CN1912520A

CN1912520A - 高效板节式换热器

Info

Publication number: CN1912520A
Application number: CNA2006100474982A
Authority: CN
Inventors: 孙永宏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2007-02-14

Abstract

本发明涉一种高效板节式换热器，该换热器包括支撑结构，它是内部间隔设置多个腔体的箱体结构；其特征在于：相邻腔体内分别设置S形流体通道和气态流体通道；S形流体通道是均匀分布在腔体内的通道，S形流体通道的两端口分别设有进口和出口；气态流体通道是由多条扰流气体流道构成，进气口和出气口分别与扰流气体流道的端口连通。本发明换热器结合板式换热器体积小、换热效率高、耐腐蚀的特点，总结换热器行业中气－金属间换热的弊端，将热气流的层流的流态尽量紊乱，提高换热器换热能力，也避免行业中气－水换热器不易清洗的弊端，用在供暖行业中，将吸收160℃以下的锅炉烟气中的焓值成为可能。

Description

高效板节式换热器

一、技术领域：本发明涉及一种换热器，特别是一种可以将低于450℃的低温烟气、煤气、工业废气等热量及工业锅炉排掉的小于180℃的低温烟气的热量进行大量回收的板节式换热器，属于工业余热回收领域。

二、背景技术：能源与环保是我国21世纪可持续发展战略的两大主题，大力发展节能技术是能源利用领域的重要课题。我国的能源储备及构成说明，煤炭作为重要的燃料在短期内不会发生根本改变，因此，开发高效节能的能源利用技术，改变能源利用效率低、产出利润少的能源利用结构势在必行。

锅炉在能源利用领域拥有不可替代的位置，是我国现行能源利用体制中主要的能源转化设备，在高温发电锅炉的研究中近年已经有了质的进步，一批批新型高效锅炉上马，原有的高能耗的设备停产，但是在三北地区拥有大量的高能耗、低效率的采暖锅炉，这批还得在相当长的时间内运行生产。

低温气—水、气—气换热器在100年前就进行了大量的研究，利用在锅炉尾部的气—水换热器通常称为省煤器，利用在锅炉尾部的气—气换热器通常称为空气预热。在锅炉尾部的余热交换过程中通常存在三大难题，其一为酸腐蚀，其二为低温结露造成粘灰，其三为烟气高速磨损。由于受酸腐蚀的限制，省煤器通常使用铸铁为其加工制造的主要材料，但是由于铸铁材料换热系数低、不易拆洗，在烟气温度降到160℃以下时，利用铸铁省煤器再吸收烟气中的热量起加工投入已接近锅炉本体的造价，因此在行业中早已有公识，利用铸铁省煤器吸收这部分的热量的方案是不可行的。空气预热通常使用钢板为其加工制造的主要材料，由于受酸腐蚀的限制，其工作温度均设定在160℃以上，由于受加工工艺的限制，一般空气预热器很难进行清扫，所以其气体流速均设计较快，不利于热态烟气中的热量充分交换。

三、发明内容：

1、发明目的：本发明提供一种高效板节式换热器，其目的是解决现有的省煤器换热效果不好，而现有的换热器在高温、高酸、高摩擦率的恶劣环境下物理和化学稳定性差，且不能对低温烟气的热量回收及对其160℃以下的焓值进行吸收等方面存在的问题。

2、技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种高效板节式换热器，该换热器包括支撑结构，它是内部间隔设置多个腔体的箱体结构；其特征在于：相邻腔体内分别设置S形流体通道和气态流体通道；S形流体通道是均匀分布在腔体内的通道，S形流体通道的两端口分别设有进口和出口；气态流体通道是由多条扰流气体流道构成，进气口和出气口分别与扰流气体流道的端口连通。

扰流气体流道在气态流体通道内整体成S状或直线布置，扰流气体流道边缘呈对称凸凹起伏状，扰流气体流道截面呈波节型规律变化。

气态流体通道所在腔体的两侧壁之间间隔设置多个扰流支撑换热板形成多条扰流气体流道。

每个扰流气体流道是由设在气态流体通道所在腔体侧壁之间的两个扰流支撑换热板与腔体侧壁共同围成的通道。

扰流支撑换热板是由金属板材折成的锯齿状的结构。

S形流体通道是由多个扰流换热板错开间隔设置在它所在腔体的两侧壁之间形成的均匀分布的通道或由多个扰流支撑换热板间隔设置在S形流体通道所在腔体的两侧壁之间围成的通道，形成通道的方向与相邻腔体内气态流体通道的方向垂直。

S形流体通道所在腔体与气态流体通道所在腔体之间由金属换热隔板隔开。

金属换热隔板的厚度为1～3mm。

3、优点及效果：通过本发明技术方案的实施，能够很好地解决现有的省煤器换热效果不好，而现有的换热器在高温、高酸、高摩擦率的恶劣环境下物理和化学稳定性差，且不能对低温烟气的热量回收及对其160℃以下的焓值进行吸收等方面存在的问题。本发明是一种气态与液态热交换或气态与气态热交换的换热结构，它的S形通道可以通气体或液体，往复巡回方式可以减慢流体的流速，达到最好的热量交换效果，流道整体成S状布置或直线布置，可最大程度扰乱通过气流中心的流体流态；流体沿流动方向成波节布置，流道截面大小不等，形成变化，使流过的流体流速忽快忽慢，最大程度增加气流的紊乱程度，增加雷诺数；流道边缘呈对称凸凹起伏状，破坏气流的边缘层，增加传热效果。

由于S形流体通道和气态流体通道间设置较薄的金属换热隔板，金属板材的热阻基本可不予考虑，使高温气体同低温液体或气体间达到最好的换热效果。换热器支撑结构片式布置，可方便的一片一片的分开拆洗；板间支撑及扰流换热部件可解决由于液态流道部分压力过大造成气体流道过小的问题，每隔一定距离布置一个板间支撑及扰流换热部件，这样既可以起到板间支撑作用又可以起到换热器的换热肋板的作用，增大换热面积。

本发明很好的解决了现有锅炉的高能耗的问题，将现有锅炉的能源利用效率由现有的平均70％提高到接近80％。能源原材料价格上涨是促生本发明的外部条件，由于现在煤的价格大幅度上涨，10年前的煤价格大约在30～50元/吨，即使如上所述，本发明可提高锅炉效率10％，节省10％的煤消耗，创造的经济价值并不是非常可观，根据现在的煤价格大约在400元/吨，如果节省10％的煤消耗，创造的经济价值在两年之内可以新购置一台相当现使用吨位的锅炉。

四、附图说明：附图1为本发明换热器结构示意图；

附图2为图1的A-A向视图；

附图3为图1的B-B向视图；

附图4为图1的C-C向视图；

附图5为本发明换热器内部S形流体通道和气态流体通道间隔设置的结构示意图；

附图6为本发明实施例2的结构示意图。

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具体实施方式详细说明如下：

图中：1、进口；2、出口；3、扰流支撑换热板；4、金属换热隔板；5、支撑结构；6、扰流换热板。

实施例1：

如附图1所示，本发明是一种高效板节式换热器，该换热器主要包括作为整个换热器支撑部分的支撑结构5，它是内部间隔设置多个腔体的箱体结构；

如图2、3、4所示，在支撑结构箱体内的相邻腔体内分别设置S形流体通道和气态流体通道，如图5所示，相邻的S形流体通道所在的腔体与气态流体通道所在的腔体形成一组，支撑结构箱体内则形成多组供气体和其它流体通过的通道，S形流体通道可以用于通过气体或液体，它流过液体时是均匀分布的呈S形的通道，它的两端口分别设有进口1和出口2，图5中箭头方向A至B为液体在S形流体通道中流入、流出的示意，S形流体通道是由多个扰流换热板6错开间隔设置在S形流体通道所在腔体的两侧壁间形成的通道，使流过其中的液体形成均匀分布流动的效果；

气态流体通道用来通过高温气体，它是在所在腔体内的两侧壁之间间隔设置多条扰流支撑换热板，多条扰流支撑换热板与腔体侧壁共同围成多条扰流气体流道，多个扰流气体流道的两侧端口汇合后成为总的进气口和出气口；扰流气体流道在腔体内整体呈S状布置或直线布置，气体在流道内如图5中箭头C至D的方向流过，扰流支撑换热板是由金属板材折成锯齿状的结构，这样的结构最大程度扰乱流过的气流中心的流体流态；流体沿流动方向成波节布置，扰流气体流道截面大小不等，在不同的位置截面发生变化，使通过的流体流速忽快忽慢，最大程度增加气流的紊乱程度，增加雷诺数；扰流气体流道边缘成凸凹起伏，破坏气流的边缘层，增加传热效果。

相邻的S形流体通道所在腔体与气态流体通道所在腔体由1mm厚的金属换热隔板4隔开，无热阻，保证了换热效果。

多个扰流支撑换热板3的设置，很好的解决了由于巡回流体流道通过液体时其压力过大造成气态流体流道的腔体过小的问题，每隔一定距离布置一个板间支撑及扰流换热部件，这样既可以起到板间支撑作用又可以起到换热器的换热肋板的作用，增大换热面积。

上述S形流体通道的低、高温流体进口1、出口2，可设置在换热器的两侧，亦可布置在同侧进出，同样还可采用前进后出、前进前出、后进后出、上进上出、上进下出等只要将液体或气体流入换热流道即可，本发明图5中示出为逆流式的换热形式，同样液体和热气流的换热形式也可以采用顺流式。

①气流侧密封技术方案，由于气体压力不高，一般仅为30000Pa左右，所以密封较为容易，特别中间气态流体流道间即使有窜气现象也不会出问题，只要支撑结构5的箱体不漏气即可。

②液流侧密封技术方案，由于液体压力比较高，一般要承受0.1Mpa的压力，故可采用胶条压力密封或焊接密封。

实施例2：如图6所示，S形流体流道可以是采用多个扰流支撑换热板3间隔设置在它所在内腔两侧壁之间形成的通道，即与实施例1中的气态流体通道结构相同，但形成通道的方向与相邻腔体内的气态流体通道方向相垂直，这时它作为气—气换热器使用，其它结构与实施例1相同。

实施例3：可以在支撑结构的箱体内设置多组活动的板式箱体结构，它们间隔设置，并在相邻的板式箱体内分别设置S形流体通道和气态流体通道，其它结构同实施例1。这样的结构方便拆卸、维护，也便于清洗。

本发明可安装在采暖锅炉房内，不需要更改现有的任何设备。

采用的工艺流程方案为：

方案一：气-水换热

高温气体流动如下：烟气由锅炉产生经炉内换热面换热→省煤器→除尘器→引风机→本发明换热器→脱硫器→烟道→烟囱；

水流动如下：热用户回水→循环泵→本发明换热器→省煤器→锅炉→热用户供水；

方案二：气-气换热

高温气体流动如下：烟气由锅炉产生经炉内换热面换热→省煤器→除尘器→引风机→本发明换热器→脱硫器→烟道→烟囱。

低温气体流动如下：外界冷空气→本发明换热器→鼓风机→锅炉。

锅炉通常排烟为160～180℃，经本发明换热器换热后，烟气的温度可降低70～80℃，即烟气可在90～100℃排出，如再降低烟气的温度，很容易出现烟气的温度太低，气体不易对空排放，如出现上述问题必须采用加大引风机功率进行排烟；

上述方案一中锅炉供水温度可再增加3～9℃，相应增加10％的供热能力，锅炉可在不增加煤耗、水耗、电耗的情况下多出10％供热面积；

方案二中锅炉的供气温度可再增加60～80℃，相应增加10％的供热能力。锅炉可在不增加煤耗、水耗、电耗的情况下多出10％供热面积。

工程经济效益：

本方案以10t/h锅炉为例，利用本换热器可增加1t/h的功率，增加供暖面积至少为1万平方米，每年将可产生的经济效益为22万元。

Claims

1、一种高效板节式换热器，该换热器包括支撑结构(5)，它是内部间隔设置多个腔体的箱体结构；其特征在于：相邻腔体内分别设置S形流体通道和气态流体通道；S形流体通道是均匀分布在腔体内的通道，S形流体通道的两端口分别设有进口(1)和出口(2)；气态流体通道是由多条扰流气体流道构成，进气口和出气口分别与扰流气体流道的端口连通。

2、根据权利要求1所述的高效板节式换热器，其特征在于：扰流气体流道在气态流体通道内整体成S状或直线布置，扰流气体流道边缘呈对称凸凹起伏状或交错凸凹起伏状，扰流气体流道截面呈波节型规律变化。

3、根据权利要求1或2所述的高效板节式换热器，其特征在于：气态流体通道所在腔体的两侧壁之间间隔设置多个扰流支撑换热板(3)形成多条扰流气体流道。

4、根据权利要求3所述的高效板节式换热器，其特征在于：每个扰流气体流道是由设在气态流体通道所在腔体侧壁之间的两个扰流支撑换热板(3)与腔体侧壁共同围成的通道。

5、根据权利要求3所述的高效板节式换热器，其特征在于：扰流支撑换热板(3)是由金属板材折成的锯齿状的结构。

6、根据权利要求1所述的高效板节式换热器，其特征在于：S形流体通道是由多个扰流换热板(6)错开间隔设置在它所在腔体的两侧壁之间形成的均匀分布的通道或由多个扰流支撑换热板间隔设置在S形流体通道所在腔体的两侧壁之间围成的通道，形成通道的方向与相邻腔体内气态流体通道的方向垂直。

7、根据权利要求1所述的高效板节式换热器，其特征在于：S形流体通道所在腔体与气态流体通道所在腔体之间由金属换热隔板(4)隔开。

8、根据权利要求6所述的高效板节式换热器，其特征在于：金属换热隔板(4)的厚度为1～3mm。