專利名稱：一種蜂窩陶瓷換熱器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于工業(yè)換熱器技術，尤其涉及一種高溫高效的氣一氣蜂窩陶瓷 換熱器。
背景技術：
高溫空氣燃燒技術是上世紀90年代發(fā)展起來的一項新型燃燒技術。該技 術通過蓄熱式煙氣回收，可使空氣預熱溫度達煙氣溫度的90%，爐溫均勻性 《土5"C，其燃燒熱效率可達70%，甚至更高。該技術具有高效節(jié)能、低污 染環(huán)保、燃燒穩(wěn)定性好、燃燒區(qū)域大、燃料適應性廣等諸多優(yōu)點。高溫空氣 燃燒技術是運用四通換向閥的頻繁切換將煙氣與被加熱氣體交替通過蓄熱 體，實現(xiàn)煙氣與被加熱氣體的熱交換，熱量傳遞過程先是由煙氣通過蓄熱體， 煙氣把熱量傳遞給蓄熱體，然后切換煙氣為被加熱氣體通過蓄熱體，被加熱 氣體吸收蓄熱體中的蓄熱而升高溫度。這種技術中主要存在以下缺陷有待進 一步解決所述四通換向閥的頻繁切換動作，易損壞，壽命短，運行費用高； 煙氣流動頻繁換向會帶來爐內壓力反復波動，波動較大時影響燃燒穩(wěn)定性， 進而影響爐膛安全?，F(xiàn)有陶瓷換熱器改進技術，如中國專利CN85109173A、 CN2295383Y、 CN2096035U和CN2194497Y等文獻報道，雖能在一定程度上節(jié) 約能源，但換熱器的漏氣率都有待進一步降低。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明要解決的技術問題是，設計一種蜂窩 陶瓷換熱器。該換熱器無需四通換向閥，即可對一種或多種被加熱氣體的加 熱，并且最大限度地回收利用了煙氣余熱，具有安全性高、漏氣率低和明顯 的節(jié)能減排效果。
本發(fā)明解決所述換熱器技術問題的技術方案是設計一種蜂窩陶瓷換熱 器，該換熱器包括煙氣入口、換熱器主體、煙氣出口、被加熱氣體入口和被 加熱氣體出口，其特征在于所述的換熱器主體由一個或一個以上主換熱體基本單元和兩個或主換熱體基本單元數(shù)量兩倍的封頭基本單元模塊化裝配組 成；所述主換熱體基本單元由主換熱體煙氣通道和主換熱體被加熱氣體通道 組成，并且主換熱體煙氣通道和主換熱體被加熱氣體通道交替分層布置，主 換熱體煙氣通道內的煙氣與主換熱體被加熱氣體通道內的被加熱氣體流動方
向相反配制；所述封頭基本單元由相互垂直的封頭煙氣通道和封頭被加熱氣 體通道組成，并且封頭煙氣通道和封頭被加熱氣體通道交替分層布置，封頭 煙氣通道和封頭被加熱氣體通道分別與所述主換熱體煙氣通道和主換熱體被 加熱氣體通道的形狀結構一致。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明蜂窩陶瓷換熱器采用不同換熱單元的組合，無 需四通換向閥，即可對一種或多種氣體連續(xù)有效地加熱，同時爐膛煙氣無需 交替改變流動方向，爐膛壓力波動減小，安全性提高，并且漏氣率低(小于 1%)，結構簡單，成本降低，有利于現(xiàn)有工業(yè)爐的改造，整體燒制的換熱器 現(xiàn)場施工方便。


圖1是本發(fā)明蜂窩陶瓷換熱器一種實施例使用時的連接結構示意圖2是本發(fā)明蜂窩陶瓷換熱器一種實施例(即圖1中換熱器主體2只含
有一個主換熱體基本單元8和其一端的A型封頭基本單元9及另一端的B型
封頭基本單元10時)的結構示意圖3是本發(fā)明蜂窩陶瓷換熱器一種實施例的剖面(圖2中的A-A剖面)
結構示意圖4是本發(fā)明蜂窩陶瓷換熱器一種實施例的剖面(圖3的B-B剖面)結 構示意圖5是本發(fā)明蜂窩陶瓷換熱器一種實施例的剖面(圖3的C-C剖面)結 構示意圖6是本發(fā)明蜂窩陶瓷換熱器一種實施例的剖面(圖3的D-D剖面)結 構示意圖7是本發(fā)明蜂窩陶瓷換熱器一種實施例的剖面(圖3的E-E剖面)結 構示意圖8是本發(fā)明蜂窩陶瓷換熱器一種實施例的主換熱體基本單元8的結構 示意4圖9是本發(fā)明蜂窩陶瓷換熱器一種實施例的A型封頭基本單元9的結構 示意圖；其中，(a)圖是與圖2中A型封頭基本單元9一致的視圖；(b)圖是 (a)圖逆時針旋轉90度的視圖；(c)圖是(a)圖逆時針旋轉180度的視圖10是本發(fā)明蜂窩陶瓷換熱器一種實施例的B型封頭基本單元10的結 構示意圖；其中，(a)圖是與圖2中B型封頭基本單元10—致的視圖；(b)圖 是(a)圖逆時針旋轉90度的視圖；(c)圖是(a)圖逆時針旋轉180度的視圖11是本發(fā)明蜂窩陶瓷換熱器一種實施例的C型封頭基本單元12的結 構示意圖；其中，(a)、 (b)、 (c)視圖分別對應圖10中的(a)、 (b) 、 (c)視圖， 但已去掉側封ll;
圖12是本發(fā)明蜂窩陶瓷換熱器只有一種被加熱氣體時的一種實施例的 整體結構示意圖13是本發(fā)明蜂窩陶瓷換熱器只有一種被加熱氣體時的一種實施例(參 見圖12)的主換熱體基本單元和封頭基本單元的組配結構示意圖14是本發(fā)明蜂窩陶瓷換熱器有二種被加熱氣體時的一種實施例的整 體結構示意圖15是本發(fā)明蜂窩陶瓷換熱器有二種被加熱氣體時的一種實施例(參見 圖14)的主換熱體基本單元和封頭基本單元的組配結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合實施例及其附圖詳細敘述本發(fā)明。實施例是以本發(fā)明技術方案 為前提進行的實施，給出了詳細的實施方式和過程。但本發(fā)明權利要求的保 護范圍不限于下述的實施例。
本發(fā)明設計的蜂窩陶瓷換熱器(簡稱換熱器，參見圖1一15)包括煙氣 入口 1、換熱器主體2、煙氣出口 3、被加熱氣體入口 4和被加熱氣體出口 5。 其特征在于所述的換熱器主體2由一個或一個以上主換熱體基本單元8和兩 個或主換熱體基本單元8數(shù)量兩倍的封頭基本單元模塊化裝配組成；所述主 換熱體基本單元8由主換熱體煙氣通道17和主換熱體被加熱氣體通道18組 成，并且主換熱體煙氣通道17和主換熱體被加熱氣體通道18交替分層布置， 主換熱體煙氣通道17內的煙氣與主換熱體被加熱氣體通道18內的被加熱氣 體流動方向相反配制；所述封頭基本單元由相互垂直的封頭煙氣通道6和封 頭被加熱氣體通道7組成，并且封頭煙氣通道6和封頭被加熱氣體通道7交
5替分層布置，封頭煙氣通道6和封頭被加熱氣體通道7分別與所述主換熱體 煙氣通道17和主換熱體被加熱氣體通道18的形狀結構一致。
本發(fā)明所述封頭基本單元實施例有三種設計(參見圖9一11) : A型封頭 基本單元9、 B型封頭基本單元10和C型封頭基本單元12。其中，A型封頭基 本單元9和B型封頭基本單元10均為一面帶有側封11的封頭基本單元，， 側封11的作用是防止封頭通道的氣體竄出該側封11面；尤其是當加熱多種 氣體時，起到分隔作用，防止與之并聯(lián)的封頭基本單元之間各種氣體的混合； C型封頭基本單元12為無側封的封頭基本單元(即封頭基本單元本身)，用 于被加熱氣體在封頭基本單元并聯(lián)時從一個封頭基本單元的通道進入另一個 封頭基本單元的通道。所述A型封頭基本單元9與B型封頭基本單元10的區(qū) 別是帶有側封11 一面的位置不同；A型封頭基本單元9所帶側封11 一面的 位置在其左側(以圖9 (a)為基準，圖9 (b)中的側封11在其左側一面； 左右僅為相對位置，下同)，B型封頭基本單元10所帶側封ll一面的位置在 其右側(參見圖10 (c)中的側封11;圖10 (c)與圖9 (a)位置一致)。換 言之，二者的不同結構特征是A型封頭基本單元9所帶的側封11 一面位置 與B型封頭基本單元1 0所帶的側封11 一面位置正好相對，即在A型封頭基 本單元9出現(xiàn)側封11 一面的位置，而在B型封頭基本單元10的該一面位置 沒有側封ll，而是在其相對一面位置帶有側封11 (即圖9中的(a)圖所帶側 封11的一面與圖10中的(c)圖所帶側封11的一面位置相對；圖9中的(c) 圖所帶側封ll的一面與圖lO中的(a)圖所帶側封ll的一面位置相對)。所述 各封頭基本單元(包括A型封頭基本單元9、 B型封頭基本單元10和C型封 頭基本單元12，下同)，不論采用那種實施例設計，都要求其封頭煙氣通道6 和封頭被加熱氣體通道7分別與所述主換熱體煙氣通道17和主換熱體被加熱 氣體通道18的形狀結構一致。換言之，所述封頭煙氣通道6與主換熱體煙氣 通道17的形狀結構一致，所述封頭被加熱氣體通道7與主換熱體被加熱氣體 通道18的形狀結構一致；所述各封頭基本單元與所述主換熱體基本單元8組 配后，所述的封頭煙氣通道6與主換熱體煙氣通道17平滑組接， 一致貫通； 所述的封頭被加熱氣體通道7與主換熱體被加熱氣體通道18也平滑組接，一 致貫通。
本發(fā)明換熱器所述的主換熱體煙氣通道17、封頭煙氣通道6、主換熱體 被加熱氣體通道18和封頭被加熱氣體通道7 (單個通道)的橫截面形狀是工業(yè)方法方便制造的任意形狀，包括四邊形、圓形、三角形、五邊形、六邊形
等。所述封頭煙氣通道6與主換熱體煙氣通道17與封頭被加熱氣體通道7與 主換熱體被加熱氣體通道18的大小可以根據(jù)阻力損失、蜂窩陶瓷的材料強度 與換熱特性要求設計。本發(fā)明所述基本單元中的單個通道的橫截面積設計為 4 150mm2，通道壁厚度為0. 2 5mm。
本發(fā)明換熱器的主要制備工藝過程是先按模具成型，并燒結各種規(guī)格 的主換熱體基本單元、封頭基本單元和出入口接頭；然后針對目標工業(yè)爐所 用燃氣和氧化劑的體積比例關系和換熱要求，配置好燃氣和氧化劑各自所需 的基本單元數(shù)量，布置流程和接頭，粘合各單元和接頭；再將粘合好的整體 換熱器燒結成型，即可獲得本發(fā)明整體的蜂窩陶瓷換熱器。本發(fā)明所述的換 熱器采用單元(包括主換熱體基本單元8以及適當配置所需的A型封頭基本 單元9、 B型封頭基本單元10和C型封頭基本單元12)組合模式設計，適用 性良好，可根據(jù)被加熱氣體的比例關系設計不同的單元數(shù)量，然后按照串聯(lián) 或/和并聯(lián)組合各單元，最后燒結成一個整體的換熱器。
本發(fā)明換熱器的工作參數(shù)范圍是煙氣入口溫度為600 1500°C，煙氣出 口溫度為130 200°C;被加熱氣體的入口溫度為來源氣體的溫度(比如空氣 通常為常溫)，出口溫度為600 120(TC。
本發(fā)明換熱器的工作原理和過程是爐膛燃燒排放的高溫煙氣從煙氣入 口 1進入換熱器主體2，煙氣經(jīng)過所述封頭煙氣通道6與主換熱體煙氣通道 17時，利用對流、導熱和輻射方式將煙氣的熱量傳遞給所述封頭煙氣通道6 與主換熱體煙氣通道17的四壁，煙氣通道四壁上的熱量通過導熱方式將熱量 傳遞到所述封頭被加熱氣體通道7與主換熱體被加熱氣體通道18的四壁，然 后再通過對流、導熱和輻射方式把熱量傳遞給通過所述封頭被加熱氣體通道 7與主換熱體被加熱氣體通道18內的被加熱氣體。使用本發(fā)明換熱器后，排 放的煙氣溫度降低，而被加熱氣體溫度升高，即被加熱氣體回收利用了煙氣 的熱量，實現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。
本發(fā)明換熱器基于模塊化設計，取消了現(xiàn)有技術的四通換向閥，通過換 熱單元的巧妙組合在同一換熱器內，完成了對一種或多種被加熱氣體(比如: 氧氣/空氣/燃氣)的加熱，同時實現(xiàn)了爐膛壓力波動減小，安全性提高，漏
氣率降低的目標。本發(fā)明提出的一種新型蜂窩陶瓷換熱器，總的發(fā)明構思是:
將煙氣通道與被加熱氣體通道分層交替布置，且使煙氣與被加熱氣體流動方向相反，而且主換熱體內的煙氣與被加熱氣體的流動均無轉彎通道；無需進 行煙氣換向，順利實現(xiàn)高效熱交換。本發(fā)明換熱器主要技術特點是一種或多 種被加熱氣體(比如氧氣/空氣/燃氣)進入爐膛前先通過本發(fā)明換熱器實 施例由來源氣體的溫度(比如空氣通常為常溫)加熱到100(TC左右，煙氣則
從爐膛出口溫度125crc左右降低到14crc左右，最大限度地利用了煙氣余熱，
節(jié)約了能源；煙氣與被加熱氣體分層交替逆流布置，增強了換熱效果；煙氣
和被加熱氣體在換熱器主換熱體內無轉彎通道，降低了流動阻力，具有可靠
的節(jié)能減排積極意義；同時換熱器的漏氣率低于1%，結構簡單，無需煙氣 換向，爐膛壓力安全性提高，便于實際工業(yè)化推廣實施。 以下給出本發(fā)明的具體實施例-
設計只加熱一種氣體的蜂窩陶瓷換熱器(參見圖12—13)。 該換熱器適用于無需加熱燃料，只需加熱氧化劑(如空氣或氧氣)的情 形。該換熱器主要由煙氣入口 1、煙氣出口3、空氣入口4、空氣出口5和換 熱器主體2組成；煙氣入口 1安裝在換熱器主體2的--端，煙氣出口3安裝 在換熱器主體2的另一端;構成直線連接;空氣入口 4和空氣出口 5分別安
裝在換熱器主體2的同一側的兩個封頭基本單元處，構成U字形連接(參見 圖i2)。換熱器主體2是換熱器的核心(參見圖13)，由4個主換熱體基本 單元8、 2個A型封頭基本單元9、 2個B型封頭基本單元10和4個C型封頭 基本單元12組成。其中，4個主換熱體基本單元8并聯(lián)，各封頭基本單元與 主換熱體基本單元8按氣體流通工藝路線串聯(lián)(參見圖13)。各封頭基本單 元的尺寸均是長X寬X高-100咖X100咖X100咖；主換熱體基本單元8的 尺寸是長X寬X高-800mmXi00mmX100鵬；主換熱體基本單元8和各封頭 基本單元所含的單個通道形狀結構一致，均為正方形橫截面，橫截面積為 64鵬2,通道壁厚度為2咖，每個基本單元均含單個通道10層、10列。 實施例2
設計同時加熱兩種氣體(一是氧化劑為空氣，二是燃料為高爐煤氣)的 蜂窩陶瓷換熱器(參見圖14 — 15)。
該換熱器主要由煙氣入口 1、煙氣出口 3、空氣入口 13、空氣出口 14、 高爐煤氣入口 15、高爐煤氣出口 16和換熱器主體2組成。換熱器主體2是 換熱器的核心，它由9個主換熱體基本單元8、 3個A型封頭基本單元9、 3個B型封頭基本單元10和12個C型封頭基本單元12組成。9個主換熱體基 本單元8并聯(lián)連接，各封頭基本單元與主換熱體基本單元8按氣體流通工藝 路線串聯(lián)連接。換熱器主體2分為3層，每層包括3個主換熱體基本單元8 和6個所需的封頭基本單元，下面2層的一側在封頭基本單元處分別安裝空 氣入口 13和空氣出口 14，供加熱空氣使用；上面一層的另一側在封頭基本 單元處分別安裝高爐煤氣入口 15和高爐煤氣出口 16，供加熱高爐煤氣使用； 各封頭基本單元的尺寸均是長X寬X高二100mmX100mmX100mm;主換熱體 基本單元8尺寸是長X寬X高二800mmX100mmX100ram;主換熱體基本單元 8和各封頭基本單元所含的單個通道形狀結構一致，均為正方形，橫截面積 為64mm2，通道壁厚度為2mm，每個基本單元均含單個通道10層、10列。
權利要求
1.一種蜂窩陶瓷換熱器，該換熱器包括煙氣入口、換熱器主體、煙氣出口、被加熱氣體入口和被加熱氣體出口，其特征在于所述的換熱器主體由一個或一個以上主換熱體基本單元和兩個或主換熱體基本單元數(shù)量兩倍的封頭基本單元模塊化裝配組成；所述主換熱體基本單元由主換熱體煙氣通道和主換熱體被加熱氣體通道組成，并且主換熱體煙氣通道和主換熱體被加熱氣體通道交替分層布置，主換熱體煙氣通道內的煙氣與主換熱體被加熱氣體通道內的被加熱氣體流動方向相反配制；所述封頭基本單元由相互垂直的封頭煙氣通道和封頭被加熱氣體通道組成，并且封頭煙氣通道和封頭被加熱氣體通道交替分層布置，封頭煙氣通道和封頭被加熱氣體通道分別與所述主換熱體煙氣通道和主換熱體被加熱氣體通道的形狀結構一致。
2. 根據(jù)權利要求1所述的蜂窩陶瓷換熱器，其特征在于所述的主換熱 體煙氣通道、主換熱體被加熱氣體通道、封頭煙氣通道和封頭被加熱氣體通 道的橫截面形狀是四邊形、圓形、三角形、五邊形或六邊形。
3. 根據(jù)權利要求1所述的蜂窩陶瓷換熱器，其特征在于所述的主換熱 體煙氣通道、主換熱體被加熱氣體通道、封頭煙氣通道和封頭被加熱氣體通 道的橫截面面積為4 150mm2，通道壁的厚度為0. 2 5mm。
4. 根據(jù)權利要求1所述的蜂窩陶瓷換熱器，其特征在于所述封頭基本 單元的一面帶有側封，包括A型封頭基本單元和B型封頭基本單元；A型封 頭基本單元所帶側封一面的位置與B型封頭基本單元所帶側封一面的位置相 對。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種蜂窩陶瓷換熱器。該換熱器包括煙氣入口、換熱器主體、煙氣出口、被加熱氣體入口和被加熱氣體出口，其特征在于換熱器主體由一個或一個以上主換熱體基本單元和兩個或主換熱體基本單元數(shù)量兩倍的封頭基本單元模塊化裝配組成；主換熱體基本單元由主換熱體煙氣通道和主換熱體被加熱氣體通道組成，并且主換熱體煙氣通道和主換熱體被加熱氣體通道交替分層布置，主換熱體煙氣通道內的煙氣與主換熱體被加熱氣體通道內的被加熱氣體流動方向相反配制；封頭基本單元由相互垂直的封頭煙氣通道和封頭被加熱氣體通道組成，并且封頭煙氣通道和封頭被加熱氣體通道交替分層布置，封頭煙氣通道和封頭被加熱氣體通道分別與主換熱體煙氣通道和主換熱體被加熱氣體通道的形狀結構一致。
文檔編號F28D20/00GK101493297SQ20091006768
公開日2009年7月29日 申請日期2009年1月14日 優(yōu)先權日2009年1月14日
發(fā)明者劉聯(lián)勝, 吳晉湘, 王恩宇, 湘 茍 申請人:河北工業(yè)大學