专利名称：蓄热式恒温恒压不断风空气换热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种蓄热式空气换热器，利用工业炉排放的高温烟气预热助燃空气，是一种温度效率≥80％的烟气余热回收装置，用于气、液体燃料工业炉。
背景技术：
工业炉窑排放的高温烟气所带走的热量占燃料供入热量的30～50％，助燃空气温度每提高100℃可节约燃料5％。公知的空气换热器按热交换方式分为换热式和蓄热式金属换热器属于换热式换热器，温度效率为30～50％，在使用中常因热交换面上的积灰吹扫不净导致其温度效率逐渐降低；蓄热式换热器温度效率≥80％。
现有的蓄热式换热器存在不足之处在于换向阀在换向期间存在烟气和空气短路泄漏问题；蓄热式换热器在换向期间供风中断，供风压力不稳，对于燃烧重油的炉子，存在瞬间冒黑烟现象；蓄热式换热器有两套烟气集箱和两套空气集箱，使整体体积庞大，现场安装不便。
发明内容
为解决现有蓄热式空气换热器存在的换向阀在换向期间烟气和空气短路泄漏问题；蓄热式换热器换向期间供风中断、供风压力不稳以及蓄热式换热器有两套烟气集箱和两套空气集箱使整体体积庞大问题，本实用新型提供了一种蓄热式恒温恒压不断风空气换热器。
1.该换热器采用倒置板式双密封双启闭高温烟气、空气换向阀构成热端换向装置，采用同结构的低温烟气、空气换向阀构成冷端换向装置，在换向装置中，每个换向阀有各自独立的阀板启闭机构，换向期间当一个阀板完全关闭后另一个阀板再打开，没有烟气和空气短路泄漏问题。
2.在换热器中的冷风管道和热风管道之间设计有换向补偿管道，在换向补偿管道上设计有换向补偿阀和空气阻力调节阀，在热风出口管道上设计有蓄热式补偿冷风加热装置，其作用分别是(1)在换向周期开始时，换向补偿阀首先打开，对换热器的供风量进行补偿，待换向周期结束时关闭换向补偿阀，使换热器在换向期间供风量不中断。(2)蓄热式补偿冷风加热装置中有蓄热球，在工作周期中被出口热风加热到与热风相同的温度；在换向周期中，蓄热球又将补偿的冷风加热到出口热风的温度，使换向期间补偿的风量其温度不降低，同时，蓄热球对热风出口温度整体水平有“削峰填谷”作用。(3)通过调整补偿管道上的空气阻力调节阀，使换向补偿管道与两套蓄热通道有相同的空气流动阻力损失值，使换热器在换向期间供风的压力不变。
3.换热器换向周期分为连续的三个步骤第一步，换向补偿阀打开，空气阀门关闭。第二步，烟气阀门之间换向，由于只在两个并列烟气通道之间换向，烟气压力稳定。第三步，空气阀门换向，换向补偿阀阀关闭。
4.在换向阀开关控制系统中，阀门的启闭时间由阀门的规格和提升机构的速比决定，为一个常量，经设计和调整后统一设定为Tf(2s≤Tf≤5s)，则换向周期Th＝3*Tf也为一个常量，工作周期Tg＝N*Tf为一个变量，其中N为正整数(20≤N≤40)，在现场使用中，通过调整N值来设定换热器工作周期的长短，是控制系统中唯一一个需要调整的参数，换向阀门开关控制系统简单易行。
5.在换热器的整体设计上，蓄热箱体通道并列设置，相对的两个冷风换向阀用冷风管道连接，两个热风换向阀用内绝热的热风管道连接，冷风管道和热风管道之间用换向补偿管道连通。蓄热箱体通道和换向补偿管道构成了三列纵向通道，而烟气入口和烟气出口构成了两列横向通道，形成了“三列纵，两头横”的换热器布置格局，取消了热空气集箱和冷空气集箱，换热器冷风入口法兰和热风出口法兰可和来自任何方向上的对接管道连接，使蓄热式换热器体积紧凑，现场布置灵活。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案为1采用倒置板式双密封双启闭高温烟气、空气换向阀构成热端换向装置；采用同结构的低温烟气、空气换向阀构成冷端换向装置。每个换向阀有独立的阀板启闭机构，换向期间当一个阀板完全关闭后另一个阀板再打开，换向期间没有烟气和空气短路泄漏问题。
2在换热器中的冷风管道和热风管道之间设计有换向补偿管道，其上有换向补偿阀。在换向周期开始时，换向补偿阀首先打开，对换热器供风量进行补偿，待换向周期结束时关闭换向补偿阀，保证换向期间换热器供风量不中断。
3在热风出口管道上设计有蓄热式补偿冷风加热装置，该装置由耐热钢筒制造，其上部有热风出口温度检测点，中间位置设计有耐热钢框架，框架内侧有耐热钢网，网中装有蓄热球。该装置用法兰垂直连接在换热器热风出口和现场热风管道之间，其外部绝热。当换热器处于工作周期时，耐热钢框架中的蓄热球被来自蓄热箱的热风加热到与出口热风相同的温度；当换热器处于换向周期时，换向补偿阀首先打开，补偿冷风经过换向补偿管道后进入蓄热式补偿冷风加热装置，被其中的蓄热球加热后供入热风管道送到炉前；待换向周期结束后，换向补偿阀关闭，由蓄热箱出来的热风继续对耐热钢框架中的蓄热球加热并等待下一次对补偿冷风加热，周而复始，保证换向补偿时供风温度不变。由于蓄热式补偿冷风加热装置串联在热风出口管道上，对供出的热风温度整体水平有“削峰填谷”作用。
4在换向补偿管道上设计有空气阻力调节阀，通过调整该阀的开启度，使换向补偿管道与两套蓄热箱管道有相同的空气流动阻力损失值，保证换向补偿时热风出口风压不变。
5将换向补偿管道设计在两套蓄热箱通道之间，取消了冷空气集箱和热空气集箱，减小了换热器体积；两套蓄热箱通道并列设置使之有相同的介质流动阻力损失值，保证换向期间烟气压力不波动。
6一般蓄热式换热器由蓄热箱与换向装置组成，两者之间用法兰连接，所占空间大。本设计将蓄热箱与换向装置设计成一个整体部分，将换向阀直接与蓄热箱上的渐缩管道连接，即蓄热箱上的一个渐缩管道和两个换向阀组成一个换向装置，大大缩小了蓄热式换热器的体积。
7蓄热球箱的内部有耐热钢框架，该框呈中心厚、边缘薄的形状，框架内有耐热钢网，网中装有蓄热球。框架的顶部有装球门，底部有卸球门。
8位于蓄热球箱热端的渐缩管道内壁有绝热层，其侧面有人孔供检修时使用，人孔旁有温度检测点；其下部有积灰槽，槽的底部有清灰门。
9与高温烟气换向阀相连的烟气入口管道上设计有兑入冷风阀，根据换热器烟气入口温度实测值实时控制兑入冷风控制阀的开启度，确保进入换热器烟气的入口温度始终不超过设计的上限值。
10换向阀的控制部分由可编程控制器、继电器输出模块、模拟量模块、断路器、接触器、中间继电器、数显表、测温表等组成，实时监控烟气入口温度、烟气出口温度和空气出口温度，并可对换热器工作周期设定或修改；蓄热式换热器控制部分中有进口烟温自动限温装置，出口热风温度越限报警和引风机入口烟温越限报警系统。
11在换向阀开关控制系统中，阀门的启闭时间由阀门的规格和提升机构的速比决定，为一个常量，经设计和调整后统一设定为Tf(2s≤Tf≤5s)，则换向周期Th＝3*Tf也为一个常量，工作周期Tg＝N*Tf为一个变量，其中N为正整数(20≤N≤40)，在现场使用中，通过调整N值来设定换热器工作周期的长短，是控制系统中唯一一个需要调整的参数，换向阀门开关控制系统简单易行。
本实用新型的有益效果是换向阀在换向期间烟气和空气之间没有短路泄漏问题；换热器在换向期间没有供风中断、风温降低、风压不稳问题；换热器制造以普碳钢材料为主，全焊接工序完成，制造成本低；控制系统设定参数少，调整容易，温度效率高；换热器有过热保护装置、引风机烟温越限保护装置和蓄热球更换装置，安全可靠，易维护，寿命长；体积紧凑，分体运输，组合安装；在炉子排烟温度为650℃时可将空气温度预热到500℃以上，用于气、液体燃料工业炉。
以下结合附图
和实施例对本实用新型作进一步说明。
图一是倒置板式双密封双启闭高温烟气换向阀基本结构图。
图二是图一中的A-A图，图三是图一中的B-B图。
图四是蓄热式恒温恒压不断风换热器工作原理图。
图五是图四中的换向阀开关控制时序图。
图六是蓄热式恒温恒压不断风换热器平面结构图，图七是图六中的A-A图。
图中，1.阀框，2.阀板，3.高温烟气通道，4.阀框绝热层，5.电磁制动电动机，6.提升机构，7.动力杠，8.平衡力杠，9.阀板升降框，10.滑道，11.烟气入口，12.烟气出口，13.冷风入口，14.热风出口，15.蓄热球箱，16.热端渐缩管道，17.冷端渐缩管道，18.渐缩管道绝热层，19.温度检测点，20.高温烟气换向阀，21.低温烟气换向阀，22.热风换向阀，23.冷风换向阀，24.兑入冷风控制阀，25.换向补偿阀，26.空气阻力调节阀，27.蓄热式补偿冷风加热装置，28.换向补偿管道，29.耐热钢框架，30.蓄热球，31.装球门，32.卸球门，33.积灰槽，34.清灰门。
具体实施方式
在图一、图二、图三中，倒置式双密封双启闭高温烟气换向阀由阀框(1)和阀板(2)组成。换向阀的上半部分为高温烟气通道(3)，下半部分有绝热层(4)，其外安装启闭机构。启闭机构由电磁制动电动机(5)和提升机构(6)组成，提升机构与动力杠(7)中心位置连接，动力杠两端与一对平衡力杠(8)连接，平衡力杠(8)与阀板升降框(9)连接，阀板升降框(9)与阀板底部连接，阀板在阀框滑道(10)中上下滑动，从而通过控制电磁制动电动机的正、反转来控制阀板的启闭。
在图四中，蓄热式换热器有左(L)右(R)两个蓄热箱，换热器按使用状态分为工作状态和停炉状态。工作状态按左室工作周期、换向周期和右室工作周期的顺序循环进行。
左室工作周期阀门A、H、I、D、E关闭，阀门B、C、F、G打开。热烟气由烟气入口(11)经阀门B进入蓄热箱L将蓄热球加热，经过蓄热箱L后的冷烟气通过阀门C由引风机排入烟道；冷空气由冷风入口(13)经阀门G进入蓄热箱R被蓄热球加热，经过蓄热箱R后的热空气通过阀门F进入到蓄热式换向补偿加热装置(27)并将其中的蓄热球加热，然后由热风出口(14)送到炉前。
换向周期分为连续的三个步骤第一步，阀门A打开，阀门F、G关闭，通过阀门A的补偿冷风经蓄热式换向补偿加热装置(27)加热后，由热风出口(14)送到炉前；第二步，阀门D、E打开，阀门B、C关闭，由于只在两个并列烟气通道之间换向，烟气压力稳定且与换向阀门启闭时间长短无关；第三步，阀门H、I打开，阀门A关闭。
右室工作周期阀门A、B、C、F、G关闭，阀门H、I、D、E打开，热烟气由烟气入口(11)经阀门D进入蓄热箱R将蓄热球加热，经过蓄热箱R后的冷烟气通过阀门E由引风机排入烟道；冷空气由空气入口(13)经阀门I进入蓄热箱L被蓄热球加热，经过蓄热箱L后的热空气通过阀门H进入蓄热式换向补偿加热装置(27)并将其中的蓄热球加热，然后由热风出口(14)送到炉前。
停炉状态分为点炉状态和检修状态。
点炉状态阀门A打开，阀门B～I全关。点炉时没有高温烟气，打开阀门A供入冷风，其他阀门全关闭以防止点炉时大量不完全燃烧产物和烟尘污染蓄热球。
检修状态阀门A～I全打开。阀门全打开便于维修人员从人孔进入换热器内部进行检修。另外，当阀门打开时，阀板下落到阀框的底部，便于检修启闭机构。
另外，通过调整空气阻力调节阀(26)，使换向补偿管道和蓄热箱通道有相同的空气流动阻力损失值，换向期间供风压力不变。
在图五中，字母A～I代表图二中所示的换向阀，用L和R分别代表左、右两个蓄热箱，阀门打开用高平台表示，阀门关闭用低平台表示。
在换向阀开关控制系统中，阀门的启闭时间由阀门的规格和提升机构的速比决定，为一个常量，经设计和调整后统一设定为Tf(2s≤Tf≤5s)，则换向周期Th＝3*Tf也为一个常量，工作周期Tg＝N*Tf为一个变量，其中N为正整数(20≤N≤40)，在现场使用中，通过调整N值来设定换热器工作周期的长短，是控制系统中唯一一个需要调整的参数，换向阀门开关控制系统简单易行。
在图六中有三个部分A，蓄热箱体通道；B，烟气通道；C，空气通道。
A，蓄热箱体通道由蓄热球箱(15)，热端渐缩管道(16)和冷端渐缩管道(17)组成。热端渐缩管道内侧有绝热层(18)，在热端和冷端渐缩管道中有温度检测点(19)。
B，烟气通道由烟气入口(11)，高温烟气换向阀(20)，低温烟气换向阀(21)和烟气出口(12)组成。烟气入口(11)上有兑入冷风控制阀(24)，烟气出口(12)与引烟机入口连接。
C，空气通道由冷风入口(13)，冷风换向阀(23)，换向补偿阀(25)，空气阻力调节阀(26)，热风换向阀(22)和补偿冷风加热装置(27)组成。
蓄热箱体通道并列设置，相对的两个冷风换向阀用冷风管道连接，两个热风换向阀用内绝热的热风管道连接，冷风管道和热风管道之间用换向补偿管道连通。蓄热箱体通道和换向补偿管道构成了三列纵向通道，烟气入口和烟气出口构成了两列横向通道，形成了“三列纵，两头横”的换热器布置格局。
在图七中，高温烟气换向阀(20)与烟气入口(11)连接，低温烟气换向阀(21)与连接在引风机入口管道上的烟气出口(12)连接；安装现场的冷风管道与换热器冷风入口(13)连接，安装现场的热风管道与换热器补偿冷风加热装置(27)连接。换向补偿管道(28)将换热器中的冷风管道和热风管道连通。蓄热球箱(15)内有耐热钢框架(29)，框架内有耐热钢网，网中装有蓄热球(30)，蓄热球箱顶部有装球门(31)，下部有卸球门(32)。热端渐缩管道底部有积灰槽(33)，槽的侧面有清灰门(34)。蓄热式补偿冷风加热装置(27)连接在换热器热风出口位置上，加热装置上有温度检测点(19)。
换热器中的高温换向阀、低温换向阀、蓄热箱体、冷风入口管、热风出口管、烟气入口管、烟气出口管等用钢结构支撑架安装在地面上。
权利要求1.蓄热式恒温恒压不断风空气换热器由蓄热箱体、换向阀、引风机和控制仪表组成，其特征是蓄热箱体由蓄热球箱和热端渐缩管道、冷端渐缩管道组成，热端渐缩管道与高温换向阀连接，冷端渐缩管道与低温换向阀连接；两套蓄热箱体并排设置，其冷端渐缩管道上相对的两个冷风换向阀用一个冷风管道对连，热端渐缩管道上相对的热风换向阀用一个内绝热的热风管道对连，在冷风管道和热风管道之间用一个与蓄热箱体平行的换向补偿管道连通，其上有换向补偿阀和空气阻力调节阀，热风出口管道上有蓄热式补偿冷风加热装置；烟气入口管道与两个高温烟气换向阀并连，烟气出口管道与两个低温换向阀并连，烟气入口管道上有冷风兑入控制阀；换向阀垂直安装，阀的上半部分为介质通道，下半部分为启闭机构，换热器工作时，九个换向阀按开关控制时序图循环开关，由一个设定参数N控制换向间隔时间的长短。
2.根据权利要求1所述的蓄热式换热器，其特征是蓄热球箱内部有耐热钢框架，该框架呈中心厚、边缘薄的形状，框架内侧有耐热钢网，网中有蓄热球；蓄热球箱顶部有装球门，底部有卸球门。
3.根据权利要求1所述的蓄热式换热器，其特征是热端渐缩管道内壁有绝热层，一侧管道壁上有检修人孔和温度检测点，其底部有积灰槽，槽的侧面有清灰门。
4.根据权利要求1所述的蓄热式换热器，其特征是兑入冷风控制阀位于烟气入口管道的下部，使用折型管道与烟气入口管道连接。
5.根据权利要求1所述的蓄热式换热器，其特征是蓄热式补偿冷风加热装置由耐热钢筒制造，筒内中间位置有耐热钢框架，框架内侧有耐热钢网，网中有蓄热球；筒的上部有温度检测点，筒的外部有绝热层，筒的上、下两端用法兰与现场热风管道及换热器热风出口管道连接。
6.根据权利要求1所述的蓄热式换热器，其特征是换向阀由阀框和阀板组成，阀框由复合材料焊接制造，其横截面中间有空气自然对流冷却通道，阀框内侧有滑道，阀框的底部有阀板装入口；阀板为耐热钢框架结构，阀板框的两侧有滑块，阀板的两面有斜面密封板，当阀板关闭时，阀板斜面密封板与阀框上的契型密封框紧密压紧实现换向阀的双面密封；换向阀下部的两侧有两套对称的启闭机构，由同一套动力机构驱动，同步工作。
7.根据权利要求1所述的蓄热式换热器，其特征是在换向阀开关控制系统中，阀门的启闭时间由阀门的规格和提升机构的速比决定，为一个常量Tf(2s≤Tf≤5s)，则换向周期Th＝3*Tf也为一个常量，工作周期Tg＝N*Tf为一个变量，其中N为正整数(20≤N≤40)，通过调整N值来设定换热器工作周期的长短。
专利摘要蓄热式恒温恒压不断风空气换热器采用倒置板式双密封双启闭烟气、空气换向阀构成换向装置，换向期间烟气和空气之间没有短路泄漏问题；在换热器中的冷风管道和热风管道之间设计有换向补偿管道，其上有换向补偿阀和空气阻力调节阀，在热风出口管道上设计有蓄热式补偿冷风加热装置，使换热器在换向期间供风量不中断，风温不降低，风压不波动，控制系统设定参数少，调整容易，适应性强；换热器制造以普碳钢材料为主，全焊接工序完成，制造成本低；换热器体积紧凑，分体运输，组合安装，温度效率≥80％，在炉子排烟温度为650℃时可将空气温度预热到500℃以上，用于气、液体燃料工业炉。
文档编号F23L15/00GK2625739SQ03201210
公开日2004年7月14日 申请日期2003年1月16日 优先权日2003年1月16日
发明者王霁 申请人:王霁