CN218545320U - 一种多级蒸发辐射换热装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种多级蒸发辐射换热装置，包括热工主体，热工主体包括表面温度≧200℃的高温段，在高温段外部沿轴向安装有多个换热装置吸收高温段的辐射废热，换热装置包括蒸发器以及隔热层，蒸发器套设于高温段外部且留有间隙，隔热层套设于蒸发器外部且留有间隙，换热装置底部以及顶部分别开设有贯穿蒸发器以及隔热层的出风口以及入风口，入风口处设有风机；风机鼓入的常温空气，冷却热工主体高温段外表面温度过高的区域，使热工主体外表面温度趋于平衡稳定，使蒸发器受热均匀；吸收热量的热空气以对流传热的方式将热量传递至蒸发器。辐射与对流二种换热方式可提升蒸发器的产汽量，使发电量大幅增加，适用于热回收技术领域。

Description

一种多级蒸发辐射换热装置

技术领域

本申请涉及热回收领域，具体涉及一种多级蒸发辐射换热装置。

背景技术

现在市场上的热工主体设备，包括建材行业的水泥熟料回转窑、活性石灰煅烧窑、玻璃熔窑、隧道窑系统等，冶金行业的铝矾土煅烧回转窑、熔炼高炉系等，焦炭行业的焦炉等，均可大致分为三部分：负责对原料进行煅烧的烧成段(如回转窑、隧道窑等)、负责对熟料进行冷却的冷却段(如热工主体设施的出料端、冷却机等)、负责连接煅烧段及冷却段的过渡段(如汇气室、窑头罩等)，它们在进行工作时均会产生大量的高温辐射废热，这些辐射废热的高温不仅会对工人的作业环境造成极大的不良影响，还会缩减热工主体设备的使用寿命，需要频繁使用以及更换昂贵的耐高温材料进行隔绝保护，增加了额外成本；且由于这些高温辐射废热无法吸收利用，它所携带的高温热量被白白地浪费，使得整个热工设备的热效率大幅降低。

当下热工主体设施利用辐射废热的方法，大多采用在热工主体上设置保温材料减少散热损失和少量将空气加热用于生产系统，还有少量的以供生产、生活用热水为目的的加热装置吸收辐射废热的低级方法。大幅综合利用辐射废热于生产和新产品是热工主体设施的一个技术瓶颈，亟待突破。

通过不断探索和研究，根据热工主体设施外表面辐射散热的性质，分析热工主体设施物料接触区域温度较高而物料与设施非接触区域温度较低的特点，在行业内难以实现这一目标。需找到一种有效型态的装置和连续使用的其产品工艺技术。

发明内容

为了攻克上述技术瓶颈，本申请实施例中提供了一种多级蒸发辐射换热装置，包括热工主体，在所述热工主体高温段外部沿轴向安装有多个换热装置，所述换热装置包括蒸发器以及隔热层，所述蒸发器套设于所述热工主体外部且留有间隙，所述隔热层套设于所述蒸发器外部且留有间隙，所述换热装置底部以及顶部分别开设有贯穿所述蒸发器以及隔热层的出风口以及入风口，所述出风口以及入风口均分别与热工主体外表面与蒸发器之间的间隙以及蒸发器与隔热层之间的间隙相连通，所述入风口处设有风机。

进一步地，所述蒸发器包括两个扣合后套设于所述热工主体上的蒸发器管组，所述隔热层包括两个扣合后套设于所述蒸发器上的隔热模组，位于热工主体同一侧的蒸发器管组以及隔热模组通过联接件相连，位于热工主体两侧的联接件相连接。

进一步地，每个所述蒸发器管组均包括多个间隔排列且相互连通的蒸发管道，多个所述蒸发管道的两端均分别连通有进口联箱以及出口联箱，所述蒸发管道的形状及排布方式主要受所述热工主体的形状限定。

进一步地，每个所述隔热模组均包括由内到外间隔设置的反射板以及防护板，所述反射板以及防护板之间填充有保温材料。

进一步地，多个所述换热装置的输出端均分别通过上升管组连接有汽包，所述汽包的出水端通过下降管组与所述换热装置的输入端连接，所述汽包的出气端连接有过热器。

进一步地，所述出风口处设有红外测温装置。

进一步地，所述换热装置的输入端与输出端处均设有调节阀组。

采用本申请实施例中提供的一种多级蒸发辐射换热装置，在热工主体高温段外部套设多个换热装置吸收热工主体高温段产生的辐射废热；在换热装置的顶部及底部分别开设出风口以及入风口，风机向热工主体外表面、蒸发器以及隔热层之间的间隙内吹风，冷却热工主体热工主体外表面温度过高的区域，同时热风在间隙内由下至上流通的过程中，将热工主体外表面的部分热量通过对流传热的方式传递至蒸发器，最终使热工主体外表面的辐射散热趋于均匀，从而使蒸发器的受热温度趋于均匀，产生较高品质的汽水混合物。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种多级蒸发过热辐射换热装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的换热装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的蒸发器管组与隔热模组的结构示意图；

图4为图2的Ⅰ处的局部放大示意图；

图5为本申请实施例提供蒸发器管道的一种排布方式示意图；

图6为本申请实施例提供蒸发器管道的另一种排布方式示意图；

其中，10为热工主体，20为换热装置，201为出风口，202为入风口，203为风机，204为下降管组，205为上升管组，206为连接支架，207为联接件，208为固定筋板，30为蒸发器，301为蒸发器管组，302为进口联箱，303为出口联箱，40为隔热层，401为隔热模组，402为反射板，403为防护板，404为保温材料，50为汽包，60为窑头罩，601为过热器，70为篦冷机，80为汽轮机，90为调节阀组。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-6对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在实现本申请的过程中，发明人发现，传统的热工主体辐射废热回收设备大多采用在热工主体上设置保温材料减少散热损失和少量将空气加热用于生产系统，还有少量的以供生产、生活用热水为目的的加热装置吸收辐射废热的低级方法。但是由于热工主体外表面辐射废热发散并不均匀，底部煅烧物料的区域温度较高而上部较低，导致收集辐射废热的设备受热不均匀。

针对上述问题，本申请实施例中提供了一种多级蒸发辐射换热装置，包括热工主体10，在热工主体10高温段外部沿轴向安装有多个换热装置20，换热装置20安装于热工主体10上温度较高的位置，具体为表面温度≧200℃的高温区域，换热装置20包括蒸发器30以及隔热层40，蒸发器30套设于热工主体10外部且与热工主体10外表面之间留有间隙，隔热层40套设于蒸发器30外部且与蒸发器30之间留有间隙，换热装置20底部以及顶部分别开设有贯穿蒸发器30以及隔热层40的出风口201以及入风口202，出风口201以及入风口202均分别与热工主体10与蒸发器30之间的间隙以及蒸发器30与隔热层40之间的间隙相连通，入风口202处设有风机203。

具体地，当热工设备正常运行时，换热装置20中的蒸发器30一方面吸收来自热工主体10较高温段的辐射废热；另一方面，风机203通过入风口202向换热装置20内输入外界的冷空气，经过热工主体10外表面，将热工主体10底部因熟料高温产生的局部过热区域冷却，被加热的空气继续分别沿述热工主体10与蒸发器30之间的间隙以及蒸发器30与隔热层40之间的间隙向出风口201汇集并排出，在此过程中，被加热的空气在热工主体10外表面以及蒸发器30之间传递热量，形成对流传热，补充因风机203带走热量损失的同时使热工主体10外表面各个区域的温度逐渐趋于稳定，从而使蒸发器30的各个区域受热均匀，保证蒸发器30内的换热介质得到均匀且充分的加热，提升汽水混合物的品质及产量，使发电量大幅增加。

作为一种优选的方案，蒸发器30包括两个扣合后套设于热工主体10上的蒸发器管组301，隔热层40包括两个扣合后套设于蒸发器30上的隔热模组401，位于同一侧的蒸发器管组301以及隔热模组401通过联接件207相连为一体，位于热工主体10两侧的联接件207相连接。

具体地，位于热工主体10同一侧的蒸发器管组301以及隔热模组401一体设置，且隔热模组401外连接有固定筋板208，固定筋板208与隔热模组401间隔设置且二者亦通过联接件207相连，固定筋板208对应出风口201以及入风口202处均设有开口，采用设置于地面上的连接支架206，将位于同一侧的、由蒸发器管组301、隔热模组401以及固定筋板208三者组成的一体式结构固定，位于热工主体10两侧的一体式结构的联接件207相互连接后套设于热工主体10上即可完成换热装置20的组装；

采用一体式结构将换热装置20分为左右两个模块，一方面是因为要预留位于换热装置20顶部以及底部的出风口201和入风口202，另一方面，这样的设计可以带来便于拆卸、降低维修成本的好处，若某个蒸发器管组301发生损坏需要更换，仅需解除左右两个一体式结构的连接后将这一侧的一体式结构从连接支架206上拆卸，而无需像传统换热装置一样将整个换热装置拆卸更换，节省了大量的维修成本。

作为一种优选的方案，每个蒸发器管组301均包括多个间隔排列且相互连通的蒸发管道，多个蒸发管道的两端均分别连通有进口联箱302以及出口联箱303，蒸发管道的形状及排布方式主要受热工主体10的形状限定。

具体地，在保证蒸发器管组301整体受热面积不变的情况下，可以将蒸发管道采用横向布设、竖向布设、单螺旋布设、双螺旋布设、三螺旋布设等，当热工主体10为回转窑等圆筒状时，蒸发管道即沿筒体周向均匀横向布设，竖向布设有两个半圆弧形管道(即进口联箱302以及出口联箱303)分别连通各个横向布设的蒸发管道，也可沿筒体轴向均匀竖向布设多个半圆弧形管道，再横向布设两个蒸发管道(即进口联箱302以及出口联箱303)分别连通各个半圆弧形管道……关于单螺旋、多螺旋以及其他的布设手段此处不再进行赘述，当热工主体10为方形时，也可采用水冷壁替代蒸发管道作为蒸发器。

具体地，蒸发管道单排布设，亦可双排、多排布设，多排布设时可平行布设亦可交错布设，详见图5与图6。

作为一种优选的方案，每个隔热模组401均包括由内到外间隔设置的反射板402以及防护板403，反射板402以及防护板403之间填充有保温材料404。

具体地，反射板402可由热反射材料构成，反射材料可为复合铝箔薄膜，包覆反射板402后，反射板402可将来自热工主体10产生的辐射废热部分阻滞于热工主体10外表面与蒸发器管组301之间，换热装置20的换热方式除了上述的辐射吸热以及对流换热外，还增加了热反射换热，三种换热方式同时进行，进一步提高了换热装置20的换热效率。

作为一种优选的方案，本申请还包括与热工主体10依次相连的窑头罩60以及篦冷机70，多个换热装置20的输出端(即出口联箱303)均分别通过上升管组205连接有汽包50，汽包50的出水端通过下降管组204与换热装置的输入端(即进口联箱302)连接，窑头罩60上方设有窑头罩锅炉，窑头罩锅炉内部上方设置有过热器601，汽包50的出气端与过热器601相连，汽包50的出水端与下降管组204连接，过热器601的输出端连接有汽轮机80。

具体地，进口联箱302与下降管组204连通，出口联箱303与上升管组205连通，位于热工主体10左右两侧的蒸发器管组301的输入端(即进口联箱302)均穿过入风口202与下降管组204相连，同样地，位于热工主体10左右两侧的蒸发器管组301的输出端(即出口联箱303)均穿过出风口201与上升管组205相连，经过处理的低温除氧补充水经汽包50从下降管组204输入至进口联箱302，进口联箱302将低温除氧水均匀分布于蒸发器管组301内，经过热工主体10的辐射换热以及风机203产生的对流换热，低温除氧水被加热为170～175℃的汽水混合物后汇集于出口联箱303，再通过上升管组205输入至汽包50内进行水汽分离，得到分离的水蒸汽以及低温水，低温水通过汽包50的出水口回流至下降管组204并再次进入蒸发器管组301进行循环利用，水蒸气通过汽包50的出气端进入过热器601中进行过热，得到中温中压的水蒸气，进入汽轮机80中进行发电。

作为一种优选的方案，出风口处201设有红外测温装置，用于实时检测热工主体10的外表面温度，从而调节风机203的输出功率，使热工主体10外表面不超过额定温度，防止热工主体10外表面过热，进一步延长热工主体10的使用寿命。

作为一种优选的方案，换热装置20的输入端与输出端处均设有调节阀组90，通过调节调节阀组90的大小，控制换热装置20内的输入端以及输出端的流量，以此来控制换热装置20的产气量以及产气温度；另一方面，调节阀组90可完全关闭，单独将某个需要维修的换热装置20从整个系统中分离，在维修时不会影响其他换热装置20的正常工作。

采用本申请实施例中提供的一种多级蒸发辐射换热装置，在热工主体外部套设多个换热装置吸收热工主体产生的辐射废热；在换热装置的顶部及底部分别开设出风口以及入风口，风机向热工主体外表面、蒸发器以及隔热层之间的间隙内吹风，冷却温度过高的热工主体外表面，同时风机鼓入的常温空气在间隙内由下至上流通的过程中，将热工主体外表面的部分热量通过对流传热的方式传递至蒸发器，最终使热工主体外表面的辐射散热趋于平衡稳定，从而使蒸发器的受热温度趋于均匀，隔热模组内侧设置有反射板，将来自热工主体产生的辐射废热部分阻滞于热工主体外表面与蒸发器管组之间，辐射换热、对流传热、热反射换热三种换热方式同时进行，极大地提高了换热装置的换热效率，从而产生较高品质的汽水混合物，变相提高了发电量；采用换热装置吸收并利用热工主体的辐射废热，使整个热工设备的热效率大幅提升，同时降低了热工主体的外表温度，减少辐射废热对工作环境的污染，使热工主体的使用寿命得到提高；多个换热装置互为独立设置，可单独拆卸而不会影响其他换热装置的正常使用；采用一体式结构将换热装置分为左右两个模块，便于拆卸、维修成本低，具有较强的实用性。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种多级蒸发辐射换热装置，其特征在于：包括热工主体(10)，在所述热工主体(10)高温段外部沿轴向安装有多个换热装置(20)，所述换热装置(20)包括蒸发器(30)以及隔热层(40)，所述蒸发器(30)套设于所述热工主体(10)外部且留有间隙，所述隔热层(40)套设于所述蒸发器(30)外部且留有间隙，所述换热装置(20)底部以及顶部分别开设有贯穿所述蒸发器(30)以及隔热层(40)的出风口(201)以及入风口(202)，所述出风口(201)以及入风口(202)均分别与热工主体(10)外表面与蒸发器(30)之间的间隙以及蒸发器(30)与隔热层(40)之间的间隙相连通，所述入风口(202)处设有风机(203)。

2.根据权利要求1所述的一种多级蒸发辐射换热装置，其特征在于：所述蒸发器(30)包括两个扣合后套设于所述热工主体(10)上的蒸发器管组(301)，所述隔热层(40)包括两个扣合后套设于所述蒸发器(30)上的隔热模组(401)，位于热工主体(10)同一侧的蒸发器管组(301)以及隔热模组(401)通过联接件(207)相连，位于热工主体(10)两侧的联接件(207)相连接。

3.根据权利要求2所述的一种多级蒸发辐射换热装置，其特征在于：每个所述蒸发器管组(301)均包括多个间隔排列且相互连通的蒸发管道，多个所述蒸发管道的两端均分别连通有进口联箱(302)以及出口联箱(303)，所述蒸发管道的形状及排布方式主要受所述热工主体(10)的形状限定。

4.根据权利要求2所述的一种多级蒸发辐射换热装置，其特征在于：每个所述隔热模组(401)均包括由内到外间隔设置的反射板(402)以及防护板(403)，所述反射板(402)以及防护板(403)之间填充有保温材料(404)。

5.根据权利要求1所述的一种多级蒸发辐射换热装置，其特征在于：多个所述换热装置(20)的输出端均分别通过上升管组(205)连接有汽包(50)，所述汽包(50)的出水端通过下降管组(204)与所述换热装置(20)的输入端连接，所述汽包(50)的出气端连接有过热器(601)。

6.根据权利要求1所述的一种多级蒸发辐射换热装置，其特征在于：所述出风口处(201)处设有红外测温装置。

7.根据权利要求1所述的一种多级蒸发辐射换热装置，其特征在于：所述换热装置(20)的输入端与输出端处均设有调节阀组(90)。

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