CN117606268A - 一种合成氨原料气体预热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体加热技术领域，具体公开了一种合成氨原料气体预热器，包括外壳体，外壳体的内部固定设置有分隔板总成，分隔板总成将外壳体的内腔分为烟气加热区、杂质清理区和气体换热区，外壳体的内腔中心设置有旋转环架，外壳体上设置有与旋转环架相连通的驱动装置，旋转环架上均匀设置有多个换热单元，杂质清理区中设置有翅片清理触发机构；本发明公开的合成氨原料气体预热器能够在换热单元在与原料气体接触前表面被清理干净，避免因翅片表面杂质进入到原料气体中，保证制备得到产品的纯净度，并且相比较压缩气吹装置不仅降低了运行成本，而且能够避免压缩气吹过程中带走翅片上的热量，降低了热能损耗，提高了对合成氨原料气体的预热效果。

Description

一种合成氨原料气体预热器

技术领域

本发明涉及气体加热技术领域，具体公开了一种合成氨原料气体预热器。

背景技术

在煤制备合成氨的过程中，需要在转化之前将原料气体预热至适合转化的温度，而合成氨原料气体的预热通常采用空气预热器得以实现。现有的空气预热器主要分为板式、管式和回转式三种形式，其中，回转式空气预热器因体积小、重量轻、并且传热元件允许有较大磨损，因此特别适合于大型锅炉，通过利用锅炉烟气来实现合成氨原料气体的高效预热。

申请号为2018215094541的实用新型专利公开了一种回转式空气预热器，其包括转子本体，转子本体内设有低温蓄热元件本体和高温蓄热元件本体，低温蓄热元件本体和高温蓄热元件本体上下固定设置，低温蓄热元件本体上设有防腐层，低温蓄热元件本体与高温蓄热元件本体的板型相同，低温蓄热元件本体包括多个定位板、多个弯曲板及多个弧形实心板，多个定位板与多个弯曲板依次交叉平行设置，每个定位板与其相邻两侧弯曲板均固定连接，且每个定位板与对应弯曲板之间的连接处均设有弧形实心板。该专利公开的回转式空气预热器在用于合成氨原料气体的加热时，其锅炉烟气中的粉尘杂质易附着在高温蓄热元件的表面，然后旋转至原料气体换热区时会受到原料气体的冲刷作用，从而随着原料气体一起流动，导致原料气体中夹杂着影响后续合成的杂质，影响了最终制备的产品纯净度。针对此类问题，一般会在转子本体旋转的路径上方设置有压缩气吹装置，经过烟气加热后的高温蓄热元件旋转移动至压缩气吹装置正上方时，会利用高压气体先进行冲刷去除附着的杂质，然后再旋转至原料气体换热区进行热交换。上述设置压缩气吹装置的方式不仅需要额外设置压缩气系统，导致预热器架构复杂，运行和制造成本增加，而且高压气体冲刷会带走一部分高温蓄热元件上的热量，导致后续合成氨原料气体预热效果不佳，增加了热能损耗。基于现有回转式空气预热器用于合成氨原料气体预热过程中存在的不足，本申请提出了一种能够有效解决上述技术问题的合成氨原料气体预热器。

发明内容

本发明旨在于提供了一种合成氨原料气体预热器，以解决现有回转式空气预热器用于合成氨原料气体预热过程中所存在的技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种合成氨原料气体预热器，包括外壳体，所述外壳体的内部固定设置有分隔板总成，分隔板总成将外壳体的内腔分为烟气加热区、杂质清理区和气体换热区，所述外壳体上设置有与烟气加热区对齐的烟气进入通道和烟气排出通道以及与气体换热区对齐的原料气进入通道和原料气排出通道，所述外壳体的内腔中心设置有旋转环架，且外壳体上设置有与旋转环架相连通的驱动装置，所述旋转环架上均匀设置有多个换热单元，所述杂质清理区中设置有翅片清理触发机构；

其中，所述换热单元包括呈扇形的柱状体，柱状体中开设有上下贯穿的扇形通道，所述扇形通道中均匀设置有多个呈径向发散的翅片，且相邻翅片之间连接有第一弹性件，最端部的一个翅片上设置有伸出扇形通道的拨动条，所述扇形通道的侧壁上设置有止动凸柱，所述柱状体的上表面设置有凸起部；

所述翅片清理触发机构包括两个沿径向两端设置且贯穿外壳体上表面的升降杆，两个升降杆之间连接有与拨动条相作用的挡板，所述升降杆的下端设置有与凸起部相作用的滚轮，所述升降杆与外壳体之间设置有第二弹性件。

作为上述方案的进一步设置，所述扇形通道中固定有两组同心设置的弧形滑杆，所述翅片上开设有与弧形滑杆相匹配的滑孔。

作为上述方案的进一步设置，远离所述拨动条一侧最外端的翅片与扇形通道的另一侧壁之间也连接有第一弹性件。

作为上述方案的进一步设置，所述柱状体的径向内端和径向外端中均开设有蓄热腔，蓄热腔中填装有蓄热材料，所述形通道的内圆壁和外圆壁上均设置有伸入蓄热腔中的扇形吸热片，所述翅片的径向前后两端均开设有用于插设扇形吸热片的条形口。

作为上述方案的进一步设置，所述升降杆在第二弹性件的作用下将挡板与拨动条伸出扇形通道的部分相齐平，所述滚轮与柱状体的上表面相接触且与凸起部的旋转环形相重合。

作为上述方案的进一步设置，所述分隔板总成包括同心固定在外壳体顶壁和底壁上的外环板和内环板，所述外环板和内环板之间设置有三个径向隔板，且上方径向隔板上开设有用于通过拨动条顶部的缺口。

作为上述方案的进一步设置，所述烟气加热区的扇形角设置在120~180°之间，杂质清理区的扇形角设置在30~60°之间，气体换热区设置在120~180°之间。

作为上述方案的进一步设置，位于所述翅片清理触发机构正下方的杂质清理区底部设置有排灰斗。

作为上述方案的进一步设置，多个所述换热单元沿旋转环架的外圆面均匀布置，且多个换热单元组成一个完整的圆环状换热总成。

本发明公开的合成氨原料气体预热器在运行过程中，由驱动装置和旋转环架驱动换热单元在外壳体中旋转，当换热单元旋转至烟气加热区时，高温烟气在流经扇形通道的过程中会与翅片相接触，其部分热量被翅片进行吸收，同时高温烟气中的少量烟尘也会附着在翅片的表面。

当进行吸热后的换热单元旋转至杂质清理区时，在换热单元继续缓慢旋转的过程中，换热单元中的拨动条顶部会受到翅片清理触发机构中挡板的限制作用，使得在换热单元继续旋转的过程中，所有翅片均克服第一弹性件并朝着一侧端进行靠拢，同时第一弹性件会进行压缩蓄势。随着换热单元的旋转，换热单元上的凸起部会与翅片清理触发机构中的滚轮相抵接，在滚轮与凸起部的作用下会将整个翅片清理触发机构克服第二弹性件的作用下向上移动，直至挡板与拨动条顶部相滑脱。在两者滑脱的瞬间，所有的翅片在第一弹性件的作用下会朝向止动凸柱的方向移动，直至撞击在止动凸柱上停止移动，从而使得翅片在撞击的一瞬间能够将表面附着的粉尘全部抖落，实现翅片的表面的清理。

最后，经过清理后的换热单元会携带者高温进入到气体换热区，合成氨原料气体在进入气体换热区后会流经换热单元，使其充分吸收翅片上的热量进行升温预热，预热后的原料气体再从原料气排出通道中排出即可。

另外，本合成氨原料气体预热器还进一步对换热单元进行改进设计，通过内部蓄热材料的设置，使得换热单元在进入烟气加热区中后，不仅能够通过翅片对高温烟气进行吸热，而且其蓄热材料也能够进行吸热蓄热，使得在暂时停止通入高温烟气的过程中，其蓄热材料中释放出来的热量仍能够维持对原料气体进行加热一段时间，具有更高的节能效果，能够在突发情况下能够持续对原料气体进行预热，保证合成氨过程的连续性。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

本发明公开的合成氨原料气体预热器通过对换热单元结构的改进设计，使其在对高温烟气吸热后进入到杂质清理区中，通过翅片清理触发机构与换热单元之间作用能够将换热单元中翅片表面的烟尘瞬间抖落，保证换热单元在与合成氨原料气体接触前表面被清理干净，避免因翅片表面杂质进入到原料气体中，保证最终制备得到产品的纯净度，提高了产品质量。

本发明通过对换热单元和翅片清理触发机构进行结构设计，使得两者相作用时能够利用撞击抖动作用实现翅片表面的清理，其相比较设置压缩气吹装置，不仅降低了运行成本，而且能够避免压缩气吹过程中带走翅片上的热量，降低了热能损耗，提高了对合成氨原料气体的预热效果。

本发明还进一步在换热单元中设置有吸热蓄热部件，使得换热单元在与高温烟气接触时，不仅实现对翅片的升温加热，而且高温烟气过多的热量能够被重新吸收储备，使得在突发情况停止高温烟气输送时，能够利用蓄热材料中释放出来的热量来维持对原料气体进行加热一段时间，其具有更高的节能效果，保证了合成氨过程的连续性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明中外壳体的仰视立体结构示意图；

图3为本发明中外壳体内部的分隔板总成的立体结构示意图；

图4为本发明中驱动装置、旋转环架、换热单元的立体结构示意图；

图5为本发明中换热单元的立体结构示意图；

图6为本发明中翅片清理触发机构的立体结构示意图；

图7为本发明实施例2中换热单元的立体装配示意图；

图8为本发明实施例2中换热单元的内部平面结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1~8，并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

实施例1公开了一种合成氨原料气体预热器，参考附图1~3，该预热器的主体包括一个圆柱状的外壳体1，并且外壳体1的四周固定有若干支撑腿2，通过支撑腿2将整个外壳体1稳定设置在地面上方。

在外壳体1中固定设置有分隔板总成3，该分隔板总成3包括同心固定在外壳体1顶壁和底壁上的外环板301和内环板302，并在外环板301和内环板302之间设置有三个径向隔板303，通过三个径向隔板303的分隔作用将外环板301和内环板302之间的环形空间分为烟气加热区、杂质清理区和气体换热区。具体设置时，烟气加热区的扇形角设置在120~180°之间，杂质清理区的扇形角设置在30~60°之间，气体换热区设置在120~180°之间，使得烟气加热区和气体换热区具有更大的空间，以提高高温烟气及原料气与内部换热单元之间的换热时长。

在外壳体1的下表面设置有烟气进入通道4、原料气进入通道5和排灰斗6，其中烟气进入通道4与烟气加热区对齐设置，原料气进入通道5与气体换热区对齐设置，排灰斗6则与杂质清理区对齐设置。在外壳体1的上表面设置有烟气排出通道7和原料气排出通道8，同理将烟气排出通道7与烟气加热区对齐设置，原料气排出通道8与气体换热区对齐设置。

参考附图1、附图4和附图5，在外壳体1上表面或下表面的中心处设置有由电机和减速机构成的驱动装置9，然后在驱动装置9的输出轴上连接有伸至外壳体1内部的旋转环架10，在旋转环架10的外圆面呈环形阵列状固定有多个换热单元11。每个换热单元11呈内窄外宽的扇形结构设置，使得多个换热单元11能够组成一个完整的圆环状换热总成，并且圆环状换热总成中的换热通道与外环板301和内环板302之间的环形空间相对齐。

换热单元11包括一个呈扇形的柱状体111，在柱状体111上同心开设有上下贯穿设置的扇形通道112，并且扇形通道112的径向长度与外环板301和内环板302之间的环形空间径向距离相等。在扇形通道112中同心设置有两组弧形滑杆113，在扇形通道112中设置有多个翅片114，多个翅片114以扇形通道112的圆心为中心呈发散状均匀设置在扇形通道112中，同时在每个翅片114上均开设有与弧形滑杆113相匹配的滑孔。

在所有相邻的两个翅片114之间均连接有第一弹性件115，具体的弹性件115可以选用弹簧或者具有弹性的金属片，然后还在其中一个最端部的翅片114与扇形通道112侧壁之间也连接有第一弹性件115，或者不连接第一弹性件115亦可。在另一个最端部的翅片114上固定有伸出扇形通道112一定长度的拨动条116，并在扇形通道112的另一侧壁上设置有与连接有拨动条116的翅片114相作用的止动凸柱117。另外，为了避免拨动条116受到三个径向隔板303的阻碍作用，还在上方三个径向隔板303上开设有用于通过拨动条116的缺口。在换热单元11随旋转环架10旋转的过程中，当拨动条116的上端受到固定件的限制时，会使得所有翅片114均克服第一弹性件115朝着一侧端进行靠拢，并且第一弹性件115会进行压缩蓄势。

参考附图3、附图5和附图6，在排灰斗6正上方的外壳体1设置有翅片清理触发机构12，具体的翅片清理触发机构12包括两个U字型的升降杆121，两个升降杆121均设置外壳体1同一径向线的两端，并且升降杆121的两端均贯穿外壳体1的上表面伸至杂质清理区中设置，在两个升降杆121相互靠近的一侧下端连接有挡板122，然后在两个升降杆121相互远离的一侧下端均连接有滚轮123，同时还在升降杆121与外壳体1的上表面之间连接有第二弹性件124，该第二弹性件124也可以是弹簧或者有弹性的金属片，使得在第二弹性件124的支撑作用下，挡板122的下端与拨动条116伸出扇形通道112的部分齐平，而滚轮123的下端则正好与柱状体111的上表面相接触。最后，还在柱状体111的上表面设置有与两个滚轮123处于同一环形上的凸起部118，该凸起部118设置在靠近柱状体111中心对称线的位置处，并且其截面呈斜坡状，使得滚轮123在与凸起部118相作用时能够对滚轮123起到导向顶起作用。

本实施例1公开的合成氨原料气体预热器在运行过程中，高温烟气由烟气进入通道4进入烟气加热区，换热单元11在驱动装置9和旋转环架10的作用下缓慢旋转进入到烟气加热区，然后高温烟气流通经过扇形通道112与翅片114相接触，翅片114会将高温烟气的热量进行吸收，同时高温烟气中的少量烟尘会附着在翅片114表面，经过换热降温后的烟气则由烟气排出通道7排出。

在驱动装置9和旋转环架10的继续驱动下，该换热单元11会旋转进入到杂质清理区，并且换热单元11中的拨动条116会受到翅片清理触发机构12中挡板122的限制作用，使得在换热单元11旋转的过程中所有翅片114均克服第一弹性件115朝着一侧端进行靠拢，并且第一弹性件115会进行压缩蓄势。当换热单元11旋转一定角度后，柱状体111上表面的凸起部118会与滚轮123相作用，通过凸起部118与滚轮123之间的作用下能够将两个升降杆121同步向上顶起并克服第二弹性件124的作用力，此时挡板122也会逐渐向上提升，直至与拨动条116的顶端发生滑脱，此时换热单元11中所有的翅片114在第一弹性件115的作用下瞬间沿着弧形滑杆113朝向止动凸柱117的方向移动，直至撞击在止动凸柱117上停止移动，所有翅片114在撞击的一瞬间能够将表面附着的粉尘全部抖落，并且由排灰斗6进行集中排出。

最后，经过清理后的换热单元11会旋转进入到气体换热区，此时原料气体由原料气进入通道5进入，流经换热单元11对翅片114热量进行吸收后，再由原料气排出通道8排出，此时排出的原料气体能够加热升温至所需温度。

实施例2

实施例2公开了一种以实施例1中技术方案为基础进行优化改进设计的合成氨原料气体预热器，其与实施例1相同之处不做再次说明。

参考附图7和附图8，本实施例2在柱状体111的径向内端和径向外端中均开设有蓄热腔，在蓄热腔中填装有蓄热材料119，具体的蓄热材料119可以选用相变蓄热材料，如高温熔化盐类。在扇形通道112的内圆壁和外圆壁上均设置有扇形吸热片120，扇形吸热片120的内端均伸入到蓄热腔的内部与蓄热材料119相接触。

另外，为了避免扇形吸热片120对翅片114沿弧形滑杆113的移动造成阻碍，还在每个翅片114的径向前后两端均开设有用于插设扇形吸热片120的条形口，使得翅片114与扇形吸热片120之间不发生接触。

本实施例2通过上述蓄热腔、蓄热材料119和扇形吸热片120的设计，在换热单元11进入烟气加热区中时，其不仅能够通过翅片114对烟气的热量进行吸收，而且蓄热材料119和扇形吸热片120能够将烟气中多余的热量进行吸收储存，使得在暂时停止通入高温烟气的过程中，其蓄热材料119中释放出来的热量仍能够维持对原料气体进行加热一段时间，具有更高的节能效果，并且能够在突发情况下能够持续对原料气体进行预热，保证合成氨过程的连续性。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种合成氨原料气体预热器，包括外壳体，其特征在于，所述外壳体的内部固定设置有分隔板总成，分隔板总成将外壳体的内腔分为烟气加热区、杂质清理区和气体换热区，所述外壳体上设置有与烟气加热区对齐的烟气进入通道和烟气排出通道以及与气体换热区对齐的原料气进入通道和原料气排出通道，所述外壳体的内腔中心设置有旋转环架，且外壳体上设置有与旋转环架相连通的驱动装置，所述旋转环架上均匀设置有多个换热单元，所述杂质清理区中设置有翅片清理触发机构；

其中，所述换热单元包括呈扇形的柱状体，柱状体中开设有上下贯穿的扇形通道，所述扇形通道中均匀设置有多个呈径向发散的翅片，且相邻翅片之间连接有第一弹性件，最端部的一个翅片上设置有伸出扇形通道的拨动条，所述扇形通道的侧壁上设置有止动凸柱，所述柱状体的上表面设置有凸起部；

所述翅片清理触发机构包括两个沿径向两端设置且贯穿外壳体上表面的升降杆，两个升降杆之间连接有与拨动条相作用的挡板，所述升降杆的下端设置有与凸起部相作用的滚轮，所述升降杆与外壳体之间设置有第二弹性件。

2.根据权利要求1所述的合成氨原料气体预热器，其特征在于，所述扇形通道中固定有两组同心设置的弧形滑杆，所述翅片上开设有与弧形滑杆相匹配的滑孔。

3.根据权利要求1所述的合成氨原料气体预热器，其特征在于，远离所述拨动条一侧最外端的翅片与扇形通道的另一侧壁之间也连接有第一弹性件。

4.根据权利要求1所述的合成氨原料气体预热器，其特征在于，所述柱状体的径向内端和径向外端中均开设有蓄热腔，蓄热腔中填装有蓄热材料，所述形通道的内圆壁和外圆壁上均设置有伸入蓄热腔中的扇形吸热片，所述翅片的径向前后两端均开设有用于插设扇形吸热片的条形口。

5.根据权利要求1所述的合成氨原料气体预热器，其特征在于，所述升降杆在第二弹性件的作用下将挡板与拨动条伸出扇形通道的部分相齐平，所述滚轮与柱状体的上表面相接触且与凸起部的旋转环形相重合。

6.根据权利要求1所述的合成氨原料气体预热器，其特征在于，所述分隔板总成包括同心固定在外壳体顶壁和底壁上的外环板和内环板，所述外环板和内环板之间设置有三个径向隔板，且上方径向隔板上开设有用于通过拨动条顶部的缺口。

7.根据权利要求6所述的合成氨原料气体预热器，其特征在于，所述烟气加热区的扇形角设置在120~180°之间，杂质清理区的扇形角设置在30~60°之间，气体换热区设置在120~180°之间。

8.根据权利要求1所述的合成氨原料气体预热器，其特征在于，位于所述翅片清理触发机构正下方的杂质清理区底部设置有排灰斗。

9.根据权利要求6所述的合成氨原料气体预热器，其特征在于，多个所述换热单元沿旋转环架的外圆面均匀布置，且多个换热单元组成一个完整的圆环状换热总成。