CN215446531U - 高温空气预热器夹套支撑环式冷风保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于高温热交换器技术领域，具体为高温空气预热器夹套支撑环式冷风保护系统，包括预热器本体，所述预热器本体内设有管板一，所述管板一的上侧设有管板二，所述管板二和管板一之间设有第一层冷风腔，所述管板二的底部固定连接有冷风分布腔内壳和冷风分布腔外壳，所述冷风分布腔内壳和冷风分布腔外壳之间设有冷风分布腔，所述冷风分布腔内壳和冷风分布腔外壳共同固定连接有下法兰，所述管板二的上侧设有管板三，所述管板三和管板二之间设有第二层冷风腔。本实用新型，最大限度降低设备制造成本，提高预热空气出口温度（950℃以内可以长期安全运行），为满足用户需求而提供一种安全性高、运行稳定、使用寿命长的保护系统。

Description

高温空气预热器夹套支撑环式冷风保护系统

技术领域

本实用新型涉及高温热交换器技术领域，具体为高温空气预热器夹套支撑环式冷风保护系统。

背景技术

空气预热器已成为炭黑行业以及钢铁、发电、化工等行业余热节能回收必不可少的设备。在炭黑工业中，空气预热器可以降低烟气温度，减少了急冷水的用量，使炭黑尾气热值提高；空气吸热后提高了热焓，在同等的工艺条件下，减少燃料油的用量，从而降低了能源消耗，提高炭黑收率。目前，各使用厂家对空气预热的温度要求越来越高（即空气预热后的空气温度），根据各行业使用要求，预热器最高使用温度可达1100℃左右。作为能源回收设备，使用厂家所考虑的是预热器节能成本要远高于设备造价及维护操作的成本，方可投入使用，因此空气预热器设备材料选用以及性能的稳定运行至关重要。市场急需的便是造价低、高空气出口温度、性能运行稳定的空气预热器。

随着用户要求热空气出口温度越来越高，从650℃逐渐到了1000℃，为保证设备有足够的强度和稳定性，那么与高温介质接触的耐热材料，就需要增加其厚度或者更换更高的耐温材质，那么设备的造价相应就提高很多。由于现有耐热钢材料耐温的局限性，目前过国内普遍采用0Cr25Ni20Mo2N钢板作为高级耐热板材，但0Cr25Ni20Mo2N钢板最高承力温度在900℃到达极限，只靠材料本体是很难保证预热器的长期高温运行，而选用更稀有的耐高温合金材料便增加了设备制造成本，预热器的节能效益大大降低，用户很难选购。

850℃空气预热器已经出现了夹套双层壳体，夹套内填充耐温保温隔热材料，此种结构是将外层受力壳体避开高温，用低级耐温钢板承受机械力荷载，采用较薄的高级耐温钢板抵抗高温，以此解决空气预热器下部高温段壳体荷载大，单层壳体较厚，材料成本高的问题。虽然此种结构降低了制造成本，但是由于夹套内存在保温材料以及预热器外壳进行整体保温处理，因此夹套内、外层壳体以及下部管板依然需要承受高温，内、外壳及下管板是多处焊接部件其高温内应力依然存在。当内、外壳体温度超过材料本身的耐高温性能后就无法使用，并且管板高温热胀冷缩后很容易拉裂，无法保证预热器使用寿命。目前没有更合适的耐温钢板替代0Cr25Ni20Mo2N材质，尤其950℃以上的空气预热器更是无法保证长期运行使用；为解决上述问题，本申请中提出高温空气预热器夹套支撑环式冷风保护系统。

实用新型内容

（一）实用新型目的

为解决背景技术中存在的技术问题，本实用新型提出高温空气预热器夹套支撑环式冷风保护系统，其最大限度降低设备制造成本，提高预热空气出口温度（950℃以内可以长期安全运行），为满足用户需求而提供一种安全性高、运行稳定、使用寿命长的保护系统。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本实用新型提供了高温空气预热器夹套支撑环式冷风保护系统，包括预热器本体，所述预热器本体内设有管板一，所述管板一的上侧设有管板二，所述管板二和管板一之间设有第一层冷风腔，所述管板二的底部固定连接有冷风分布腔内壳和冷风分布腔外壳，所述冷风分布腔内壳和冷风分布腔外壳之间设有冷风分布腔，所述冷风分布腔内壳和冷风分布腔外壳共同固定连接有下法兰，所述管板二的上侧设有管板三，所述管板三和管板二之间设有第二层冷风腔，所述管板三的上侧设有管板四，所述管板四和管板三共同固定连接有夹套内壳体，所述夹套内壳体的外壁固定连接夹套外壳体，所述夹套外壳体和夹套内壳体之间设有夹套腔体，所述夹套外壳体和夹套内壳体共同与管板二固定连接，所述夹套外壳体上安装有温度计接管，所述冷风分布腔外壳上贯穿设有与其固定连接的冷空气进口，所述冷空气进口与冷风分布腔相连通，所述夹套外壳体上贯穿设有与其固定连接的热空气出口，所述预热器本体内设有多个折流板，所述预热器本体内设有管板套管，所述管板套管贯穿管板四、管板三、管板二和管板一设置，所述管板套管内设有换热管，所述换热管内设有换热管保护套管，所述夹套外壳体和夹套内壳体之间共同固定连接有多个夹套支撑环，所述夹套支撑环上设有多个半圆透风孔，所述夹套内壳体的上设有多个夹套内壳体下部出气孔，所述第二层冷风腔内设有多个分流条，所述管板二上设有多个管板二透风孔，所述冷风分布腔内壳上设有多个冷风分布腔内壳进气孔，所述第一层冷风腔内设有多个汇流条，预热器中部外壳体固定连接有夹套外壳体变径锥体，所述夹套外壳体变径锥体与夹套外壳体固定连接，所述夹套外壳体变径锥体上固定连接有温度计接管，所述预热器中部外壳体上贯穿设有与其固定连接的冷却空气出口，所述夹套内壳体上固定连接有硅酸铝耐温棉，所述硅酸铝耐温棉固定连接有耐温棉内挡板，所述耐温棉内挡板和预热器中部外壳体固定连接。

优选的，所述冷风分布腔内壳和冷风分布腔外壳均通过焊接与管板二固定。

优选的，所述半圆透风孔呈等间距错开设置。

优选的，所述夹套内壳体的上部设置八个呈左右对称的冷却空气出口。

优选的，所述管板四和管板三之间填充有硅酸铝耐温棉层。

优选的，所述管板一的底部填充有耐温浇注料。

本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

1、本实用新型通过在高温换热段外壳体设置双层壳体形成夹套结构，夹套内由下往上流动冷却风，保护设备外壳体以及夹套内壳体。在现有耐温材料不变的情况下，降低高温段外壳体的使用温度，从而降低其使用材料的材质。

2、另外冷却风同时保护高温管板（主要承力管板），使其在相对较低温度下运行，降低热胀冷缩效应，防止管板拉裂，增加管板强度，既不影响换热效果也降低了预热器整体造价以及维护运行成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的预热器四管板结构剖面示意图；

图3为图1中的A-A剖面示意图；

图4为图2中的B-B剖面示意图；

图5为图2中的C-C剖面示意图；

图6为图2中H结构放大示意图；

图7为图1中F结构放大示意图。

图中：1冷却空气出口、2温度计接管、3夹套外壳体、4夹套内壳体、5支撑环、6冷空气进口、7热空气出口、8冷风分布腔、9耐温浇注料、10折流板、11换热管、12管板四、13管板三、14换热管保护套管、15管板套管、16第二层冷风腔、17第一层冷风腔、18冷风分布腔内壳、19硅酸铝耐温棉层、20管板二、21管板一、22冷风分布腔外壳、23下法兰、24夹套支撑环、25半圆透风孔、26夹套内壳体下部出气孔、27分流条、28管板二透风孔、29冷风分布腔内壳进气孔、30预热器中部外壳体、31夹套外壳体变径锥体、32硅酸铝耐温棉、33耐温棉内挡板、34夹套腔体、35预热器本体。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本实用新型提出的高温空气预热器夹套支撑环式冷风保护系统，包括预热器本体35，预热器本体35内设有管板一21，管板一21的底部填充有耐温浇注料9,管板一21的上侧设有管板二20，管板二20和管板一21之间设有第一层冷风腔17，管板二20的底部固定连接有冷风分布腔内壳18和冷风分布腔外壳22，冷风分布腔内壳18和冷风分布腔外壳22均通过焊接与管板二20固定,冷风分布腔内壳18和冷风分布腔外壳22之间设有冷风分布腔8，冷风分布腔内壳18和冷风分布腔外壳22共同固定连接有下法兰23，管板二20的上侧设有管板三13，管板三13和管板二20之间设有第二层冷风腔16，管板三13的上侧设有管板四12，管板四12和管板三13共同固定连接有夹套内壳体4，管板四12和管板三13之间填充有硅酸铝耐温棉层19,夹套内壳体4的上部设置八个呈左右对称的冷却空气出口1,夹套内壳体4的外壁固定连接夹套外壳体3，夹套外壳体3和夹套内壳体4之间设有夹套腔体34，夹套外壳体3和夹套内壳体4共同与管板二20固定连接，夹套外壳体3上安装有温度计接管2，冷风分布腔外壳22上贯穿设有与其固定连接的冷空气进口6，冷空气进口6与冷风分布腔8相连通，夹套外壳体3上贯穿设有与其固定连接的热空气出口7，预热器本体35内设有多个折流板10，预热器本体35内设有管板套管15，管板套管15贯穿管板四12、管板三13、管板二20和管板一21设置，管板套管15内设有换热管11，换热管11内设有换热管保护套管14，夹套外壳体3和夹套内壳体4之间共同固定连接有多个夹套支撑环24，夹套支撑环24上设有多个半圆透风孔25，半圆透风孔25呈等间距错开设置,夹套内壳体4的上设有多个夹套内壳体下部出气孔26，第二层冷风腔16内设有多个分流条27，管板二20上设有多个管板二透风孔28，冷风分布腔内壳18上设有多个冷风分布腔内壳进气孔29，第一层冷风腔17内设有多个汇流条，预热器中部外壳体30固定连接有夹套外壳体变径锥体31，夹套外壳体变径锥体31与夹套外壳体3固定连接，夹套外壳体变径锥体31上固定连接有温度计接管2，预热器中部外壳体30上贯穿设有与其固定连接的冷却空气出口1，夹套内壳体4上固定连接有硅酸铝耐温棉32，硅酸铝耐温棉32固定连接有耐温棉内挡板33，耐温棉内挡板33和预热器中部外壳体30固定连接。

冷风分布腔8是由冷风分布腔外壳22和冷风分布腔内壳18组成，冷风分布腔内壳18和冷风分布腔外壳22上部与管板二20焊接，冷风分布腔内壳18上部钻冷风分布腔内壳进气孔29，冷风分布腔内壳18和冷风分布腔外壳22的下部与下法兰23焊接形成冷风分布腔内壳18（如图2）；下部四层管板由管板套管15串联，装配时先将管板套管15与管板一21和管板二20焊接，之后组装管板三13和管板四12（其焊接位置如图2所示），采用先胀后焊的方式；夹套外壳体3和夹套内壳体4下部分别与管板二20焊接，夹套外壳体3的上部采用变径的形式即夹套外壳体变径锥体31与预热器中部外壳体30（图7）焊接，夹套内壳体4上端与预热器中部外壳体30下端相互重合一段，重合段采用滑动配合，消除热胀冷缩；夹套内壳体4上焊接夹套支撑环24，采用半圆透风孔25错开布置的形式，折流分散冷却风，保证冷却风能更好的冷却夹套内壳体4，同时这股冷却风也受到均匀加热，在与总空气汇合后而不影响总的换热效果；夹套内壳体4上部设置8个出风口冷却空气出口1，左右对称布置，出风口钢管采用侧开口朝下方，顺沿折流板方向，减小冷却风出口阻力，而不影响主工艺空气的流动（热空气流动示意图见图7）。

本实用新型的工作原理及使用流程：冷却风从冷空气进口6进入冷风分布腔8，均匀分布于冷风分布腔8内，通过冷风分布腔内壳进气孔29（图5）进入管板一21上部的冷风腔内（即管板一21与管板二20之间的腔室，此处为第一层冷风腔17），冷却风在第一层冷风腔17内的预热器中部外壳体30（图5）作用下，由四周均匀汇集在管板二20（图2）（即主要受力管板）中部的管板二28（图4）处，进入管板二20上部腔室（即管板二20与管板三13之间的腔室，此处为第二层冷风腔16），经由第二层冷风腔16内的分流条27（图4）作用，均匀散发于管板二20四周；冷却风到此就完成了对下部高温管板一21、管板二20、管板三13的降温冷却（冷风流经路径见图2）；使此处三层管板在一个相对较低的温度下使用，有效地保护了管板以及管板与换热管11之间的焊缝强度，防止了管板二20因高温热胀冷缩而拉裂。

冷却风在进入第二层冷风腔16分流之后，通过夹套内壳体4下部周围夹套内壳体下部出气孔26（图4）均匀进入高温段夹套腔体34（图2）内；夹套腔体34内采用了夹套支撑环24（图3）结构，夹套支撑环24交错布置，半圆透风孔25上下错开，这样每道夹套支撑环24即能缓冲分布冷却风又能通过半圆透风孔25更好的冷却夹套内壳体4；冷却风从下往上流动至冷却空气出口1（图1）排出，（冷却风经夹套支撑环24阻挡折流是为了对预热器本体35高温段较薄夹套内壳体4进行更好的降温保护，使夹套内壳体4材料不超出材料本身高温性能的使用极限）；之后进入预热器本体35内部与被加热的工艺空气汇合，再一起被加热至所需温度由热空气出口7（图1）排出。

冷却风在向上流动的同时也在逐渐被加热升温，与主工艺空气汇合，只要控制好这股冷却风的风量便不会影响其换热效果；此冷却空气纳入总工艺空气计量；此股冷却空气流量控制在工艺总风量的10%～15%。

管板三13与管板四12之间不流经冷却风，填充硅酸铝耐温棉32，以管板四12作为封板（采用较薄耐温钢板），来保证冷却风冷却管板二20以及焊缝强度的效果。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (6)

1.高温空气预热器夹套支撑环式冷风保护系统，包括预热器本体（35），其特征在于，所述预热器本体（35）内设有管板一（21），所述管板一（21）的上侧设有管板二（20），所述管板二（20）和管板一（21）之间设有第一层冷风腔（17），所述管板二（20）的底部固定连接有冷风分布腔内壳（18）和冷风分布腔外壳（22），所述冷风分布腔内壳（18）和冷风分布腔外壳（22）之间设有冷风分布腔（8），所述冷风分布腔内壳（18）和冷风分布腔外壳（22）共同固定连接有下法兰（23），所述管板二（20）的上侧设有管板三（13），所述管板三（13）和管板二（20）之间设有第二层冷风腔（16），所述管板三（13）的上侧设有管板四（12），所述管板四（12）和管板三（13）共同固定连接有夹套内壳体（4），所述夹套内壳体（4）的外壁固定连接夹套外壳体（3），所述夹套外壳体（3）和夹套内壳体（4）之间设有夹套腔体（34），所述夹套外壳体（3）和夹套内壳体（4）共同与管板二（20）固定连接，所述夹套外壳体（3）上安装有温度计接管（2），所述冷风分布腔外壳（22）上贯穿设有与其固定连接的冷空气进口（6），所述冷空气进口（6）与冷风分布腔（8）相连通，所述夹套外壳体（3）上贯穿设有与其固定连接的热空气出口（7），所述预热器本体（35）内设有多个折流板（10），所述预热器本体（35）内设有管板套管（15），所述管板套管（15）贯穿管板四（12）、管板三（13）、管板二（20）和管板一（21）设置，所述管板套管（15）内设有换热管（11），所述换热管（11）内设有换热管保护套管（14），所述夹套外壳体（3）和夹套内壳体（4）之间共同固定连接有多个夹套支撑环（24），所述夹套支撑环（24）上设有多个半圆透风孔（25），所述夹套内壳体（4）的上设有多个夹套内壳体下部出气孔（26），所述第二层冷风腔（16）内设有多个分流条（27），所述管板二（20）上设有多个管板二透风孔（28），所述冷风分布腔内壳（18）上设有多个冷风分布腔内壳进气孔（29），所述第一层冷风腔（17）内设有多个汇流条，预热器中部外壳体（30）固定连接有夹套外壳体变径锥体（31），所述夹套外壳体变径锥体（31）与夹套外壳体（3）固定连接，所述夹套外壳体变径锥体（31）上固定连接有温度计接管（2），所述预热器中部外壳体（30）上贯穿设有与其固定连接的冷却空气出口（1），所述夹套内壳体（4）上固定连接有硅酸铝耐温棉（32），所述硅酸铝耐温棉（32）固定连接有耐温棉内挡板（33），所述耐温棉内挡板（33）和预热器中部外壳体（30）固定连接。

2.根据权利要求1所述的高温空气预热器夹套支撑环式冷风保护系统，其特征在于，所述冷风分布腔内壳（18）和冷风分布腔外壳（22）均通过焊接与管板二（20）固定。

3.根据权利要求1所述的高温空气预热器夹套支撑环式冷风保护系统，其特征在于，所述半圆透风孔（25）呈等间距错开设置。

4.根据权利要求1所述的高温空气预热器夹套支撑环式冷风保护系统，其特征在于，所述夹套内壳体（4）的上部设置八个呈左右对称的冷却空气出口（1）。

5.根据权利要求1所述的高温空气预热器夹套支撑环式冷风保护系统，其特征在于，所述管板四（12）和管板三（13）之间填充有硅酸铝耐温棉层（19）。

6.根据权利要求1所述的高温空气预热器夹套支撑环式冷风保护系统，其特征在于，所述管板一（21）的底部填充有耐温浇注料（9）。

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