CN110986076A - 一种径向流回转蓄热式空气预热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向流回转蓄热式空气预热器，包括固定底座，所述固定底座的上方设置有竖直设置的回转轴承，所述回转轴承内设置有相互独立的冷烟气通道和冷空气通道，所述回转轴承外套设有转子，所述转子外表面设置有外壳，所述转子内设置有蓄热体，所述蓄热体沿径向方向形成有连接所述冷烟气通道的热烟气通道和连接所述冷空气通道的热空气通道。本发明通过将烟气、空气采用径向流的方式，解决了一般蓄热式空气预热器的占地面积大或蓄热体堆高后压力损失大的问题，本发明预热器占地相对固定，压力降损失基本固定，可以通过适当加高设备满足大烟气量、大功率余热回收系统换热要求。

Description

一种径向流回转蓄热式空气预热器

技术领域

本发明涉及烟气余热回收领域，具体来说，涉及一种径向流回转蓄热式空气预热器。

背景技术

目前市场应用的回转蓄热式空气预热器按支撑方式有两种，一种是大回转轴承或托轮组支撑，烟气和空气逆流且平行于回转轴轴向流动；另一种是采用中心轴方式支撑，烟气和空气逆流且平行于回转轴轴向流动。这两种方式均存在不适用于较大功率的工况，主要原因是换热功率较大时，所需的蓄热体在转子中受堆高影响，蓄热体堆高越高，则预热器压力降损失越大。因此，设计时就需要考虑将转子做大，而转子直径做的越大，结构应力变形越大，密封越困难，漏风量增大，降低了预热器效率，用时转子直径越大则加工与运输难度也增加较大；

蓄热式空气预热器的发展和应用，与密封技术的发展有很大的关联，硬密封技术一直为国外所垄断，而我国大多装置（如炼化企业）由于原料变化、产量不稳定等因素影响，装置工况变化的较大，对回转蓄热式空气预热器转子运行形成较为苛刻的环境，预热器普遍漏风较大；近年来引用的刷式密封技术，可以有效的补偿转子变形影响，但是，受各制造厂家的设计技术与制造技术影响，效果始终良莠不齐，限制了蓄热式空气预热器的推广应用。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种径向流回转蓄热式空气预热器，能够解决上述问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种径向流回转蓄热式空气预热器，包括固定底座，所述固定底座的上方设置有竖直设置的回转轴承，所述回转轴承内设置有相互独立的冷烟气通道和冷空气通道，所述回转轴承外套设有转子，所述转子外表面设置有外壳，所述转子内设置有蓄热体，所述蓄热体沿径向方向形成有连接所述冷烟气通道的热烟气通道和连接所述冷空气通道的热空气通道。

进一步的，所述转子为环形回转笼式结构，所述转子被竖直分割为多个蓄热室，每个蓄热室均为相同的扇形体。

进一步的，所述转子包括顶环板、密封弧形板、蓄热室隔板、圈板、支撑筋板、底座安装板。

进一步的，所述转子与所述回转轴承和所述外壳之间竖直设置有轴向密封模块。

进一步的，所述转子的顶部和底部设置有圆周方向密封组件。

进一步的，所述热烟气通道内设置有蒸汽吹扫管。

进一步的，所述冷烟气通道内设置有排凝管。

进一步的，所述冷烟气通道顶部封板上开有人孔门。

进一步的，所述固定底座上设置有带动所述转子转动的电机及减速机组件。

进一步的，所述蓄热体采用多孔陶瓷砖。

固定底座由钢结构支撑在地面上，在固定底座钢结构上安装回转轴承，固定底座为中空管道结构，内部被隔板和密封模块分割为两个部分，一部为冷烟气通道，负责将转子中的换热后的冷烟气导出预热器；一部分为冷空气通道，负责将冷空气送入转子中。转子中装载有蓄热体，底部通过回转轴承支撑在固定底座的钢结构上，转子为环形回转笼式结构，将固定底座环绕包裹其中。转子外部为外壳，外壳为中空壳装结构，由钢结构支撑在地面上，外壳包裹在转子外部，并被密封模块分为两部分，一部分为热烟气通道，负责将热烟气导入转子中，另一部分为热风通道，负责将转子中换热后的热空气导出预热器。电机减速机安装在固定底座上，减速机上配有小齿轮，与回转轴承外齿圈啮合，电机旋转时，小齿轮带动回转轴承外齿圈旋转，从而外齿圈上安装的转子一起旋转，然后，转子装载的蓄热体在空气侧和烟气侧连续的运动切换。

外壳和固定底座的位置相对固定，且热烟气通道和冷烟气通道相对应，热空气通道和冷空气通道相对应。热烟气进入外壳热烟气通道后，从外圆周方向不断的流向转子，沿径向水平流动，进入热烟气通道覆盖区域覆盖的转子的每个蓄热室，穿过蓄热室中的蓄热体，将蓄热体加热，换热后的冷烟气进入固定底座的冷烟气通道，完成烟气的换热过程，此过程特点是烟气沿径向水平流动，从外圆周流向轴心；冷空气进入固定底座的冷空气通道，从内圆周方向不断的流向转子，沿径向水平流动，进入冷空气通道覆盖区域的转子的每个蓄热室，穿过蓄热室中的蓄热体，吸收蓄热体的热量，换热后的热空气进入外壳的热空气通道，完成空气的换热过程，此过程的特点是空气沿径向水平流动，从内圆周离开轴心流向外圆周。

转子为环形回转笼式结构，并被隔板分割为多个蓄热室，每个蓄热室均为相同的扇形面，具有一定高度的，主要根据需要装载的蓄热体的多少设置其高度。转子的底部与回转轴承连接，并通过螺栓紧固，转子的每个蓄热室中装载等量的蓄热体，蓄热体采用多孔陶瓷砖。转子转动时，与固定底座及外壳之间为动密封，动密封部位分为圆周方向密封与轴向密封。圆周方向密封采用迷宫填料方式，圆周密封缝隙共四条；轴向密封部位共四条，采用钢丝密封刷组模块进行密封，轴向密封模块，一是将外壳热烟气通道与热空气通道分隔开，二是将固定底座的冷烟气通道与冷空气通道分隔开。工作时，轴向密封模块的密封刷与该区域的转子的蓄热室隔板接触式密封，用于阻断烟气与空气窜气泄漏。

由于烟道系统一般采用引风机牵引烟气，烟道内为负压，空气系统一般采用鼓风机送风，风道内为正压，因此，为保证密封模块的效果，在密封模块内通入一定压力的冷烟气进行气密封。设置一台烟气鼓风机，从固定底座的冷烟气通道抽吸一部分冷烟气，经风机增压后，经密封烟气管路送入每个轴向密封模块，并使密封模块内冷烟气压力略高于空气侧压力，当预热器工作，转子运转时，密封增压后的冷烟气通过密封模块与转子的间隙向热烟气通道、冷烟气通道、冷空气通道、热空气通道泄露，从而保证了空气不向烟气侧泄露，仅有少量的增压后的冷烟气向空气侧略泄露，此处类似烟气外部再循环燃烧，有利于加热炉低氮燃烧，降低氮氧化物。

驱动用电机采用变频调节，可以通过调节转子转速，改变单位时间内蓄热体的换热机会，调整预热器换热功率。

外壳、转子、固定底座、密封模块、密封烟气管路、密封用烟气鼓风机等根据需要设置内保温层或外保温层，防止设备外表超温，减少设备散热。

热烟气通道设置蒸汽吹扫管，定期对转子内的蓄热体进行吹扫，以确保蓄热体清洁，保证换热效果。

在固定底座冷烟气通道底部设置排凝管，当设置较低的排烟温度，烟气中有水蒸气冷凝时，可以方便将底部冷凝液导出预热器，对冷凝液进行下一步处理。

本发明的有益效果：本发明通过将烟气、空气采用径向流的方式，解决了一般蓄热式空气预热器的占地面积大或蓄热体堆高后压力损失大的问题，本发明预热器占地相对固定，压力降损失基本固定，可以通过适当加高设备满足大烟气量、大功率余热回收系统换热要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是径向流回转蓄热式空气预热器的立体视图；

图2是径向流回转蓄热式空气预热器的剖视图；

图3是径向流回转蓄热式空气预热器的左视图；

图4是径向流回转蓄热式空气预热器的转子立体图；

图5是径向流回转蓄热式空气预热器的密封模块局部剖视图；

图6是径向流回转蓄热式空气预热器的俯视图。

图中：1.固定底座，2.电机及减速机组件，3.回转轴承，4.蓄热体，5.外壳，6.转子，7.烟气鼓风机，8.密封烟气管路，9.圆周方向密封组件，10.轴向密封模块，11.排凝管，12.蒸汽吹扫管，13.人孔门，14.控制系统，6-1.顶环板，6-2.密封弧形板，6-3.蓄热室隔板，6-4.圈板，6-5.支撑筋板，6-6.底座安装板，A.热烟气入口，B.冷烟气出口，C.热空气出口，D.冷空气入口，a.热烟气通道，b.冷烟气通道，c.热空气通道，d.冷空气通道，e.密封冷烟气通道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-6所示，根据本发明实施例所述的一种径向流回转蓄热式空气预热器，本发明应用于烟气余热回收系统时，热烟气由外部引风机提供动能，热烟气导入外壳5的热烟气入口A，热烟气在外壳的热烟气通道a内分布到该区域覆盖的转子6外圆周面，被分别送入转子6的每个蓄热室，穿过蓄热室中装载的蓄热体4流向轴心，期间热烟气不断与蓄热体接触换热，冷烟气进入固定底座1的冷烟气通道b，再下行通过冷烟气出口B导出；与此同时，由烟气余热回收系统鼓风机送来的冷空气从固定底座1的冷空气入口D进入，上行并在冷空气通道d分布到该区域覆盖的转子6内圆周面，被分别送入转子6的每个蓄热室，穿过蓄热室中装载的蓄热体4流向外壳5，期间冷空气不断与蓄热体接触吸热，热空气进入热空气通道c，再从外壳5的热空气出口C导出；转子不断的将已经蓄热的蓄热体4切换到空气侧，将被冷空气吹冷的蓄热体4切换到烟气侧，从而连续的完成预热器烟气与空气换热过程。

固定底座1由支撑钢结构、冷空气通道d及冷烟气通道b组成，支撑钢结构主要由型钢和钢板等材料焊接、加工而成，主要作用，一是支撑固定底座本身自重，另外，固定钢架上还有回转轴承安装结构，用于转子安装，并承受转子重量；冷空气通道d及冷烟气通道b由钢板制作而成，为中空管状结构，圆管上部用圆形钢板封闭，内部被长方形钢板分隔为两部分，即冷空气通道d及冷烟气通道b；圆管侧壁上在开有多个长方形孔，分别为2轴向密封模块10安装接口、1个冷烟气入口、1个冷空气出口；冷空气通道d及冷烟气通道b底部侧面分别开有冷空气入口D和冷烟气出口B，用于冷空气和冷烟气导入导出，出口通过钢板法兰与外部管路连接。轴向密封模块10安装接口2均设置在冷烟气通道b内，并靠近分隔钢板，冷烟气通道b顶部封板上开有人孔门，便于人员进入检修；冷烟气通道b顶部封板还开有密封冷烟气出口，通过钢板法兰与密封烟气管路连接。固定底座1根据保温要求，壁板与大气接触的部位其内部均设置一定厚度的衬里，以减少散热。

转子6为环形回转笼式结构，主要由顶环板6-1、密封弧形板6-2、蓄热室隔板6-3、圈板6-4、支撑筋板6-5、底座安装板6-6等组成。

顶环板6-1、底座安装板6-6与若干数量的蓄热室隔板6-3焊接，形成多个扇形蓄热室，用于装载蓄热体；每个蓄热室隔板6-3内外直边上都焊接有密封弧形板6-2，转子旋转时，弧形钢板与轴向密封模块10的密封刷接触，起到隔断烟气、空气的作用，弧形钢板利于减少阻力，提高密封模块寿命。2底座安装板6-6与支撑筋板6-5焊接形成整体利于承重，下部底座安装板6-6钢板与回转轴承3通过安装面公差配合安装及螺栓紧固，将转子及蓄热体重量支撑到回转轴承上。圈板6-4与顶环板6-1、底座安装板6-6上部钢板焊接，圈板6-4与外壳5形成圆周方向间隙，采用圆周方向密封组件9进行密封。

转子6通过回转轴承3支撑在固定底座1上，并将固定底座1上部圆管套装在内，转子6的顶环板6-1和底座安装板6-6与固定底座1上部、下部形成圆周方向间隙，共2条，采用圆周方向密封组件9进行密封；转子6的内圈密封弧形板6-2与固定底座1的分隔板形成轴向间隙2条，采用轴向密封模块10进行密封。

转子6的蓄热室内顶环板6-1和底座安装板6-6内表面设置有轻质浇注料衬里及其保温钉，用于隔热保温。

外壳5由支撑钢结构、热空气通道c及热烟气通道a组成，支撑钢结构主要由型钢和钢板等材料焊接、加工而成，主要作用将外壳支撑在地面上。热空气通道c及热烟气通道a由钢板焊接而成，其内表面均设置轻质浇注料衬里及其保温钉，用于隔热保温。外壳5将转子6包裹其中，其顶部和底部钢板开有圆孔，分别与转子6的圈板6-4形成圆周方向间隙，采用圆周方向密封组9进行密封。外壳5的侧壁开有长方形孔2个，为2个轴向密封模块10安装接口，由该轴向密封模块10将外壳分隔成两部分，即热空气通道c和热烟气通道a。热烟气通道a侧壁上还开有热烟气入口A，通过钢板法兰与外部烟道连接。热空气通道c侧壁上还开有热空气出口C，通过钢板法兰与外部风道连接。

蒸汽吹扫管12设置在外壳5的热烟气通道a内，竖直穿透顶部和底部钢板，主要由法兰、圆管组成，圆管朝向转子方向的管壁上开有喷孔，蒸汽从管内喷向蓄热体，以清洁蓄热体积灰。

电机及减速机组2由变频防爆电机、减速机、小齿轮、电机安装座等组成，电机安装座焊接固定在固定底座1上，小齿轮与回转轴承外圈齿轮保持啮合。电机由控制系统14进行控制，电机转动通过减速机以及大小齿轮减速后，带动转子低速旋转，通过控制系统14可以调节电机频率，从而改变转子转速，进而改变预热器换热功率、调节排烟温度或调节空气预热温度。

烟气鼓风机7和密封烟气管路8安装在固定底座1顶部封板上，密封烟气管路8与固定底座1的顶部密封冷烟气出口连接，将冷烟气吸入烟气鼓风机7，密封烟气管路8再将烟气鼓风机出口增压后冷烟气导入4个密封模块中，以使密封冷烟气通道e内压力略高于空气侧压力，阻止空气向烟气侧泄露。

蓄热体4为多孔陶瓷砖，其形状为长方体或正方体，内部为多个平行通孔，材质主要为陶瓷，具有耐高温、耐腐蚀、抗热震性好等特点。装载在转子6中时，通孔均为水平方向，并沿径向排列，以适应烟气、空气径向水平流动。

轴向密封模块10由柔性不锈钢丝密封刷、刷体安装座、钢板法兰及保温层等组成，其中刷体安装座为长方形箱体结构，其中为密封冷烟气通道e，若干密封刷安装在箱体内侧弧形钢板上，弧形钢板上开有若干个小孔，利于冷烟气通道e内的增压冷烟气进入每个密封刷与密封刷的间隙中，当转子6上的密封弧形板6-2与密封刷模块接触时，起到气密封阻断作用。轴向密封模块10外部的钢板法兰设置保温层，用于隔热保温，密封模块通过钢板法兰安装在外壳5和固定底座1相应接口上。4个轴向密封模块10的高度比转子一样，其中2与外圆周接触密封用的略宽，箱体内弧形板的长度比扇形蓄热室外弧略长一些；另外2与转子内圆周接触密封用的略窄，箱体外弧形板的长度比扇形蓄热室内弧略长一些。密封刷与密封刷之间的间距，比转子6上的密封弧形板6-2的弦长要小一些，其目的是为了在转子旋转时，始终有密封刷与密封弧形板6-2接触，防止泄露，始终维持住密封冷烟气通道e内压力，确保密封效果。

圆周方向密封组件9，有迷宫式填料函及密封填料组成，其中迷宫式填料函通过螺栓垫片等分别安装在固定底座1、转子6、外壳5相应位置，以阻止烟气或空气从圆周间隙泄露。密封函可根据需要设计不同的形式，填料采用夹不锈钢丝石墨编制物。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种径向流回转蓄热式空气预热器，包括固定底座（1），其特征在于，所述固定底座（1）的上方设置有竖直设置的回转轴承（2），所述回转轴承（2）内设置有相互独立的冷烟气通道（b）和冷空气通道（d），所述回转轴承（2）外套设有转子（6），所述转子（6）外表面设置有外壳（5），所述转子（6）内设置有蓄热体（4），所述蓄热体（4）沿径向方向形成有连接所述冷烟气通道（b）的热烟气通道（a）和连接所述冷空气通道（d）的热空气通道（c）。

2.根据权利要求1所述的径向流回转蓄热式空气预热器，其特征在于，所述转子（6）为环形回转笼式结构，所述转子（6）被竖直分割为多个蓄热室，每个蓄热室均为相同的扇形体。

3.根据权利要求2所述的径向流回转蓄热式空气预热器，其特征在于，所述转子（6）包括顶环板（6-1）、密封弧形板（6-2）、蓄热室隔板（6-3）、圈板（6-4）、支撑筋板（6-5）、底座安装板（6-6）。

4.根据权利要求1所述的径向流回转蓄热式空气预热器，其特征在于，所述转子（6）与所述回转轴承（2）和所述外壳（5）之间竖直设置有轴向密封模块（10）。

5.根据权利要求1所述的径向流回转蓄热式空气预热器，其特征在于，所述转子（6）的顶部和底部设置有圆周方向密封组件（9）。

6.根据权利要求1所述的径向流回转蓄热式空气预热器，其特征在于，所述热烟气通道（a）内设置有蒸汽吹扫管（12）。

7.根据权利要求1所述的径向流回转蓄热式空气预热器，其特征在于，所述冷烟气通道（b）内设置有排凝管（11）。

8.根据权利要求1所述的径向流回转蓄热式空气预热器，其特征在于，所述冷烟气通道（b）顶部封板上开有人孔门（13）。

9.根据权利要求1所述的径向流回转蓄热式空气预热器，其特征在于，所述固定底座（1）上设置有带动所述转子（6）转动的电机及减速机组件（2）。

10.根据权利要求1所述的径向流回转蓄热式空气预热器，其特征在于，所述蓄热体（4）采用多孔陶瓷砖。

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