CN2106330U - 直热式空气换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及直热式空气换热器。本设备的 燃烧室是外置式；设有烟气滤尘装置；换热器呈圆柱 形，由外壁、第二环套、第三环套、第四环套套装而 成。冷空气从外环进入和从内环排出，而热烟气则从 内环进入和从外环排出，热烟气与冷空气逆流换热。 从外环到内环有四个空气加热流程，每一环套完成一 次空气加热流程。本设备热效率高，结构简单，节能 和节水。

Description

本实用新型涉及热交换介质不直接接触的热交换设备，特别涉及空气换热器。

对冷空气施行加热，利用热空气采暖或进行工农业生产过程中的烘干工序等，在生活及生产中是常见的。加热空气的方法很多，最常用的是通过锅炉产生热蒸汽，再将热蒸汽送到气体交换器中进行二次换热，以便获得热空气。这种换热方式的热效率很低。

在电力工业和冶金工业中，热空气的生产和应用也很普遍，例如在发电厂大型锅炉烟气的尾端就装有一种转子式空气预热器，以便将往炉膛中送的空气加热，提高热的利用率，这种转子型空气预热器的结构是：在一个密闭的圆柱型外壳的二个柱面上有一个烟气的通道和一个在圆柱型壳内的热空气通道。转子由密集叶片构成，分成六瓣或八瓣，转子在运行中与外壳密切接触或封闭，从而使烟气与空气在通过转子时不致混在一起。转子的叶片先经热烟气冲刷，从而提高叶片温度，待高温的叶片转子到空气的通道上时，被冷空气冲刷，冷空气被升温，而转子叶片被冷却。这种空气预热器的制造难度大，体积庞大，制造费用高。

在冶金行业中的冲天炉也有利用预热空气技术的，在冲天炉进料口上端布置热风炉胆，将所产生的热风鼓入炉膛提高冶炼温度，但这种热风炉胆极易损坏，一般最多使用1～2年。

近年来又有人设计立式锅炉式的空气加热器，用来产生热空气，其燃烧室置于炉内，外部即是换热器，用外围鼓风引风设备强制热烟气与空气在炉内高速流动，进行换热。该装置存在二个明显的缺陷，其中一个是：炉膛置于换热器内部，其燃烧发热的温度不易控制，而且炉膛极易烧坏，尽管有人设法增加了耐火材料来保护炉膛，其使用可靠性仍然很低，其使用寿命最多达到2年；另一缺陷是：换器部分热烟气通道的积灰难以被清除，从而增加热阻，使热效率很快降下来。由于以上二种缺陷使这种产品不能很快发展和推广。

本实用新型的目的在于：改进立式锅炉式空气加热器，提高其使用寿命，容易控制其燃烧加热，容易清除热烟气的积灰并提高热效率，降低设备投资费用，节约能源。

本实用新型的目的是这样达到的：使燃烧室从换热器主体独立出来，设于换热器主体外，从而形成外置式换热器；在燃烧室与换热器主体之间设有耐高温滤尘装置；换热器做成圆柱形，由外壁、第二环套、第三环套、第四环套套装而成，从外向内顺序是：在外壁与第二环套之间是完成第Ⅰ流程空气预热任务的冷空气外环，在第二环套与第三环套之间是烟气外环和第Ⅱ流程空气加热扁管，在第三环套与第四环套之间是第Ⅲ流程作为空气内环的空气加热管道，在第四环套以内是烟气内环和第Ⅳ流程空气过热扁管4，冷空气从外环进入和从内环排出，而热烟气则从内环进入从外环排出，逆流换热，从外环到内环有四个空气加热流程（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ），每一环套完成一次空气加热流程，其中，第Ⅱ流程冷空气加热扁管的纵截面为上端向外弯，如在左侧，则呈┐形；如在右侧，则呈┌形；其下端向内弯，如在左侧，则呈└形；如在右侧，则呈┘形，该加热扁管的横截面为径向排列；第Ⅳ流程空气过热扁管的纵截面上端向外弯，如在左侧，则呈┐形；如右侧，则呈┌形，该空气进热扁管的横截面为径向排列，其下端穿入热空气室的上盖26，上盖26是一个凹型倒圆台斜面，在其上与空气过热扁管下端对应的位置上开有与空气过热扁管数目相等的扁孔，该空气过热扁穿入这些扁孔并密封。

以下结合附图对本实用新型进行详细说明。

附图1是本换热器的纵截面图；

附图2是附图1的A－A截面图；

附图3是附图1的B－B截面图。

从附图1可见，外置式燃烧室8在换热器本体之外。在本新型空气换热器中，将燃烧室由换热器内移往外部系统，对于空气加热装置是一个质的改变。在外置式燃烧室8外部设有水套13，以便利用燃烧余热，使水升温，开水可供饮用或洗浴用。在燃烧室8与换热器本体相连处有个过道，在其中设有耐高温滤尘装置9，这个装置有效地避免了换热器内灰尘堆积，从而增加换热效率，并减少除尘操作。由于燃烧室8与换热器本体是分离结构，滤尘装置9设于二者连接的通道上，可经常加以清洁更换，易于除尘。

在附图中有黑点部分为热烟气流动区，而无黑点部分为空气流动区。从图可见：在换热器内由几层环型圆筒套装成圆柱形，使用圆柱形的布置可以布置足够的换热面积，又可使风阻减少，附图1中的箭头表示热烟气流动方向。冷空气与热烟气流动方向相反，本换热器内以冷空气与热烟气的逆对流为特征，冷空气进入换热器内要经过4个流程，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ流程，被加热至250～350℃，甚至400℃，第Ⅰ流程是预热；第Ⅱ流程是加热；第Ⅲ流程是继续加热；第Ⅳ流程是过热。而本换热器内的ⅡⅣ流程分别是在扁管2和4内完成的，从附图2可以看得更清楚。在圆柱形最外一环是换热器的外壁7，也就是第一环套，冷空气就是从外壁7上的空气入口1、由风机送入作为第一环套的外壁7与第二环套19之间的冷空气外环15的，完成第Ⅰ流程空气预热任务。第二环套19的上部沿环套的圆周均匀地分布开有与空气加热扁管2数目相等的、长宽比为80：1的扁型孔20。在第三环套21的下部沿环套的圆周均匀地分布有与第二环套19上部扁孔20数目和尺寸相同的扁孔22。第二环套19上部的扁孔20与第三环套21下部的扁孔22之间由空气加热扁管2上下对接沟通。附图1是正好从空气加热扁管2和空气过热扁管4切过热的截面，参照附图2，可见所切过的正是径向排列的空气加热扁管2和空气过热扁管4，如果不是正好切过这二个扁管，则见附图1上扁管2与4的位置上将是以黑点表示的热烟气外环16和热烟气内环18，图上就看不到这两根扁管了。该空气加热扁管2的纵截面上端向外弯，如在左侧则呈┐形；如在右侧，则呈┌形；其下端向外弯，如在左侧则呈└形；如在右侧，则呈┘形，空气加热扁管2的横截面为径向排列（见附图2），在空气加热扁管2内完成第Ⅱ流程冷空气加热的任务。第二环套19与第三环套21之间的环形空间就是烟气外环16，空气加热扁管2就径向布置其间，使外壁7与第二环套19之间冷空气外环15的空气经由均布在第二环套19上部与空气加热扁管数目相等的扁孔20进入第Ⅱ流程的空气加热扁管2，并由该空气加热扁管2经第三环套21下部同等数量的扁孔22进入第Ⅲ流程冷空气加热管道3继续加热。该第Ⅲ流程管道的冷空气加热管道3是在第三环套21与第四环套23之间。第Ⅲ流程的空气继续加热管道就是空气内环，在该管道3内的被加热空气由下向上流动。在第四环套23的上部圆周均匀分布有与空气过热扁管4数目相同的、长度比为80：1的扁孔24；在第四环套内侧布置有径向第Ⅳ流程空气流程过热扁管4，使被加热的空气过热，空气过热扁管4与第四环套23上部圆周均匀分布的扁孔24对接相通，空气过热扁管4纵截面为上端向外弯，如在左侧，则呈┐形；如在右侧，则呈┌形，其横截面为径向排列，该扁管4的下端穿入热空气室25的上盖26。上盖26是一个凹型倒圆台斜面，在其上与扁管4下端对应的位置上，开有与扁管4数目相同的扁孔27，扁管4穿入这些扁孔27并密封。以上一、二、三环套均布置在环套座板28上，该板为一环形座板，其外圆尺寸与外壁7一致，而其内圆尺寸与第四环套23的外径相适应。环套座板由支腿11支撑。支腿11下端固定在底座圆板29上。底座圆板29为一直径与支腿11分布直径相适应的一块圆板，在其中心处焊有一纵向的中心圆筒30，其高度为底座圆板与环套座板之间的距离。热空气室25的上盖即凹型倒圆台斜面26内圆直径与中心圆筒30的上端圆口直径相等，且互相焊接在一起，其外圆直径与第四环套23直径相等，并与第四环套的下端相焊接，该凹型倒圆台斜面26的斜面与中心线夹角为35～45°。

从环套座板28内孔缘向下至底座圆板29之间，以环套座板28内孔直径为直径，在中心圆筒30外围焊有热空气室25的圆筒形围板31，该围板上端与第四环套23的下部，即与凹型倒圆台面相吻合处相接，穿过环套座板28的内孔并密封，下端则与底座圆板29相接，形成一个下端面为圆平面，上端面为凹型倒圆台斜面的圆柱形热空气室25。在热空气室25的圆柱面上开有一个能满足排出热空气的孔6，热空气由此输出。

进入换热器中心圆筒30的热烟焰是从燃烧室8送来，该烟焰经滤尘装置9和过道10后，通过一个水平矩形的管道，穿越热空气室25直通入中心圆筒30，然后向上扩散流动，在凹型倒圆台斜面26上冲刷空气过热扁管4，使流经扁管4内的空气过热，这一烟气流动空间即为烟气内环18，当烟气流到烟气内环18上端时，经过均布在第四环套23与第三环套21之间的通孔31进入烟气外环16，在烟气外环换热后的烟气，横向穿出换热器外壁7，从第二环套19的烟气出口5排出。此外，在第二环套19的外侧与第四环套23的外侧均焊有足够的散热片（图中省略），以提高其热效率。

关于这些环套的上部结构是这样的：在第四环套23上部由一与该环套直径相配合的顶盖32封闭。在第四环套23与第三环套之间的上端环形开口由环形圆盖密封。换热器外壁7上端高于其它环套约10厘米，由圆形顶盖35直接与外壁7封闭，从而将其它环套封闭在内，形成一个架空的圆柱形空气换热器，被加热的空气从热空气出口6处排出。

在热空气室25的一侧下方设有除灰口12，以便清除热烟气的携带的少量烟灰。

当在外置式燃烧室8内加入燃料点燃后，燃烧产生的热烟气就通过滤尘装置9，在引风机的负压作用下，迅速流过空气换热器，最后由引风机从烟囱排入大气。烟焰在空气换热器内高速流动时，两侧向逆行的高速运动的冷空气在隔离的金属管壁上进行高效换热。

空气由冷空气入口1处鼓入换热器内，经第Ⅰ流程预热，进入第Ⅱ流程加热，再进入第Ⅲ流程继续加热，在第Ⅳ流程被过热，此时空气可升温到200～350℃，其至400℃，由于换热器内的最高温度不超过700℃，所以换热器内材质不需选用特殊耐高温材料即可保证其应有的刚度，结构没有热疲劳破坏的可能。烟气被降到200℃以下，因此热效率颇高。

本实用新型直热式空气换热器的燃烧室是外置式，这种换热效率高，传统的换热方式是由锅炉产生蒸汽，蒸汽再与空气换热，假如每次热效率是60％，则总的热效率只有36％，而本新型换热器与空气直接换热，其热效率可达65％，因此，节能明显；另一个优点是使燃烧室外置，延长换热器寿命与容易控制烟气温度；还有，本设备不需要水，可大量节约用水，特别是对缺水的地方，这种换热方式有其独特的优越性；由于燃烧室与换热器分开，在其连接处容易清除烟道的积灰，虽烟气经过滤尘装置过滤除尘，但仍会有少量灰尘滞留聚积在烟道的内外环，本设备在换热器底部的烟道内外环对应位置上设有除灰口12，可随时清除积灰；由于设备相对简单，与同等发热量的空气加热设备与锅炉相比，本设备仅是锅炉费用的1／3，而且日常维持费用相当低，经济效益明显。

本实用新型空气换热器使用效果很好，以60万千卡型为例，实测本设备每小时燃煤120～130公斤，获得250℃热空气每小时达18000立方米，热效率在60％以上。

Claims (3)

1、一种空气换热器，由燃烧室、换热器、烟囱组成，其特征在于：

a、燃烧室8从换热器主体独立出来，设于换热器主体外，形成外置式燃烧室；

b、在燃烧室8与换热器主体之间设有耐高温滤尘装置9；

c、换热器主体做成圆柱形，由外壁7、第二环套19、第三环套21、第四环套23套装而成，从外向内顺序是：在外壁7与第二环套19之间是完成第Ⅰ流程冷空气预热任务的冷空气外环15，在第二环套19与第三环套21之间是烟气外环16和第Ⅱ流程冷空气加热扁管2，在第三环套21与第四环套23之间是第Ⅲ流程作为空气内环的空气加热管道3，在第四环套23以内是烟气内环18和第Ⅳ流程空气过热扁管4，冷空气从外环进入和从内环排出，而热烟气则从内环进入从外环排出，逆流换热，从外环到内环有四个空气加热流程(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，每一环套完成一次空气加热流程，其中，第Ⅱ流程空气加热扁管2的纵截面为上端外弯，如在左侧，则呈┐形；如在右侧，则呈┌形；其下端向内弯，如在左侧则呈└形；如在右侧，则呈┘形，加热扁管2的横截面为径向排列；第Ⅳ流程空气流程过热扁管4的纵截面为上端向外弯，如在左侧，则呈┐形；如在右侧，则呈┌形，空气过热扁管4的横截面为径向排列，其下端穿入热空气室25的上盖26，上盖26是一个凹型倒圆台斜面，在其上与空气过热扁管4下端对应的位置上开有与空气过热扁管4数目相同的扁孔27，空气过热扁管4穿入这些扁孔27并密封。

2、按照权利要求1所说的空气换热器，其特征在于：在第二环套19上部，第三环套21下部和第四环套23上部的圆周分别均匀分布有与扁管2和扁管4数目相同的长宽比为80：1的扁孔20、22、24。

3、按照权利要求1所说的空气换热器，其特征在于：在燃烧室8外部设有水套13。

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