專利名稱：直熱式空氣換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及熱交換介質(zhì)不直接接觸的熱交換設(shè)備，特別涉及空氣換熱器。
對(duì)冷空氣施行加熱，利用熱空氣采暖或進(jìn)行工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的烘干工序等，在生活及生產(chǎn)中是常見的。加熱空氣的方法很多，最常用的是通過鍋爐產(chǎn)生熱蒸汽，再將熱蒸汽送到氣體交換器中進(jìn)行二次換熱，以便獲得熱空氣。這種換熱方式的熱效率很低。
在電力工業(yè)和冶金工業(yè)中，熱空氣的生產(chǎn)和應(yīng)用也很普遍，例如在發(fā)電廠大型鍋爐煙氣的尾端就裝有一種轉(zhuǎn)子式空氣預(yù)熱器，以便將往爐膛中送的空氣加熱，提高熱的利用率，這種轉(zhuǎn)子型空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)是在一個(gè)密閉的圓柱型外殼的二個(gè)柱面上有一個(gè)煙氣的通道和一個(gè)在圓柱型殼內(nèi)的熱空氣通道。轉(zhuǎn)子由密集葉片構(gòu)成，分成六瓣或八瓣，轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中與外殼密切接觸或封閉，從而使煙氣與空氣在通過轉(zhuǎn)子時(shí)不致混在一起。轉(zhuǎn)子的葉片先經(jīng)熱煙氣沖刷，從而提高葉片溫度，待高溫的葉片轉(zhuǎn)子到空氣的通道上時(shí)，被冷空氣沖刷，冷空氣被升溫，而轉(zhuǎn)子葉片被冷卻。這種空氣預(yù)熱器的制造難度大，體積龐大，制造費(fèi)用高。
在冶金行業(yè)中的沖天爐也有利用預(yù)熱空氣技術(shù)的，在沖天爐進(jìn)料口上端布置熱風(fēng)爐膽，將所產(chǎn)生的熱風(fēng)鼓入爐膛提高冶煉溫度，但這種熱風(fēng)爐膽極易損壞，一般最多使用1～2年。
近年來又有人設(shè)計(jì)立式鍋爐式的空氣加熱器，用來產(chǎn)生熱空氣，其燃燒室置于爐內(nèi)，外部即是換熱器，用外圍鼓風(fēng)引風(fēng)設(shè)備強(qiáng)制熱煙氣與空氣在爐內(nèi)高速流動(dòng)，進(jìn)行換熱。該裝置存在二個(gè)明顯的缺陷，其中一個(gè)是爐膛置于換熱器內(nèi)部，其燃燒發(fā)熱的溫度不易控制，而且爐膛極易燒壞，盡管有人設(shè)法增加了耐火材料來保護(hù)爐膛，其使用可靠性仍然很低，其使用壽命最多達(dá)到2年；另一缺陷是換器部分熱煙氣通道的積灰難以被清除，從而增加熱阻，使熱效率很快降下來。由于以上二種缺陷使這種產(chǎn)品不能很快發(fā)展和推廣。
本實(shí)用新型的目的在于改進(jìn)立式鍋爐式空氣加熱器，提高其使用壽命，容易控制其燃燒加熱，容易清除熱煙氣的積灰并提高熱效率，降低設(shè)備投資費(fèi)用，節(jié)約能源。
本實(shí)用新型的目的是這樣達(dá)到的使燃燒室從換熱器主體獨(dú)立出來，設(shè)于換熱器主體外，從而形成外置式換熱器；在燃燒室與換熱器主體之間設(shè)有耐高溫濾塵裝置；換熱器做成圓柱形，由外壁、第二環(huán)套、第三環(huán)套、第四環(huán)套套裝而成，從外向內(nèi)順序是在外壁與第二環(huán)套之間是完成第Ⅰ流程空氣預(yù)熱任務(wù)的冷空氣外環(huán)，在第二環(huán)套與第三環(huán)套之間是煙氣外環(huán)和第Ⅱ流程空氣加熱扁管，在第三環(huán)套與第四環(huán)套之間是第Ⅲ流程作為空氣內(nèi)環(huán)的空氣加熱管道，在第四環(huán)套以內(nèi)是煙氣內(nèi)環(huán)和第Ⅳ流程空氣過熱扁管4，冷空氣從外環(huán)進(jìn)入和從內(nèi)環(huán)排出，而熱煙氣則從內(nèi)環(huán)進(jìn)入從外環(huán)排出，逆流換熱，從外環(huán)到內(nèi)環(huán)有四個(gè)空氣加熱流程(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，每一環(huán)套完成一次空氣加熱流程，其中，第Ⅱ流程冷空氣加熱扁管的縱截面為上端向外彎，如在左側(cè)，則呈┐形；如在右側(cè)，則呈┌形；其下端向內(nèi)彎，如在左側(cè)，則呈└形；如在右側(cè)，則呈┘形，該加熱扁管的橫截面為徑向排列；第Ⅳ流程空氣過熱扁管的縱截面上端向外彎，如在左側(cè)，則呈┐形；如右側(cè)，則呈┌形，該空氣進(jìn)熱扁管的橫截面為徑向排列，其下端穿入熱空氣室的上蓋26，上蓋26是一個(gè)凹型倒圓臺(tái)斜面，在其上與空氣過熱扁管下端對(duì)應(yīng)的位置上開有與空氣過熱扁管數(shù)目相等的扁孔，該空氣過熱扁穿入這些扁孔并密封。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
附


圖1是本換熱器的縱截面圖；附圖2是附
圖1的A－A截面圖；附圖3是附
圖1的B－B截面圖。
從附
圖1可見，外置式燃燒室8在換熱器本體之外。在本新型空氣換熱器中，將燃燒室由換熱器內(nèi)移往外部系統(tǒng)，對(duì)于空氣加熱裝置是一個(gè)質(zhì)的改變。在外置式燃燒室8外部設(shè)有水套13，以便利用燃燒余熱，使水升溫，開水可供飲用或洗浴用。在燃燒室8與換熱器本體相連處有個(gè)過道，在其中設(shè)有耐高溫濾塵裝置9，這個(gè)裝置有效地避免了換熱器內(nèi)灰塵堆積，從而增加換熱效率，并減少除塵操作。由于燃燒室8與換熱器本體是分離結(jié)構(gòu)，濾塵裝置9設(shè)于二者連接的通道上，可經(jīng)常加以清潔更換，易于除塵。
在附圖中有黑點(diǎn)部分為熱煙氣流動(dòng)區(qū)，而無黑點(diǎn)部分為空氣流動(dòng)區(qū)。從圖可見在換熱器內(nèi)由幾層環(huán)型圓筒套裝成圓柱形，使用圓柱形的布置可以布置足夠的換熱面積，又可使風(fēng)阻減少，附
圖1中的箭頭表示熱煙氣流動(dòng)方向。冷空氣與熱煙氣流動(dòng)方向相反，本換熱器內(nèi)以冷空氣與熱煙氣的逆對(duì)流為特征，冷空氣進(jìn)入換熱器內(nèi)要經(jīng)過4個(gè)流程，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ流程，被加熱至250～350℃，甚至400℃，第Ⅰ流程是預(yù)熱；第Ⅱ流程是加熱；第Ⅲ流程是繼續(xù)加熱；第Ⅳ流程是過熱。而本換熱器內(nèi)的ⅡⅣ流程分別是在扁管2和4內(nèi)完成的，從附圖2可以看得更清楚。在圓柱形最外一環(huán)是換熱器的外壁7，也就是第一環(huán)套，冷空氣就是從外壁7上的空氣入口1、由風(fēng)機(jī)送入作為第一環(huán)套的外壁7與第二環(huán)套19之間的冷空氣外環(huán)15的，完成第Ⅰ流程空氣預(yù)熱任務(wù)。第二環(huán)套19的上部沿環(huán)套的圓周均勻地分布開有與空氣加熱扁管2數(shù)目相等的、長(zhǎng)寬比為801的扁型孔20。在第三環(huán)套21的下部沿環(huán)套的圓周均勻地分布有與第二環(huán)套19上部扁孔20數(shù)目和尺寸相同的扁孔22。第二環(huán)套19上部的扁孔20與第三環(huán)套21下部的扁孔22之間由空氣加熱扁管2上下對(duì)接溝通。附
圖1是正好從空氣加熱扁管2和空氣過熱扁管4切過熱的截面，參照附圖2，可見所切過的正是徑向排列的空氣加熱扁管2和空氣過熱扁管4，如果不是正好切過這二個(gè)扁管，則見附
圖1上扁管2與4的位置上將是以黑點(diǎn)表示的熱煙氣外環(huán)16和熱煙氣內(nèi)環(huán)18，圖上就看不到這兩根扁管了。該空氣加熱扁管2的縱截面上端向外彎，如在左側(cè)則呈┐形；如在右側(cè)，則呈┌形；其下端向外彎，如在左側(cè)則呈└形；如在右側(cè)，則呈┘形，空氣加熱扁管2的橫截面為徑向排列(見附圖2)，在空氣加熱扁管2內(nèi)完成第Ⅱ流程冷空氣加熱的任務(wù)。第二環(huán)套19與第三環(huán)套21之間的環(huán)形空間就是煙氣外環(huán)16，空氣加熱扁管2就徑向布置其間，使外壁7與第二環(huán)套19之間冷空氣外環(huán)15的空氣經(jīng)由均布在第二環(huán)套19上部與空氣加熱扁管數(shù)目相等的扁孔20進(jìn)入第Ⅱ流程的空氣加熱扁管2，并由該空氣加熱扁管2經(jīng)第三環(huán)套21下部同等數(shù)量的扁孔22進(jìn)入第Ⅲ流程冷空氣加熱管道3繼續(xù)加熱。該第Ⅲ流程管道的冷空氣加熱管道3是在第三環(huán)套21與第四環(huán)套23之間。第Ⅲ流程的空氣繼續(xù)加熱管道就是空氣內(nèi)環(huán)，在該管道3內(nèi)的被加熱空氣由下向上流動(dòng)。在第四環(huán)套23的上部圓周均勻分布有與空氣過熱扁管4數(shù)目相同的、長(zhǎng)度比為801的扁孔24；在第四環(huán)套內(nèi)側(cè)布置有徑向第Ⅳ流程空氣流程過熱扁管4，使被加熱的空氣過熱，空氣過熱扁管4與第四環(huán)套23上部圓周均勻分布的扁孔24對(duì)接相通，空氣過熱扁管4縱截面為上端向外彎，如在左側(cè)，則呈┐形；如在右側(cè)，則呈┌形，其橫截面為徑向排列，該扁管4的下端穿入熱空氣室25的上蓋26。上蓋26是一個(gè)凹型倒圓臺(tái)斜面，在其上與扁管4下端對(duì)應(yīng)的位置上，開有與扁管4數(shù)目相同的扁孔27，扁管4穿入這些扁孔27并密封。以上一、二、三環(huán)套均布置在環(huán)套座板28上，該板為一環(huán)形座板，其外圓尺寸與外壁7一致，而其內(nèi)圓尺寸與第四環(huán)套23的外徑相適應(yīng)。環(huán)套座板由支腿11支撐。支腿11下端固定在底座圓板29上。底座圓板29為一直徑與支腿11分布直徑相適應(yīng)的一塊圓板，在其中心處焊有一縱向的中心圓筒30，其高度為底座圓板與環(huán)套座板之間的距離。熱空氣室25的上蓋即凹型倒圓臺(tái)斜面26內(nèi)圓直徑與中心圓筒30的上端圓口直徑相等，且互相焊接在一起，其外圓直徑與第四環(huán)套23直徑相等，并與第四環(huán)套的下端相焊接，該凹型倒圓臺(tái)斜面26的斜面與中心線夾角為35～45°。
從環(huán)套座板28內(nèi)孔緣向下至底座圓板29之間，以環(huán)套座板28內(nèi)孔直徑為直徑，在中心圓筒30外圍焊有熱空氣室25的圓筒形圍板31，該圍板上端與第四環(huán)套23的下部，即與凹型倒圓臺(tái)面相吻合處相接，穿過環(huán)套座板28的內(nèi)孔并密封，下端則與底座圓板29相接，形成一個(gè)下端面為圓平面，上端面為凹型倒圓臺(tái)斜面的圓柱形熱空氣室25。在熱空氣室25的圓柱面上開有一個(gè)能滿足排出熱空氣的孔6，熱空氣由此輸出。
進(jìn)入換熱器中心圓筒30的熱煙焰是從燃燒室8送來，該煙焰經(jīng)濾塵裝置9和過道10后，通過一個(gè)水平矩形的管道，穿越熱空氣室25直通入中心圓筒30，然后向上擴(kuò)散流動(dòng)，在凹型倒圓臺(tái)斜面26上沖刷空氣過熱扁管4，使流經(jīng)扁管4內(nèi)的空氣過熱，這一煙氣流動(dòng)空間即為煙氣內(nèi)環(huán)18，當(dāng)煙氣流到煙氣內(nèi)環(huán)18上端時(shí)，經(jīng)過均布在第四環(huán)套23與第三環(huán)套21之間的通孔31進(jìn)入煙氣外環(huán)16，在煙氣外環(huán)換熱后的煙氣，橫向穿出換熱器外壁7，從第二環(huán)套19的煙氣出口5排出。此外，在第二環(huán)套19的外側(cè)與第四環(huán)套23的外側(cè)均焊有足夠的散熱片(圖中省略)，以提高其熱效率。
關(guān)于這些環(huán)套的上部結(jié)構(gòu)是這樣的在第四環(huán)套23上部由一與該環(huán)套直徑相配合的頂蓋32封閉。在第四環(huán)套23與第三環(huán)套之間的上端環(huán)形開口由環(huán)形圓蓋密封。換熱器外壁7上端高于其它環(huán)套約10厘米，由圓形頂蓋35直接與外壁7封閉，從而將其它環(huán)套封閉在內(nèi)，形成一個(gè)架空的圓柱形空氣換熱器，被加熱的空氣從熱空氣出口6處排出。
在熱空氣室25的一側(cè)下方設(shè)有除灰口12，以便清除熱煙氣的攜帶的少量煙灰。
當(dāng)在外置式燃燒室8內(nèi)加入燃料點(diǎn)燃后，燃燒產(chǎn)生的熱煙氣就通過濾塵裝置9，在引風(fēng)機(jī)的負(fù)壓作用下，迅速流過空氣換熱器，最后由引風(fēng)機(jī)從煙囪排入大氣。煙焰在空氣換熱器內(nèi)高速流動(dòng)時(shí)，兩側(cè)向逆行的高速運(yùn)動(dòng)的冷空氣在隔離的金屬管壁上進(jìn)行高效換熱。
空氣由冷空氣入口1處鼓入換熱器內(nèi)，經(jīng)第Ⅰ流程預(yù)熱，進(jìn)入第Ⅱ流程加熱，再進(jìn)入第Ⅲ流程繼續(xù)加熱，在第Ⅳ流程被過熱，此時(shí)空氣可升溫到200～350℃，其至400℃，由于換熱器內(nèi)的最高溫度不超過700℃，所以換熱器內(nèi)材質(zhì)不需選用特殊耐高溫材料即可保證其應(yīng)有的剛度，結(jié)構(gòu)沒有熱疲勞破壞的可能。煙氣被降到200℃以下，因此熱效率頗高。
本實(shí)用新型直熱式空氣換熱器的燃燒室是外置式，這種換熱效率高，傳統(tǒng)的換熱方式是由鍋爐產(chǎn)生蒸汽，蒸汽再與空氣換熱，假如每次熱效率是60％，則總的熱效率只有36％，而本新型換熱器與空氣直接換熱，其熱效率可達(dá)65％，因此，節(jié)能明顯；另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使燃燒室外置，延長(zhǎng)換熱器壽命與容易控制煙氣溫度；還有，本設(shè)備不需要水，可大量節(jié)約用水，特別是對(duì)缺水的地方，這種換熱方式有其獨(dú)特的優(yōu)越性；由于燃燒室與換熱器分開，在其連接處容易清除煙道的積灰，雖煙氣經(jīng)過濾塵裝置過濾除塵，但仍會(huì)有少量灰塵滯留聚積在煙道的內(nèi)外環(huán)，本設(shè)備在換熱器底部的煙道內(nèi)外環(huán)對(duì)應(yīng)位置上設(shè)有除灰口12，可隨時(shí)清除積灰；由于設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，與同等發(fā)熱量的空氣加熱設(shè)備與鍋爐相比，本設(shè)備僅是鍋爐費(fèi)用的1／3，而且日常維持費(fèi)用相當(dāng)?shù)?，?jīng)濟(jì)效益明顯。
本實(shí)用新型空氣換熱器使用效果很好，以60萬千卡型為例，實(shí)測(cè)本設(shè)備每小時(shí)燃煤120～130公斤，獲得250℃熱空氣每小時(shí)達(dá)18000立方米，熱效率在60％以上。
權(quán)利要求1.一種空氣換熱器，由燃燒室、換熱器、煙囪組成，其特征在于a、燃燒室8從換熱器主體獨(dú)立出來，設(shè)于換熱器主體外，形成外置式燃燒室；b、在燃燒室8與換熱器主體之間設(shè)有耐高溫濾塵裝置9；c、換熱器主體做成圓柱形，由外壁7、第二環(huán)套19、第三環(huán)套21、第四環(huán)套23套裝而成，從外向內(nèi)順序是在外壁7與第二環(huán)套19之間是完成第Ⅰ流程冷空氣預(yù)熱任務(wù)的冷空氣外環(huán)15，在第二環(huán)套19與第三環(huán)套21之間是煙氣外環(huán)16和第Ⅱ流程冷空氣加熱扁管2，在第三環(huán)套21與第四環(huán)套23之間是第Ⅲ流程作為空氣內(nèi)環(huán)的空氣加熱管道3，在第四環(huán)套23以內(nèi)是煙氣內(nèi)環(huán)18和第Ⅳ流程空氣過熱扁管4，冷空氣從外環(huán)進(jìn)入和從內(nèi)環(huán)排出，而熱煙氣則從內(nèi)環(huán)進(jìn)入從外環(huán)排出，逆流換熱，從外環(huán)到內(nèi)環(huán)有四個(gè)空氣加熱流程(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，每一環(huán)套完成一次空氣加熱流程，其中，第Ⅱ流程空氣加熱扁管2的縱截面為上端外彎，如在左側(cè)，則呈┐形；如在右側(cè)，則呈┌形；其下端向內(nèi)彎，如在左側(cè)則呈└形；如在右側(cè)，則呈┘形，加熱扁管2的橫截面為徑向排列；第Ⅳ流程空氣流程過熱扁管4的縱截面為上端向外彎，如在左側(cè)，則呈┐形；如在右側(cè)，則呈┌形，空氣過熱扁管4的橫截面為徑向排列，其下端穿入熱空氣室25的上蓋26，上蓋26是一個(gè)凹型倒圓臺(tái)斜面，在其上與空氣過熱扁管4下端對(duì)應(yīng)的位置上開有與空氣過熱扁管4數(shù)目相同的扁孔27，空氣過熱扁管4穿入這些扁孔27并密封。
2.按照權(quán)利要求1所說的空氣換熱器，其特征在于在第二環(huán)套19上部，第三環(huán)套21下部和第四環(huán)套23上部的圓周分別均勻分布有與扁管2和扁管4數(shù)目相同的長(zhǎng)寬比為801的扁孔20、22、24。
3.按照權(quán)利要求1所說的空氣換熱器，其特征在于在燃燒室8外部設(shè)有水套13。
專利摘要本實(shí)用新型涉及直熱式空氣換熱器。本設(shè)備的燃燒室是外置式；設(shè)有煙氣濾塵裝置；換熱器呈圓柱形，由外壁、第二環(huán)套、第三環(huán)套、第四環(huán)套套裝而成。冷空氣從外環(huán)進(jìn)入和從內(nèi)環(huán)排出，而熱煙氣則從內(nèi)環(huán)進(jìn)入和從外環(huán)排出，熱煙氣與冷空氣逆流換熱。從外環(huán)到內(nèi)環(huán)有四個(gè)空氣加熱流程，每一環(huán)套完成一次空氣加熱流程。本設(shè)備熱效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)能和節(jié)水。
文檔編號(hào)F24H3/06GK2106330SQ91219379
公開日1992年6月3日 申請(qǐng)日期1991年8月6日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月6日
發(fā)明者張繼先, 武玉芳 申請(qǐng)人:張繼先