一体化的多路气流热交换装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种一体化的多路气流热交换装置，具体涉及一种应用在有机废气处理和余热利用设备上的气体热交换装置，属于环保和节能技术领域。


背景技术：

2.目前列管热交换器已广泛应用在有机废气的焚烧设备中，其作用是通过回收废气焚烧后的高温尾气热量实现节能，通过热交换器所回收的高温热能可用于预热进入炉膛的废气以节省焚烧所添加的电力或燃料，所回收的低温热能用于物料烘干和有机废气脱附等方面。
3.现有的有机废气焚烧技术中，前级高温烟气的余热是用于废气预热，这部分余热属于焚烧炉内部的利用，之后被废气冷却降温后的后级低温烟气余热是转移至另外的介质并输出到外部利用，前级和后级的余热回收是各自采用独立分离的两组热交换器进行，包括当前市场上大量配套活性炭吸脱附装置和沸石转轮吸脱附装置的废气处理设备，所采用的烟气（尾气）余热换热器（热风发生器）都是与其废气预热换热器完全独立分开的，上述技术存在以下问题：
4.采用两个独立的热交换器增加了两者之间接口处的渗漏风险，增加了产品制造成本和现场安装工作量。而更大的问题是，有机废气在炉膛燃烧后的高温尾气从前面的高温热交换器出来后再进入后面的低温热交换器，因尾气流道的改变会在低温热交换器前端形成扰流使风阻增大。另外，由于高温热交换器的换热管较长，炉体内部需要另外增加支承物对每根换热管进行支撑，造成列管热交换器的壳程流道受到支承物的遮挡使风阻增大。要克服上述两方面的风阻就需要采用更高压的废气输送风机，这样既加大了风机运行能耗，同时也增加了炉内压力，很容易引起炉内气体对外泄漏。在废气在焚烧设备设计时，为避免炉膛产生气流死角造成部分废气热解不充分而不采用炉膛负压模式，即不能采用从出口端抽风的方式驱动炉体内部气流，只能从进口端通过风机压力将废气送入的方式，这样炉膛就会形成正压力。众所周知，高温高压炉的制造难度相当大，随着炉压的增加，其运行安全风险、风机能耗和设备造价也随之增大。近几年来我国曾发生过多起废气焚烧设备的燃爆事故并造成重大损失，而燃爆所产生的破坏力与炉压有很大的关系。一直以来有机废气焚烧设备的安全风险已受到广泛关注。


技术实现要素：

5.为解决现有技术的不足，本实用新型设计出一种一体化的多路气流热交换装置，可应用于有机废气处理及余热回收的设备中，可大幅提高节能和安全性能，而且降低了设备的制造成本和安装成本。
6.为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：其是一种一体化的多路气流热交换装置，其特征在于包括：高温室、废气热交换区及新风热交换区；所述高温室、废气热交换区及新风热交换区从左至右排布并共用一个壳体形成不可分割的整体，所述废
气热交换区及新风热交换区之间设有第一密封墙将两者之间的壳程流道分隔，在所述新风热交换区右端设有第二密封墙从而将其壳程流道、管程流道和外部空间三者分隔，在所述废气热交换区及新风热交换区内设有密集的换热管，所述换热管以水平多排和上下多层的方式层叠，水平排列的换热管之间留有间距从而形成列管式热交换器结构，所述换热管的进气口与高温室连通，所述换热管依次通过废气热交换区和新风热交换区并穿过第一密封墙及第二密封墙使换热管的出气口与外界连通从而形成换热管将高温室与外部连通的结构；
7.所述列管式热交换器结构可以分别为三种不同的结构；
8.第一种是所述换热管全部采用直换热管，上下相邻对应的换热管形成交叉结构，上下相邻对应的换热管在交叉交汇处上下相互触碰，形成下方换热管承托住其上方换热管的列管式热交换器结构；
9.第二种是位于废气热交换区区域内换热管带有弯曲段且位于换热管的弯曲段的上下相邻对应的换热管为直管，换热管的弯曲段与其上下相邻对应的直的换热管形成交叉结构，上下相邻对应的换热管在交叉交汇处相互接触，形成下方换热管承托住其上方换热管的列管式热交换器结构；
10.第三种是位于废气热交换区区域内的换热管带有弯曲段且位于换热管的弯曲段与其上下相邻对应的换热管为弯曲段，换热管的弯曲段与其上下相邻对应的换热管弯曲段形成交叉结构，上下相邻对应的换热管在交叉交汇处上下相互触碰，形成下方换热管承托住其上方换热管的列管式热交换器结构。
11.在本技术方案中，所述高温室可用作炉膛。
12.在本技术方案中，第一密封墙和第二密封墙均采用耐火浇注料制成。
13.在本技术方案中，换热管可采用石英玻璃管或陶瓷管。
14.在本技术方案中，换热管的弯曲段可以是一段或多段。
15.在本技术方案中，废气热交换区处并靠第一密封墙位置设有废气进风口。
16.在本技术方案中，新风热交换区处并靠第一密封墙位置设有热风出口，所述新风热交换区靠处并第二密封墙位置设有新风入口。
17.本实用新型与现有技术相比的优点为：热交换器流道更通畅，热交换效率更高，在减少内部的空气阻力后可采用风压和功率更低废气送风风机，节约风机耗电；在降低废气送风风压后，炉体内部压力更低，可减少炉内气体外泄的几率，低压炉膛更可降低燃爆的风险；无需在废气焚烧设备主体以外再增加热风发生器，可获得廉价的余热热风用于生产或物料烘干，还可以与活性炭吸脱附和沸石转轮吸脱附装置配套使用以适应更低浓度范围废气的处理，其的输出的余热热风非常适应于上述吸脱附装置的脱附使用；低压炉膛设备制造更容易，造价也更低，一体化结构可减少用户现场安装的工作量。
附图说明
18.图1为本实用新型实施例1第n层换热管的摆放俯视示意图；
19.图2为本实用新型实施例1第n 1层换热管的摆放俯视示意图；
20.图3为本实用新型实施例1换热管的层叠摆放俯视示意图；
21.图4为本实用新型实施例1整体俯视示意图；
22.图5为本实用新型实施例2第n层换热管的摆放俯视示意图；
23.图6为本实用新型实施例2第n 1层换热管的摆放俯视示意图；
24.图7为本实用新型实施例2换热管的层叠摆放俯视示意图；
25.图8为本实用新型实施例2整体俯视示意图；
26.图9为本实用新型实施例3第n层换热管的摆放俯视示意图；
27.图10为本实用新型实施例3第n 1层换热管的摆放俯视示意图；
28.图11为本实用新型实施例3换热管的层叠摆放俯视示意图；
29.图12为本实用新型实施例3整体俯视视示意图；
30.图13为本实用新型实施例1-3的外部主视示意图。
具体实施方式
31.下面结合图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
32.在本实用新型描述中,术语
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顶”、“底”、“左”及“右”等指示的方位或位置关系为基于图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
33.实施例一
34.如图1至图4及图13所示，其是一种一体化的多路气流热交换装置，包括：高温室1、废气热交换区2及新风热交换区3；所述高温室1、废气热交换区2及新风热交换区3从左至右排布并共用一个壳体形成不可分割的整体，所述废气热交换区2及新风热交换区3之间设有第一密封墙5将两者之间的壳程流道分隔，在所述新风热交换区3右端设有第二密封墙6从而将其壳程流道、管程流道和外部空间三者分隔，在所述废气热交换区2及新风热交换区3内设有密集的换热管4，所述换热管4以水平多排和上下多层的方式层叠，水平排列的换热管4之间留有间距从而形成列管式热交换器结构，所述换热管4的进气口与高温室1连通，所述换热管4依次通过废气热交换区2和新风热交换区3并穿过第一密封墙5及第二密封墙6使换热管4的出气口与外界连通从而形成换热管4将高温室1与外部连通的结构；
35.所述列管式热交换器结构是所述换热管4全部采用直换热管，上下相邻对应的换热管4形成交叉结构，上下相邻对应的换热管4在交叉交汇处41上下相互触碰，形成下方换热管4承托住其上方换热管4的列管式热交换器结构。
36.在本实施例中，所述高温室1可用作炉膛。
37.在本实施例中，所述第一密封墙5和第二密封墙6均采用耐火浇注料制成。
38.在本实施例中，所述换热管4可采用石英玻璃管或陶瓷管。
39.在本实施例中，所述换热管4的弯曲段可以是一段或多段。
40.在本实施例中，所述废气热交换区2处并靠第一密封墙5位置设有废气进风口21。
41.在本实施例中，所述新风热交换区3处并靠第一密封墙5位置设有热风出口32，所述新风热交换区靠处并第二密封墙位置6设有新风入口31。
42.本实用新型的壳体由内层的耐火材料、中层的保温材料和外层的金属材料组合而
成，耐火材料包括耐火砖或耐火陶瓷片，壳体内层部分结构可以采用挤出成型的中空陶瓷板材。
43.工作原理：
44.高温室1、废气热交换区2和新风热交换区3从左至右共用一个壳体形成不可分割的整体，以及换热管4穿过第一密封墙5和第二密封墙6分别通过废气热交换区2和新风热交换区3，形成换热管4将高温室1与外部连通的结构。上述包括壳体和换热管呈整体结构，不存在各部件之间的端口对接，可避免接口密封不良产生泄漏的风险。
45.废气热交换区2和新风热交换区3均呈列管式热交换器结构，废气热交换区2的任务是实现对管程流道流出的高温尾气与废气入口21进入壳程流道的废气进行热交换，废气热交换区2把焚烧前的废气温度提高后可节约废气焚烧所补充的能源。新风热交换区3的任务是将后段管程流道的尾气热量进一步回收，从新风入口31进入的外部空气通过新风热交换区3的壳程流道与其内部换热管4热交换后，从热风出口32流出，尾气余热得到充分利用，并降低了尾气排放温度，对环境更友好。
46.第一密封墙5和第二密封墙6的作用是隔离对应区域防止漏气或相互串气。
47.第一密封墙5和第二密封墙6采用浇注的方式制成，密封墙除了起到对各区间气体进行隔离的作用外，每根换热管都被两道密封墙所固定，相隔一段距离的两点固定可有效限制换热管的轴向移动和径向摆动，而传统技术中只在换热管的一端设置密封墙必须增加其他固定手段才能限制换热管的径向摆动。
48.但是，两道密封区只是限制换热管的轴向移动和径向摆动还没有完全解决结构安全问题，由于需要留出足够的壳程流道空间，每根换热管相互之间会有间距，这样，废气热交换区除了最底层的换热管外，其他的换热管会呈悬臂状态，悬臂的长径比过大很容易使陶瓷或石英玻璃之类的脆性质地换热管折断。
49.本实用新型通过上下相邻对应的换热管4形成交叉结构，在废气热交换区靠高温室附近的换热管4上下相互接触，利用下方换热管4承托住其上方换热管4，采用这种结构可在不需要增设其他支承物的情况下，通过换热管之间的相互支承，让换热管悬臂的自由端得到承托而解决了悬臂力问题。
50.由于换热管的悬臂部分依靠其下方交叉接触的换热管承托，因换热管左右两边存在空隙，如果换热管受到如内部风力和运输的晃动的外力作用，很容易造成换热管在径向移动而脱离下方换热管的承托，使换热管重新回到悬臂状态而受损，之所以，在没有其他固定手段的情况下，采用两道密封墙将换热管固定避免其径向摆动尤其重要。
51.高温室是接纳废气热交换区壳程流道流入废气的区域，也是废气焚烧设备炉膛所在区域，从外部进入的有害气体将集中在该区域燃烧和短时间停留，在充分受热分解后从换热管排出。
52.实施例二
53.如图5至图8及图13所示，其是一种一体化的多路气流热交换装置，包括：高温室1、废气热交换区2及新风热交换区3；所述高温室1、废气热交换区2及新风热交换区3从左至右排布并共用一个壳体形成不可分割的整体，所述废气热交换区2及新风热交换区3之间设有第一密封墙5将两者之间的壳程流道分隔，在所述新风热交换区3右端设有第二密封墙6从而将其壳程流道、管程流道和外部空间三者分隔，在所述废气热交换区2及新风热交换区3
内设有密集的换热管4，所述换热管4以水平多排和上下多层的方式层叠，水平排列的换热管4之间留有间距从而形成列管式热交换器结构，所述换热管4的进气口与高温室1连通，所述换热管4依次通过废气热交换区2和新风热交换区3并穿过第一密封墙5及第二密封墙6使换热管4的出气口与外界连通从而形成换热管4将高温室1与外部连通的结构；
54.所述列管式热交换器结构是位于废气热交换区2区域内换热管4带有弯曲段且位于换热管4的弯曲段的上下相邻对应的换热管4为直管，换热管4的弯曲段与其上下相邻对应的直的换热管4形成交叉结构，上下相邻对应的换热管4在交叉交汇处41相互接触，形成下方换热管4承托住其上方换热管4的列管式热交换器结构；
55.在本实施例中，所述高温室1可用作炉膛。
56.在本实施例中，所述第一密封墙5和第二密封墙6均采用耐火浇注料制成。
57.在本实施例中，所述换热管4可采用石英玻璃管或陶瓷管。
58.在本实施例中，所述换热管4的弯曲段可以是一段或多段。
59.在本实施例中，所述废气热交换区2处并靠第一密封墙5位置设有废气进风口21。
60.在本实施例中，所述新风热交换区3处并靠第一密封墙5位置设有热风出口32，所述新风热交换区靠处并第二密封墙位置6设有新风入口31。
61.在同一层换热管4中，可以全部是直管或弯管，也可以是直管和弯管的组合，废气热交换区2区域内换热管4弯曲段的上下相邻对应的换热管4是直管，直管段的上下相邻对应的换热管4为弯曲管，换热管4的弯曲段与其上下相邻对应的直的换热管4形成交叉结构，上下相邻对应的换热管4在交叉交汇处41相互接触，形成下方换热管4承托住其上方换热管4的列管式热交换器结构
62.生产时，所述的换热管4的弯曲段可以是一段或多段。
63.本实用新型的壳体由内层的耐火材料、中层的保温材料和外层的金属材料组合而成，耐火材料包括耐火砖或耐火陶瓷片，壳体内层部分结构可以采用挤出成型的中空陶瓷板材。
64.制作较大规格本实用新型产品时，所述的换热管4弯曲段可以是两段或多段，这样在废气热交换区2内上下之间的换热管4会增加多一些接触点来共同承托换热管的重量，可以减少单个接触点所承受的压力。另外，也可以把弯曲段的长度或弯曲角度加大，让每根换热管可以触碰到下方两根或以上的换热管以增加接触点，同样可以减少单个接触点所承受的压力。
65.实施例三
66.如图9至图13所示，其是一种一体化的多路气流热交换装置，包括：高温室1、废气热交换区2及新风热交换区3；所述高温室1、废气热交换区2及新风热交换区3从左至右排布并共用一个壳体形成不可分割的整体，所述废气热交换区2及新风热交换区3之间设有第一密封墙5将两者之间的壳程流道分隔，在所述新风热交换区3右端设有第二密封墙6从而将其壳程流道、管程流道和外部空间三者分隔，在所述废气热交换区2及新风热交换区3内设有密集的换热管4，所述换热管4以水平多排和上下多层的方式层叠，水平排列的换热管4之间留有间距从而形成列管式热交换器结构，所述换热管4的进气口与高温室1连通，所述换热管4依次通过废气热交换区2和新风热交换区3并穿过第一密封墙5及第二密封墙6使换热管4的出气口与外界连通从而形成换热管4将高温室1与外部连通的结构；
67.所述列管式热交换器结构是位于废气热交换区2区域内的换热管4带有弯曲段且位于换热管4的弯曲段与其上下相邻对应的换热管4为弯曲段，换热管4的弯曲段与其上下相邻对应的换热管4弯曲段形成交叉结构，上下相邻对应的换热管4在交叉交汇处41上下相互触碰，形成下方换热管4承托住其上方换热管4的列管式热交换器结构。
68.在本实施例中，所述高温室1可用作炉膛。
69.在本实施例中，所述第一密封墙5和第二密封墙6均采用耐火浇注料制成。
70.在本实施例中，所述换热管4可采用石英玻璃管或陶瓷管。
71.在本实施例中，所述换热管4的弯曲段可以是一段或多段。
72.在本实施例中，所述废气热交换区2处并靠第一密封墙5位置设有废气进风口21。
73.在本实施例中，所述新风热交换区3处并靠第一密封墙5位置设有热风出口32，所述新风热交换区靠处并第二密封墙位置6设有新风入口31。
74.生产时，所述的换热管4的弯曲段可以是一段或多段。
75.本实用新型的壳体由内层的耐火材料、中层的保温材料和外层的金属材料组合而成，耐火材料包括耐火砖或耐火陶瓷片，壳体内层部分结构可以采用挤出成型的中空陶瓷板材。
76.制作较大规格本实用新型产品时，所述的换热管4弯曲段可以是两段或多段，这样在废气热交换区2内上下之间的换热管4会增加多一些接触点来共同承托换热管的重量，可以减少单个接触点所承受的压力。另外，也可以把弯曲段的长度或弯曲角度加大，让每根换热管可以触碰到下方两根或以上的换热管以增加接触点，同样可以减少单个接触点所承受的压力。
77.以上结合图对本实用新型的实施方式作出详细说明，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本实用新型的保护范围内。