CN112013702B - 一种多壳程的管壳式烟气换热装置 - Google Patents

一种多壳程的管壳式烟气换热装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多壳程的管壳式烟气换热装置，包括外部呈矩状、内部呈空腔结构的壳体，所述壳体的两侧侧壁上分别连接有进风管、出风管，所述壳体后壁底部安装有进烟管，所述壳体的顶部具有出烟口，所述壳体的内部形成有用于换热且彼此互不连通的烟气通道和多壳程空气通道，所述烟气通道中烟气的流向与所述多壳程空气通道中空气的流向相反。本发明通过在换热装置内部设置特殊排列的烟气管道形成烟气通道，而壳体内部与烟气管道形成的区域为助燃气体通道，助燃空气与高温烟气通过管壁进行换热，可提高助燃风温度，从而提高燃烧效率，同时可降低火焰局部过热，减少氮氧化物排放，能够改善车间环境。

Description

一种多壳程的管壳式烟气换热装置
技术领域
本发明涉及热处理技术领域，尤其涉及一种多壳程的管壳式烟气换热装置。
背景技术
现有的热处理炉燃烧主要由助燃空气系统和排烟系统组成，助燃空气系统包括助燃风机、助燃风总管、助燃风支管和烧嘴助燃风管道，该助燃空气系统通过助燃风机将空气通入热处理炉烧嘴中参与助燃，而热处理炉燃烧产生的烟气则通过排烟系统将热处理炉的烧嘴排出的烟气排至厂房外。由于烧嘴自身结构和尺寸的限制，喷嘴的温度较高，高温烟气余热没有进一步回收，而是直接混合冷空气后排至厂房外，如此则造成了能源的浪费。另外，助燃风机将风管中的空气直接送至烧嘴助燃风管道中，而空气不进行预热直接参与助燃会降低气体的燃烧效率，基于此，本发明提出一种多壳程的管壳式烟气换热装置，可降低烟气排出的温度同时，也能实现对助燃空气的预热。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题而提出的一种多壳程的管壳式烟气换热装置，通过在换热装置内部设置特殊排列的烟气管道形成烟气通道，而壳体内部与烟气管道形成的区域为助燃气体通道，助燃空气与高温烟气通过管壁进行换热，可达到提高助燃风温度，降低排烟温度的目的。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种多壳程的管壳式烟气换热装置，包括外部呈矩状、内部呈空腔结构的壳体，所述壳体的两侧侧壁上分别连接有进风管、出风管，所述壳体后壁底部安装有进烟管，所述壳体的顶部具有出烟口，所述壳体的内部形成有用于换热且彼此互不连通的烟气通道和多壳程空气通道，所述烟气通道中烟气的流向与所述多壳程空气通道中空气的流向相反。
优选的，所述壳体的内部中心处沿竖直方向且紧贴其前后壁安装有第一烟气管道，所述第一烟气管道的底部向右折弯形成急转弯头；
所述第一烟气管道顶部连接有第二烟气管道，所述第二烟气管道顶部延伸至壳体外部并形成有出烟口，所述第二烟气管道的后壁紧贴壳体后壁，所述第二烟气管道的前壁与所述壳体的前壁之间形成间隙；
位于所述壳体内部的第二烟气管道上水平套接有一隔板，所述隔板与壳体内顶部区域形成一个密封的烟气腔体；
所述壳体内部平行于第一烟气管道的两侧均安装有第三烟气管道，位于左侧的所述第三烟气管道的顶部贯穿所述隔板延伸至所述烟气腔体内，底部与所述进烟管相连通，位于右侧的所述第三烟气管道的顶部贯穿所述隔板延伸至所述烟气腔体内，底部与所述第一烟气管道的急转弯头相连通。
优选的，所述的烟气通道流向为进烟管-左侧的第三烟气管道-烟气腔体-右侧的第三烟气管道-第一烟气管道-第二烟气管道。
优选的，所述第三烟气管道由多根呈矩形分布且直径相同的细管组成。
优选的，所述壳体内部位于所述第一烟气管道两侧的第三烟气管道上均设置有多个折流板，多个所述折流板沿第三烟气管道的长度方向高低等间距错落设置，每个所述折流板沿垂直于第三烟气管道的轴线方向固定套接在第三烟气管道上，并且所述折流板的长度与所述壳体内壁的宽度相同。
优选的，所述壳体、第二烟气管道与壳体之间的间隙、隔板和第一烟气管道所形成的区域为气体的流通区域，该流通区域被多个所述折流板分隔形成多壳程空气通道，气体的流向为进风管-多壳程空气通道-出风管。
优选的，所述壳体的内部形成有保温层。
优选的，所述壳体的顶部安装有可拆卸盖板，所述第二烟气管道贯穿该可拆卸盖板延伸至壳体外部。
本发明的有益效果为：
本发明在换热装置的内部形成有彼此互不连通的烟气通道和多壳程空气通道，其中的烟气通道包括紧贴壳体前后壁安装的第一烟气管道，分布于第一烟气管道两侧的第三烟气管道，隔板与壳体内顶部形成的密封烟气腔体，烟气通道流向为进烟管-左侧的第三烟气管道-烟气腔体-右侧的第三烟气管道-第一烟气管道-第二烟气管道，并且第三烟气管道由多根呈矩形分布且直径相同的细管组成，可提高空气通道中助燃空气与高温烟气之间的接触面积，最大程度上的利用了高温烟气的余热，而且空气通道中的助燃空气也能穿过第三烟气管道与第一烟气管道的外壁相接触，进一步的利用第一烟气管道的烟气余热。而多壳程空气通道则为被多个折流板分隔形成的空气通道，该空气通道中的折流板对助燃空气进行导向形成蛇行状的流动状态，可延长助燃空气与烟气的换热时间，助燃空气与高温烟气通过管壁进行换热，可提高助燃风温度，从而提高燃烧效率，同时可降低火焰局部过热，减少氮氧化物排放，改善了车间环境。
附图说明
图1为本发明提出的一种多壳程的管壳式烟气换热装置的结构示意图；
图2为本发明提出的一种多壳程的管壳式烟气换热装置另一种角度的结构示意图；
图3为本发明提出的一种多壳程的管壳式烟气换热装置去掉壳体的结构示意图；
图4为本发明提出的一种多壳程的管壳式烟气换热装置的剖面结构示意图。
图中：1、壳体；2、进风管；3、出风管；4、进烟管；5、出烟口；6、可拆卸盖板；7、隔板；8、第三烟气管道；9、第一烟气管道；10、折流板；11、保温层；12、第二烟气管道；13、烟气腔体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释发明型，而不能理解为对发明型的限制。
在发明型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在发明型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在发明型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在发明型中的具体含义。
参照图1-4，一种多壳程的管壳式烟气换热装置，包括外部呈矩状、内部呈空腔结构的壳体1，壳体1的两侧侧壁上分别连接有进风管2、出风管3，进风管2和助燃空气系统中的助燃风机出风端相连，利用助燃风机将空气排入至壳体1内部，出风管3则与烧嘴的助燃风管道连通，空气被加热后参与助燃，可提高气体的燃烧效率，壳体1后壁底部安装有进烟管4，壳体1的顶部具有出烟口5，进烟管4则与喷嘴烟气管道相连，将高温烟气导入至壳体1中，壳体1的内部形成有用于换热且彼此互不连通的烟气通道(管程)和多壳程空气通道，壳体1中的高温烟气与气体换热，充分利用高温烟气的余热对助燃空气进行预热，可提高气体的燃烧效率，同时也降低了烟气中氮氧化物的排放，并且本发明中烟气通道中烟气的流向与多壳程空气通道中空气的流向相反，可进一步增大烟气与助燃空气的热交换面积，使其充分完成换热。壳体1的内壁上形成有保温层11，可进一步降低壳体1内部烟气预热的散发，从而使助燃空气充分吸收高温烟气的余热，达到节约能源的效果，而保温层11的材料选用现有技术中的材料即可。
如图3所示，壳体1的内部中心处沿竖直方向且紧贴其前后壁安装有第一烟气管道9，第一烟气管道9的底部向右折弯形成急转弯头，第一烟气管道9将壳体1内部分隔形成左右两个区域；第一烟气管道9顶部连接有第二烟气管道12，第二烟气管道12顶部延伸至壳体1外部并形成有出烟口5，高温烟气在壳体1内完成换热后通过出烟口5排出，第二烟气管道12的后壁紧贴壳体1后壁，第二烟气管道12的前壁与壳体1的前壁之间形成间隙，该间隙的存在可以使烟气、空气从左侧区域流向右侧区域；
具体的，位于壳体1内部的第二烟气管道12上水平套接有一隔板7，隔板7与壳体1内顶部区域形成一个密封的烟气腔体13，烟气腔体13内的烟气从左侧区域通过间隙流向烟气腔体13的右侧区域；
壳体1内部平行于第一烟气管道9的两侧均安装有第三烟气管道8，位于左侧的第三烟气管道8的顶部贯穿隔板7延伸至烟气腔体13内，底部与进烟管4相连通，位于右侧的第三烟气管道8的顶部贯穿隔板7延伸至烟气腔体13内，底部与第一烟气管道9的急转弯头相连通，上述结构形成的烟气通道流向为：进烟管4-左侧的第三烟气管道8-烟气腔体13-右侧的第三烟气管道8-第一烟气管道9-第二烟气管道12，为了便于理解，本发明结合附图4以及图上的大写字母表示对烟气的流向为：烟气流经A-B-C-D-E。烟气在左右两侧的第三烟气管道8、第一烟气管道9中流通，可增大烟气通道的管程，最大程度的延长助燃空气与烟气的换热时间。
作为优选的实施例，第三烟气管道8由多根呈矩形分布且直径相同的细管组成，多根细管的设置相当于将高温烟气分隔形成多股细流，在不改变烟气的流量的同时，提高了空气通道中助燃空气与高温烟气之间的接触面积(相当于将高温烟气与助燃空气混合的效果)，最大程度上的利用了高温烟气的余热，而且多根细管之间存在一定的间隙，使空气通道中的助燃空气也能穿过第三烟气管道8与第一烟气管道9的外壁相接触，进一步的利用第一烟气管道9的烟气余热。
壳体1内部位于第一烟气管道9两侧的第三烟气管道8上均设置有多个折流板10，多个折流板10沿第三烟气管道8的长度方向高低等间距错落设置，每个折流板10沿垂直于第三烟气管道8的轴线方向固定套接在第三烟气管道8上，第三烟气管道8可以直接焊接在壳体1的内壁上，也可以直接焊接在第三烟气管道8上，并且保证折流板10的长度与壳体1内壁的宽度相同；壳体1、第二烟气管道12与壳体1之间的间隙、隔板7和第一烟气管道9所形成的区域为气体的流通区域，该流通区域被多个折流板10分隔形成多壳程空气通道，气体的流向为进风管2-多壳程空气通道-出风管3，同样的为了便于理解，本发明中还在附图4中采用小写字母表示助燃空气的流向为：e-f-g-h-j。通过折流板10特殊的安装方式可以将助燃空气进行导向形成蛇行状的流动状态，可延长助燃空气与烟气的换热时间，从而达到充分利用烟气热能的效果。
由于高温烟气频繁的流经烟气腔体13中，在烟气腔体13内以及第三烟气管道8上容易形成排烟污垢，因此本发明在壳体1的顶部安装有可拆卸盖板6，第二烟气管道12贯穿该可拆卸盖板6延伸至壳体1外部，便于定期对烟气腔体13、第三烟气管道8进行清理。
本发明公开的多壳程的管壳式烟气换热装置，工作时，将助燃空气系统中的助燃风机出风端和进风管2密封连接，热处理炉上的烧嘴助燃风管道与出风管3密封连接，然后喷嘴烟气管道和进烟管4密封连接，热处理炉的烧嘴喷出火焰形成高温烟气排入至壳体1内部，此时，助燃风机将助燃气体排入至壳体1内部的空气通道中，烟气沿着A-B-C-D-E的烟气通道流动，并与沿着路径e-f-g-h-j流动的助燃空气发生热交换，烟气被冷却处理后经出烟口5排出，而助燃气体被加热后进入至烧嘴助燃风管道中参与助燃。当然本发明中也可以根据换热装置的安装位置需求，可以将助燃空气的流向和烟气的流向均设置为反方向也可以达到换热的目的。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多壳程的管壳式烟气换热装置，其特征在于，包括外部呈矩状、内部呈空腔结构的壳体(1)，所述壳体(1)的两侧侧壁上分别连接有进风管(2)、出风管(3)，所述壳体(1)后壁底部安装有进烟管(4)，所述壳体(1)的顶部具有出烟口(5)，所述壳体(1)的内部形成有用于换热且彼此互不连通的烟气通道和多壳程空气通道，所述烟气通道中烟气的流向与所述多壳程空气通道中空气的流向相反，所述壳体(1)的内部中心处沿竖直方向且紧贴其前后壁安装有第一烟气管道(9)，所述第一烟气管道(9)的底部向右折弯形成急转弯头；
所述第一烟气管道(9)顶部连接有第二烟气管道(12)，所述第二烟气管道(12)顶部延伸至壳体(1)外部并形成有出烟口(5)，所述第二烟气管道(12)的后壁紧贴壳体(1)后壁，所述第二烟气管道(12)的前壁与所述壳体(1)的前壁之间形成间隙；
位于所述壳体(1)内部的第二烟气管道(12)上水平套接有一隔板(7)，所述隔板(7)与壳体(1)内顶部区域形成一个密封的烟气腔体(13)；
所述壳体(1)内部平行于第一烟气管道(9)的两侧均安装有第三烟气管道(8)，位于左侧的所述第三烟气管道(8)的顶部贯穿所述隔板(7)延伸至所述烟气腔体(13)内，底部与所述进烟管(4)相连通，位于右侧的所述第三烟气管道(8)的顶部贯穿所述隔板(7)延伸至所述烟气腔体(13)内，底部与所述第一烟气管道(9)的急转弯头相连通，所述壳体(1)的内部形成有保温层(11)。
2.根据权利要求1所述的一种多壳程的管壳式烟气换热装置，其特征在于，所述的烟气通道流向为进烟管(4)-左侧的第三烟气管道(8)-烟气腔体(13)-右侧的第三烟气管道(8)-第一烟气管道(9)-第二烟气管道(12)。
3.根据权利要求1或2所述的一种多壳程的管壳式烟气换热装置，其特征在于，所述第三烟气管道(8)由多根呈矩形分布且直径相同的细管组成。
4.根据权利要求1所述的一种多壳程的管壳式烟气换热装置，其特征在于，所述壳体(1)内部位于所述第一烟气管道(9)两侧的第三烟气管道(8)上均设置有多个折流板(10)，多个所述折流板(10)沿第三烟气管道(8)的长度方向高低等间距错落设置，每个所述折流板(10)沿垂直于第三烟气管道(8)的轴线方向固定套接在第三烟气管道(8)上，并且所述折流板(10)的长度与所述壳体(1)内壁的宽度相同。
5.根据权利要求4所述的一种多壳程的管壳式烟气换热装置，其特征在于，所述壳体(1)、第二烟气管道(12)与壳体(1)之间的间隙、隔板(7)和第一烟气管道(9)所形成的区域为气体的流通区域，该流通区域被多个所述折流板(10)分隔形成多壳程空气通道，气体的流向为进风管(2)-多壳程空气通道-出风管(3)。
6.根据权利要求1所述的一种多壳程的管壳式烟气换热装置，其特征在于，所述壳体(1)的顶部安装有可拆卸盖板(6)，所述第二烟气管道(12)贯穿该可拆卸盖板(6)延伸至壳体(1)外部。
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