[实用新型]筒状复合换热器

说明书

本实用新型涉及一种热交换装置，可利用均热炉锻造炉等高温烟气对空气进行预热。

目前，由于均热炉、锻造炉等烟温较高，达到1000～1200℃，所使用的换热器一般为陶土换热器，很少有金属换热器。中国专利申请CN2030309U公开了一种金属制“喷流辐射换热器”，该换热器由内筒、外筒和有喷流群孔的喷孔筒三层套筒组成，其内筒为光滑的圆筒，喷筒上均匀分布着喷孔，换热器采用喷流、辐射相结合的换热形式，其使用温度为600～800℃。

本实用新型的目的是得到一种可在900～1200℃烟温下使用的换热器，可将喷流、辐射、对流三种换热方式集于一体，提高烟气侧和空气侧的湍流强度，提高换热效率并延长换热器的寿命。

为实现上述目的，本实用新型是这样实现的：该换热器由高温段和中温段经烟气连接管串接而成，其高温段和中温段由内筒、喷筒和外筒三层组成，其中内筒为大波纹内筒，内、外筒之间为由U形件组成并带有矩形喷缝的喷筒，中温段内筒中设有对流传热管。

该换热器的喷筒是由沿圆周均匀分布的U形件组成，两相邻的U形件之间有一列间断的矩形喷缝，且该U形件的曲率中心位于喷筒内侧。

喷缝上的矩形喷缝的中心与波纹内管的波谷相对，同时与内波纹管的焊道相对。

矩形喷缝尺寸为长20～60mm，宽2～4mm，波纹内筒的波长为40～60mm。

波纹内筒中温段设置的对流传热管是呈三角形布置的。

该换热器的喷筒一端与内筒、外筒固定，另一端为自由伸缩端。

该换热器内筒高温段采用3Cr24Ni7SiNRE材质，中温段采用不锈钢，U形件系经渗铝处理。

下面结合附图对本实用新型做进一步详述。

图1为本实用新型筒状复合换热器结构示意图。

图2为图1中A－A剖视图。

图3为图1中I的局部放大图。

图1中，烟气从左侧下部进入换热器，从左侧的高温段经烟气连接管11进入到右侧的中温段，在波纹内管2中流动。空气从进风管5进入换热器外筒4和喷筒3之间，从喷缝喷出垂直喷向波纹管2上，喷流后的空气从喷筒3和内波纹筒2的U槽内流入第二次喷流辐射管，在U槽内流动时，由于辐射而再次被加热，空气经中间联箱6进入第三级喷流管。这样循环三次，空气经第三次喷流辐射加热后，在第三级喷流管的内波纹管和喷筒之间，然后进入焊于内波纹管周围的对流管9内，空气进入对流管后，又一次被加热，然后从对流管9出口处流出，进入第四级喷流管内经喷流辐射后从出风口8中流出，出风管8的出口处设有放散阀7，1为膨胀节。从上述空气换热的全过程可知，该换热器可根据需要设置2～6级喷流、辐射和1级对流。

该换热器采用大波纹内筒，其波纹的波长为40～60mm，这样可在整体上解决换热器的热膨胀补偿问题，同时，采用波纹管与在同体积下的光管相比，可增大有效换热面积45～50％，增大了烟气辐射面积；另外，当烟气在内筒和喷筒间流动时，由于截面积不断扩缩交变，形成交变紊流场，大大提高了烟气侧和空气侧的湍流强度，使换热系数提高。

该换热器中温段波纹内筒中安置有呈三角形布置的对流传热管9，烟气从管束外和内筒中流过，提高了烟气辐射面积和流速，可使烟气换热系数有较大提高，同时，空气经管内流过，将空气预热温度再次提高，增加该管束后空气预热温度可提高20％左右。

图2、3中，喷筒3是沿圆周分布的U形件组成的，两相邻的U形件之间有一列间断的矩形喷缝10，U形件的曲率中心位于喷筒内侧，使喷缝的横截面为外扩内缩的流线形，这样U形件的凹侧为热空气流动空间。喷缝沿换热器的轴方向长为20～60mm，宽为2～4mm，喷缝的中心与波纹管波谷相对应，这样，由于改变了圆形喷孔的喷流结构，使喷流覆盖面积增大，内筒壁温均匀，可防止局部由于无空气喷流冷却而产生过热。同时，矩形喷缝直接对应波纹内筒纵向焊缝，可有效地降低焊道部位的壁温，使焊道这一薄弱环节可以适应高温状态下的使用，从而提高换热器的整体寿命。

为解决喷筒的膨胀问题，喷筒与内波纹筒，外筒一端焊接固定，而另一端为自由伸缩端，这样的悬伸自由膨胀结构，有热补偿功能。

由于均热炉等烟气温度较高，约在1000～1200℃范围内，同时含有硫等有害气体，因此该换热器选用具有抗高温氧化性的合金制成，波纹内筒高温段选用3Cr24Ni7SiNRE耐热钢，中温段可选用22Cr12Ni或1Cr18Ni9Ti不锈钢，喷筒的U形件选用1Cr18Ni9Ti或普碳钢经渗铝处理，当烟气中含硫大于6％时，可对上述材质采用合金镀铝，以提高抗氧化性和抗腐蚀性。

与现有技术相比，本实用新型在结构上采用波纹内筒、U形件结合式喷筒设计，喷筒上由圆形喷孔变为矩形喷缝，喷缝比圆形喷孔阻力损失降低了45～55％，克服了常规喷流换热器空气侧阻力损失大的缺点。中温段波纹内筒中增设了对流传热管，在空气侧将喷流、辐射、对流三种换热方式集于一体，使空气侧给热系数提高，换热器管壁温度可降低150～200℃，可大大提高其使用寿命。与辐射换热器相比，当烟温为900℃时，可将空气预热温度由300～310℃提高到500～550℃，从而降低燃耗5～10％，增加生产能力2～5％。