CN1179190C - 传热与传质元件组件 - Google Patents

Abstract

一种用于回转再生式空气预热器(10)的传热组件(40)，具有若干传热板(42)，传热板(42)包括用于将板件(42)间隔开以便形成流动通道(44)的装置和若干排跨越流动通道延伸的V形凸肋(48，50)。每块板件(42)上交替式的V形凸肋(48，50)排从板件(42)相对的表面向外伸出。把用于使一块板件(42)上的凸肋(48，50)与相邻板材(42)上的凸肋(48，50)对准的几种安排说成是每块板材(42)上交替改变相邻排的凸肋(48，50)的方向。凸肋(48，50)的高度与板件(42)间距的关系说成是凸肋间距与凸肋高度(h)和板件间距(H)与V形凸肋部分长度(2W)的关系。

Description

传热与传质元件组件

技术领域

本发明涉及传热与传质板组件，该组件与任何压降增加相比，改善了传热水平。更具体地说，组件具有在相邻板件之间的间隙中流动的气流，由此使热量在各板件和流体之间传递和/或板件以如催化作用的方式作用于流体上，以便在流体内部进行传质。更具体地说，组件用于在回转再生式空气预热器中传热，或用于一种供支持催化剂用的衬底，该催化剂减少在板件上方流动的烟道气流中的NOx。

背景技术

本发明对其有特殊应用的一种类型热交换装置，是众所周知的回转再生式加热器。一般的回转再生式加热器具有一圆柱形转子，该圆柱形转子分成若干隔段，在这些隔段中设置和支承间隔开的传热板，当转子运行时，各传热板交替式暴露于热气流中，然后在转子旋转时暴露在较冷的空气流或其它待加热的气态流体中。当传热板暴露于热的气体中时，它们由其吸收热量，而然后暴露于冷空气或其它待加热的气态流体中时，通过传热板将从热的气体中吸收的热量转移到较冷的气体中。大多数这种类型的热交换器都具有它们的传热板，这些传热板以间隔开的关系紧密地叠置，以便在相邻的板件之间提供若干通道，用于使热交换流体在其间流动。

在这种热交换器中，规定尺寸的热交换器其传热能力随热交换流体和板件结构之间的传热速率而变。然而对于商业装置，装置的应用不仅是由所得到的传系数决定，而且还由其他因素决定如板件结构的成本和重量等。理想情况是，传热板将通过它们之间的通道产生很大的紊流，以便增加从热交换流体传热到各板件，而同时对通道之间的流动提供比较低的阻力并且还存在一种可容易清洗的表面形状。

为了清洁传热板，通常是设置烟垢吹净器。该烟垢吹净器在叠加的传热板之间的通道中送进高压空气或汽流的鼓风，以便从其表面驱走任何颗粒沉积物，并将它们运走，同时留下比较清洁的表面。用这种清洁方法所遇到的一个问题是，高压鼓风介质加到比较薄的传热板上的力，除非将传热板的叠加组件设计成一定量的结构刚度，否则会导致板件破裂。

这个问题的一个解决方案是，以经常的间隔将各个传热板卷曲，以便提供双凸起式凹槽，该双凸起式凹槽有一个凸起朝一个方向延伸离开板，并且有另一个凸起朝相反方向上延伸离开板件。那么当各板件叠加在一起以便形成传热元件组件时，这些凹槽用于如此保持相邻的板件，以便在烟垢吹净操作期间施加在板件上的力可以在制成传热元件组件的各种板件之间平衡。

在美国专利No.4,396,058中公开了一种这种类型的传热元件组件。在该专利中，凹槽在热交换流体流动的总体流动方向上延伸，亦即在轴向上穿过转子延伸。除了凹槽之外，将板件制成波纹状，以便提一系列斜槽或起伏，这些斜槽或起伏在凹槽之间与热交换流体的流动方向成锐角延伸。相邻板件上的起伏或是以对准的方式，或是以彼此相反的方式相对流线倾斜延伸。尽管这种传热元件组件显示良好的传热速率，但根据特殊的设计和凹槽与起伏之间的关系，结果可能变化相当大。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种改进的传热元件组件，其中使热性能优化，以便提供所希望的传热和压降水平，同时组件具有减少的体积和重量。

根据本发明的一种用于回转再生式热交换器的传热组件，包括若干吸热板，每块板件都具有侧面和端面及两个相对的平表面，并且以间隔开的关系叠加，因而提供若干相邻板件之间的通道，用于使热交换流体在它们之间从一端到另一端流动，上述板件每块都具有从上述对置的平表面至少其中之一延伸的装置，它形成隔离物以便接合相邻的板件并使上述板件保持间隔开一个距离H，其特征在于，每块上述板件都具有：若干排间隔开的V形凸肋，它们在上述板件上和隔离物之间从一边到另一边垂直于流动方向延伸，同时每一排都包括一系列V形凸肋区，上述各凸肋区从上述平表面其中之一中伸出一凸肋高度h，该高度h小于板件隔离物高度H，而上述若干排中的相邻排从上述板件相对的平表面中突出，并且间隔开的各排V形凸肋在流动方向上从一端到另一端以节距Pr重复，比值h/H的取值范围为0.1-0.4。比值Pr/h的取值范围是8-50，上述各排V形凸肋，每个V形区的长度是2W，并且W与H的关系是0.5H＜W＜4H。

按照本发明，传热元件组件的传热板具有把各板件间隔开以便形成流动通道的装置，如纵向双凸起式凹槽。各板件都具有多个在流动通道中的每侧上若干个V形凸肋，它们对准以便产生纵向涡流，这些涡流与板件相对于凸肋间隔开的参数的特定取值范围一起，产生最佳的热性能。

附图说明

图1是一种常规的回转再生式空气预热器的透视图，该回转再生式空气预热器装有由传热板制造的传热元件组件。

图2是一种常规传热元件组件的透视图，它示出在组件中叠加的传热板。

图3是按照本发明所述传热元件组件的三块传热板各部分的透视图，它示出各凹槽和V形凸肋的间距。

图4是图3中板件之一的顶视图，它示出V形凸肋的方向和尺寸。

图5是两块图4中板件的顶视图，两块板件叠加在一起成V形凸肋关系。

图6是典型V形凸肋设计的剖视图。

图7是与图4相同的视图，它示出本发明的一种变化。

图8是两块板件在顶板局部断开情况下的顶视图，它示出本发明的另一种变化。

具体实施方式

参看附图中的图1，一种常规的回转式可再生预热器一般用标号10表示。空气预热器10具有一个转子12，转子12回转式安装在外壳14上。转子12由若干膜片或隔板16形成，它们在径向上从转子支杆18延伸到转子12的外周边上。这些隔板16在它们之间限定若干隔间17，用于安装热交换元件组件40。

外壳14限定一个烟道气进气管道20的一个烟道气出气管道22，用于热烟道气流过空气预热器10。外壳14还限定一个空气进行管道24和一个空气出气管道26，用于燃烧的空气流过预热器10。扇形板28邻近转子12的上和下端面延伸跨过外壳14。各扇形板28将空气预热器分成空气扇形区和热烟道气扇形区。图1中的箭头表示烟道气流36和空气流38通过转子12的方向。热烟道气流36通过烟道气进气管道20进入，将热传送到安装在隔间17内的传热元件组件40上。然后将被加热的传热元件组件40旋转到空气预热器10的空气扇形区32处。然后将传热元件组件40蓄集的热传送到通过空气进气管道24进入的燃烧空气流38中。冷的烟道气流36经由烟道气出气管道22排出预热器10，而被加热的空气流38经由空气出气管道26排出预热器10。图2示出一种典型的传热元件中篮件40，该篮件40示出叠加在组件中的传热板42的一般表示法。

图3示出三块按照本发明所述分别形成的传热板42。这些板件以间隔开的关系叠加，以便在它们之间提供若干个通道44。这些通道44提供用于热交换流体的流动路线，以便向各板件提供热交换。每块板件42都是平面的，并且含有若干平行间隔开的凹槽46，正如现有技术中所已知的，这些凹槽46是隔离物，以便使相邻的板件保持隔开一预定的距离，这些凹槽46通过将各板件卷曲形成，以便提供双凸式凹槽，这些凹槽具有凸出部47，它们从板件的表面朝相反方向向外伸出。凸出部的顶端接触相邻的板件，以便保持间距。这些凹槽已经公开，例如在美国专利4,396,058中。尽管这个图3公开了双凸式凹槽46以便将各板件间隔开，但本发明不限于这些特殊的隔离物。任何类型的间隔装置都可以与本发明一起应用。另外，尽管图3把这些凹槽46显示成在相邻的板件上交错排列，但这种交错排列用其它形式的隔离物可能就不需要。

按照本发明，板件42形成带有多个V形凸肋48和50，它们从每块板材相对的平表面中突出，并且跨过各板件在从一侧到另一侧和凹槽之间垂直于流动方向延伸。每个凸肋都将在一块板件其中一个平表面上作为凸起出现而在该板件相反的平表面上作为凹陷或凹坑出现。多个V凸肋式样在流动方向上从一端到另一端以后面说明的选定节距(间距)Pr重复。在两个凸起的凸肋之间的是一个凹陷的凸肋，它提供板件另一侧上的多个V形凸肋式样。这已在图3中示出，此处各凸肋48从板件朝上延伸，而各凸肋50朝下延伸。每排V形凸肋都包括一系列的V形凸肋分段；这些V形凸肋分段又每个都包括形成V的两个直的分段。如图3所示及下面图4和5所述，相邻各排的V形凸肋分段朝相反的方向定向。

图4是单块板件一侧的示意平面图，此处朝上伸出的各凸肋48用实线表示，而朝下伸出的各凸肋50用虚线表示。图5示出两块叠加的板件，并用图说明：所有的板件都相同，并在一块板件上的各凸缘与相邻板件上各凸缘对准的情况下叠加。图6是沿着图4中线段6-6所作的凸肋剖视图，它示出各凸缘的优选形状和基本尺寸。本发明的基本几何形状参数，在图3，4和6这些图中表示，其中：

板件间距    ＝H

凸肋高度    ＝h

凸肋半径    ＝r

相对凸肋高度＝h/H

凹槽节距    ＝Pn

凸肋节距    ＝Pr

相对凸肋节距＝Pr/h

凸肋角      ＝θ

V形凸肋长度 ＝2W

纵横比      ＝W/H

用于本发明的最相关的参数和比例的取值范围如下：

    0.1≤h/H≤0.4

    8 ≤Pr/h≤50

    15°≤e≤45°

各排V形凸肋其中每个V分段的长度，2W，是板件间距，H的函数。本发明的范围是：

    0.5H＜W＜4H

理想情况是，W等于H。作为一种典型装置的特殊例子，尺寸可以如下：

    H     ＝6mm

    Pr    ＝30mm

    Pr/H  ＝5

    e     ＝45°

    h     ＝0.6mm

    h/H   ＝0.1

    W     ＝6mm

    W/H   ＝1.0

    Pr/h  ＝50

在本发明中，多个V形凸肋形成一系列的平行的纵向旋涡，这些旋涡在由于压降增加而有比较小损失的情况下，提供显著的平均传热量增加。各纵向旋涡具有它们的旋转轴线，这些轴线与通过各板件之间的通道的中央液流对准。结果，在位于远离旋转轴的那一点处的流体流速与中央流方向成一个角度。由于这些平行的旋涡存在，相邻的旋涡必须反方向旋转。另外，这些旋涡在它们旋转轴中部处的平面中彼此相反起作用。现有的板件设计在每个板面处都产生湍流，但没有特定的将两块板上的流体作用联合来产生有利流动型态的板件几何形状设计。

图7示出本发明的另一个实施例，其中各凸肋在V形的顶端处是不连续的，因此在每个V形凸肋48和50分段之间都提供间隙52。在制造过程中，当形成多个V形凸肋时，这些间隙在金属中将产生较少的应力。另外，各间隙可通过提供用于凹槽46的定位点，用来在垂直于主气流的方向上将叠加的传热板42排齐。图8示出另一个实施例，此处突入凸肋50的式样与板件上凸出凸肋的式样方向相同，而不是象图3，4和7那样颠倒或翻转。尽管所有的板件都可以相同，但每块另外的板件都在析件的平面中转动180°，导致了同时结果造成由图8中两块板材所示的结构。正如可以看到的，在两块板材底部的顶面上的各排凸出的凸肋基本上是除了V′翻转180°外，与顶部板材的顶面上各排凸肋对准。这种式样具有每单位压降比图3和4所示的装置有更好的传热增加。这是由于一块板上凸缘的谷底与那块板上上游和下游的相邻凸肋排成一行，并因而形成较小的压降。缺点是以连续轧制法制造的板件不能只叠加在彼此顶面上。每块其它的板件在叠加之前，都必须转动180°。

Claims (7)

1.一种用于回转再生式热交换器(10)的传热组件，包括若干吸热板(42)，每块板件都具有侧面和端面及两个相对的平表面，并且以间隔开的关系叠加，因而提供若干相邻板件(42)之间的通道，用于使热交换流体在它们之间从一端到另一端流动，上述板件(42)每块都具有从上述对置的平表面至少其中之一延伸的装置，它形成隔离物(46)以便接合相邻的板件(42)并使上述板件(42)保持间隔开一个距离H，其特征在于，每块上述板件(42)都具有：

若干排间隔开的V形凸肋(48)，(50)，它们在上述板件(42)上和隔离物(46)之间从一边到另一边垂直于流动方向延伸，同时每一排都包括一系列V形凸肋区，上述各凸肋区从上述平表面其中之一中伸出一凸肋高度h，该高度h小于板件隔离物高度H，而上述若干排中的相邻排从上述板件(42)相对的平表面中突出，并且间隔开的各排V形凸肋在流动方向上从一端到另一端以节距Pr重复，比值h/H的取值范围为0.1-0.4。比值Pr/h的取值范围是8-50，上述各排V形凸肋(48)，(50)每个V形区的长度是2W，并且W与H的关系是0.5H＜W＜4H。

2.如权利要求1所述的一种传热组件，其特征在于：上述凸肋区相对于隔离物(46)之间从一边到另一边的方向的角度是15°-45°。

3.如权利要求1所述的一种传热组件，其特征在于：上述块板件(42)中若干排的相邻排中V形凸肋区系列朝相反方向上定向。

4.如权利要求3所述的一种传热组件，其特征在于：上述若干板件都相同，并且各上述板件(42)叠加，因而上述相邻板件(42)上的各排相互对准，并且上述对准的各排从上述相邻的板件(42)朝相同方向上突出。

5.如权利要求3所述的一种传热组件，其特征在于：每个V形凸肋区都包括形成上述V形的两个直的区，并且还包括上述V形凸肋之间及上述直的区之间上述各排V形凸肋中的间隙(52)。

6.如权利要求1所述的一种传热组件，其特征在于：上述若干排中相邻排的各系列V形凸肋区，都朝相同方向上定向。

7.如权利要求6所述的一种传热组件，其特征在于：上述若干板件(42)相同，并且相邻的板件(42)旋转180°，因而相邻板件(42)的V形凸肋区朝相反方向上定向。

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