CN209926962U - 一种高温烟气回热式换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于烟气余热利用技术领域，尤其涉及一种高温烟气回热式换热器。本实用新型采用套管结构分割三种气体，内管走燃气，内管与外管之间的的空隙内走高温烟气，外管与壳体之间走空气。在进入配风器之前，空气与燃气一直被高温烟气隔开，避免了设备意外爆炸的可能性。在进入配风器之后，空气与燃气已经被内管与外管中间的高温烟气加热到1000℃，远高于燃气燃点800℃，不需助燃剂燃气就能顺利燃烧。除此之外，管内流动的燃气可以燃烧干净无残留，也可解决一直困扰企业的燃气残留问题，而高温燃气和空气进入燃烧室后无需助燃剂便可点火稳定燃烧，取得了节能的效果。

Description

一种高温烟气回热式换热器

技术领域

本实用新型属于烟气余热利用技术领域，尤其涉及一种高温烟气回热式换热器。

背景技术

本实用新型背景技术公开的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

目前，我国的资源和环境问题日益突出，迫切要求高能耗行业全面推行高效、清洁的燃烧技术。蓄热式燃烧技术，又称高温空气燃烧技术，是20世纪90年代在发达国家开始推广的一项新型的燃烧技术，它具有高效烟气余热回收、空气和燃气预热温度高以及低氮氧化物排放的优越性，主要用于钢铁、冶金、机械、建材等工业部门中，并已出现迅猛发展的势头。然而，各类蓄热式燃烧加热炉普遍存在以下缺点：

①被燃气体滞留部分未得到燃烧，效率低，烟气污染减排问题大：加热炉使用过程中由于密封不好或炉体存在裂缝以及操作不当而造成燃气燃料的泄露,影响工作人员的人身安全；由于烟气排放温度较低(150℃),所以烟气的露点腐蚀也可能造成生产事故。

②燃烧波动：炉膛和燃气管网压力的波动是由于频繁换向引起的。而且,燃气流量越大,炉压波动也越严重。炉压的不稳定会对加热炉的运行造成负面影响,轻则造成炉头炉尾冒火、吸冷风现象,重则造成设备的损坏。

③烟风系统复杂：空、燃气供给系统需要进行分段供给控制，从空、燃气总管分出的各段支管连接各自的换向阀，换向阀后分两路连接到炉子两侧的一对蓄热室。在换向阀前的空、燃气支管上设有流量检测和调节装置，并设有安全保护装置。空燃气供给压力应考虑到换向阀和蓄热室在内的整个系统的阻力损失。

实用新型内容

针对上述的问题，本实用新型提出一种高温烟气回热式换热器；本实用新型提出的换热器能够利用高炉燃气燃烧形成的高温烟气同时加热空气和燃气，促进空气和燃气的燃烧更为充分，进而可不用或者少用助燃剂。同时烟气温度在换热后大幅度降低，有效减轻了烟气污染处理压力，可显著降低后续设备投资以及运行维护成本。

为实现上述目的，本实用新型公开了下述技术方案：

一种高温烟气回热式换热器，包括：壳体、燃气进口、配风器、第一管板、第二管板、第三管板、第四管板、烟气出口、烟气进口、冷空气进口、高温空气出口、通孔、外管和内管。

所述壳体的上端端部设置有燃气进口，以便于将燃气引入壳体中；所述壳体的下端端部设置有配风器，以便于将壳体内的预热后的燃气和空气均匀送入燃烧室并达到低氮燃烧的效果。

所述第一管板和第二管板分别设置在壳体内部的上部和下部，所述第三管板和第四管板设置在第一管板和第二管板之间，且第一管板、第二管板、第三管板和第四管板的形状与壳体相匹配，从而将壳体的内部空间自上到下分隔为五部分。例如，壳体为圆筒状结构，则上述管板为圆板状结构，将该管板设置在壳体内且管板的边缘与壳体之间密封接触，从而将壳体的内部空间自上到下分隔为五部分。

所述第一管板和第三管板之间的壳体上设置有烟气出口，所述第二管板和第四管板之间的壳体上设置有烟气进口；所述第三管板和第四管板之间的壳体上设置有冷空气进口和高温空气出口，且冷空气进口靠近第三管板设置，高温空气出口靠近第四管板设置，以便于烟气和空气在壳体内进行流通。

所述高温空气出口和配风器连通，以便于和预热后的燃气混合后送入燃烧室进行燃烧。

所述第一管板、第二管板、第三管板和第四管板上均设置有通孔，所述第三管板和第四管板之间的通孔通过所述外管连通，所述内管穿过外管后对第一管板和第二管板之间的通孔进行连通；且外管和内管之间存在供烟气流通的间隙，以便于烟气从烟气进口进入壳体内后(第二管板和第四管板之间)，通过上述间隙逆流而上进入第一管板和第三管板之间，然后从烟气出口排出，而烟气在外管和内管之间的间隙中流通的过程中，即可与内管内的燃气和外管外部的冷空气同时进行换热，进而得到高温燃气和高温空气，而烟气温度则得到了降低。

作为进一步的技术方案，所述烟气出口和烟气进口分布在壳体的两侧。

作为进一步的技术方案，冷空气进口和高温空气出口分布在壳体的两侧。

作为进一步的技术方案，所述高温空气出口和配风器之间通过通气管道连通。

作为进一步的技术方案，所述壳体内设置有用于固定外管以及空气折流的固定板。

作为进一步的技术方案，所述配风器可采用集中配风、分散配风或者二者结合的配风方式。

作为进一步的技术方案，所述配风器包括燃气配风器和空气配风器两部分，以分别对燃气和空气进行配风。

作为进一步的技术方案，所述配风器、内管、外管、固定板以及壳体等均采用耐高温材质，例如耐热钢或陶瓷，即可以满足烟气带来的高温环境，又能够在烟气中含有耐蚀性气体时也保持良好的适用性。

与现有技术相比，本实用新型取得了以下有益效果：

(1)本实用新型采用套管结构分割三种气体，内管走燃气，内管与外管之间的的空隙内走高温烟气，外管与壳体之间走空气。在进入配风器之前，空气与燃气一直被高温烟气隔开，避免了设备意外爆炸的可能性。

(2)在进入配风器之后，空气与燃气已经被内管与外管中间的高温烟气加热到1000℃，远高于燃气燃点800℃，不需助燃剂燃气就能顺利燃烧。

(3)除此之外，管内流动的燃气可以燃烧干净无残留，也可解决一直困扰企业的燃气残留问题，而高温燃气和空气进入燃烧室后无需助燃剂便可点火稳定燃烧，取得了节能的效果。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型实施例1中高温烟气回热式换热器的结构示意图。

图2为本实用新型实施例1中第一管板、第二管板、第三管板、第四管板的结构示意图。

图3为本实用新型实施例2中配风器的结构示意图。

图4为本实用新型实施例3中高温烟气回热式换热器的结构示意图。

图5为本实用新型实施例6中高温烟气回热式换热器的结构示意图。

图中标记分别代表：1-壳体、2-燃气进口、3-配风器、4-第一管板、5-第二管板、6-第三管板、7-第四管板、8-烟气出口、9-烟气进口、10-冷空气进口、11-高温空气出口、12-通孔、13-外管、14-内管、15-通气管道、16-固定板、17-VOCS废气进口、18-隔热层、19-换热管、20-燃烧室、21-燃烧室进气口、22-高温蓄热通道、23-燃烧室出气口、24-蓄热体、3.1-燃气配风器、3.2-空气配风器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如前文所述，现有的一些各类蓄热式燃烧加热炉普遍存在被燃气体滞留部分未得到燃烧，效率低，烟气污染减排问题大，燃烧波动，烟风系统复杂等问题。为此，本实用新型提出一种高温烟气回热式换热器，为了便于本领域技术人员理解本实用新型的技术方案，现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步进行说明。

实施例1

一种高温烟气回热式换热器，参考图1和2，包括：壳体1、燃气进口2、配风器3、第一管板4、第二管板5、第三管板6、第四管板7、烟气出口8、烟气进口9、冷空气进口10、高温空气出口11、通孔12、外管13和内管14。

所述壳体1的上端端部设置有燃气进口2，以便于将燃气引入壳体1中；所述壳体1的下端端部设置有配风器3，以便于将壳体1内的预热后的燃气和空气均匀送入燃烧室并达到低氮燃烧的效果。

所述第一管板4和第二管板5别设置在壳体1内部的上部和下部，所述第三管板6和第四管板7设置在第一管板4和第二管板5之间，且第一管板4、第二管板5、第三管板6和第四管板7的边缘与壳体1内壁之间紧密连接，管板将壳体1的内部空间自上到下分隔为五部分。

所述第一管板4和第三管板6之间的壳体上设置有烟气出口8，所述第二管板5和第四管板7之间的壳体上设置有烟气进口9；所述第三管板6和第四管板7之间的壳体上设置有冷空气进口10和高温空气出口11，且冷空气进口10靠近第三管板6设置，高温空气出口11靠近第四管板7设置，以便于烟气和空气在壳体内进行流通。

所述高温空气出口11和配风器3连通，以便于和预热后的燃气混合后送入燃烧室进行燃烧。

所述第一管板4、第二管板5、第三管板6和第四管板7上均设置有通孔12，所述第三管板6和第四管板7之间的通孔12通过所述外管13连通，所述内管14穿过外管13后对第一管板4和第二管板5之间的通孔12进行连通；且外管13和内管14之间存在供烟气流通的间隙，以便于烟气从烟气进口9进入壳体1内后(第二管板5和第四管板7之间)，通过上述间隙逆流而上进入第一管板4和第三管板6之间，然后从烟气出口8排出，而烟气在外管13和内管14之间的间隙中流通的过程中，即可与内管14内的燃气和外管13外部的冷空气同时进行换热，进而得到高温燃气和高温空气，而烟气温度则得到了降低。

实施例2

一种高温烟气回热式换热器，同实施例1，区别在于：参考图3，所述配风器包括燃气配风器3.1和空气配风器3.2两部分，以分别对燃气和空气进行配风。

实施例3

一种高温烟气回热式换热器，同实施例1，区别在于：参考图4，所述烟气出口8和烟气进口9分布在壳体1的两侧，所述冷空气进口10和高温空气出口11分布在壳体1的两侧；以便于烟气和空气之间进行更加充分的换热。

实施例4

一种高温烟气回热式换热器，同实施例1，区别在于：参考图4，所述高温空气出口11和配风器3之间通过通气管道15连通。所述壳体1内设置有用于固定外管13的固定板16，以便于更好地对外管13进行固定，减少气体流动造成的外管13振动。

实施例5

一种高温烟气回热式换热器，同实施例1，区别在于：所述配风器、内管、外管、固定板以及壳体等均采用耐高温材质，例如耐热钢或陶瓷，即可以满足烟气带来的高温环境，又能够在烟气中含有耐蚀性气体时也保持良好的适用性。

本实用新型实施例1-5的烟气回热式换热器的基本使用原理为：燃气从燃气进口2中进入壳体1的上部，由于第一管板的阻挡，燃气从内管14向下方的配风器流动；同时，冷空气从冷空气进口10进入第三管板6和第四管板7之间，然后从外管13的外部向下流动并从高温空气出口11流出；而烟气从烟气进口9进入壳体1内后，首先进入第二管板5和第四管板7之间，然后通过外管13和内管14之间的间隙逆流而上进入第一管板4和第三管板6之间，然后从烟气出口8排出，而烟气在外管13和内管14之间的间隙中流通的过程中，即可与内管14内的燃气和外管13外部的冷空气同时进行换热，进而得到高温燃气和高温空气，而烟气温度则得到了降低。

本实用新型采用套管结构分割三种气体，内管走燃气，内管与外管之间的的空隙内走高温烟气，外管与壳体之间走空气。在进入配风器之前，空气与燃气一直被高温烟气隔开，避免了设备意外爆炸的可能性。在进入配风器之后，空气与燃气已经被内管与外管中间的高温烟气加热到1000℃，远高于燃气燃点800℃，不需助燃剂燃气就能顺利燃烧。除此之外，管内流动的燃气可以燃烧干净无残留，也可解决一直困扰企业的燃气残留问题，而高温燃气和空气进入燃烧室后无需助燃剂便可点火稳定燃烧，取得了节能的效果。

实施例6

一种高温烟气回热式换热器，参照图1、5，包括：壳体1、配风器3、第一管板4、第二管板5、烟气出口8、烟气进口9、通孔12、通气管道15、固定板16、VOCs废气进口17、隔热层18、换热管19、燃烧室20、进气口21、高温蓄热通道22、燃烧室出气口23和蓄热体24。

所述壳体1的上端端部设置有VOCs废气进口17，以便于将VOCs废气(空气和可燃有机废气)引入壳体1中；所述壳体1的下端端部设置有配风器3，以便于将壳体1内的预热后的VOCs废气均匀送入燃烧室20。

所述第一管板4和第二管板5别设置在壳体1内部的上部和下部，所且第一管板4和第二管板5的边缘与壳体1内壁之间紧密连接，第一管板4和第二管板5将壳体1的内部空间自上到下分隔为三部分。

所述第一管板4下方且靠近第一管板4的壳体1上设置有烟气出口8，所述第二管板5上方且靠近第二管板5的壳体1上设置有烟气进口9，以便于烟气进入壳体内1对换热管19内的VOCs废气进行预热。

所述第一管板4和第二管板5上均设置有通孔12，所述换热管19的两端分别与第一管板4和第二管板5的通孔12连通，以便于VOCs废气从VOCs废气进口17进入壳体1内后，从第一管板4上的通孔12处进入换热管19和壳体1内的烟气进行换热，然后从第二管板5的通孔12排出，再进入配风器3，而烟气温度则得到了降低。

所述隔热层18包覆在壳体1的外壁上，以减少壳体内热量的散失，同时避免壳体1的外表温度过高造成安全隐患。所述燃烧室20的进气口21与配风器3连通，且燃烧室20的外表设置有高温蓄热通道22，所述高温蓄热通道22与燃烧室20的燃烧室出气口23连通，所述高温蓄热通道22中设置有蓄热体24，所述高温蓄热通道22与烟气进口9连通，以便于将燃烧室20中的高温烟气送入(例如通过引风机)壳体1内，作为预热VOCs废气的热源。

实施例7

一种高温烟气回热式换热器，同实施例6，区别在于：所述壳体1、配风器3及换热管19等均采用耐高温材质，例如耐热钢或陶瓷，即可以满足烟气带来的高温环境，又能够在烟气中含有耐蚀性气体时也保持良好的适用性。

实施例8

一种高温烟气回热式换热器，同实施例6，区别在于：所述烟气进口9为两组，且对称分布。所述壳体1内设置有用于固定换热管19的固定板16，以便于更好地对换热管19进行固定，减少气体流动造成的换热管19振动。而VOCs废气在燃烧室中燃烧后形成的烟气通过高温蓄热通道及蓄热体，从烟气进口9进入壳体1内，在多个固定板16之间不断折流然后从烟气出口8排出，在换热管19之间流通的过程中可与换热管19中的VOCs废气进行换热，进而得到高温VOCs废气，而烟气温度则得到了降低。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温烟气回热式换热器，其特征在于，包括：壳体、燃气进口、配风器、第一管板、第二管板、第三管板、第四管板、烟气出口、烟气进口、冷空气进口、高温空气出口、通孔、外管和内管；

所述壳体的上端端部设置有燃气进口；所述壳体的下端端部设置有配风器；所述第一管板和第二管板别设置在壳体内部的上部和下部，所述第三管板和第四管板设置在第一管板和第二管板之间，且第一管板、第二管板、第三管板和第四管板的边缘与壳体内壁之间紧密连接，从而将壳体的内部空间自上到下分隔为五部分；

所述第一管板和第三管板之间的壳体上设置有烟气出口，所述第二管板和第四管板之间的壳体上设置有烟气进口；所述第三管板和第四管板之间的壳体上设置有冷空气进口和高温空气出口，且冷空气进口靠近第三管板设置，高温空气出口靠近第四管板设置；

所述高温空气出口和配风器连通，以便于和预热后的燃气混合后送入燃烧室进行燃烧；所述第一管板、第二管板、第三管板和第四管板上均设置有通孔，所述第三管板和第四管板之间的通孔通过所述外管连通，所述内管穿过外管后对第一管板和第二管板之间的通孔进行连通；且外管和内管之间存在供烟气流通的间隙。

2.如权利要求1所述的高温烟气回热式换热器，其特征在于，所述烟气出口和烟气进口分布在壳体的两侧。

3.如权利要求1所述的高温烟气回热式换热器，其特征在于，冷空气进口和高温空气出口分布在壳体的两侧。

4.如权利要求1所述的高温烟气回热式换热器，其特征在于，所述高温空气出口和配风器之间通过通气管道连通。

5.如权利要求1所述的高温烟气回热式换热器，其特征在于，所述壳体内设置有用于固定外管的固定板。

6.如权利要求1所述的高温烟气回热式换热器，其特征在于，所述配风器采用集中配风、分散配风或者二者结合的配风方式。

7.如权利要求1所述的高温烟气回热式换热器，其特征在于，所述配风器包括燃气配风器和空气配风器两部分。

8.如权利要求1所述的高温烟气回热式换热器，其特征在于，所述配风器、内管、外管、固定板以及壳体均采用耐高温材质。

9.如权利要求8所述的高温烟气回热式换热器，其特征在于，所述配风器、内管、外管、固定板以及壳体均采用耐热钢或陶瓷制成。

10.一种高温烟气回热式换热器，其特征在于，包括：壳体、配风器、第一管板、第二管板、烟气出口、烟气进口、通孔、通气管道、固定板、VOCs废气进口、隔热层、换热管、燃烧室、高温蓄热通道和蓄热体；

所述VOCs废气进口设置在壳体的上端端部；所述配风器设置在壳体的下端端部；

所述第一管板和第二管板别设置在壳体内部的上部和下部，所且第一管板和第二管板的边缘与壳体内壁之间紧密连接，从而将壳体的内部空间自上到下分隔为三部分；

所述第一管板下方且靠近第一管板的壳体上设置有烟气出口，所述第二管板上方且靠近第二管板的壳体上设置有烟气进口；

所述第一管板和第二管板上均设置有通孔，所述换热管的两端分别与第一管板和第二管板的通孔连通；所述隔热层包覆在壳体的外壁上；所述燃烧室的进气口与配风器连通，且燃烧室的外表设置有高温蓄热通道，所述高温蓄热通道与燃烧室的燃烧室出气口连通，所述高温蓄热通道中设置有蓄热体，所述高温蓄热通道与烟气进口连通。

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