CN203963991U - 组合型空气预热器 - Google Patents

Abstract

组合型空气预热器从上到下包括高温段板式空气预热器、高低温过渡段、低温段搪瓷管空气预热器三段，三段的外壳体通过紧固件连接，内部自上而下形成连通的烟气流通通道，高温段板式空气预热器的顶部具有烟气入口，两侧分别设置第一空气入口、第一空气出口，低温段搪瓷管空气预热器的两侧分别设置第二空气入口、第二空气出口，下端设置烟气出口，第二空气出口与第一空气入口通过旁通管路连接，高低温过渡段内设置清灰装置。本实用新型具有换热效率高、抗腐蚀性强、不积灰、低维护成本的优势；采用整体垂直布局，节省了安装空间；采用立式模块化装配方式，可根据用户工艺布局进行结构设计，克服大型空气预热器组焊变形的问题，从而提高的产品质量。

Description

组合型空气预热器

技术领域

本实用新型涉及一种组合型空气预热器，属于炼油、化工、钢铁、冶金、电力工业中高温烟气余热回收时使用的一种具有节能降耗作用的环保设备。

背景技术

空气预热器是一种对转化炉、裂解炉、加热炉、钢铁工业的炼钢炉、废气催化焚烧炉、热风炉等产生的高温烟气与燃烧所用冷空气进行换热的设备，其作用是，使高温烟气冷却，减少有害气体排放，提高燃烧空气温度，降低能源消耗，是一种炼油、化工、钢铁、冶金、电力工业等行业经常使用的节能、环保设备。

现有空气预热器按结构形式可分为以下几种：玻璃管式空气预热器、列管式空气预热器、热管式空气预热器、板翅式铸铁空气预热器、回转板式空气预热器、波纹板式空气预热器，各种空气预热器在不同的工况有各自的优缺点，如：

1、玻璃管空气预热器，是以能耐一定高温并能承受一定温差变化的硅硼玻璃管为传热元件所组成的空气预热器，采用玻璃管空气预热器，是防止低温腐蚀的措施之一，玻璃管本身不怕腐蚀，耐压强度很好，但价格相对较贵，抗张强度要小一些，而且易碎。

2、列管式空气预热器结构比较简单，此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置(膨胀节)只能用在壳壁与管壁温差低于60～70℃和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。

3、热管式空气预热器可以通过换热器的中隔板使冷热流体完全分开，在运行过程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时基本不影响换热器运行，而且体积小，整体重量轻，占地小，因此得到了广泛应用。但热管有自然失效的可能，还有部分会因工质与热管钢壳反应产生部分不凝结气体，或发生爆管，导致热管失效，须更换，使用寿命一般为1-2年，所以整体运行成本偏高，停产损失很大。

4、板翅式铸铁空气预热器，是利用铸铁的抗冲蚀和耐腐蚀性能，结合板翅式换热器的优点，开发的一种新型空气预热器。具有寿命长、阻力小、结构紧凑等优点，可以在很宽的烟气温度范围内使用。但板片厚度较厚，换热效率低，漏风率高，质量大，所以也没有大面积使用。

5、回转板式空气预热器，是火力发电厂的主要辅助设备，它是利用烟气的余热来加热锅炉燃烧所需空气的热交换设备。采用薄波纹搪瓷板，换热效率高，耐腐蚀，在电力行业应用较广。但回转式空气预热器由于其自身结构的原因，在运行过程中，普遍存在一些问题，漏风就是其中比较常见的一种，回转式空气预热器的漏风率一般在8％左右，漏风严重时可能达到20％。解决漏风问题是发电站迫切的要求。

6、波纹板式空气预热器，采用波纹板片作为传热元件，一定数量的波纹板片叠合成板束，烟气-空气通过板片直接换热，冷热流体完全隔离，彻底解决了漏风问题。在板式空气预热器中，传热板片之间采用密封垫片或焊接方式连接，不存在失效问题。同时由于采用了板式换热元件，且材质多为不锈钢或更高级材料，使结构更加紧凑，传热效率更高，使用寿命更长。但缺点也不容忽视，波纹板增大了烟气和空气的流动阻力，需配备大功率风机，降低了热能耗损失，但增加了电能消耗。同时在低压力降要求的工况很难实现，况且气体本身粘度小，很容易形成湍流，形状的复杂性对传热影响不大，反而增加了阻力。

由此可见，以上现有技术中的空气预热器普遍存在低温腐蚀、漏风、体积大、易积灰等缺点。

实用新型内容

根据以上现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题是：提供一种体积小、换热效率高、耐腐蚀且不易积灰的组合型空气预热器。

本实用新型所述的组合型空气预热器，从上到下依次包括高温段板式空气预热器、高低温过渡段、低温段搪瓷管空气预热器三段，三段的外壳体通过紧固件连接，内部自上而下形成连通的烟气流通通道，高温段板式空气预热器的顶部具有烟气入口，两侧分别设置第一空气入口、第一空气出口，低温段搪瓷管空气预热器的两侧分别设置第二空气入口、第二空气出口，下端设置烟气出口，第二空气出口与第一空气入口通过旁通管路连接，高低温过渡段内设置清灰装置。

工作原理及过程：

高温段板式空气预热器与低温段搪瓷管空气预热器通过旁通管路连接，形成空气侧流通通道，烟气自上而下进入设备本体，经高温段板式空气预热器冷却后进入低温段搪瓷管空气预热器，进入低温段搪瓷管空气预热器后烟气温度进一步降低，实现热交换。

本组合型空气预热器整体采用垂直布局，节省了安装空间，占用体积小，使高温烟气回收更加经济、合理、规范。由于板式空气预热器具有阻力小、烟气易穿透且传热效率高的特点，搪瓷管空气预热器具有耐低温腐蚀、耗能低的特点，因此，本实用新型集中了板式空气预热器和搪瓷管空气预热器的优势，同时通过高低温过渡段内的清灰装置解决了传统搪瓷管空气预热器易积灰的问题，大幅度降低了作业人员的劳动强度、有效提高了工作效率。

所述的高温段板式空气预热器的芯体由多个板对层层叠加组焊而成；每个板对包括四周具有压边或者折边的两平板，两平板左右两侧的压边或者折边向内折压且焊接为一体，每个板对中两平板之间形成烟气通道；不同板对中，相邻两平板上下两侧的压边或者折边向外折压且焊接为一体，相邻两板对之间形成空气通道；相邻两平板之间点焊支撑柱进行连接；各板对通过齿形板连接，通过齿形板隔开烟气通道与空气通道。相邻两平板之间(包括烟气通道和空气通道)通过点焊支撑柱进行连接，能够确保支撑效果。相邻两平板之间点焊支撑柱，即支撑柱与平板之间通过螺柱焊进行焊接，该结构由于通道间隙大，阻力降相对较小，解决了空气预热系统对烟气通道极小压降的要求，同时也不易积灰，因此高温段板式空气预热器可完全不需考虑清洗问题。其中，烟气通道的支撑柱高度大于空气通道的支撑柱高度，以适应烟气多于空气的比例要求；高温段板式空气预热器的芯体采用不锈钢材质。

上述的低温段搪瓷管空气预热器的芯体由管板、搪瓷管和密封装置组成，管板焊接在低温段搪瓷管空气预热器的外壳体上，管板上开有若干与搪瓷管配合的通孔，搪瓷管穿过管板的管孔，搪瓷管管口侧与管板的连接处安装有密封装置。其中，密封装置包括高温密封圈、垫片、垫板和螺母，高温密封圈、垫片由内向外依次套在搪瓷管上，管板外侧面上每个管孔周边均布焊接若干个螺柱，垫板与管板相互平行，垫板上开有与管板的管孔及螺柱相配合的通孔并套在垫片外侧，搪瓷管和螺柱从垫板的通孔中穿出，螺母从外侧安装在螺柱上将垫板紧固。由于搪瓷管具有耐低温腐蚀的特性，其外表积灰现象用水冲洗即可光亮如新，同时，这种密封装置，解决了搪瓷管两端管口密封的难题，有效降低了预热器的漏风率，可充分满足设计要求。

上述的高温段板式空气预热器、低温段搪瓷管空气预热器均可采用立式模块化装配方式——高温段板式空气预热器由一段或多段相同或者不同换热效果的板式空气预热器模块组成，低温段搪瓷管空气预热器也可由一段或多段搪瓷管空气预热器模块组成，相邻板式空气预热器模块或者相邻搪瓷管空气预热器模块的外壳通过紧固件连接，中间采用高温密封垫密封。除此之外，旁通管路也可采用模块化装配方式，各旁通管路模块之间通过紧固件连接并密封。通过采用模块化设计，一是可灵活满足产品不同换热需求；二是可使整体组合型空气预热器可长可短、可高可低，从而能够完全根据用户的工艺布局进行结构设计；三是通过这种分段式空气预热器组装形式，可有效克服大型空气预热器组焊变形的问题，从而提高的产品质量。同时，还可大幅度降低操作工的劳动强度，提高工作效率。

上述的清灰装置包括高压水管和与高压水管连通的若干喷头，喷头朝向低温段搪瓷管空气预热器。其中，喷头采用旋转式多孔喷头。通过采用本清灰装置能够实现水柱多向清洗，确保无清灰死角。

由于进入低温段搪瓷管空气预热器后烟气温度进一步降低，在低温情况下会出现露点腐蚀，为了避免温度过低造成低温露点腐蚀加重，可以在低温段搪瓷管空气预热器中增加S型空气迂回管，调整空气在进入低温段搪瓷管换热器后分程自上而下进行流通，避免烟气温度过低，同时空气经低温段参与热交换后通过旁通管路进入高温段自下而上流通，实现逆流传热。

本实用新型与现有技术相比所具有的有益效果是：

(1)本实用新型集中了板式空气预热器和搪瓷管空气预热器的优势，具有换热效率高、压降小、耗能低、抗腐蚀性强、不积灰、体积小、低维护成本的多重优势，使高温烟气回收更加经济、合理、规范；

(2)本实用新型采用整体垂直布局，立式模块化装配方式，节省了安装空间，占用体积小，一是可灵活满足产品不同换热需求，二是可完全根据用户工艺布局进行结构设计，三是有效克服大型空气预热器组焊变形的问题，从而提高的产品质量，同时，还可大幅度降低操作工的劳动强度，提高工作效率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是高温段板式空气预热器的芯体的俯视图；

图3是图2中I部位的局部放大图；

图4是低温段搪瓷管空气预热器的芯体的结构示意图；

图5是图4的A-A剖视图；

图6是去除齿形板后高温段板式空气预热器的芯体的局部立体图。

图中：1、高温段板式空气预热器；2、烟气入口；3、第一空气出口；4、第一空气入口；5、高低温过渡段；6、高压水管；7、喷头；8、第二空气入口；9、S型空气迂回管；10、低温段搪瓷管空气预热器；11、烟气出口；12、第二空气出口；13、旁通管路；14、平板；15、烟气通道的支撑柱；16、齿形板；17、烟气通道；18、空气通道的支撑柱；19、搪瓷管；20、管板；21、垫板；22、高温密封圈；23、垫片；24、螺母；25、螺柱；26、平板上下两侧的压边或者折边；27、平板左右两侧的压边或者折边；28、空气通道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例做进一步描述：

如图1所示，本组合型空气预热器从上到下依次包括高温段板式空气预热器1、高低温过渡段5、低温段搪瓷管空气预热器10三段，三段的外壳体通过紧固件连接，内部自上而下形成连通的烟气流通通道；高温段板式空气预热器1的顶部具有烟气入口2，两侧分别设置第一空气入口4、第一空气出口3；低温段搪瓷管空气预热器10的两侧分别设置第二空气入口8、第二空气出口12，下端设置烟气出口11；第二空气出口12与第一空气入口4通过旁通管路13连接；高低温过渡段5内设置清灰装置。

由于进入低温段搪瓷管空气预热器10后烟气温度进一步降低，在低温情况下会出现露点腐蚀，为了避免温度过低造成低温露点腐蚀加重，本实施例中，在低温段搪瓷管空气预热器10中增加S型空气迂回管9，调整空气在进入低温段搪瓷管换热器后分程自上而下进行流通，避免烟气温度过低，同时空气经低温段参与热交换后通过旁通管路13进入高温段自下而上流通，实现逆流传热。除此之外，还可以通过采用提升第二空气入口8温度的工艺措施，以解决低温段搪瓷管空气预热器10的低温露点腐蚀问题。

工作原理及过程：

烟气自上而下进入设备本体，经高温段板式空气预热器1冷却后进入低温段搪瓷管空气预热器10，200度为高低温分界线，进入低温段搪瓷管空气预热器10后烟气温度进一步降低，实现热交换。

本组合型空气预热器整体采用垂直布局，节省了安装空间，占用体积小，使高温烟气回收更加经济、合理、规范。由于板式空气预热器具有阻力小、烟气易穿透且传热效率高的特点，搪瓷管空气预热器具有耐低温腐蚀、耗能低的特点，因此，本实用新型集中了板式空气预热器和搪瓷管空气预热器的优势，同时通过高低温过渡段5内的清灰装置解决了传统搪瓷管空气预热器易积灰的问题，大幅度降低了作业人员的劳动强度、有效提高了工作效率。

其中：

高温段板式空气预热器1的芯体如图2、3、6所示，由多个板对层层叠加组焊而成；每个板对包括两侧具有压边或者折边的两平板14，两平板左右两侧的压边或者折边27向内折压且焊接为一体，每个板对的两平板14之间形成烟气通道17；不同板对中，相邻两平板上下两侧的压边或者折边26向外折压且焊接为一体，相邻两板对之间形成空气通道28；相邻两平板14之间点焊支撑柱进行连接，各板对通过齿形板17连接，通过齿形板17隔开烟气通道17与空气通道28。相邻两平板14之间(包括烟气通道和空气通道)通过点焊支撑柱进行连接，能够确保支撑效果。相邻两平板14之间点焊支撑柱，即支撑柱与平板14之间通过螺柱25焊进行焊接，该结构由于通道间隙大，阻力降相对较小，解决了空气预热系统对烟气通道17极小压降的要求，同时也不易积灰，因此高温段板式空气预热器1可完全不需考虑清洗问题。其中，烟气通道的支撑柱15高度大于空气通道的支撑柱18高度，以适应烟气多于空气的比例要求；高温段板式空气预热器1的芯体采用不锈钢材质。

低温段搪瓷管空气预热器10的芯体如图4、5所示，由管板20、搪瓷管19和密封装置组成，管板20焊接在低温段搪瓷管空气预热器10的外壳体上，管板20上开有若干与搪瓷管19配合的通孔，搪瓷管19穿过管板20的管孔，搪瓷管19管口侧与管板20的连接处安装有密封装置。其中，密封装置包括高温密封圈22、垫片23、垫板21和螺母24，高温密封圈22、垫片23由内向外依次套在搪瓷管19上，高温密封圈22位于管板20的外侧，管板20外侧面上每个管孔周边均布焊接若干个螺柱25，垫板21与管板20相互平行，垫板21上开有与管板的管孔及螺柱25相配合的通孔并套在垫片23外侧，搪瓷管19和螺柱25从垫板21的通孔中穿出，螺母24从外侧安装在螺柱25上将垫板21紧固。搪瓷管19是由超低碳钢或无碳钢经搪瓷高温烧结后形成的，既可满足设计要求，又可充分降低成本。由于搪瓷管19具有耐低温腐蚀的特性，其外表积灰现象用水冲洗即可光亮如新，同时，这种密封装置，解决了搪瓷管19两端管口密封的难题，有效降低了预热器的漏风率，可充分满足设计要求。

上述的高温段板式空气预热器1、低温段搪瓷管空气预热器10均可采用立式模块化装配方式——高温段板式空气预热器1由一段或多段板式空气预热器模块搭积组成，低温段搪瓷管空气预热器10由多段搪瓷管空气预热器模块搭积组成，相邻板式空气预热器模块或者相邻搪瓷管空气预热器模块的外壳通过紧固件连接，中间采用高温密封垫密封。除此之外，旁通管路13也可采用模块化装配方式，各旁通管路模块之间通过紧固件连接并密封。通过采用模块化设计，一是可灵活满足产品不同换热需求；二是可使整体组合型空气预热器可长可短、可高可低，从而能够完全根据用户的工艺布局进行结构设计；三是通过这种分段式空气预热器组装形式，可有效克服大型空气预热器组焊变形的问题，从而提高的产品质量。同时，还可大幅度降低操作工的劳动强度，提高工作效率。

上述的清灰装置包括高压水管6和与高压水管6连通的若干喷头7，喷头7朝向低温段搪瓷管空气预热器10。其中，喷头7采用旋转式多孔喷头。通过采用本清灰装置能够实现水柱多向清洗，确保无清灰死角。在具体实施时，可以通过PLC可编程控制器进行控制，实现有规律断续间断清洗，使得设备在不停机的情况下完成了清灰，无需定期打开设备清灰，很大程度上降低了设备的维护费用，同时也避免维修停机给顾客造成的不便。

Claims (10)

1.一种组合型空气预热器，其特征在于：从上到下依次包括高温段板式空气预热器(1)、高低温过渡段(5)、低温段搪瓷管空气预热器(10)三段，三段的外壳体通过紧固件连接，内部自上而下形成连通的烟气流通通道，高温段板式空气预热器(1)的顶部具有烟气入口(2)，两侧分别设置第一空气入口(4)、第一空气出口(3)，低温段搪瓷管空气预热器(10)的两侧分别设置第二空气入口(8)、第二空气出口(12)，下端设置烟气出口(11)，第二空气出口(12)与第一空气入口(4)通过旁通管路(13)连接，高低温过渡段(5)内设置清灰装置。

2.根据权利要求1所述的组合型空气预热器，其特征在于：所述的高温段板式空气预热器(1)的芯体由多个板对层层叠加组焊而成；每个板对包括四周具有压边或者折边的两平板(14)，两平板左右两侧的压边或者折边(27)向内折压且焊接为一体，每个板对中两平板之间形成烟气通道(17)；不同板对中，相邻两平板上下两侧的压边或者折边(26)向外折压且焊接为一体，相邻两板对之间形成空气通道(28)；相邻两平板(14)之间点焊支撑柱进行连接；各板对通过齿形板(16)连接。

3.根据权利要求2所述的组合型空气预热器，其特征在于：所述的烟气通道的支撑柱(15)高度大于空气通道的支撑柱(18)高度。

4.根据权利要求2所述的组合型空气预热器，其特征在于：所述的高温段板式空气预热器(1)的芯体采用不锈钢材质。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的组合型空气预热器，其特征在于：所述的高温段板式空气预热器(1)由一段或多段板式空气预热器模块组成，相邻板式空气预热器模块的外壳通过紧固件连接。

6.根据权利要求1所述的组合型空气预热器，其特征在于：所述的低温段搪瓷管空气预热器(10)的芯体由管板(20)、搪瓷管(19)和密封装置组成，管板(20)焊接在低温段搪瓷管空气预热器(10)的外壳体上，管板(20)上开有若干与搪瓷管(19)配合的通孔，搪瓷管(19)穿过管板(20)的管孔，搪瓷管管口侧与管板(20)的连接处安装有密封装置。

7.根据权利要求6所述的组合型空气预热器，其特征在于：所述的密封装置包括高温密封圈(22)、垫片(23)、垫板(21)和螺母(24)，高温密封圈(22)、垫片(23)由内向外依次套在搪瓷管(19)上，管板(20)外侧面上每个管孔周边均布焊接若干个螺柱(25)，垫板(21)与管板(20)相互平行，垫板(21)上开有与管板(20)的管孔及螺柱(25)相配合的通孔并套在垫片(23)外侧，搪瓷管和螺柱(25)从垫板(21)的通孔中穿出，螺母(24)从外侧安装在螺柱(25)上将垫板(21)紧固。

8.根据权利要求1、6或7所述的组合型空气预热器，其特征在于：所述的低温段搪瓷管空气预热器(10)由一段或多段搪瓷管空气预热器模块组成，相邻搪瓷管空气预热器模块的外壳通过紧固件连接。

9.根据权利要求1所述的组合型空气预热器，其特征在于：所述的清灰装置包括高压水管(6)和与高压水管(6)连通的若干喷头(7)，喷头(7)朝向低温段搪瓷管空气预热器(10)。

10.根据权利要求9所述的组合型空气预热器，其特征在于：所述的喷头(7)采用旋转式多孔喷头。