CN112212356B - 一种多通道蓄热式空气预热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道蓄热式空气预热器，包括蓄热室、换向阀、空气进出口模块、烟气进出口模块和换向阀驱动装置，蓄热室为多个且是偶数，换向阀在中间，蓄热室、空气进出口模块和烟气进出口模块环绕在换向阀的周围，空气进出口模块、换向阀和烟气进出口模块形成一条直线，将多个蓄热室平均分隔在两侧。使用本发明可解决现有技术的回转式空气预热器漏风量大、阀门切换式空气预热器切换瞬间断流等问题。

Description

一种多通道蓄热式空气预热器

技术领域

本发明属于工业换热器技术领域，特别涉及一种多通道蓄热式空气预热器。

背景技术

在石化、钢铁、有色冶金、火力发电等行业的各种加热炉中，广泛采用空气预热器回收烟气余热。蓄热式空气预热器是众多空气预热器中的一种，在电站锅炉、钢铁、有色冶金等行业的各种炉窑中广泛采用。

现有技术的蓄热式空气预热器，应用广泛的主要有两种形式：回转式和阀门切换式。

电站锅炉广泛采用回转式空气预热器，回转式空气预热器以蓄热方式传递热量，烟气与空气交替流过受热面。当烟气流过时，热量从烟气传给受热面，受热面温度升高，并积蓄热量；当空气再流过时，受热面将积蓄的热量释放给空气，循环往复，完成烟气和空气的热交换。

回转式空气预热器分为受热面旋转和风罩旋转两种型式。

《空气预热器原理与计算》（章成骏，上海：同济大学出版社，1995年，P148-149）给出了受热面旋转的回转式空气预热器示意图，见说明书附图1。受热面旋转的回转式空气预热器主要由转子、烟气入口、烟气出口、空气入口、空气出口、过渡区和密封装置组成。转子内有多片蓄热板。工作时，热烟气从上方烟气入口进入，通过转子截面一半（180°）后，从下方流出；冷空气从另一侧空气入口进入，通过转子截面的1/3（120°）后，从上方流出。转子每转一圈，转子内蓄热板吸热、放热一次，使热烟气和冷空气之间的热交换得以实现。在烟气和空气流通截面之间设置了占转子断面两个30°的过渡区，其中既无烟气通过，也没有空气通过，它起着把烟气和空气隔开的作用，使两者不相掺混。一般情况下，电站锅炉的烟气都处于负压，而空气则处于正压，因此空气容易外漏，也很容易漏入烟气，加之上下烟风道等处存在静动联接，这就使得漏风更加严重，为了减轻空气的内漏和外漏，除设置过渡区外，在有静动联接的部位都装有密封装置。但即使如此，仍不能完全免除空气的泄漏，一般泄漏量约占通过空气量的5%~10%。

回转式空气预热器与管式空气预热器相比，有以下优点：

(1)回转式空气预热器传热面密度高，因而结构紧凑，占地面积小，其体积约为同容量的管式空气预热器的1/10，适合大流量的烟气余热回收。

(2)质量轻，因管式空气预热器的管子厚为1.5mm，而回转式空气预热器的蓄热板其厚度不过0.5~1.25mm，而且蓄热板布置很紧凑，故回转式空气预热器金属耗量约为同容量管式空气预热器的1/3。

(3)回转式空气预热器布置灵活方便，使锅炉容易得到合理的布置方案。

回转式空气预热器的缺点：漏风量大，一般管式空气预热器的漏风量不超过3%，而回转式空气预热器在状态好时为5%~10%，密封不良时达20%~30%。同时，其结构复杂，制造工艺要求高，运行维护工作多，检修也复杂。

钢铁、有色冶金等行业的各种炉窑广泛采用阀门切换式空气预热器，用高温烟气加热蓄热体，再将蓄热体蓄存的热量加热空气，使空气获得高温预热，蓄热体冷却后，再切换到高温烟气加热状态，循环往复，达到热交换的目的。相比回转式空气预热器，其漏风量很小，一般在3%以内，远远低于回转空气预热器的5%~10%。

但是，这种阀门切换式空气预热器也有其本身的局限性，由于蓄热体是周期性地加热、放热，需要周期性的切换空气和烟气通道，造成空气和烟气流场的频繁波动，炉膛压力波动很大，降低了整个系统的稳定性。

中国专利CN 201410139676.9，公开了一种蓄热式换热器，用四个蓄热室并联形成四通道，保证换热器的连续工作。但四个蓄热室形成的四通道，对于烟气来说，实际只是两条通道，当一个通道换向时，只剩一个通道工作，所有的烟气都涌入这个通道，使烟气流过蓄热室的压降骤然增大，造成炉膛压力升高。因此，对于需要稳定炉膛压力的工业炉窑来说，四个蓄热室显然是不够的。另外，一对蓄热室两端配置一对四通换向阀同步工作，这一对四通换向阀如何保证同步专利没有说明。如果这对四通换向阀同步不能保证，将导致烟气通道与空气通道的冲突，同样可以导致系统瘫痪。

中国专利CN 206191632U，公开了一种蓄热式空气预热器，采用一个八通阀连接两个U形蓄热室，解决了阀门切换时烟气和空气在两个蓄热室间同步切换的问题，但存在换向时烟气流和空气流瞬间断流问题，不能单独采用，需要多台这样的蓄热式空气预热器并联运行，并且多台八通阀必须间隔一定时间顺序实施单个阀门换向，才能保证空气流、烟气流的连续流动以及炉膛压力的稳定。

综上所述，回转式空气预热器传热面密度高，结构紧凑，但漏风量大；阀门切换式空气预热器漏风量小，但存在换向时烟气流和空气流瞬间断流问题，单台不能保证工业炉窑炉烟气流、空气流连续流动以及炉膛压力的稳定，需要多台并联运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型多通道蓄热式空气预热器，综合回转式空气预热器和阀门切换式空气预热器的优点，以解决现有技术的回转式空气预热器漏风量大、阀门切换式空气预热器切换瞬间断流等问题。

本发明提供一种多通道蓄热式空气预热器，包括蓄热室，其特征在于：该多通道蓄热式空气预热器还包括换向阀、空气进出口模块、烟气进出口模块和换向阀驱动装置，蓄热室为多个且是偶数，换向阀在中间，蓄热室、空气进出口模块和烟气进出口模块环绕在换向阀的周围，空气进出口模块、换向阀和烟气进出口模块形成一条直线，将多个蓄热室平均分隔在两侧。

本发明所述一种多通道蓄热式空气预热器，其进一步技术特征在于：所述蓄热室包括蓄热体、蓄热室中间隔板和尾部通道，蓄热室中间隔板将蓄热室分成上下两层蓄热室，上层蓄热室和下层蓄热室内均装填蓄热体，上层蓄热室和下层蓄热室通过尾部通道连通。

本发明所述一种多通道蓄热式空气预热器，其进一步技术特征在于：所述换向阀包括阀盖、阀壳、阀轴、换向阀接口、换向阀接口隔板、换向阀中间隔板、上挡板和下挡板，换向阀接口包括一个烟气接口、一个空气接口和与蓄热室个数相同的蓄热室接口，阀盖安装在阀壳的上端和下端，阀轴穿过上端阀盖与驱动装置连接，驱动装置安装在上端阀盖上，换向阀的烟气接口、空气接口和蓄热室接口均有换向阀接口隔板，换向阀接口隔板把每个换向阀接口分隔为上下两个接口，换向阀中间隔板将换向阀的内腔分隔成上下两个腔室，上挡板位于上腔室内，下挡板位于下腔室内；所述空气进出口模块包括空气侧换向阀接口、空气进出口中间隔板、空气出口和空气进口，空气侧换向阀接口连通换向阀的空气接口，空气进出口中间隔板与换向阀接口隔板接触密封，空气进出口中间隔板分隔空气进出口模块，使空气进出口模块内部形成上下两层通道，其中上层通道一端连通换向阀上腔室，另一端连通空气出口（或空气进口）；下层通道一端连通换向阀下腔室，另一端连通空气进口（或空气出口），所述烟气进出口模块包括烟气侧换向阀接口、烟气进出口中间隔板、烟气进口和烟气出口，烟气侧换向阀接口连通换向阀的烟气接口，烟气进出口中间隔板与换向阀接口隔板接触密封。烟气进出口中间隔板分隔烟气进出口模块，使烟气进出口模块内部形成上下两个通道，其中上层通道一端连通换向阀上腔室，另一端连通烟气进口（或烟气出口）；下层通道一端连通换向阀下腔室，另一端连通烟气出口（或烟气进口）。

本发明所述五块隔板（换向阀中间隔板、换向阀接口隔板、蓄热室中间隔板、空气进出口中间隔板、烟气进出口中间隔板）位于同一标高、同一平面内。

本发明所述一种多通道蓄热式空气预热器，其进一步技术特征在于：所述蓄热室的个数为4~100，优选为6~20。

本发明所述一种多通道蓄热式空气预热器，其进一步技术特征在于：所述蓄热室还包括蓄热室尾部法兰、蓄热室尾部封门和蓄热室尾部封门连接件，蓄热室尾部法兰安装（优选焊接）在蓄热室壳体尾端，蓄热室尾部封门通过蓄热室尾部封门连接件与蓄热室尾部法兰连接。蓄热室内的蓄热体可以通过蓄热室尾部封门进行装卸。

本发明所述一种多通道蓄热式空气预热器，其进一步技术特征在于：所述蓄热体为板式，优选金属板，也可以是非板式的蜂窝陶瓷。

本发明所述一种多通道蓄热式空气预热器，其进一步技术特征在于：所述换向阀还包括挡板轴向密封面，挡板轴向密封面分别安装在上挡板的两端和下挡板的两端，上挡板和挡板轴向密封面组合体的平截面为“H”型，下挡板和挡板轴向密封面组合体的平截面也为“H”型。

本发明所述一种多通道蓄热式空气预热器，其进一步技术特征在于：所述上挡板和下挡板同轴，随阀轴同步转动，且上挡板和下挡板的安装方位完全一致。

本发明所述一种多通道蓄热式空气预热器，其进一步技术特征在于：所述上挡板和下挡板的挡板轴向密封面均为弧面，弧面宽度不小于蓄热室接口对应的阀内壁开口宽度。挡板轴向密封面的弧面宽度范围20~5000mm，优选200~2000mm，最优选500mm。

本发明所述一种多通道蓄热式空气预热器，其进一步技术特征在于：所述空气进出口模块通过空气侧换向阀接口与换向阀的空气接口连通。

本发明所述一种多通道蓄热式空气预热器，其进一步技术特征在于：所述烟气进出口模块通过烟气侧换向阀接口与换向阀的空气接口连通。

本发明所述一种多通道蓄热式空气预热器，其进一步技术特征在于：蓄热室、空气进出口模块、烟气进出口模块围绕换向阀环形布置。

本发明所述一种多通道蓄热式空气预热器，其进一步技术特征在于：蓄热室首部法兰端为气流进出口端，蓄热室尾部封门端为自由端。

本发明所述一种多通道蓄热式空气预热器，其进一步技术特征在于：烟气和空气交替流过同一个蓄热室，烟气流向与交替流过同一蓄热室的空气流向相反。

本发明的有益效果在于：

1）本发明提供的多通道蓄热式空气预热器，与现有技术的回转式空气预热器相比，蓄热室不动，烟气进出口、空气进出口不动，仅换向阀内的上挡板和下挡板往复转动，上挡板转动半径、下挡板转动半径、运动密封长度远低于现有技术的回转式空气预热器，密封更容易更可靠，漏风量更小，但蓄热性能可以和回转式空气预热器相当。解决了现有技术的回转式空气预热器漏风量大的问题。

2）本发明提供的多通道蓄热式空气预热器，与现有技术的阀门切换式空气预热器相比，在换向阀内挡板转动换向时，整台空气预热器不存在烟气流和空气流瞬间断流问题。最苛刻的瞬间，也仅有其中一条通道内的烟气流（一条通道的空气流）瞬间断流，其余通道内的烟气流和空气流依然连续畅通，一条通道断流对有多条通道的总烟气流影响很小，压降波动也有限。解决了现有阀门切换式空气预热器换向时烟气流和空气流瞬间断流问题，以及相关的炉膛压力波动问题。

3）本发明提供的多通道蓄热式空气预热器，具有自清洁功能，由于烟气流向与交替流过同一蓄热室的空气流向相反，烟气流过蓄热室时留存的灰尘，在空气交替流过同一蓄热室时，就会被反向吹出蓄热室，灰尘不能在蓄热室内积聚，蓄热室得到清洁。

4）本发明提供的多通道蓄热式空气预热器，与现有技术的阀门切换式空气预热器，仅有一台换向阀，不存在多个换向阀的同步换向或异步换向问题。

5）本发明提供的多通道蓄热式空气预热器，低温段可以采用陶瓷等非金属材料的蓄热体，陶瓷材料不存在烟气露点腐蚀问题，空气预热器的排烟温度可以降得更低。

6）本发明提供的多通道蓄热式空气预热器，蓄热室尾部为自由端，每个蓄热室均可以自由的热胀冷缩，不互相牵扯。

7）本发明提供的多通道蓄热式空气预热器，烟气、空气在蓄热室内水平流动，蓄热体水平放置，不需要另外设置蓄热体支撑格栅。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

下面用附图和具体实施方式对本发明进行更详细的描述，但并不限制本发明的范围。

附图说明

图1为现有技术的回转式空气预热器结构图；

图2为本发明一种多通道蓄热式空气预热器的3D视图，其中空气预热器内部有8个蓄热室，8条换热通道，空气流下进上出，烟气流上进下出；

图3为本发明图2中的蓄热室模块的3D视图；

图4为图3蓄热室模块3D视图的剖视图；

图5为图4视图的俯视图；

图6为本发明图2中的换向阀的装配图；

图7为本发明图2中的换向阀的3D视图；

图8为图7的换向阀的俯视图；

图9为本发明图2中的空气进出口模块的3D视图；

图10为图9视图的剖视图；

图11为本发明图2中的烟气进出口模块的3D视图；

图12为图11视图的剖视图；

图13为本发明的3D视图的剖视图（挡板在0-0位）；（注：此处的挡板是上挡板和下挡板的总称，由于上挡板和下挡板安装方位完全相同，所以，挡板在0-0位，即是指上挡板和下挡板都在0-0位，以下同）；

图14为本发明的3D视图的剖视图（挡板在1-1位）；

图15为本发明实施例的2D主视图；

图16为图15的A-A剖视图（挡板在0-0位）；

图17为图15的B-B剖视图（挡板在0-0位）；

图18为图16的C-C剖视图（挡板在0-0位）；

图19为图15的A-A剖视图（挡板从0-0位逆时针旋转18°）；

图20为图15的A-A剖视图（挡板从0-0位逆时针旋转36°）；

图21为图15的A-A剖视图（挡板从0-0位逆时针旋转72°）；

图22为图15的A-A剖视图（挡板从0-0位逆时针旋转108°）；

图23为图15的A-A剖视图（挡板从0-0位逆时针旋转到1-1位）；

图24为本发明在加热炉中应用的实施例；

图中：

0-0、换向阀挡板起始位置；1-1、换向阀挡板终止位置；

1、多通道蓄热式空气预热器；

10、换向阀；

11、上挡板；12、下挡板；13、换向阀中间隔板；14、阀轴；15、阀盖；16、阀壳；17、换向阀接口（共有10个接口，分别以17_-1、17_-2、17_-3、17_-4、17_-5、17_-6、17_-7、17_-8、17_-9、17_-10表示。其中17_-1、17_-2、17_-3、17_-4、17_-5、17_-6、17_-7、17_-8为蓄热室接口，17_-9为空气接口，17_-10为烟气接口）；18、换向阀接口隔板；19、挡板轴向密封面；

20、蓄热室（共有8个，分别以20_-1、20_-2、20_-3、20_-4、20_-5、20_-6、20_-7、20_-8表示）；21、蓄热体；22、蓄热室壳体；23、蓄热室中间隔板；24、蓄热室首部法兰；25、蓄热室尾部法兰；26、蓄热室尾部封门；27、蓄热室尾部封门连接件；28、蓄热室尾部通道；

30、空气进出口模块；

31、空气进出口中间隔板；32、空气出口；33、空气进口；

34、空气进出口侧面封门；35、空气进出口侧面法兰；36、空气侧换向阀接口；37、空气封门螺栓连接件；38、空气进出口壳体；

40、烟气进出口模块；

41、烟气进出口中间隔板；42、烟气进口；43、烟气出口；

44、烟气进出口侧面封门；45、烟气进出口侧面法兰；46、烟气侧换向阀接口；47、烟气封门螺栓连接件；48、烟气进出口壳体；

50、驱动装置；

90、加热炉；91、加热炉烟气出口；92、燃烧器；95、鼓风机；96、引风机；97、烟囱；

100、空气流；200、烟气流。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的一个实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

如图2所示，一种多通道蓄热式空气预热器，包括蓄热室20、换向阀10、空气进出口模块30、烟气进出口模块40和驱动装置50，蓄热室20为多个且是偶数（图2中所示为8个），换向阀10在中间，蓄热室20、空气进出口模块30和烟气进出口模块40环绕在换向阀10的周围，空气进出口模块30、换向阀10和烟气进出口模块40形成一条直线，将多个蓄热室20平均分隔在两侧。

如图2、图13、图14、图15、图18所示，本实施例由1个换向阀10、8个蓄热室20、1个空气进出口模块30、1个烟气进出口模块40和1套驱动装置50组成，8个蓄热室20分别以20_-1、20_-2、20_-3、20_-4、20_-5、20_-6、20_-7、20_-8的编号表示。换向阀10在中间，蓄热室20、空气进出口模块30和烟气进出口模块40环绕在换向阀10的周围。空气进出口模块30、换向阀10及烟气进出口模块40形成一条直线，将8个蓄热室20分隔在两侧，蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4在一侧，蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8在另一侧。

各组成部分具体情况分述如下：

换向阀10：

图6、图7、图8所示为换向阀10，换向阀10主要由上挡板11、下挡板12、换向阀中间隔板13、阀轴14、阀盖15、阀壳16、换向阀接口17、换向阀接口隔板18和挡板轴向密封面19组成。

本实施例换向阀接口17共有10个，分别以17_-1、17_-2、17_-3、17_-4、17_-5、17_-6、17_-7、17_-8、17_-9、17_-10表示，其中接口17_-9为空气接口，连接空气进出口模块30。接口17_-10为烟气接口，连接烟气进出口模块40。其余8个接口17_-1、17_-2、17_-3、17_-4、17_-5、17_-6、17_-7、17_-8为蓄热室接口，分别连接蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4、20_-5、20_-6、20_-7、20_-8。

换向阀接口隔板18把每个换向阀接口17分隔为上下两个接口。

换向阀接口隔板18和换向阀中间隔板13位于同一标高、同一平面内。

换向阀接口17的8个蓄热室接口17_-1、17_-2、17_-3、17_-4、17_-5、17_-6、17_-7、17_-8与蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4、20_-5、20_-6、20_-7、20_-8对接后，8个蓄热室内的8条U形换热通道与换向阀接口17的8个对应接口连通，形成本实施例空气预热器的内部8条换热通道。

换向阀中间隔板13将换向阀10的内腔分隔成上下两个腔室，上挡板11位于上腔室内，下挡板12位于下腔室内。

阀盖15安装在阀壳16的上端和下端，阀轴14穿过上端阀盖15与驱动装置50连接，驱动装置50安装在上端阀盖15上，换向阀的烟气接口17_-10、空气接口17_-9、蓄热室接口17_-1、17_-2、17_-3、17_-4、17_-5、17_-6、17_-7和17_-8均有换向阀接口隔板18，换向阀接口隔板18把每个换向阀接口分隔为上下两个接口，换向阀中间隔板13将换向阀10的内腔分隔成上下两个腔室，上挡板11位于上腔室内，下挡板12位于下腔室内。

所述上挡板11和下挡板12同轴，随阀轴14同步转动，且挡板安装方位完全一致。

所述上挡板11和下挡板12的转动半径一致，高度一致。

所述挡板轴向密封面19与上挡板11高度一致。

所述上挡板11和下挡板12的挡板轴向密封面19均为弧面，弧面宽度不小于蓄热室接口17_-1对应的阀内壁开口宽度。

所述上挡板11和挡板轴向密封面19焊接为一个组合体，组合体的平截面为“H”型。

所述下挡板12和挡板轴向密封面19焊接为一个组合体，组合体的平截面为“H”型。

蓄热室20：

图3、图4、图5所示为蓄热室20，蓄热室20主要由蓄热体21、蓄热室壳体22、蓄热室中间隔板23、蓄热室首部法兰24、蓄热室尾部法兰25、蓄热室尾部封门26、蓄热室尾部封门连接件27组成，蓄热室内含有尾部通道28。

蓄热室中间隔板23将蓄热室20分成上下两层，上下两层都装填蓄热体21，上层的蓄热体21由中间隔板23支撑，下层的蓄热体21由蓄热室壳体22支撑，上下两层通过尾部通道28连通。

蓄热室20内的蓄热体21可以通过蓄热室尾部封门26装卸。

本实施例中蓄热体21为板式，优选金属板，也可以是非板式的蜂窝陶瓷。

蓄热室首部法兰24所在端为气流进出口端，也是蓄热室固定端，蓄热室尾部封门26所在端为蓄热室自由端。

每个蓄热室内的上下层与尾部通道28构成1条内部U形气流通道，8个蓄热室就有8条独立的U形气流通道。

空气进出口模块30：

图9、图10所示为空气进出口模块30，空气进出口模块30由空气进出口中间隔板31、空气出口32、空气进口33、空气进出口侧面封门34、空气进出口侧面法兰35、空气侧换向阀接口36、空气封门螺栓连接件37和空气进出口壳体38组成。空气进出口中间隔板31分隔空气进出口模块30，使空气出口32与空气进口33隔开。空气侧换向阀接口36连通换向阀的空气接口，空气进出口中间隔板31与换向阀接口隔板18接触密封，空气进出口中间隔板31分隔空气进出口模块30，使空气进出口模块30内部形成上下两层通道，其中上层通道一端连通换向阀上腔室，另一端连通空气出口32（或空气进口33），下层通道一端连通换向阀下腔室，另一端连通空气进口33（或空气出口32）。

空气进出口模块30通过空气侧换向阀接口36与换向阀10的空气接口17_-9连通后，空气可以在换向阀10内的下挡板12的导向作用下，分4股进入本实施例空气预热器8条内部换热通道的4条。在挡板旋转到一定角度封住某一蓄热室进出口的瞬间，1条换热通道封闭，但仍有3条换热通道保证空气畅通。1/4条换热通道封闭，对整个空气流的流速和压降影响较小。

烟气进出口模块40：

图10、图11所示为烟气进出口模块40，烟气进出口模块40由烟气进出口中间隔板41、烟气进口42、烟气出口43、烟气进出口侧面封门44、烟气进出口侧面法兰45、烟气侧换向阀接口46、烟气封门螺栓连接件47和烟气进出口壳体组成48。烟气进出口中间隔板41分隔烟气进出口模块40，使烟气进口42与烟气出口43隔开。烟气侧换向阀接口46连通换向阀的烟气接口，烟气进出口中间隔板41与换向阀接口隔板18接触密封。烟气进出口中间隔板41分隔烟气进出口模块40，使烟气进出口模块40内部形成上下两个通道，其中上层通道一端连通换向阀上腔室，另一端连通烟气进口42（烟气出口43）；下层通道一端连通换向阀下腔室，另一端连通烟气出口43（或烟气进口42）。

烟气进出口模块40通过烟气侧换向阀接口46与换向阀10的烟气接口17_-10连通后，烟气可以在换向阀10内的上挡板11的导向作用下，分4股进入本实施例空气预热器8条内部换热通道的4条。在挡板旋转到一定角度封住某一蓄热室进出口的瞬间，1条换热通道封闭，但仍有3条换热通道保证烟气畅通。1/4条换热通道封闭，对整个烟气流的流速和压降影响较小。

所述五块隔板（换向阀中间隔板13、换向阀接口隔板18、蓄热室中间隔板23、空气进出口中间隔板31、烟气进出口中间隔板41）位于同一标高、同一平面内。

各组成部分安装位置如下：

多通道蓄热式空气预热器1由1个换向阀10、8个蓄热室20、1个空气进出口模块30、1个烟气进出口模块40和换向阀驱动装置50组成，换向阀10在中间，8个蓄热室20、空气进出口模块30和烟气进出口模块40环绕在换向阀10的周围，空气进出口模块30、换向阀10和烟气进出口模块40形成一条直线， 4个蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4在上述直线的一侧，其余4个蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8在上述直线的另一侧。

蓄热室20的蓄热室首部法兰24与换向阀10的换向阀接口17通过螺栓连接件连接。8个蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4、20_-5、20_-6、20_-7、20_-8分别连接换向阀10的8个换向阀接口17_-1、17_-2、17_-3、17_-4、17_-5、17_-6、17_-7、17_-8，蓄热室中间隔板23与换向阀接口隔板18接触密封。

空气进出口模块30的空气侧换向阀接口36与换向阀10的空气接口17_-9通过螺栓连接件连接，空气进出口中间隔板31与换向阀接口隔板18接触密封。

烟气进出口模块40的烟气侧换向阀接口46与换向阀10的烟气接口17_-10通过螺栓连接件连接，烟气进出口中间隔板41与换向阀接口隔板18接触密封。

上述换向阀10、蓄热室20、空气进出口模块30和烟气进出口模块40中的4块隔板（蓄热室中间隔板23、换向阀接口隔板18、空气进出口中间隔板31、烟气进出口中间隔板41）位于同一标高、同一平面内。

本发明具体实施方式的工作原理：

如图2-23，本发明的空气预热器内部有8条独立的换热通道，空气流100下进上出，烟气流200上进下出。

本发明实施例的8条独立的换热通道由换向阀挡板分隔为两组，每组4个蓄热室4条换热通道。第一组蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4蓄热时，第二组蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8放热，经过一定时间后，换向阀换向，变成了第一组蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4放热，第二组蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8蓄热的状态，再经过一定时间后，换向阀二次换向，又回到第一组蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4蓄热时，第二组蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8放热的状态。以上过程循环往复，达到热交换的目的。

具体到本实施例：当挡板方位在换向阀挡板起始位置0-0位时，高温烟气流200通过第二组蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8内的4条换热通道，加热其中的蓄热体，同时，空气流100通过第一组蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4内的4条换热通道，吸收蓄热体蓄存的热量，获得高温预热。经过一定时间后，换向阀换向，挡板方位转换到换向阀挡板终止位置1-1位，高温烟气流200通过第一组蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4内的4条换热通道，加热其中的蓄热体，同时，空气流100通过第二组蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8内的4条换热通道，吸收蓄热体蓄存的热量，获得高温预热。再经过一定时间后，换向阀二次换向，挡板方位又回到换向阀挡板起始位置0-0位，继续上述过程，循环往复。

挡板在0-0位、1-1位以及在0-0位与1-1位之间往复运动过程详述如下。

1. 挡板在0-0位

如图13、图15、图16、图17所示，本发明多通道蓄热式空气预热器1的上挡板11和下挡板12的挡板方位在换向阀挡板起始位置0-0位，这是本发明多通道蓄热式空气预热器1的挡板工作位置之一。此时，烟气流200流经第二组蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8内的4条换热通道，加热第二组蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8中的蓄热体21，放出热量；同时，空气流100流经第一组蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4内的4条换热通道，吸收第一组蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4中蓄热体21的热量，获得高温预热。

烟气流200的流经路线：如图13、图15、图16、图17、图18所示，烟气流200从烟气进口42进入烟气进出口模块40上部，在烟气进出口中间隔板41的导向作用下，进入换向阀10的上腔室内，在上挡板11和换向阀中间隔板13的共同作用下，分4股进入第二组蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8的上层，水平流过上层蓄热体21之后，在蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8的蓄热室尾部通道28内回转180°，进入蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8的下层，水平流过下层蓄热体21，进入换向阀10的下腔室内合流，合流后进入烟气进出口模块40的下部，在烟气进出口中间隔板41的导向作用下，通过烟气出口43流出烟气进出口模块40。

空气流100的流经路线：如图13、图15、图16、图17、图18所示，空气流100从空气进口33进入空气进出口模块30的下部，在空气进出口中间隔板31的导向作用下，进入换向阀10的下腔室内，在下挡板12和换向阀中间隔板13的共同作用下，分4股进入第一组蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4的下层，水平流过下层蓄热体21之后，在蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4的蓄热室尾部通道28内回转180°，进入蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4的上层，水平流过上层蓄热体21，进入换向阀10的上腔室内合流，合流后进入空气进出口模块30的上部，在空气进出口中间隔板31的导向作用下，通过空气出口32流出空气进出口模块30。

挡板在图13的0-0位停留一段时间后，驱动装置50驱动阀轴14逆时针转动，最终使上挡板11和下挡板12的挡板方位停止在换向阀挡板终止位置1-1位，形成图14的挡板在1-1位工作状态。

2.挡板在1-1位

如图14、图15、图23所示，本发明多通道蓄热式空气预热器1的上挡板11和下挡板12的挡板方位在换向阀挡板终止位置1-1位，这是本发明多通道蓄热式空气预热器1的挡板工作位置之二。此时，空气流100流经第二组蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8内的4条换热通道，吸收第二组蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8中蓄热体21的热量；同时，烟气流200流经第一组蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4内的4条换热通道，加热第一组蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4中的蓄热体21，放出热量。

烟气流200的流经路线：图14、图15、图23所示，烟气流200从烟气进口42进入烟气进出口模块40上部，在烟气进出口中间隔板41的导向作用下，进入换向阀10的上腔室内，在上挡板11和换向阀中间隔板13的共同作用下，分4股进入第一组蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4的上层，水平流过上层蓄热体21之后，在蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4的蓄热室尾部通道28内回转180°，进入蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4的下层，水平流过下层蓄热体21，进入换向阀10的下腔室内合流，合流后进入烟气进出口模块40的下部，在烟气进出口中间隔板41的导向作用下，通过烟气出口43流出烟气进出口模块40。

空气流100的流经路线：如图14、图15、图23所示，空气流100从空气进口33进入空气进出口模块30的下部，在空气进出口中间隔板31的导向作用下，进入换向阀10的下腔室内，在下挡板12和换向阀中间隔板13的共同作用下，分流进入第二组蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8的下层，水平流过下层蓄热体21之后，在蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8的蓄热室尾部通道28内回转180°，进入蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8的上层，水平流过上层蓄热体21，进入换向阀10的上腔室内合流，合流后进入空气进出口模块30的上部，在空气进出口中间隔板31的导向作用下，通过空气出口32流出空气进出口模块30。

对比图13的烟气流200的流经路线与图14的空气流100的流经路线，可以看出，在不同时刻，烟气流200和空气流100先后流经第二组蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8，在蓄热室内烟气与空气逆向流动。

挡板在图14的1-1位停留一段时间后，驱动装置50驱动阀轴14顺时针转动，最终使上挡板11和下挡板12的挡板方位停止在换向阀挡板起始位置0-0位处，又回到图13的工作状态。

3.挡板在0-0位与1-1位之间往复运动过程中

这是本发明实施例的过渡过程。换向阀10内的上挡板11和下挡板12的挡板方位在0-0位与1-1位之间往复运动过程中，整台空气预热器不存在烟气流和空气流瞬间断流问题。最苛刻的瞬间，也仅有其中2个蓄热室内的2条换热通道瞬间断流，其余6个蓄热室内的6条换热通道依然畅通。下面逐步介绍挡板运动过程。

a）如图19所示，换向阀10内的上挡板11和下挡板12从0-0位开始逆时针旋转，当旋转到一定角度，例如图19所示的18°时，上挡板11和下挡板12的轴向弧面密封面19刚好封住蓄热室20_-1、20_-5的首部，导致蓄热室20_-1内的空气流100瞬间断流，同时导致蓄热室20_-5内的烟气瞬间断流，这是最苛刻的瞬间，有两个蓄热室断流。但是，此时，蓄热室20_-2、20_-3、20_-4内的空气流100依然畅通，蓄热室20_-6、20_-7、20_-8内的烟气流200依然畅通。因此，在整个多通道蓄热式空气预热器1内，空气流100和烟气流200依然畅通。

同样，上挡板11和下挡板12继续逆时针旋转，轴向弧面密封面19刚好封住其它6个蓄热室首部的时候，也会发生上述情况，不再累述。

b）如图20所示，换向阀10内的上挡板11和下挡板12由图19所示的挡板方位继续逆时针旋转，当旋转到一定角度，例如图20所示的36°时，上挡板11和下挡板12的轴向弧面密封面19位于蓄热室20_-1和蓄热室20_-2之间，此时，蓄热室20_-1内的物流换成了烟气流200，蓄热室20_-5内的物流换成了空气流100。但是，蓄热室20_-2、20_-3、20_-4内的空气流100继续畅通不变，蓄热室20_-6、20_-7、20_-8内的烟气流200继续畅通不变。因此，在整个多通道蓄热式空气预热器1内，空气流100和烟气流200依然畅通。

c）如图21所示，换向阀10内的上挡板11和下挡板12由图20所示的挡板方位继续逆时针旋转，当旋转到一定角度，例如图21所示的72°时，上挡板11和下挡板12的轴向弧面密封面19位于蓄热室20_-2和蓄热室20_-3之间，此时，蓄热室20_-2内的物流换成了烟气流200，蓄热室20_-6内的物流换成了空气流100。但是，蓄热室20_-3、20_-4、20_-5内的空气流100继续畅通不变，蓄热室20_-7、20_-8、20_-1内的烟气流200继续畅通不变。因此，在整个多通道蓄热式空气预热器1内，空气流100和烟气流200依然畅通。

d）如图22所示，换向阀10内的上挡板11和下挡板12由图21所示的挡板方位继续逆时针旋转，当旋转到一定角度，例如图22所示的108°时，上挡板11和下挡板12的轴向弧面密封面19位于蓄热室20_-3和蓄热室20_-4之间，此时，蓄热室20_-3内的物流换成了烟气流200，蓄热室20_-7内的物流换成了空气流100。但是，蓄热室20_-4、20_-5、20_-6内的空气流100继续畅通不变，蓄热室20_-8、20_-1、20_-2内的烟气流200继续畅通不变。因此，在整个多通道蓄热式空气预热器1内，空气流100和烟气流200依然畅通。

e）如图23所示，换向阀10内的上挡板11和下挡板12由图22所示的挡板方位继续逆时针旋转，当旋转到一定角度，到达1-1位，此时，蓄热室20_-4内的物流换成了烟气流200，蓄热室20_-8内的物流换成了空气流100。但是，蓄热室20_-5、20_-6、20_-7内的空气流100继续流通不变，蓄热室20_-1、20_-2、20_-3内的烟气流200继续流通不变。因此，在整个多通道蓄热式空气预热器1内，空气流100和烟气流200依然畅通。

至此，挡板由0-0位逆时针旋转到1-1位，蓄热室20_-1、20_-2、20_-3、20_-4内的物流由开始时的空气流100完全换成了烟气物流200。同时，蓄热室20_-5、20_-6、20_-7、20_-8内的物流由开始时的烟气流200完全换成了空气流100。挡板在整个逆时针旋转过程中，整个空气预热器内烟气流200和空气流100都保持畅通。

挡板由1-1位顺时针旋转到0-0位的过程，为上述过程的逆过程，原理相同，不再累述。

4.挡板在0-0位和1-1位循环往复

挡板在0-0位工作状态和挡板在1-1位工作状态间循环往复，空气流100得到连续加热，烟气流200得到连续降温，从而达到热交换的目的。

以上已经描述了本发明的一个实施例，此实施例的空气预热器内部有8条换热通道，空气流下进上出，烟气流上进下出，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例，更多的实施例，如空气流上进下出，烟气流下进上出，空气预热器内部有10条或20条换热通道等，都是可以的。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

实施例一

图24为本发明一种多通道蓄热式空气预热器在加热炉中应用的实施例。

如图24所示，1台本发明多通道蓄热式空气预热器1安装在加热炉90的烟气余热回收系统中。烟气物流200从加热炉90的烟气出口91流出后，进入本发明多通道蓄热式空气预热器1的烟气进口，在本发明多通道蓄热式空气预热器1内放热后，从本发明多通道蓄热式空气预热器1的烟气出口流出，通过引风机96排入烟囱97；空气物流100由鼓风机95送入本发明多通道蓄热式空气预热器1的空气进口，在本发明多通道蓄热式空气预热器1内吸热后，从本发明多通道蓄热式空气预热器1的空气出口流出，进入加热炉90中的燃烧器92入炉助燃。

本发明多通道蓄热式空气预热器1工作时，换向阀挡板在0-0位停留一段时间后（例如3分钟），换向阀挡板逆时针旋转到1-1位，在1-1位停留一段时间后（例如3分钟），换向阀挡板顺时针旋转到0-0位，回到初始状态。换向阀挡板在0-0和1-1位上循环往复，空气流100得到连续加热，烟气流200得到连续降温，从而达到热交换的目的。

Claims (14)

1.一种多通道蓄热式空气预热器，包括蓄热室，其特征在于：该多通道蓄热式空气预热器还包括换向阀、空气进出口模块、烟气进出口模块和换向阀驱动装置，蓄热室为多个且是偶数，换向阀在中间，蓄热室、空气进出口模块和烟气进出口模块环绕在换向阀的周围，空气进出口模块、换向阀和烟气进出口模块形成一条直线，将多个蓄热室平均分隔在两侧；所述蓄热室包括蓄热体、蓄热室中间隔板和尾部通道，蓄热室中间隔板将蓄热室分成上下两层蓄热室，上层蓄热室和下层蓄热室内均装填蓄热体，上层蓄热室和下层蓄热室通过尾部通道连通；所述换向阀包括阀盖、阀壳、阀轴、换向阀接口、换向阀接口隔板、换向阀中间隔板、上挡板和下挡板，换向阀接口包括一个烟气接口、一个空气接口和与蓄热室个数相同的蓄热室接口，阀盖安装在阀壳的上端和下端，阀轴穿过上端阀盖与驱动装置连接，驱动装置安装在上端阀盖上，换向阀的烟气接口、空气接口和蓄热室接口均有换向阀接口隔板，换向阀接口隔板把每个换向阀接口分隔为上下两个接口，换向阀中间隔板将换向阀的内腔分隔成上下两个腔室，上挡板位于上腔室内，下挡板位于下腔室内；所述空气进出口模块包括空气侧换向阀接口、空气进出口中间隔板、空气出口和空气进口，空气侧换向阀接口连通换向阀的空气接口，空气进出口中间隔板与换向阀接口隔板接触密封，空气进出口中间隔板分隔空气进出口模块，使空气进出口模块内部形成上下两层通道，其中上层通道一端连通换向阀上腔室，另一端连通空气出口或空气进口；下层通道一端连通换向阀下腔室，另一端连通空气进口或空气出口，所述烟气进出口模块包括烟气侧换向阀接口、烟气进出口中间隔板、烟气进口和烟气出口，烟气侧换向阀接口连通换向阀的烟气接口，烟气进出口中间隔板与换向阀接口隔板接触密封；烟气进出口中间隔板分隔烟气进出口模块，使烟气进出口模块内部形成上下两个通道，其中上层通道一端连通换向阀上腔室，另一端连通烟气进口或烟气出口；下层通道一端连通换向阀下腔室，另一端连通烟气出口或烟气进口。

2.根据权利要求1所述的一种多通道蓄热式空气预热器，其特征在于：所述蓄热室的个数为4～100个。

3.根据权利要求1或2所述的一种多通道蓄热式空气预热器，其特征在于：所述蓄热室的个数为6～20个。

4.根据权利要求1所述的一种多通道蓄热式空气预热器，其特征在于：所述蓄热室还包括蓄热室尾部法兰、蓄热室尾部封门和蓄热室尾部封门连接件，蓄热室尾部法兰安装在蓄热室壳体尾端，蓄热室尾部封门通过蓄热室尾部封门连接件与蓄热室尾部法兰连接。

5.根据权利要求1所述的一种多通道蓄热式空气预热器，其特征在于：所述蓄热体为板式或非板式。

6.根据权利要求5所述的一种多通道蓄热式空气预热器，其特征在于：所述蓄热体为金属板，或者是非板式的蜂窝陶瓷。

7.根据权利要求1所述的一种多通道蓄热式空气预热器，其特征在于：所述换向阀还包括挡板轴向密封面，挡板轴向密封面分别安装在上挡板的两端和下挡板的两端，上挡板和挡板轴向密封面组合体的平截面为“H”型，下挡板和挡板轴向密封面组合体的平截面也为“H”型。

8.根据权利要求1所述的一种多通道蓄热式空气预热器，其特征在于：所述上挡板和下挡板同轴，随阀轴同步转动，且上挡板和下挡板的安装方位完全一致。

9.根据权利要求7所述的一种多通道蓄热式空气预热器，其特征在于：所述上挡板和下挡板的挡板轴向密封面均为弧面，上挡板和下挡板的弧面宽度均为不小于蓄热室接口对应的阀内壁开口宽度。

10.根据权利要求9所述的一种多通道蓄热式空气预热器，其特征在于：所述上挡板和下挡板的弧面宽度范围为20～5000mm。

11.根据权利要求9所述的一种多通道蓄热式空气预热器，其特征在于：所述上挡板和下挡板的弧面宽度范围为200～2000mm。

12.根据权利要求1所述的一种多通道蓄热式空气预热器，其特征在于：所述空气进出口模块通过空气侧换向阀接口与换向阀的空气接口连通。

13.根据权利要求1所述的一种多通道蓄热式空气预热器，其特征在于：所述烟气进出口模块通过烟气侧换向阀接口与换向阀的烟气接口连通。

14.根据权利要求1所述的一种多通道蓄热式空气预热器，其特征在于：蓄热室、空气进出口模块、烟气进出口模块围绕换向阀环形布置。

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