专利名称：辐射式换热器高温端保护结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种辐射式换热器高温烟道气入口端保护结构。
随着能源价格的不断上涨，世界各国对工业炉窑的节能降耗日益重视，相继投入巨资开发研制了各种余热回收装置，回收各种工业炉窑排烟的余热，以降低其能耗水平。回收工业炉窑排烟的余热，除了本身的节能效果以外，由于常采用助燃空气作为受热载体，故还可以获得因炉膛内燃烧状态改善而带来的环境保护效益，使工业炉窑对环境的污染程度降低。
在各类余热回收装置中，辐射式换热器以其热负荷高，预热温度较高，结构简单，烟气流道不易为烟尘所堵塞，操作维护费用低等一系列优点，在工业炉窑高温余热回收中有着广泛的应用。
但现有的辐射式换热器在结构上存在着一些缺陷，影响了设备的正常运行及寿命。主要缺陷之一是未考虑换热器端部在高温运行条件下的径向热膨胀，将换热器的内筒直接与端板或端部法兰采用角焊的方式联接。这样的结构在内筒受热径向膨胀时便被端板或端部法兰所约束，产生较大的热应力，结果是使端板或端部法兰受拉，故常将其薄弱处拉裂；而同时又因内筒受端板或端部法兰的约束，即相当于受外压，因此容易失稳产生褶皱；端板或端部法兰与内筒联接处的角焊缝则常因热应力的作用被拉开撕裂，导致换热器的泄漏失效。主要缺陷之二是在换热器高温烟气入口处未考虑热防护措施。高温烟气直接冲刷内筒与端板或端部法兰的联接处，除上述将产生较大的热应力外，还易使该部位发生高温氧化，缩短设备的使用寿命；同力，由于工业炉的开、停炉而带来的周期性温度变化，使端部联接处产生高应力低循环的疲劳破坏，导致结构失效。
英国HENGELOMLEN ENGINEERING LTD生产的辐射式空气预热器存在的上述缺陷颇具代表性，在西南铝加工厂的引进装置中有4台该公司的辐射式空气预热器，开工不到两年(实际运行仅一年多)，便陆续出现端板拉裂、焊缝破坏、内筒变形褶皱等，导致设备失效，影响了工厂的正常生产。其它如日本大仓工程株式会社的OEC小型余热回收装置和国内的辐射式换热器，亦均不同程度地存在着上述结构缺陷。
本实用新型的目的在于提供一种辐射式换热器高温端保护结构，以减小换热器高温端由于径向热膨胀所引起的热应力对换热器的危害，可避免由于高温烟道气在入口端对换热器内筒的直接冲刷及高温氧化而导致整台换热器报废。
本实用新型改变了一般辐射式换热器内筒与端板或端部法兰直接角焊联接的传统结构，创造性地采用了园弧过渡和锥体联接结构，将原有的角焊缝均改为对接焊缝，在换热器高温烟气入口处设置了高温耐火防护层。
本实用新型的目的是这样来实现的；在辐射式换热器的高温端，将内筒端头设计成挠性补偿结构，通过补偿结构与端板(或法兰)联接，内筒端头内设置衬筒，衬筒的下端与内筒固定联接，上端与端板(或法兰)相对应，并设置有热膨胀间隙，衬筒与内筒端头、端板(或法兰)构成一环形空间。
为了更好地实现本实用新型的目的，还可进一步采取以下技术措施在衬筒、内筒、端板(或法兰)构成的环形空间内填充有耐火保温材料。
将内筒端头的挠性热补偿结构设计成；内筒端部向外弯曲成弧形，与倒锥筒的小端对焊联接，倒锥筒的大端向外翻转弯曲成弧形与正锥筒的小端对焊联接，正锥筒的大端翻转弯曲与集气箱对焊联接，并通过短直筒(8)将补偿结构与端板(或法兰)联接成一体，短直筒下端与集气箱搭焊联接，上端与端板(或法兰)角焊联接。
将衬筒的两端向外弯曲，下端与内筒的直筒焊接联接，上端与端板(或法兰)的内环面相对应。
本实用新型在换热器的冷端也采取了相应的技术措施，即将换热器冷端的内筒端头向外弯曲成带有圆弧过渡的直角，然后与外边缘弯曲成带有圆弧过渡直角的底部环板对焊联接，最后将底部环板的外缘与冷端集气箱外壁对焊而成。
采用本实用新型后，可大大提高换热器热端结构的挠性，使换热器在高温运行条件下，由于内筒的径向热膨胀受到的径向约束明显减小，因此而引起的热应力显然降低，避免了内筒承受过大的约束力而失稳破坏，端部法兰与外筒体短节联接，处于低温区，不再承受内筒径向热膨胀引起的热应力，使其受力状态明显改善，因此不会在其薄弱断面上出现拉开撕裂等破坏形态，还由于采用了对接焊缝，大大提高了焊缝的抗疲劳强度。
采用本实用新型后，内筒端头内的衬筒及耐火保温填料层既隔开了高温烟道气流对内筒热端结构的冲刷，又降低了内筒热端结构的温度，即改善了热端结构的操作条件，有效地降低了热应力峰值和高温氧化，减缓了低循环疲劳破坏的危害，从而避免了由于内筒热端结构的局部损坏导致整台换热器报废。
另外本实用新型在换热器的冷端也采取了相应的技术措施，减小了换热器冷端结构应力集中的现象，使冷端结构可靠性得到了明显提高。
本实用新型所提供的创新结构，在工业实验中取得了满意的效果。采用本实用新型结构设计的辐射式高温空气换热器，应用在烟气温度1050℃的熔铝炉上，由于结构可靠性提高，使换热器的寿命比英国HENGELOMLEN ENGINEERING LTD的同类换热器提高一倍以上，而且维护操作简单，大大减少了停炉检修的次数和费用。采用本实用新型的辐射式换热器可以用于直接回收温度高达1200℃的烟气高温余热，使工业炉的燃料节约率达到25％以上。
下面结合着
给出本实用新型的一个实施例，并对本实用新型作进一步的描述。
附图1是本实用新型的结构示意图。
辐射式换热器高温端保护结构为内筒(1)端部向外弯曲成圆弧形，与半锥角小于60°的倒锥筒(4)的小端对焊联接，倒锥内的大端翻转弯曲成弧形与正锥筒(6)的小端对焊联接，正锥筒的大端翻转弯曲成弧形与热端集气箱(10)对焊联接，短直筒(8)下端与集气箱外壁搭焊联接，上端与端板角焊联接，端板由垫板(7)与法兰(9)对焊构成。设置在内筒端头内的衬筒(3)两端向外弯曲，下端与内筒的直筒壁焊接联接，上端与垫板的内环面相对，并留有不小于10毫米的间隙。在由衬筒(3)、内筒(1)端头、短直筒(8)和垫板(7)构成的环形空间内填充有耐火保温材料(5)。集气箱下端与外筒(2)壁焊接联接，在集气箱上设置有空气出口管(11)。
附图2是本实用新型用于辐射式换热器的冷端结构示意图。它包括内筒(1)、外筒(2)、底部环板(12)、冷端集气箱(13)和空气进口管(14)，内筒的下端部向外弯曲带过渡圆弧的直角，与底部环板对焊联接，底部环板的外缘向上弯曲成带过渡圆弧的直角，与冷端集气箱对焊联接，冷端集气箱的上部与外筒联接，空气进口管设置在冷端集气箱上。
本实用新型不限于实施例和附图所描述的形式，根据本实用新型所揭示的原理，还可设计成其他形式。
权利要求1.一种辐射式换热器高温端保护结构，包括内筒(1)和端板或法兰(9)，内筒与端板或法兰联接，其特征是内筒端头设计成挠性补偿结构，通过补偿结构与端板或法兰联接，内筒端头内设置有衬筒(3)，衬筒的下端与内筒固定联接，上端与端板或法兰相对应，并设置有热膨胀间隙，衬筒与内筒端头、端板或法兰构成一环形空间。
2.根据权利要求1所述的辐射式换热器高温端保护结构，其特征是在由衬筒、内筒、端板 或法兰 构成的环形空间内填充有耐火保温材料(5)。
3.根据权利要求1或2所述的辐射式换热器高温端保护结构，其特征是内筒端头的挠性热补偿结构为内筒端部向外弯曲成弧形，与倒锥筒(4)的小端对焊联接，倒锥筒的大端翻转弯曲成弧形与正锥筒(6)的小端对焊联接，正锥筒的大端翻转弯曲与集气箱(10)对焊联接，并通过短直筒(8)将补偿结构与端板 或法兰 联接成一体，短直筒下端与集气箱搭焊联接，上端与端板 或法兰 角焊联接。
4.根据权利要求1或2所述的辐射式换热器高温端保护结构，其特征是衬筒(3)两端都向外弯曲，下端与内筒的直筒壁焊接联接，上端与端板 或法兰 的内环面相对应。
5.根据权利要求3所述的辐射式换热器高温端保护结构，其特征是衬筒(3)两端向外弯曲，下端与内筒的直筒壁焊接联接，上端与端板 或法兰 的内环面相对应。
专利摘要本实用新型是一种辐射式换热器高温端保护结构，其主要的技术特点是，将换热器内筒的端头设计成挠性补偿结构，通过挠性补偿结构与端板联接，在内筒端头内设置衬筒，衬筒下端焊接在内筒壁上，作为自由端的上端与端板的内环面相对应，并留有一定的间隙，在由衬筒，内筒端头和端板构成的环形空间内，填充有耐火保温材料。本实用新型有效地减小了热应力对换热器的危害，可避免高温烟道气的直接冲刷及高温氧化，延长了换热器寿命。
文档编号F22B31/08GK2165328SQ9323867
公开日1994年5月18日 申请日期1993年5月11日 优先权日1993年5月11日
发明者陈胜利, 杨季源 申请人:成都科技大学