明所述的方法增加了设备的使用效率，也增加了设备的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于气体热交换及其控制技术，具体涉及一种可精确控温的高温套筒组合板式换热器及其控制方法。
背景技术
工业生产中常会产生到大量的废气，特别是在化工、钢铁行业等的生产线中，其产品不同，工况不同，带来的废气浓度高而且不含氧气，想要处理这种浓度高不含氧气的废气，不用带阻燃式的烧嘴去处理的话危险系数高，特别是会发生回火现象，进而造成不可估量的损失。尤其是在正压炉内进行燃烧处理，加大了回火的风险，而且排放的尾气浓度也达不到环保处理的要求。
在现有的诸多换热器及其设备中根据适用环境的不同有着不同的结构设置，但是一般都存在换热器换热过程控制难，无法掌控换热的效果的技术问题，并且存在结构复杂或使用寿命短等问题。
发明内容
发明目的：为了提高气体换热器的换热效率和延长使用寿命，本发明的第一目的是提供一种可精确控温的高温套筒组合板式换热器，同时，第二目的是提供一种可精确控温的高温套筒组合板式换热器的控制方法。
技术方案：一种可精确控温的高温套筒组合板式换热器，包括框架、换热组件高温套筒、换热组件板片、电动风阀、第一热电偶、第二热电偶、非换热内置烟道和电动百叶阀；所述框架用于固定安装换热器的换热组件，通过换热组件高温套筒与换热组件板片构成换热单元，所述相邻换热单元之间形成热侧通道和冷侧通道，并且设置非换热内置烟道，所述电动风阀设置在非换热内置烟道上，所述电动百叶阀设置在热侧通道换热组件板片后，所述第一热电偶和第二热电偶设置在换热介质出口管道上，并且通过电缆与换热器的控制柜连接，另一端通过信号线与电动风阀和电动百叶阀连接传递。
进一步的，所述换热单元由换热组件高温套筒和换热组件板片变径焊接形成，所述换热组件高温套筒包括内外2个套筒，内套筒和外套筒同心环行设置。
进一步的，相邻的换热单元之间的间距形成中空结构的非换热内置烟道，所述非换热内置烟道的前端或热侧烟气进口端处设置电动风阀，所述电动风阀控制气体进出的比例。
所述的电动百叶阀包括第一电动百叶阀和第二电动百叶阀或及其两组以上，电动百叶阀的两侧分别连接热侧通道和热侧通道的出口，所述电动百叶阀为按比例调节开关，通过对应分布设置的热电偶控制连锁动作。
所述的热电偶为0-1300℃的K型热电偶，其一端接受控制柜的信号，另一端给电动风阀和电动百叶阀的执行机构传递信号实现阀门的开关控制。
更进一步的，换热器的框架，包括钢架、保温和外护板，钢架材质为镀锌方管，保温材料为硅酸铝纤维，保温厚度≥150mm，保证外护板温度≤60℃，外护板材质为S30408不锈钢，厚度大于等于1.5mm。
实施上述换热器的一种高温套筒组合板式换热器的控制方法，包括如下过程：
首先在控制柜上设定好换热介质出口温度，然后通过电动风阀和电动百叶阀控制换热器的换热介质出口温度，包括第一级控温和第二级控温，具体如下：
第一级控温：如果换热介质出口温度大于设定温度，信号给到电动百叶阀减小开度，减小烟气通过换热通道的气体量来实现降温；
第二级控温：如果换热介质出口温度仍然超温，根据信号打开电动风阀让部分或全部热侧烟气通过非换热内置烟道直接排出，所述电动风阀开度根据信号缓慢调节，同时保持电动百叶阀开度不变，直至温度降下来保持稳定；反之，若换热介质出口温度低于设定温度，信号传递到电动风阀使之缓慢关闭直至换热介质出口温度上升到设定温度；若依旧达不到设定温度，信号就传递到电动百叶阀使之缓慢打开，直至换热介质出口温度上升到设定温度，最后根据信号保持电动百叶阀开度。
进一步的，换热器中换热单元的内外套筒之间的截面积和长度，是根据换热介质的流量和温度来确定的，即控制换热介质的流速在20～25m/s。而换热组件板片板间距根据换热介质的流量和温度来确定，范围在8～20mm，控制换热介质的流速维持在10～15m/s。
电动风阀和电动百叶阀的电动执行机构根据信号模拟量大小控制其按比例转动，从而调节阀门打开和闭合的角度，换热器控制的初始状态设置为全开或全关。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著的效果如下：
(1)本发明所述换热器通过电控柜的温控来控制电动风阀实现调控换热气体温度，实现了换热过程的干预控制，提高了换热器的换热效果和对不同场合环境下的适用面；
(2)本发明所提供的换热器采用耐高温金属加强，比现有的板式换热器耐高温提高了10％以上，同时新设置的介质换热通道能够促进不同阶段的换热效果控制，结构上也易于维护和更换，不仅增加了设备的使用效率，也增加了设备的使用寿命，比现有配板式换热器的废气焚烧炉系统的工作效率和使用寿命均提高了10％以上。
(3)本发明所提供的换热器和控制方法通过结构的优化和控制，相比现有装置更加的安全，其安全性能实验检测提高20％以上。
附图说明
图1为本发明所述换热器的结构示意图。
图2为本发明所述换热器的内部结构示意图。
具体实施方式
为详细的说明本发明所公开的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1和图2所示，一种可精确控温的高温套筒组合板式换热器，框架1、换热组件高温套筒2、换热组件板片3、电动风阀4、第一热电偶5、第二热电偶6、非换热内置烟道7和电动百叶阀；本实施例中电动百叶阀包括两组，为电动百叶阀801和电动百叶阀802。
换热组件高温套筒2与换热组件板片3通过变径焊接连接形成换热单元，其固定在框架1上，2个换热单元之间的间距设置非换热内置烟道7，电动风阀4设置在非换热烟道7的前端，即热侧烟气进口端。冷侧空气进口处连接空气风机或者进风管道，冷侧风道一端与换热组件高温套筒2焊接，另一端与换热组件板片3焊接。冷侧出口的2个风道合并成一个管道出口，在冷侧空气出口管道设置2个热电偶，为第一热电偶5和第二热电偶6，热电偶一端通过电缆与电控柜连接，另一端通过信号线与电动风阀4以及对应的第一电动百叶阀801和第二电动百叶阀802的电动执行机构连接。2个电动百叶阀一端分别与换热组件板片3焊接，另一端与热侧烟气出口端焊接连接，固定在框架1上。框架1外部用保温棉和外封板封装，留出接口法兰。
作为本领域技术人员熟知的换热器基础组件及其设置要求在此不做赘述。本发明具体的说，第一热电偶5和第二热电偶6在设置在换热介质出口管道上，并且通过电缆与控制柜连接，另一端通过信号线与电动风阀4和第一电动百叶阀801和第二电动百百叶阀802连接，实现信号的传递。换热组件高温套筒2与换热组件板片3通过焊接连接形成热侧通道和冷侧通道，热侧通道通过烟气，冷侧通道通过冷风，而且换热组件这种结构可以耐更高的温度；电动风阀4设置在非换热内置烟道7上，第一电动百叶阀801和第二电动百百叶阀802分别设置在热侧通道换热组件板片3后；框架1是用镀锌方管制作成的固定以上换热组件的结构，结构包括钢架、保温和外护板，钢架材质为镀锌方管，保温材料为硅酸铝纤维，保温厚度≥150mm，保证外护板温度≤60℃，外护板材质为S30408不锈钢，厚度为1.5mm。
更具体的，换热单元由2部分组成，分别是换热组件高温套筒2和换热组件板片3；其中热组件高温套筒2由内外2个套筒组成，内外套筒之间的截面积和长度可以根据换热介质的流量和温度来确定进而调节，保证换热介质的流速在20～25m/s，这样通过热传递的换热效率最高；同时高温套筒2采用S31008不锈钢材料，厚度3mm左右，比直接用板片可耐更高的高温，可达到1000℃以上。其中换热组件板片3的板间距可根据换热介质的流量和温度，可在10-20mm之间调节，保证换热介质的流速维持在10～15m/s。而且根据板片壁温高低，选用不同材质的不锈钢，当板片壁温≥600℃时选用S31008不锈钢，当600℃＞板片壁温≥500℃时选用S31603不锈钢，当板片壁温＜500℃时选用S30408不锈钢。这样可以“高温高用，低温低就”减少昂贵材料的消耗，节约成本。
非换热内置烟道7是由2个换热单元之间的间距确定的，形成中空结构，采用S31008不锈钢，厚度3mm左右，其烟道管径大小是可调节的，调节范围在直径DN50-500mm。并在进口处设置电动风阀4。电动风阀4是耐高温阀门，气密性好，故障率低，并且是按比例调节开关量的。电动风阀4规格可随内置烟道7的管径调节。阀门规格通常在DN50-500mm。开度为5％一档直至全开或全关。
电动百叶阀一侧与热侧通道连接，另一侧与热侧通道出口连接；热电偶和电动百叶阀对应设置后实现阀门的连锁控制。电动百叶阀开度是比例调节，开度为5％一档直至全开或全关。
热电偶选用的都是0-1300℃的K型热电偶，保证测量精确，减小测量误差。其一端接受控制柜的信号，另一端给电动风阀和电动百叶阀的执行机构传递信号实现阀门的开关。
默认情况下，第一电动百叶阀801和第二电动百叶阀802是保持全开状态。在控制柜上设定好换热介质出口温度，
第一级控温：如果换热介质出口温度大于设定温度，信号给到电动百叶阀减小开度，让更少的烟气通过换热通道来实现降温。第二级控温：如果换热介质出口温度仍然超温，那么根据信号打开电动风阀4让热侧烟气更多的通过非换热内置烟道7直接排出，阀门开度根据信号缓慢调节，同时保持电动百叶阀开度不变，直至温度降下来保持稳定。反之，若换热介质出口温度低于设定温度，信号就传递到电动风阀4使之缓慢关闭直至换热介质出口温度上升到设定温度；若还是达不到，信号就传递到电动百叶阀使之缓慢打开直至换热介质出口温度上升到设定温度，最后根据信号保持阀门开度。
电动风阀4和电动百叶阀的电动执行机构都是便于维修和更换的，其根据信号模拟量大小，比例转动，从而调节阀门打开和闭合的角度。
本发明所提供的一种可精确控温的高温套筒组合板式换热器所用的的材料优选耐高温不锈钢。实验和实际使用表明，比现有的板式换热器耐高温提高了10％，比现有配板式换热器的废气焚烧炉系统的工作效率和使用寿命均提高了10％。调控温度比现有的板式换热器换热温度精确度提高了10％，设备的安全性提高了20％。
Claims (9)
1.一种可精确控温的高温套筒组合板式换热器，其特征在于：包括框架(1)、换热组件高温套筒(2)、换热组件板片(3)、电动风阀(4)、第一热电偶(5)、第二热电偶(6)、非换热内置烟道(7)和电动百叶阀(8)；所述框架(1)固定安装换热器的换热组件，通过换热组件高温套筒(2)与换热组件板片(3)构成换热单元，所述相邻换热单元之间形成热侧通道和冷侧通道，并且设置非换热内置烟道(7)，所述电动风阀(4)设置在非换热内置烟道(7)上，所述电动百叶阀(8)设置在热侧通道换热组件板片(3)后，所述第一热电偶(5)和第二热电偶(6)设置在换热介质出口管道上，并且通过电缆与换热器的控制柜连接，另一端通过信号线与电动风阀(4)和电动百叶阀(8)连接传递。
2.根据权利要求1所述的可精确控温的高温套筒组合板式换热器，其特征在于：所述换热单元由换热组件高温套筒(2)和换热组件板片(3)变径焊接形成。
3.根据权利要求2所述的可精确控温的高温套筒组合板式换热器，其特征在于：两个换热单元之间的间距形成中空结构的非换热内置烟道(7)，所述非换热内置烟道(7)的前端或热侧烟气进口端处设置电动风阀(4)，所述电动风阀(4)控制气体进出比例。
4.根据权利要求1所述的可精确控温的高温套筒组合板式换热器，其特征在于：所述的电动百叶阀(8)包括第一电动百叶阀(801)和第二电动百叶阀(802)或及其两组以上，电动百叶阀(8)的两侧分别连接热侧通道和热侧通道的出口，所述电动百叶阀(8)为按比例调节开关，通过对应分布设置的热电偶控制连锁动作。
5.根据权利要求1所述的可精确控温的高温套筒组合板式换热器，其特征在于：所述的热电偶为0-1300℃的K型热电偶，其一端接受控制柜的信号，另一端给电动风阀(4)和电动百叶阀(8)的执行机构传递信号实现阀门的开关控制。
6.根据权利要求1所述的可精确控温的高温套筒组合板式换热器，其特征在于所述换热器的框架(1)，包括钢架、保温和外护板，钢架用镀锌方管，保温厚度≥150mm，保证外护板温度≤60℃，外护板用不锈钢拉丝面板，厚度大于等于1.5mm。
7.根据权利要求1所述的可精确控温的高温套筒组合板式换热器，其特征在于：所述换热组件高温套筒(2)由内套筒和外套筒组成，内套筒和外套筒同心环行设置；换热器中换热单元的内、外套筒之间的截面积和长度根据换热介质的流量和温度来确定，控制换热介质的流速在20～25m/s；换热组件板片(3)板间距根据换热介质的流量和温度来确定，间距范围为8～20mm，控制换热介质的流速维持在10～15m/s。
8.根据权利要求1所述的可精确控温的高温套筒组合板式换热器，其特征在于：所述电动风阀(4)和电动百叶阀(8)的电动执行机构根据信号模拟量大小控制其按比例转动，从而调节阀门打开和闭合的角度。
9.实施上述权利要求1-8任一项所述的高温套筒组合板式换热器的控制方法，其特征在于：首先在控制柜上设定好换热介质出口温度，然后通过电动风阀(4)和电动百叶阀(8)控制换热器的换热介质出口温度，包括第一级控温和第二级控温，具体如下：
第一级控温：如果换热介质出口温度大于设定温度，信号给到电动百叶阀(8)减小开度，减小烟气通过换热通道的气体量来实现降温；
第二级控温：如果换热介质出口温度仍然超温，根据信号打开电动风阀(4)让部分或全部热侧烟气通过非换热内置烟道(7)直接排出，所述电动风阀(4)开度根据信号缓慢调节，同时保持电动百叶阀开度不变，直至温度降下来保持稳定；反之，若换热介质出口温度低于设定温度，信号传递到电动风阀(4)使之缓慢关闭直至换热介质出口温度上升到设定温度；若依旧达不到设定温度，信号就传递到电动百叶阀(8)使之缓慢打开，直至换热介质出口温度上升到设定温度，最后根据信号保持电动百叶阀(8)开度。
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Legal Events
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