CN114199052A - 一种具有工况自适应性的纯逆流换热器 - Google Patents

一种具有工况自适应性的纯逆流换热器 Download PDF

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CN114199052A CN202111589308.0A CN202111589308A CN114199052A CN 114199052 A CN114199052 A CN 114199052A CN 202111589308 A CN202111589308 A CN 202111589308A CN 114199052 A CN114199052 A CN 114199052A
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杨洪鸣
郝兆龙
时光辉
邢玉明
陈万东
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Abstract

本发明公开了一种具有工况自适应性的纯逆流换热器，包括用于通入空气的第一箱体和用于排出空气的第二箱体，第一箱体和第二箱体的下端分别设置有第一折流板组和第二折流板组，第一折流板组和第二折流板组之间设置有换热板组；第一折流板组和第二折流板组的侧面分别设置有烟气出口和烟气入口，烟气入口上设置有调节开口大小的变负荷调节装置。本发明中，采用换热板片叠加而成的换热板组可以提高换热效率，降低流动阻力，且能解决传统管式换热器中存在的管束振动问题；同时，采用变负荷调节装置又可以满足改变流动通道、调节换热板组外流动压力、调整换热系数和有效换热面积的要求，实现了调节换热器换热负荷的目的。

Description

一种具有工况自适应性的纯逆流换热器
技术领域
本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种具有工况自适应性的纯逆流换热器。
背景技术
随着我国碳中和的深入实施，钢铁行业作为传统的碳排放大户正积极开展节能降碳改造，其中利用换热器设备进行烟气余热回收作为一种经济有效的节能手段被广泛应用；目前，用来加热钢坯的加热炉因为钢坯生产计划(钢坯数量、钢坯种类等)的多变，在实际运行中加热炉工况不断波动，尾部烟气流量和温度不断变化，而现有的换热器设备都是根据加热炉平均工况设计的固定负荷设备，不能很好地适应加热炉变化频繁的工况。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种能很好地适应加热炉变化频繁的工况的具有工况自适应性的纯逆流换热器。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种具有工况自适应性的纯逆流换热器，包括用于通入空气的第一箱体和用于排出空气的第二箱体，第一箱体和第二箱体的下端分别设置有第一折流板组和第二折流板组，第一折流板组和第二折流板组之间设置有换热板组；第一折流板组和第二折流板组的侧面分别设置有烟气出口和烟气入口；
第一折流板组和第二折流板组均包括若干相互平行的折流板束，第一折流板组的折流板束内设置有与第一箱体相通的第一空气通道，第二折流板组的折流板束内设置有与第二箱体相通的第二空气通道；换热板组包括若干相互平行的换热板束，换热板束内设置第三空气通道，且第三空气通道的两端分别连通第一空气通道和第二空气通道；
第一折流板组的相邻两个折流板束之间设置有第一烟气通道，第二折流板组的相邻两个折流板束之间设置有第二烟气通道，第一烟气通道和第二烟气通道分别与烟气出口和烟气入口相通；相邻两个换热板束之间设置有第三烟气通道，且第三烟气通道的两端分别连通第一烟气通道和第二烟气通道；
烟气入口上设置有调节开口大小的变负荷调节装置。
采用上述技术方案的有益效果为：第一箱体内腔、第一空气通道、第三空气通道、第二空气通道和第二箱体内腔形成空气流动通道，烟气入口、第二烟气通道、第三烟气通道、第一烟气通道和烟气出口形成烟气流动通道；换热器工作时，通过第三空气通道的冷空气与通过第三烟气通道的高温烟气进行换热，且第三空气通道中冷空气的流动方向与第三烟气通道中高温烟气的流动方向相反，可以使空气的预热温度接近烟气入口的温度；
若干相互平行的换热板束组成的换热板组既可以提高换热效率，降低流动阻力，又能解决传统管式换热器中存在的管束振动问题；
变负荷调节装置调节烟气入口的开口，从而调节高温烟气进入换热板组区域的大小，且可改变流动通道，调节流动阻力，调整换热系数和有效换热面积的大小，进而实现调节换热器换热负荷的目的。
进一步地，每个换热板束均包括两片相互平行的换热板片，换热板片上远离第二折流板组的方向依次设置有第一丁胞组、第二丁胞组和第三丁胞组；
第一丁胞组、第二丁胞组和第三丁胞组分别包括若干均匀设置的第一丁胞、第二丁胞和第三丁胞，且第一丁胞、第二丁胞和第三丁胞的尺寸依次减小，第一丁胞、第二丁胞和第三丁胞的设置密度依次增大。
采用上述技术方案的有益效果为：靠近烟气入口端的高温烟气在换热板组的换热效率最大，将第一丁胞设置为最大，能够通过增加换热面积来减小流动死区，从而增加换热量；而随着烟气进入第二丁胞和第三丁胞，其流速降低，通过增大第二丁胞和第三丁胞的设置密度能够增强烟气流动的湍流效果，从而增加换热效率；另外，丁胞表面光滑，采用丁胞作为换热元件，解决了流道积灰的问题。
进一步地，第一丁胞、第二丁胞和第三丁胞在换热板片的一个表面上呈凸状，第一丁胞、第二丁胞和第三丁胞在换热板片的另一个表面上呈凹状。
采用上述技术方案的有益效果为：第一丁胞、第二丁胞和第三丁胞在换热板片的一个表面上呈凸状，第一丁胞、第二丁胞和第三丁胞在换热板片的另一个表面上呈凹状，以保证第三空气通道和第三烟气通道相互平行，确保第三空气通道和第三烟气通道的一致性。
进一步地，第一折流板组与第一箱体之间、第二折流板组与第二箱体之间分别设置有第一空气引流箱和第二空气引流箱，第一空气引流箱的两端分别连通第一箱体和若干第一空气通道，第二引流箱的两端分别连通第二箱体和若干第二空气通道。
采用上述技术方案的有益效果为：第一空气引流箱将第一箱体流出的空气分成多股平行气流并分别通入第一空气通道，第二空气引流箱将第二空气通道流出的空气汇集后通入第二箱体。
进一步地，第一空气引流箱和第二空气引流箱上分别设置有若干上大下小的第四空气通道和第五空气通道，第四空气通道和第五空气通道的上端分别与第一箱体和第二箱体的下端匹配，第四空气通道和第五空气通道的下端分别与第一空气通道和第二空气通道的上端匹配。
采用上述技术方案的有益效果为：第四空气通道和第五空气通道的上端分别与第一箱体和第二箱体的下端匹配，第四空气通道和第五空气通道的下端分别与第一空气通道和第二空气通道的上端匹配，使得第四空气通道和第五空气通道仅对空气起分流作用，以减小阻力损失。
进一步地，每个折流管束内均设置有若干相互平行的导流板，导流板的长度方向平行于折流管束的长度方向。
采用上述技术方案的有益效果为：若干相互平行的导流板将第二空气通道或第三空气通道分成多个通道，进一步减小空气转向时的局部阻力。
进一步地，折流板束设置为J型结构。
采用上述技术方案的有益效果为：折流板束设置为J型结构，即空气转向的位置为弧形，有利于减小空气转向时的阻力。
进一步地，变负荷调节装置包括折叠挡板和设置在烟气入口处的框体，折叠挡板的一端铰接在框体上；折叠挡板包括若干通过铰接杆相互铰接的挡板，烟气入口的两端设置有相同的滑槽，铰接杆滑动设置在滑槽中；
滑槽包括第一滑槽和第二滑槽，第一滑槽的宽度与铰接杆的直径匹配，第二滑槽的宽度与挡板的宽度匹配。
采用上述技术方案的有益效果为：通过将铰接杆在滑槽中滑动，实现折叠挡板与框体之间开口大小的变化，从而调节烟气入口的开口；当铰接杆从第一滑槽滑向第二滑槽时，挡板从框体的一端向另一端滑动，第二滑槽处的挡板逐渐折叠。
进一步地，烟气入口处转动设置有丝杠且固定设置有支撑条，丝杠的螺母上铰接有连接条，连接条上沿长度方向设置有第三滑槽，远离丝杠一端的挡板上沿长度方向设置有第四滑槽，支撑条的一端转动设置在第三滑槽中，连接条的一端转动设置在第四滑槽中。
采用上述技术方案的有益效果为：丝杠转动，使丝杠螺母通过连接条带动远离丝杠一端的挡板朝向丝杠方向或者远离丝杠方向运动；此过程中，支撑条的一端既在第三滑槽中转动也在第三滑槽中滑动，而连接条的一端既在第四滑槽中转动也在第三滑槽中滑动。
进一步地，框体上设置有转动驱动机构，转动驱动机构的输出端和丝杠的一端通过链条传动连接。
采用上述技术方案的有益效果为：烟气入口上设置有转动驱动机构，转动驱动机构的输出端和丝杠的一端通过链条传动连接，从而通过转动驱动机构对烟气入口开口大小进行控制。
本发明的有益效果为：采用换热板片叠加而成的换热板组可以提高换热效率，降低流动阻力，且能解决传统管式换热器中存在的管束振动问题；同时，采用变负荷调节装置又可以满足改变流动通道、调节换热板组外流动压力、调整换热系数和有效换热面积的要求，实现了调节换热器换热负荷的目的。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中换热板组的结构示意图；
图3为本发明实施例中换热板片的结构示意图；
图4为本发明实施例中第一折流板组与第一空气引流箱的安装示意图；
图5为本发明实施例中变负荷调节装置的正视图；
图6为图5的轴测图；
图7为图5的俯视图；
其中，1、第二箱体，2、第一箱体，3、烟气出口，4、第一折流板组，401、第一空气通道，402、第一烟气通道，5、换热板组，6、第二折流板组，7、烟气入口，8、变负荷调节装置，801、框体，802、滑槽，803、转动驱动机构，804、链条，805、丝杠，806、螺母，807、支撑条，808、第三滑槽，809、连接条，810、挡板，811、第四滑槽，812、第一滑槽，813、第二滑槽，814、铰接杆，9、换热板片，901、第一丁胞，902、第二丁胞，903、第三丁胞，10、第一空气引流箱，11、导流板。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种具有工况自适应性的纯逆流换热器，包括用于通入空气的第一箱体2和用于排出空气的第二箱体1，第一箱体2和第二箱体1的下端分别设置有第一折流板组4和第二折流板组6，第一折流板组4和第二折流板组6之间设置有换热板组5；第一折流板组4和第二折流板组6的侧面分别设置有烟气出口3和烟气入口7；
第一折流板组4和第二折流板组6均包括若干相互平行的折流板束，第一折流板组4的折流板束内设置有与第一箱体2相通的第一空气通道401，第二折流板组6的折流板束内设置有与第二箱体1相通的第二空气通道；换热板组5包括若干相互平行的换热板束，换热板束内设置第三空气通道，且第三空气通道的两端分别连通第一空气通道401和第二空气通道；
第一折流板组4的相邻两个折流板束之间设置有第一烟气通道402，第二折流板组6的相邻两个折流板束之间设置有第二烟气通道，第一烟气通道402和第二烟气通道分别与烟气出口3和烟气入口7相通；相邻两个换热板束之间设置有第三烟气通道，且第三烟气通道的两端分别连通第一烟气通道402和第二烟气通道；
烟气入口7上设置有调节开口大小的变负荷调节装置8。
第一箱体2内腔、第一空气通道401、第三空气通道、第二空气通道和第二箱体1内腔形成空气流动通道，烟气入口7、第二烟气通道、第三烟气通道、第一烟气通道402和烟气出口3形成烟气流动通道；换热器工作时，通过第三空气通道的冷空气与通过第三烟气通道的高温烟气进行换热，且第三空气通道中冷空气的流动方向与第三烟气通道中高温烟气的流动方向相反，可以使空气的预热温度接近烟气入口7的温度；
若干相互平行的换热板束组成的换热板组5既可以提高换热效率，降低流动阻力，又能解决传统管式换热器中存在的管束振动问题；
变负荷调节装置8调节烟气入口7的开口，从而调节高温烟气进入换热板组5区域的大小，且可改变流动通道，调节流动阻力，调整换热系数和有效换热面积的大小，进而实现调节换热器换热负荷的目的。
作为可选的实施方式，如图2所示，每个换热板束均包括两片相互平行的换热板片9，换热板片9上远离第二折流板组6的方向依次设置有第一丁胞组、第二丁胞组和第三丁胞组；
第一丁胞组、第二丁胞组和第三丁胞组分别包括若干均匀设置的第一丁胞901、第二丁胞902和第三丁胞903，且第一丁胞901、第二丁胞902和第三丁胞903的尺寸依次减小，第一丁胞901、第二丁胞902和第三丁胞903的设置密度依次增大。
靠近烟气入口7端的高温烟气在换热板组5的换热效率最大，将第一丁胞901设置为最大，能够通过增加换热面积来减小流动死区，从而增加换热量；而随着烟气进入第二丁胞902和第三丁胞903，其流速降低，通过增大第二丁胞902和第三丁胞903的设置密度能够增强烟气流动的湍流效果，从而增加换热效率；另外，丁胞表面光滑，采用丁胞作为换热元件，解决了流道积灰的问题。
作为可选的实施方式，如图3所示，第一丁胞901、第二丁胞902和第三丁胞903在换热板片9的一个表面上呈凸状，第一丁胞901、第二丁胞902和第三丁胞903在换热板片9的另一个表面上呈凹状，以保证第三空气通道和第三烟气通道相互平行，确保第三空气通道和第三烟气通道的一致性。
作为可选的实施方式，所图4所示，第一折流板组4与第一箱体2之间、第二折流板组6与第二箱体1之间分别设置有第一空气引流箱10和第二空气引流箱，第一空气引流箱10的两端分别连通第一箱体2和若干第一空气通道401，第二引流箱的两端分别连通第二箱体1和若干第二空气通道；第一空气引流箱10将第一箱体2流出的空气分成多股平行气流并分别通入第一空气通道401，第二空气引流箱将第二空气通道流出的空气汇集后通入第二箱体1。
作为可选的实施方式，第一空气引流箱10和第二空气引流箱上分别设置有若干上大下小的第四空气通道和第五空气通道；第四空气通道和第五空气通道的上端分别与第一箱体2和第二箱体1的下端匹配，第四空气通道和第五空气通道的下端分别与第一空气通道401和第二空气通道的上端匹配，使得第四空气通道和第五空气通道仅对空气起分流作用，以减小阻力损失。
作为可选的实施方式，如图4所示，每个折流管束内均设置有若干相互平行的导流板11，导流板11的长度方向平行于折流管束的长度方向；若干相互平行的导流板11将第二空气通道或第三空气通道分成多个通道，进一步减小空气转向时的局部阻力。
作为可选的实施方式，折流板束设置为J型结构，即空气转向的位置为弧形，有利于减小空气转向时的阻力。
作为可选的实施方式，如图5-7所示，变负荷调节装置8包括折叠挡板和设置在烟气入口7处的框体801，折叠挡板的一端铰接在框体801上；折叠挡板包括若干通过铰接杆814相互铰接的挡板810，烟气入口7的两端设置有相同的滑槽802，铰接杆814滑动设置在滑槽802中；
滑槽802包括第一滑槽812和第二滑槽813，第一滑槽812的宽度与铰接杆814的直径匹配，第二滑槽813的宽度与挡板810的宽度匹配；
通过将铰接杆814在滑槽802中滑动，实现折叠挡板与框体801之间开口大小的变化，从而调节烟气入口7的开口；当铰接杆814从第一滑槽812滑向第二滑槽813时，挡板810从框体801的一端向另一端滑动，第二滑槽813处的挡板810逐渐折叠。
作为可选的实施方式，烟气入口7处转动设置有丝杠805且固定设置有支撑条807，丝杠805的螺母806上铰接有两根连接条809，两根连接条809以丝杠805的轴线为对称轴对称设置，且连接条809上沿长度方向设置有第三滑槽808，远离丝杠805一端的挡板810上沿长度方向设置有两个第四滑槽811，两个第四滑槽811以丝杠805的轴线为对称轴对称设置；支撑条807的一端转动设置在第三滑槽808中，连接条809的一端转动设置在第四滑槽811中；丝杠805转动，使丝杠805的螺母806通过连接条809带动远离丝杠805一端的挡板810朝向丝杠805方向或者远离丝杠805方向运动；此过程中，支撑条807的一端既在第三滑槽808中转动也在第三滑槽808中滑动，而连接条809的一端既在第四滑槽811中转动也在第三滑槽808中滑动。
作为可选的实施方式，烟气入口7上设置有转动驱动机构803，转动驱动机构803的输出端和丝杠805的一端通过链条804传动连接，从而通过转动驱动机构803对烟气入口7开口大小进行控制；其中，转动驱动机构803可采用PLC系统控制的电机，且电机的输出端和丝杠805的一端设置有与链条804匹配的齿。

Claims (10)

1.一种具有工况自适应性的纯逆流换热器，其特征在于，包括用于通入空气的第一箱体(2)和用于排出空气的第二箱体(1)，所述第一箱体(2)和第二箱体(1)的下端分别设置有第一折流板组(4)和第二折流板组(6)，所述第一折流板组(4)和第二折流板组(6)之间设置有换热板组(5)；所述第一折流板组(4)和第二折流板组(6)的侧面分别设置有烟气出口(3)和烟气入口(7)；
所述第一折流板组(4)和第二折流板组(6)均包括若干相互平行的折流板束，所述第一折流板组(4)的折流板束内设置有与第一箱体(2)相通的第一空气通道(401)，所述第二折流板组(6)的折流板束内设置有与第二箱体(1)相通的第二空气通道；所述换热板组(5)包括若干相互平行的换热板束，所述换热板束内设置第三空气通道，且所述第三空气通道的两端分别连通第一空气通道(401)和第二空气通道；
所述第一折流板组(4)的相邻两个折流板束之间设置有第一烟气通道(402)，所述第二折流板组(6)的相邻两个折流板束之间设置有第二烟气通道，所述第一烟气通道(402)和第二烟气通道分别与烟气出口(3)和烟气入口(7)相通；相邻两个所述换热板束之间设置有第三烟气通道，且所述第三烟气通道的两端分别连通第一烟气通道(402)和第二烟气通道；
所述烟气入口(7)上设置有用于调节开口大小的变负荷调节装置(8)。
2.根据权利要求1所述的具有工况自适应性的纯逆流换热器，其特征在于，每个所述换热板束均包括两片相互平行的换热板片(9)，所述换热板片(9)上远离第二折流板组(6)的方向依次设置有第一丁胞组、第二丁胞组和第三丁胞组；
所述第一丁胞组、第二丁胞组和第三丁胞组分别包括若干均匀设置的第一丁胞(901)、第二丁胞(902)和第三丁胞(903)，且所述第一丁胞(901)、第二丁胞(902)和第三丁胞(903)的尺寸依次减小，所述第一丁胞(901)、第二丁胞(902)和第三丁胞(903)的设置密度依次增大。
3.根据权利要求2所述的具有工况自适应性的纯逆流换热器，其特征在于，所述第一丁胞(901)、第二丁胞(902)和第三丁胞(903)在换热板片(9)的一个表面上呈凸状，所述第一丁胞(901)、第二丁胞(902)和第三丁胞(903)在换热板片(9)的另一个表面上呈凹状。
4.根据权利要求1所述的具有工况自适应性的纯逆流换热器，其特征在于，所述第一折流板组(4)与第一箱体(2)之间、第二折流板组(6)与第二箱体(1)之间分别设置有第一空气引流箱(10)和第二空气引流箱，所述第一空气引流箱(10)的两端分别连通第一箱体(2)和若干第一空气通道(401)，所述第二引流箱的两端分别连通第二箱体(1)和若干第二空气通道。
5.根据权利要求4所述的具有工况自适应性的纯逆流换热器，其特征在于，所述第一空气引流箱(10)和第二空气引流箱上分别设置有若干上大下小的第四空气通道和第五空气通道，所述第四空气通道和第五空气通道的上端分别与第一箱体(2)和第二箱体(1)的下端匹配，所述第四空气通道和第五空气通道的下端分别与第一空气通道(401)和第二空气通道的上端匹配。
6.根据权利要求1所述的具有工况自适应性的纯逆流换热器，其特征在于，每个所述折流管束内均设置有若干相互平行的导流板(11)，所述导流板(11)的长度方向平行于折流管束的长度方向。
7.根据权利要求1所述的具有工况自适应性的纯逆流换热器，其特征在于，所述折流板束设置为J形结构。
8.根据权利要求1所述的具有工况自适应性的纯逆流换热器，其特征在于，所述变负荷调节装置(8)包括折叠挡板和设置在烟气入口(7)处的框体(801)，所述折叠挡板的一端铰接在框体(801)上；所述折叠挡板包括若干通过铰接杆(814)相互铰接的挡板(810)，所述烟气入口(7)的两端设置有相同的滑槽(802)，所述铰接杆(814)滑动设置在滑槽(802)中；
所述滑槽(802)包括第一滑槽(812)和第二滑槽(813)，所述第一滑槽(812)的宽度与铰接杆(814)的直径匹配，所述第二滑槽(813)的宽度与挡板(810)的宽度匹配。
9.根据权利要求8所述的具有工况自适应性的纯逆流换热器，其特征在于，所述烟气入口(7)处转动设置有丝杠(805)且固定设置有支撑条(807)，所述丝杠(805)的螺母(806)上铰接有连接条(809)，所述连接条(809)上沿长度方向设置有第三滑槽(808)，远离丝杠(805)一端的所述挡板(810)上沿长度方向设置有第四滑槽(811)，所述支撑条(807)的一端转动设置在第三滑槽(808)中，所述连接条(809)的一端转动设置在第四滑槽(811)中。
10.根据权利要求9所述的具有工况自适应性的纯逆流换热器，其特征在于，所述框体(801)上设置有转动驱动机构(803)，所述转动驱动机构(803)的输出端和丝杠(805)的一端通过链条(804)传动连接。
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