CN114294982B - 一种采用非对称换热板片的纯逆流板式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用非对称换热板片的纯逆流板式换热器，其包括换热组板，换热组板包括若干层层重叠且间隙设置的换热板片，且若干换热板片之间形成若干换热通道，若干换热通道包括交错排列的若干烟气通道和若干空气通道，换热组板的两端均设置有用于将空气转向的折流组板，折流组板包括间隙设置有若干折流通道，换热组板两端的若干折流通道分别与若干空气通道的两端连通导通，折流通道的端部设置有引流箱，引流箱将若干折流通道聚合，换热板片上设置有若干用于支撑换热板片的支撑丁胞、若干用于增强换热效率的球窝丁胞和若干用于减小流动死区的导流丁胞；本方案实现烟气与空气的纯逆流式换热，同时换热器的换热效率高。

Description

一种采用非对称换热板片的纯逆流板式换热器

技术领域

本发明涉及烟气换热技术领域，具体涉及一种采用非对称换热板片的纯逆流板式换热器。

背景技术

冶金加热炉行业一般采用列管式换热器进行尾部高温烟气余热回收，但这种空气预热器换热能力差，需要消耗大量的管材，占地面积大，而且由于烟气与换热管是垂直接触，导致流阻增加，容易积灰并且换热管磨损加大，影响空气预热器的寿命。

板式换热器具有结构紧凑，占地面积小，传热效率高等特点，以波纹板片作为传热元件的换热设备代表了换热设备的发展主流方向，越来越多的管式换热设备已经或将要为板式换热设备所替代。

但是传统应用于气气换热(例如高温烟气预热冷空气)的板式换热器基本采用交叉流换热形式，根据传热学原理，相比与纯逆流换热交叉流换热器对烟气余热的回收不充分，同样的热负荷交叉流换热器需要的换热面积更大，设备成本更高。且现有的烟气板式换热器采用的换热板片为光滑平板或普通波纹板，没有针对不同的应用情形进行板片结构优化设计。

由现有技术中的换热器结构可知，进行逆流换热的面仅有冷流体和两侧热流体边界面，换热面积小，无法充分回收热流体余热，且热流体在流道内垂直转向多次，热流体压力损失较大。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种烟气回收利用率高的采用非对称换热板片的纯逆流板式换热器。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种采用非对称换热板片的纯逆流板式换热器，其包括换热组板，换热组板包括若干重叠且间隙设置的换热板片，且若干换热板片之间形成若干换热通道，若干换热通道包括交错排列的若干烟气通道和若干空气通道，换热组板的两端均设置有用于将空气转向的折流组板，折流组板包括间隙设置有若干折流通道，换热组板两端的若干折流通道分别与若干空气通道的两端连通，折流通道的端部设置有引流箱，引流箱将若干折流通道聚合，换热板片上设置有若干用于支撑换热板片的支撑丁胞、若干用于增强换热效率的球窝丁胞和若干用于减小流动死区的导流丁胞。

进一步地，折流通道呈弧形状，折流通道内设置有若干弧形的导流板，若干导流板将折流通道分成若干折流子通道。

进一步地，换热板片的两侧边上均设置有连接片，换热板片的四个边角处均设置有若干支撑丁胞，位于中间位置的换热板片与相邻的两块换热板片之间分别通过支撑丁胞对接固定和连接片对接固定。

进一步地，球窝丁胞在换热板片的横向和纵向上均匀排布，球窝丁胞和导流丁胞在换热板片的两侧面上分别呈凹陷状和凸起状，换热板片在横向和纵向上的若干球窝丁胞均呈凹陷状和凸起状的交替排布。

进一步地，导流丁胞呈条状，呈凸起状的球窝丁胞的一侧间隙设置有两个呈凸起状的导流丁胞，两个导流丁胞呈八字形排布，且两个导流丁胞位于烟气流通方向和空气流通方向上的球窝丁胞的背侧。

进一步地，导流丁胞呈条状，导流丁胞设置在换热板片横向和纵向上相邻的两个球窝丁胞之间，换热板片横向和纵向上的若干导流丁胞均呈凹陷状和凸起状的交替排布。

进一步地，换热组板套设有换热器外壳，换热器外壳与若干烟气通道形成烟气通路，烟气通路呈直线形。

进一步地，引流箱上设置有隔离板，隔离板上设置有若干均匀排布的条形通孔，条形通孔与折流通道的端口连接导通。

进一步地，隔离板上相邻两个条形通孔之间设置有用于分流的三棱柱。

进一步地，换热组板两端的引流箱分别与空气进口箱和空气出口箱连接，空气进口箱设置在烟气通道的出口侧，空气出口箱设置在烟气通道的进口侧。

本发明的有益效果为：

1.本方案在工作时，冷空气从空气进口箱进入，经过引流箱的分流作用，分成若干股平行的空气流进入折流板组中的折流通道内，折流通道与换热板组上的空气通道嵌合连接，使若干股冷空气分别进入空气通道内，冷空气通过换热板片与相互间隔的烟气通道内的高温烟气进行换热，换热后的空气经过折流板组中的折流通道和空气出口箱离开换热器；烟气从换热器外壳的一端进入，经过折流通道的间隙后进入换热板组内的烟气通道，再通过另一侧折流通道的间隙后，从换热器外壳的另一端离开换热器，实现烟气与空气的纯逆流式换热。

2.折流通道呈弧形状，减小了空气在折流通道内转向时的阻力，且折流通道内设置有若干弧形的导流板，使每个折流通道的空气分成若干通道，进一步减小了空气转向时的局部阻力。

3.通过若干支撑丁胞和连接片的交错连接，使若干换热板片层层叠加，其中支撑丁胞用于支撑和稳固相邻的两个换热板片，使换热板片之间的间隙形成交错排列的若干烟气通道和若干空气通道，其结构简单、连接稳固牢靠、易于生产。

4.球窝丁胞增加了换热板片的换热面积，同时球窝丁胞使烟气和空气在流通时产生与流通方向垂直的速度分量，并且接近垂直地冲刷换热板片的壁面，有效地增强了湍流强度，减小了丁胞表面温度边界层的厚度，而温度边界层的厚度越薄，壁面的热阻越小，对流换热系数越大，由表示对流换热强烈程度的准数努塞尔数可知，对流换热系数与努塞尔数成正比，因此对流换热系数越大，换热板片的换热效果越好。

5.本方案的导流丁胞有两种不同设置方式，一种是球窝丁胞呈凸起状的一侧间隙设置有两个呈凸起状的导流丁胞，且两个导流丁胞呈八字形排布，且导流丁胞位于烟气流通方向和空气流通方向上的球窝丁胞的背侧，由于球窝丁胞背侧容易产生低速涡旋回流区，即涡旋死区，流体不容易从其中流出，降低了换热的效果，而位于导流丁胞背侧、呈八字形排布的两个导流丁胞，使球窝丁胞附近的流体相当于经过一个渐缩通道，提高了流体的流速，增加低速涡旋的湍流扰动，减少了球窝丁胞背侧的流动死区，变相的增加了换热面积，增强了换热的效果。

6.另一种导流丁胞的设置方式为导流丁胞设置在换热板片横向和纵向上相邻的两个球窝丁胞之间，换热板片横向和纵向上的若干导流丁胞均呈凹陷状与凸起状的交替排布，导流丁胞可增强流体自身的扰动和混合，提高传热系数，增强换热效果；其中换热板片的横向与烟气和空气的流通方向平行，横向布置的导流丁胞，使烟气和空气在流通时产生横向的速度分量，从而不断的增强换热板片上的横向扰动；研究发现在凹陷状球窝丁胞凹壁面的入口侧的温度边界层最厚，同时存在涡流，形成传热死区，造成局部高温，使换热效率低，而纵向布置的导流丁胞增强了呈凹陷状球窝丁胞前端的竖向扰动，减小了传热死区，防止局部高温的形成，增强换热效果。

7.在实际实施时，由于换热器对烟气压力的损失有严格的限制，而现有技术中换热器的烟气经过多次转向实现逆流换热，极大的增加了烟气的压降，本方案的烟气通道呈直线形，维持了原有烟气的流动方向，减小了烟气的压力损失。

8.隔离板使折流通道内的空气与折流通道间隙处的烟气相互分离，为实现纯逆流换热提供必要基础。

9.三棱柱用于将引入的空气进行均匀的分流，防止空气冲击隔离板而造成空气的压力损失。

10.空气进口箱和空气出口箱分别用于外接空气进口管路和空气出口管路，且空气进口箱设置在烟气通道的出口侧，空气出口箱设置在烟气通道的进口侧，使换热组板内烟气的流通方向与空气的流通方向相反。

附图说明

图1为本方案换热器的结构图。

图2为折流组板的第一视图。

图3为折流组板的第二视图。

图4为换热组板侧视图。

图5为换热组板立体图。

图6为导流丁胞为第二方案的换热组板局部图。

其中，1、换热组板，2、换热板片，3、烟气通道，4、空气通道，5、折流组板，6、折流通道，7、导流板，8、折流子通道，9、支撑丁胞，10、球窝丁胞，11、导流丁胞，12、连接片，13、换热器外壳，14、引流箱，15、三棱柱，16、空气进口箱，17、空气出口箱。

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至图4所示，本方案的采用非对称换热板片的纯逆流板式换热器包括换热组板1，换热组板1包括若干重叠且间隙设置的换热板片2，且若干换热板片2之间形成若干换热通道，若干换热通道包括交错排列的若干烟气通道3和若干空气通道4，换热组板1的两端均设置有用于将空气转向的折流组板5，折流组板5包括间隙设置有若干折流通道6，换热组板1两端的若干折流通道6分别与若干空气通道4的两端连通，折流通道6的端部设置有引流箱14，引流箱14将若干折流通道6聚合，换热板片2上设置有若干用于支撑换热板片2的支撑丁胞9、若干用于增强换热效率的球窝丁胞10和若干用于减小流动死区的导流丁胞11。

换热组板1套设有换热器外壳13，换热器外壳13与若干烟气通道3形成烟气通路，烟气通路呈直线形；本方案在实际实施时，由于换热器对烟气压力的损失有严格的限制，而现有技术中换热器的烟气经过多次转向实现逆流换热，极大的增加了烟气的压降，本方案的烟气通道3呈直线形，维持了原有烟气的流动方向，减小了烟气的压力损失。

如图1和图2所示，换热组板1两端的引流箱14分别与空气进口箱16和空气出口箱17连接，其中空气进口箱16和空气出口箱17分别用于外接空气进口管路和空气出口管路，且空气进口箱16设置在烟气通道3的出口侧，空气出口箱17设置在烟气通道3的进口侧，使换热组板1内烟气的流通方向与空气的流通方向相反。

如图2和图3所示，引流箱14上设置有隔离板，隔离板上设置有若干均匀排布的条形通孔，条形通孔与折流通道6的端口连接导通，其中隔离板使折流通道6内的空气与折流通道6间隙处的烟气相互分离，为换热器实现纯逆流换热提供必要的基础；隔离板上相邻两个条形通孔之间设置有用于分流的三棱柱15，其中三棱柱15用于将引入的空气进行均匀的分流，防止空气冲击隔离板而造成空气的压力损失；折流通道6呈弧形状，减小了空气在折流通道6内转向时的阻力；折流通道6内设置有若干弧形的导流板7，若干导流板7将折流通道6分成若干折流子通道8，使每个折流通道6内的空气分成若干通道，进一步减小了空气转向时的局部阻力。

如图4所示，换热板片2的两侧边上均设置有连接片12，换热板片2的四个边角处均设置有若干支撑丁胞9，位于中间位置的换热板片2与相邻的两块换热板片2之间分别通过支撑丁胞9对接固定和连接片12对接固定，使若干换热板片2层层叠加，其中支撑丁胞9用于支撑和稳固相邻的两个换热板片2，使换热板片2之间的间隙形成交错排列的若干烟气通道3和若干空气通道4，其结构简单、连接稳固牢靠、易于生产。

如图5所示，球窝丁胞10在换热板片2的横向和纵向上均匀排布，球窝丁胞10和导流丁胞11在换热板片2的两侧面上分别呈凹陷状和凸起状，换热板片2在横向和纵向上的若干球窝丁胞10均呈凹陷状和凸起状的交替排布；球窝丁胞10增加了换热板片2的换热面积，同时球窝丁胞10使烟气和空气在流通时产生与流通方向垂直的速度分量，并且接近垂直地冲刷换热板片2的壁面，有效地增强了湍流强度，减小了丁胞表面温度边界层的厚度，而温度边界层的厚度越薄，壁面的热阻越小，对流换热系数越大，由表示对流换热强烈程度的准数努塞尔数可知，对流换热系数与努塞尔数成正比，因此对流换热系数越大，换热板片2的换热效果越好。

本方案的导流丁胞11有两种不同设置方式，如图5所示，第一方案为导流丁胞11呈条状，呈凸起状的球窝丁胞10的一侧间隙设置有两个呈凸起状的导流丁胞11，两个导流丁胞11呈八字形排布，且导流丁胞11位于烟气流通方向和空气流通方向上的球窝丁胞10的背侧；由于球窝丁胞10背侧容易产生低速涡旋回流区，即涡旋死区，流体不容易从其中流出，降低了换热的效果，而位于导流丁胞11背侧、呈八字形排布的两个导流丁胞11，使球窝丁胞10附近的流体相当于经过一个渐缩通道，提高了流体的流速，增加低速涡旋的湍流扰动，减少了球窝丁胞10背侧的流动死区，变相的增加了换热面积，增强了换热的效果。

如图6所示，第二方案为导流丁胞11呈条状，导流丁胞11设置在换热板片2横向和纵向上相邻的两个球窝丁胞10之间，换热板片2横向和纵向上的若干导流丁胞11均呈凹陷状和凸起状的交替排布，导流丁胞11可增强流体自身的扰动和混合，提高传热系数，增强换热效果；其中换热板片2的横向与烟气和空气的流通方向平行，横向布置的导流丁胞11，使烟气和空气在流通时产生横向的速度分量，从而不断的增强换热板片2上的横向扰动；研究发现在凹陷状球窝丁胞10凹壁面的入口侧的温度边界层最厚，同时存在涡流，形成传热死区，造成局部高温，使换热效率低，而纵向布置的导流丁胞11增强了呈凹陷状球窝丁胞10前端的竖向扰动，减小了传热死区，防止局部高温的形成，增强换热效果。

综上所述，本方案的换热器在工作时，冷空气从空气进口箱16进入，经过引流箱14的分流作用，分成若干股平行的空气流进入折流板组中的折流通道6内，折流通道6与换热板组上的空气通道4嵌合连接，使若干股冷空气分别进入空气通道4内，冷空气通过换热板片2与相互间隔的烟气通道3内的高温烟气进行换热，换热后的空气经过折流板组中的折流通道6和空气出口箱17离开换热器；烟气从换热器外壳13的一端进入，经过折流通道6的间隙后进入换热板组内的烟气通道3，再通过另一侧折流通道6的间隙后，从换热器外壳13的另一端离开换热器，实现烟气与空气的纯逆流式换热，同时本方案换热板片2通过增大换热面积，增强流体扰动与混合，减少流动死区等方式，提高了换热器的换热效率。

Claims (8)

1.一种采用非对称换热板片的纯逆流板式换热器，其特征在于，包括换热组板(1)，所述换热组板(1)包括若干重叠且间隙设置的换热板片(2)，且若干换热板片(2)之间形成若干换热通道，若干所述换热通道包括交错排列的若干烟气通道(3)和若干空气通道(4)，所述换热组板(1)的两端均设置有用于将空气转向的折流组板(5)，所述折流组板(5)包括间隙设置有若干折流通道(6)，所述换热组板(1)两端的若干折流通道(6)分别与若干空气通道(4)的两端连通，所述折流通道(6)的端部设置有引流箱(14)，所述引流箱(14)将若干折流通道(6)聚合；

所述换热板片(2)上设置有若干用于支撑换热板片(2)的支撑丁胞(9)、若干用于增强换热效率的球窝丁胞(10)和若干用于减小流动死区的导流丁胞(11)；

所述球窝丁胞(10)在换热板片(2)的横向和纵向上均匀排布，所述球窝丁胞(10)和导流丁胞(11)在换热板片(2)的两侧面上分别呈凹陷状和凸起状，所述换热板片(2)在横向和纵向上的若干球窝丁胞(10)均呈凹陷状和凸起状的交替排布；

所述导流丁胞(11)呈条状，呈凸起状的所述球窝丁胞(10)一侧间隙设置有两个呈凸起状的导流丁胞(11)，两个所述导流丁胞(11)呈八字形排布，且两个导流丁胞(11)位于烟气流通方向和空气流通方向上的球窝丁胞(10)的背侧。

2.根据权利要求1所述的采用非对称换热板片的纯逆流板式换热器，其特征在于，所述折流通道(6)呈弧形状，所述折流通道(6)内设置有若干弧形的导流板(7)，若干所述导流板(7)将折流通道(6)分成若干折流子通道(8)。

3.根据权利要求1所述的采用非对称换热板片的纯逆流板式换热器，其特征在于，所述换热板片(2)的两侧边上均设置有连接片(12)，所述换热板片(2)的四个边角处均设置有若干支撑丁胞(9)，位于中间位置的所述换热板片(2)与相邻的两块换热板片(2)之间分别通过支撑丁胞(9)对接固定和连接片(12)对接固定。

4.根据权利要求1所述的采用非对称换热板片的纯逆流板式换热器，其特征在于，所述导流丁胞(11)呈条状，所述导流丁胞(11)设置在换热板片(2)横向和纵向上相邻的两个球窝丁胞(10)之间，所述换热板片(2)横向和纵向上的若干导流丁胞(11)均呈凹陷状和凸起状的交替排布。

5.根据权利要求1所述的采用非对称换热板片的纯逆流板式换热器，其特征在于，所述换热组板(1)套设有换热器外壳(13)，所述换热器外壳(13)与若干烟气通道(3)形成烟气通路，所述烟气通路呈直线形。

6.根据权利要求1所述的采用非对称换热板片的纯逆流板式换热器，其特征在于，所述引流箱(14)上设置有隔离板，所述隔离板上设置有若干均匀排布的条形通孔，所述条形通孔与折流通道(6)的端口连接导通。

7.根据权利要求6所述的采用非对称换热板片的纯逆流板式换热器，其特征在于，所述隔离板上相邻两个条形通孔的端口之间设置有用于分流的三棱柱(15)。

8.根据权利要求1所述的采用非对称换热板片的纯逆流板式换热器，其特征在于，所述换热组板(1)两端的引流箱(14)分别与空气进口箱(16)和空气出口箱(17)连接，所述空气进口箱(16)设置在烟气通道(3)的出口侧，所述空气出口箱(17)设置在烟气通道(3)的进口侧。

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