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