CN207866060U - 耐高温陶瓷换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种耐高温陶瓷换热器，包括陶瓷换热器主体和烟气通道；其中陶瓷换热器主体包括设有进气口的空气存储腔体、设有出气口的热空气存储腔体和至少一根陶瓷换热管，每根陶瓷换热管内设有一个与其相配合工作的金属管。陶瓷换热管的内腔通过其开口端与热空气存储腔体相连通，且封闭端位于烟气通道中被烟气加热；位于陶瓷换热管内的金属管的内腔通过进风口与空气存储腔体相连通、通过出风口与其相对应的陶瓷换热管内腔相连通；金属管的外壁与该陶瓷换热管的内壁及封闭端合围形成向上的热风通道。本实用新型令空气存储腔体中的冷空气通过金属管输入至陶瓷换热管内腔中，并通过热风通道加热后进入热空气存储腔体，从而实现烟气余温回收。

Description

耐高温陶瓷换热器

技术领域

本实用新型涉及换热器技术领域，具体涉及一种耐高温陶瓷换热器。

背景技术

近十年来，由于能源紧张，随着节能工作进一步开展，各种新型，节能先进炉型日趋完善，且采用新型耐火纤维等优质保温材料后使得炉窑散热损失明显下降。采用先进的燃烧装置强化了燃烧，降低了不完全燃烧量，空燃比也趋于合理。然而，降低排烟热损失和回收烟气余热的技术仍进展不快。工业上的大量高温炉排出烟气可达1300℃，热能损失严重。为了进一步提高加热炉的热效率，达到节能降耗的目的，回收烟气余热也是一项重要的节能途径。目前高温烟气余热回收途径通常采用二种方法：一种是蓄热式换热器，蓄热式热交换设备是冷热流体交替流过蓄热元件进行热量交换，属于间歇操作的换热设备，适宜回收间歇排放的余热资源，多用于高温气体介质间的热交换，如加热空气或物料等。一种是间壁式换热器主要有管式、板式及同流换热器等几类，管式换热器虽然存在热效率较低，平均在26％～30％，紧凑性和金属耗材等方面也逊色于其它类型换热器，但它具有结构坚固、适用弹性大和材料范围广的特点，是工业余热回收中应用最广泛的热交换设备。冶金企业40％的换热器设备为管式换热器，允许入口烟气温度900℃以下，出口烟温约600℃，平均温差约300℃，主要解决中低温的余热回收。但在900℃以上高温下仍因换热器的材质所限，使用寿命低，维修工作量大或固造价昂贵而影响推广使用。

现在使用的换热器大多是金属换热器，只能在中低温下使用，燃气温度高时不能直接使用，要渗入大量的冷空气，还要高温保护，如鼓冷风机及控制系统。当渗入冷空气换热器回收的温度降低。陶瓷换热器在金属换热器的使用局限下得到了很好的发展，因为它较好地解决了耐腐蚀，耐高温等问题，成为了回收高温余热的最佳换热器。经过国内外多年生产实践，表明陶瓷换热器效果很好。它的主要优点是：高温强度高，抗氧化、抗热震性能好。寿命长，维修量小，性能可靠稳定，操作简便，是目前回收高温烟气余热的最佳装置。

中国专利CN201410380411.8一种熔炼炉高温烟气余热回收方法，采用一种熔炼炉高温烟气余热回收方法，其特征在于，炉子启动或低温燃烧时常规换热式燃烧方式；炉温高于950℃以上时运行蓄热式燃烧方式。该方法采用一种熔炼炉高温烟气余热回收系统实现。包括熔炼炉、蓄热式烧嘴系统、排烟引风机、烟气循环风机、对流辐射换热器；该实用新型按照余热梯级利用的理论，根据炉子加热负荷的不同，适时以蓄热和换热两种形式回收利用烟气余热资源，充分利用两种形式的优点，根据不同炉内烟气温度实现自动切换余热回收方法，利用炉内扼流火墙进行烟气的自身预热回炉，最大限度地回收了高温烟气余热，提高了余热回收效率，有效节能，并保证系统的安全稳定运行。它的缺点结构设计复杂，体积庞大、给正常生产使用和维护带来很大困难，在工业余热回收中具有局限性。

一种耐压差高温陶瓷换热器CN201610332477.9，涉及耐压差高温陶瓷换热器，有效解决陶瓷换热器的耐高温、耐高压差、气流间密封、整体结构稳定性及成本的问题，等截面筒体中有多个换热器管组件，每个换热器管组件由排列管束、上连接挡板、下连接挡板和气流隔板构成，排列管束上下端装在上、下连接挡板上，上、下连接挡板间有气流隔板，下、上连接挡板经密封支撑环装在等截面筒体内壁中，换热器管组件间有气流调节空间，等截面筒体内有气流通道，气流通道上下侧壁上有气流口，锥顶和锥底筒体上有引出和引入口，等截面筒体上、下端的上、下支撑圈和上、下部密封支撑环连接，它的缺点设计结构复杂，内部由多个换热器管组件拼接而成，生产制造成本高。

因此，需要对现有技术进行改进。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单，成本低的耐高温陶瓷换热器。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种耐高温陶瓷换热器，包括陶瓷换热器主体和左右两端开口的烟气通道；

所述陶瓷换热器主体包括设有进气口的空气存储腔体、设有出气口的热空气存储腔体和至少一根陶瓷换热管，每根陶瓷换热管内设有一个与其相配合工作的金属管；

所述陶瓷换热管一端为开口端，另一端为封闭端；

所述陶瓷换热管的内腔通过其开口端与热空气存储腔体相连通；

所述陶瓷换热管封闭端位于烟气通道中；

所述金属管一端为进风口，另一端为出风口；

所述金属管插入与其相对应的陶瓷换热管内腔中，且金属管的内腔通过进风口与空气存储腔体相连通、通过出风口与其相对应的陶瓷换热管内腔相连通；

所述出风口位于陶瓷换热管内腔底部；

所述金属管的外壁与该陶瓷换热管的内壁及封闭端合围形成向上的热风通道。

作为本实用新型耐高温陶瓷换热器的改进：

所述热空气存储腔体位于烟气通道正上方，且热空气存储腔体与烟气通道之间设有保温层Ⅰ；所述陶瓷换热管的封闭端密封的贯穿保温层Ⅰ后伸入烟气通道中；

所述空气存储腔体位于热空气存储腔体正上方，且空气存储腔体与热空气存储腔体之间设有保温层Ⅱ；所述金属管的出风口密封的贯穿保温层Ⅱ后伸入与其相对应的陶瓷换热管的内腔中(此时金属管的出风口还贯穿热空气存储腔体及保温层Ⅰ，伸入与其相对应的陶瓷换热管的内腔底部)。

作为本实用新型耐高温陶瓷换热器的进一步改进：

所述陶瓷换热器主体包括空气存储壳体；

所述空气存储腔体由空气存储壳体围合形成；

所述热空气存储腔体由保温层Ⅰ和保温层Ⅱ围合形成。

作为本实用新型耐高温陶瓷换热器的进一步改进：

所述保温层Ⅱ上表面设有钢板，钢板上设有支架；

所述空气存储壳体安装在支架上，并与支架固定相连；

所述金属管的出风口依次密封的贯穿钢板和保温层Ⅱ后，伸入与其相对应的陶瓷换热管的内腔中(此时金属管的出风口还贯穿热空气存储腔体及保温层Ⅰ，伸入与其相对应的陶瓷换热管的内腔底部)。

作为本实用新型耐高温陶瓷换热器的进一步改进：

所述陶瓷换热器主体包括安装在空气存储壳体下表面的金属管套，和安装在钢板(16)上表面的金属管套；

所述空气存储壳体下表面的金属管套与钢板上表面的金属管套一一对应；

所述金属管套套装在金属管外表面并与金属管固定密封相连。

作为本实用新型耐高温陶瓷换热器的进一步改进：

所述保温层Ⅰ下表面设有耐火保温板；

所述陶瓷换热管的封闭端依次密封的贯穿保温层Ⅰ和耐火保温板后伸入烟气通道中。

作为本实用新型耐高温陶瓷换热器的进一步改进：

所述进气口处设有进气阀，出气口处设有出气阀；

所述进气口、出气口及烟气通道两端开口处均设有热电偶；

所述耐高温陶瓷换热器还包括显示屏，每个热电偶与显示屏信号相连。

与现有技术相比，本实用新型的技术优势在于：

1.本实用新型较传统蓄热式高温换热器，设计结构简单，占用体积小，烟气通过耐火砖砌成的烟道穿过陶瓷换热管，冷空气通过进气口直接进入换热腔体(即，陶瓷换热管的内腔)，与烟气加热的陶瓷换热管实时进行热交换，换热效率高，使用寿命长。

2.本实用新型陶瓷换热管选用无压烧结碳化硅陶瓷，耐高温，可在1600℃下长期使用，热导率高，在1200℃热导率可达35W/mK，室温下热导率高达120W/mK，是不锈钢换热管热导率的5倍，耐强酸强碱腐蚀，硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，是目前高温要求苛刻的领域中换热器的最佳选择。

3.本实用新型采用一端封闭一端开口的无压烧结碳化硅陶瓷管作为陶瓷换热管，陶瓷换热管的开口端上部外螺纹与浇注耐火材料紧密连接，起到很好的固定和密封效果；

4.本实用新型可以实现产品的标准化作业，极大降低生产成本，为大批量工业化应用提供便利。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本实用新型耐高压陶瓷换热器结构示意图；

图2为图1的侧视示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步描述，但本实用新型的保护范围并不仅限于此。

实施例1、耐高温陶瓷换热器，如图1和2所示，包括陶瓷换热器主体和左右两端开口的烟气通道20。陶瓷换热器主体包括空气存储壳体11、保温层Ⅰ43、保温层Ⅱ41、支架15、钢板16和至少一根陶瓷换热管50，每根陶瓷换热管50内腔中设有一根与其配合工作的金属管30。其中空气存储壳体11、支架15、钢板16、保温层Ⅱ41和保温层Ⅰ43从上至下依次固定相连，烟气通道20位于保温层Ⅰ43的正下方。本实施例中空气存储壳体11采用不锈钢板焊接形成，空气存储壳体11、支架15和钢板16之间通过焊接的方式固定相连；空气存储壳体11围合构成空气存储腔体10；保温层Ⅱ41和保温层Ⅰ43围合构成热空气存储腔体40；其中空气存储腔体10上设有进气口12，热空气存储腔体40上设有出气口46。

上述陶瓷换热管50的一端为开口端51，另一端为封闭端52，且陶瓷换热管50和金属管30的数量一致，为避免重复描述，本实施例中仅详细介绍一根陶瓷换热管50的连接关系及其工作内容。

陶瓷换热管50的内腔通过其开口端51与热空气存储腔体40相连通，该陶瓷换热管50的封闭端52贯穿保温层Ⅰ43后垂直插入烟气通道20中，从而利用烟气通道20中的高温烟气对陶瓷换热管50内空气进行加热，陶瓷换热管50由开口端51向下200mm外圆铣有外螺纹，该螺纹与保温层Ⅰ43浇注成为一体，从而使陶瓷换热管50与保温层Ⅰ43固定密封相连。陶瓷换热管50采用无压烧结碳化硅陶瓷换热管，其具有耐高温(可在1600℃下长期使用)、热导率高(在1200℃热导率可达35W/mK，室温下热导率高达120W/mK，是不锈钢换热管热导率的5倍)和耐强酸强碱腐蚀等优点，且其硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，是目前高温领域换热器的最佳选择。

本实施例中保温层Ⅰ43和保温层Ⅱ41均为耐火保温层，由碳化硅结合氧化铝耐火保温材料浇注而成，本实施例中，保温层Ⅰ43上表面和保温层Ⅱ41下表面均设有耐火保温层42，耐火保温层42采用连续氧化铝纤维复合陶瓷材料浇注而成，主要用于耐高温隔热；本实施例还设有金属钢板焊接而成的漏斗状的出气结构45，如图1所示，耐火保温层42和出气结构45密封固定相连，并围合形成热空气存储腔体40；且本实施例中上述浇注层之间用不锈钢丝网17作为增强体，增加整个浇注体的强度。保温层Ⅰ43的下表面还设有耐火保温板44，本实施例中，耐火保温板44是由连续氧化铝纤维和可浇注耐火材料浇注而成。

金属管30的一端为进风口31，另一端为出风口32。金属管30插入与其相对应的陶瓷换热管50的内腔中，此时金属管30的出风口32靠近该陶瓷换热管50内腔封闭端52(即，出风口32位于陶瓷换热管50内腔底部)，金属管30的外壁与陶瓷换热管50内壁及封闭端52合围形成向上的热风通道。金属管30的进风口31穿过热空气存储腔体40，密封的贯穿保温层Ⅱ41和钢板16，从而使金属管30内腔通过进风口31与空气存储腔体10相连通。

本实施例中，钢板16铺设在保温层Ⅱ41上表面，钢板16上表面与支架15底部通过焊接固定相连。支架15用于支撑空气存储壳体11，即，空气存储壳体11安装在支架15上，并与支架15通过焊接的方式固定相连。金属管30需伸出钢板16一端距离(即，支架15上空气存储壳体11与钢板16的距离)后才能与空气存储壳体11相连，故本实用新型在这一段伸出金属管30的外表面套有上下两根金属套管21。

如图1和2所示，金属管30与空气存储壳体11贯穿处为开口Ⅰ13，金属管30与钢板16贯穿处为开口Ⅱ14；上下两个金属套管21分别焊接在空气存储壳体11下表面和钢板16上表面，即，上方的金属套管21与空气存储壳体11的下表面在开口Ⅰ13处焊接相连，下方的金属套管21与钢板16的上表面在开口Ⅱ14处焊接相连；且安装在钢板16上表面的金属套管21与安装在空气存储壳体11下表面的金属套管21一一对应。金属套管21套装在对应金属管30的外表面，并与金属管30通过焊接密封相连。

在实际工作中，使用外部的高压风机由进气口12将空气压缩到空气存储腔体10内，压缩进来的空气通过金属管30流入陶瓷换热管50内腔底部密封端52，然后沿着热风通道向上流通，在流通过程中，该空气被陶瓷换热管50管壁加热，直至其穿过陶瓷换热管50开口端51进入热空气存储腔体40，进入的热空气通过出气口46输出，实现烟气余温的回收及利用。根据实际需要，在进气口12处设有用于调节冷空气进气量的进气阀，在出气口46处设有用于调节热空气出气量的出气阀，从而通过控制气体流量保证空气加热到所需的温度后进行回收利用。

还可根据实际需要在进气口12、出气口46及烟气通道20两端开口处均设置热电偶，并设置与上述热电偶信号相连的显示屏，从而对冷空气(进气口12处温度)、热空气(出气口46处温度)、高温烟气(烟气通道20进气口的温度)及降温后烟气(烟气通道20出气口的温度)的温度进行实时监测，并根据实际工作情况对进气阀和出气阀进行相应的调节。

本实施例中烟气通道20由3面保温墙47与耐火保温板44合围形成，具体为一面保温墙47(作为底板)，与耐火保温板44相平行，并位于耐火保温板44正下方；剩余两面保温墙47相互平行(作为侧壁)，其顶端均与耐火保温板44的下表面固定相连、底端均与作为底板的保温墙47上表面固定相连。本实施例中保温墙47采用莫来石耐火砖水平砌成。在实际使用过程中，高温的烟气在烟气通道20中直接与陶瓷换热管50外表面相接触，本实施例中75根陶瓷换热管50均匀分布在烟气通道20内，使其充分回收烟气余温。

本实用新型耐高温陶瓷换热器在实际工作过程中的具体工作内容如下：

耐高温陶瓷换热器在高温炉烟道安装使用：

高温烧结炉的烟道出口温度可达1400℃，加上烟气中含有腐蚀性气体和固体颗粒冲刷，在这种工况下，需要保证陶瓷换热器安全长久使用。

使用本实用新型提供的耐高温陶瓷换热器，其采用230*114*65mm规格的莫来石耐火砖水平砌成耐火保温墙47，并按照实施例1所述，采用3面保温墙47分别作为底板和侧壁，与保温层Ⅰ43合围形成两端开口的烟气通道20，该烟气通道(即耐高温陶瓷换热器)长2m，烟气通道10内均匀分布75根陶瓷换热管50。

高温窑炉产生的高温烟气，进入烟气通道20后直接和垂直插入的陶瓷换热管50相接触，通过热传导和热辐射将陶瓷换热管50的管壁加热。同时采用高压风机由进气口12将空气压缩到空气存储腔体10，然后该空气通过金属管30进入陶瓷换热管50内腔封闭端52，之后空气自下向上沿着热风通道传输，陶瓷换热管50的管壁通过热传递和热辐射将气体加热，加热的气体在压力作用下从陶瓷换热管50开口端51进入热空气蓄积腔体40，然后通过出气口46输出至高温窑炉与燃气混合燃烧。

在整个工作过程中，通过热电偶分别检测进气口12、出气口46以及烟气通道20两端开口处的温度，得到进气口12处温度(冷空气温度)为20℃，出气口46处温度(热空气温度)可达到800℃，烟气通道20一端开口处(高温烧结炉产生的烟气温度)的温度为1300℃、另一端开口处的温度(降低后的烟气温度)为600℃，窑炉热利用率近50％。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的若干个具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.耐高温陶瓷换热器，包括陶瓷换热器主体和左右两端开口的烟气通道(20)，其特征在于：

所述陶瓷换热器主体包括设有进气口(12)的空气存储腔体(10)、设有出气口(46)的热空气存储腔体(40)和至少一根陶瓷换热管(50)，每根陶瓷换热管(50)内设有一个与其相配合工作的金属管(30)；

所述陶瓷换热管(50)一端为开口端(51)，另一端为封闭端(52)；

所述陶瓷换热管(50)的内腔通过其开口端(51)与热空气存储腔体(40)相连通；

所述陶瓷换热管(50)封闭端(52)位于烟气通道(20)中；

所述金属管(30)一端为进风口(31)，另一端为出风口(32)；

所述金属管(30)插入与其相对应的陶瓷换热管(50)内腔中，且金属管(30)的内腔通过进风口(31)与空气存储腔体(10)相连通、通过出风口(32)与其相对应的陶瓷换热管(50)内腔相连通；

所述出风口(32)位于陶瓷换热管(50)内腔底部；

所述金属管(30)的外壁与该陶瓷换热管(50)的内壁及封闭端(52)合围形成向上的热风通道。

2.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷换热器，其特征在于：

所述热空气存储腔体(40)位于烟气通道(20)正上方，且热空气存储腔体(40)与烟气通道(20)之间设有保温层Ⅰ(43)；所述陶瓷换热管(50)的封闭端(52)密封的贯穿保温层Ⅰ(43)后伸入烟气通道(20)中；

所述空气存储腔体(10)位于热空气存储腔体(40)正上方，且空气存储腔体(10)与热空气存储腔体(40)之间设有保温层Ⅱ(41)；所述金属管(30)的出风口(32)密封的贯穿保温层Ⅱ(41)后伸入与其相对应的陶瓷换热管(50)的内腔中。

3.根据权利要求2所述的耐高温陶瓷换热器，其特征在于：

所述陶瓷换热器主体包括空气存储壳体(11)；

所述空气存储腔体(10)由空气存储壳体(11)围合形成；

所述热空气存储腔体(40)由保温层Ⅰ(43)和保温层Ⅱ(41)围合形成。

4.根据权利要求3所述的耐高温陶瓷换热器，其特征在于：

所述保温层Ⅱ(41)上表面设有钢板(16)，钢板上设有支架(15)；

所述空气存储壳体(11)安装在支架(15)上，并与支架(15)固定相连；

所述金属管(30)的出风口(32)依次密封的贯穿钢板(16)和保温层Ⅱ(41)后，伸入与其相对应的陶瓷换热管(50)的内腔中。

5.根据权利要求4所述的耐高温陶瓷换热器，其特征在于：

所述陶瓷换热器主体包括安装在空气存储壳体(11)下表面的金属管套(21)，和安装在钢板(16)上表面的金属管套(21)；

所述空气存储壳体(11)下表面的金属管套(21)与钢板(16)上表面的金属管套(21)一一对应；

所述金属管套(21)套装在金属管(30)外表面并与金属管(30)固定密封相连。

6.根据权利要求5所述的耐高温陶瓷换热器，其特征在于：

所述保温层Ⅰ(43)下表面设有耐火保温板(44)；

所述陶瓷换热管(50)的封闭端(52)依次密封的贯穿保温层Ⅰ(43)和耐火保温板(44)后伸入烟气通道(20)中。

7.根据权利要求1-6任一所述的耐高温陶瓷换热器，其特征在于：

所述进气口(12)处设有进气阀，出气口(46)处设有出气阀；

所述进气口(12)、出气口(46)及烟气通道(20)两端开口处均设有热电偶；

所述耐高温陶瓷换热器还包括显示屏，每个热电偶与显示屏信号相连。