一种无窜风蓄热式空气预热器的制作方法

本实用新型涉及空气预热器技术领域，具体来说，涉及一种无窜风蓄热式空气预热器。

背景技术：

近年来在石化加热炉应用上发展的回转蓄热式空气预热器虽然效率较高、设备运行平稳，但其投资较大，设备回转体型较大，对于设备的本体运输造成困难。而在其它行业应用的换向蓄热式空气预热器，由于需要成对的蓄热箱体及与之对应的蓄热式燃烧系统，一般占地较大，且在四通阀换向时炉膛压力波动很大，燃烧器操作熄火、回火风险大，影响了安全性操作。

采用四通阀控制烟气、空气流向的相位差蓄热式空气预热器或采用八通阀控制烟气、空气流向u型管蓄热式预热器，也存在阀门换向式阀板窜风、漏风，系统压力波动大，引起加热炉燃烧系统不稳定，燃烧效率较低，烟气中co等可燃物浓度升高，给加热炉安全操作带来隐患；另外，由于漏风引起的压力降损失较大，为了维持加热炉及烟风道系统压力平衡，需要增大风机、鼓风机功率消耗，从而降低了加热炉系统的热效率。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种无窜风蓄热式空气预热器，可使高温侧四通阀以及低温侧四通阀切换动作同步，杜绝阀芯位置不一致造成的窜风问题。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种无窜风蓄热式空气预热器，包括钢结构框架，所述钢结构框架的顶部设置有高温烟气集合管，所述高温烟气集合管的顶部设置有热烟气入口，所述高温烟气集合管的底部设置有多个热烟气出口，每个所述热烟气出口连接有一个蓄热单元，所述蓄热单元包括高温侧四通阀和低温侧四通阀，所述高温侧四通阀的第一阀口与对应的所述热烟气出口连接，所述高温侧四通阀的第四阀口连接热空气集合管，所述热空气集合管上设置有热空气出口，所述低温侧四通阀的第一阀口连接冷烟气集合管，所述冷烟气集合管上设置有冷烟气出口，所述低温侧四通阀的第四阀口连接冷风集合管上对应的冷空气出口，所述冷风集合管设置在所述钢结构框架的底部，所述冷风集合管上设置有冷空气入口；在每个所述蓄热单元中，所述高温侧四通阀的第二阀口通过第一管路连接所述低温侧四通阀的第二阀口，所述高温侧四通阀的第三阀口通过第二管路连接所述低温侧四通阀的第三阀口，所述第一管路和所述第二管路上均设置有蓄热室，所述高温侧四通阀的中心轴通过传动机构连接所述低温侧四通阀的中心轴，所述低温侧四通阀的中心轴还连接有驱动电机。

进一步的，所述第一管路和所述第二管路均包括高温侧90°弯烟道和低温侧90°弯烟道，所述高温侧四通阀的第二阀口和第三阀口各通过所述高温侧90°弯烟道连接所述蓄热室，所述低温侧四通阀的第二阀口和第三阀口各通过所述低温侧90°弯烟道连接所述蓄热室。

进一步的，所述蓄热室的上部设置有吹扫管和人孔门，所述钢结构框架上设置有与所述人孔门相对应的检修平台。

进一步的，所述蓄热室内设置有蓄热体，所述蓄热体为蜂窝陶瓷砖。

进一步的，所述驱动电机为防爆电机。

进一步的，所述低温侧90°弯烟道上设置有排污管。

进一步的，所述传动机构为链条传动机构，所述链条传动机构包括分别设置在所述高温侧四通阀以及所述低温侧四通阀的中心轴上的传动链轮，两个所述传动链轮通过传动链条连接。

进一步的，所述低温侧四通阀的中心轴上还设置有驱动链轮，所述驱动链轮通过驱动链条连接有减速机，所述减速机连接所述驱动电机。

进一步的，所述热空气集合管与所述冷烟气集合管均被链条穿越管上下贯穿，所述链条穿越管套设于所述传动链条的外部。

进一步的，所述高温侧四通阀以及所述低温侧四通阀均包括双层阀板。

本实用新型的有益效果：可利用回收烟气余热对助燃空气进行预热，以节省燃料，减少烟气散热损失，提高加热炉系统热效率；可使高温侧四通阀以及低温侧四通阀切换动作同步，并配套采用无窜风四通阀，解决了蓄热式空气预热器烟气与空气的流向切换过程中窜气漏风问题，使烟风道管道内压力波动降至极低水平，烟风道内温度变化幅度小，变化平缓，预热器压力降损失小，能保证加热炉燃烧系统安全稳定操作，提高燃烧效率和加热炉系统热效率，节约燃料，减少排放；每个蓄热单元都有截止功能，负荷调节比大，可适应多种不同工况；采用蜂窝陶瓷砖作为蓄热体，耐负荷，耐高温，换热效率高，可以将烟气降低至低温露点腐蚀温度以下排放；占地较少，设备集成化程度较高，成本较低，操作简单。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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是根据本实用新型实施例所述的无窜风蓄热式空气预热器的正视图；

图2是根据图1所示的无窜风蓄热式空气预热器的a-a剖视图；

图3是根据本实用新型实施例所述的无窜风蓄热式空气预热器的原理图。

图中：

1、高温烟气集合管；2、钢结构框架；3、高温侧四通阀；4、链条传动机构；5、高温侧90°弯烟道；6、吹扫管；7、蓄热室；8、蓄热体；9、热空气集合管；10、链条穿越管；11、冷烟气集合管；12、低温侧90°弯烟道；13、排污管；14、低温侧四通阀；15、驱动链条；16、驱动电机；17、冷风集合管；18、人孔门；19、检修平台；a、热烟气入口；b、热空气出口；c、冷烟气出口；d、冷空气入口；ⅰ、正常换热位置一；ⅱ、四通阀切换过程；ⅲ、正常换热位置二；ⅳ、截止位置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-3所示，根据本实用新型实施例所述的一种无窜风蓄热式空气预热器，包括钢结构框架2，所述钢结构框架2的顶部设置有高温烟气集合管1，所述高温烟气集合管1的顶部设置有热烟气入口a，所述高温烟气集合管1的底部设置有多个热烟气出口，每个所述热烟气出口连接有一个蓄热单元，所述蓄热单元包括高温侧四通阀3和低温侧四通阀14，所述高温侧四通阀3的第一阀口与对应的所述热烟气出口连接，所述高温侧四通阀3的第四阀口连接热空气集合管9，所述热空气集合管9上设置有热空气出口b，所述低温侧四通阀14的第一阀口连接冷烟气集合管11，所述冷烟气集合管11上设置有冷烟气出口c，所述低温侧四通阀14的第四阀口连接冷风集合管17上对应的冷空气出口，所述冷风集合管17设置在所述钢结构框架2的底部，所述冷风集合管17上设置有冷空气入口d；在每个所述蓄热单元中，所述高温侧四通阀3的第二阀口通过第一管路连接所述低温侧四通阀14的第二阀口，所述高温侧四通阀3的第三阀口通过第二管路连接所述低温侧四通阀14的第三阀口，所述第一管路和所述第二管路上均设置有蓄热室7，所述高温侧四通阀3的中心轴通过传动机构连接所述低温侧四通阀14的中心轴，所述低温侧四通阀14的中心轴还连接有驱动电机16。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述第一管路和所述第二管路均包括高温侧90°弯烟道5和低温侧90°弯烟道12，所述高温侧四通阀3的第二阀口和第三阀口各通过所述高温侧90°弯烟道5连接所述蓄热室7，所述低温侧四通阀14的第二阀口和第三阀口各通过所述低温侧90°弯烟道12连接所述蓄热室7。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述蓄热室7的上部设置有吹扫管6和人孔门18，所述钢结构框架2上设置有与所述人孔门18相对应的检修平台19。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述蓄热室7内设置有蓄热体8，所述蓄热体8为蜂窝陶瓷砖。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述驱动电机16为防爆电机。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述低温侧90°弯烟道12上设置有排污管13。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述传动机构为链条传动机构4，所述链条传动机构4包括分别设置在所述高温侧四通阀3以及所述低温侧四通阀14的中心轴上的传动链轮，两个所述传动链轮通过传动链条连接。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述低温侧四通阀14的中心轴上还设置有驱动链轮，所述驱动链轮通过驱动链条15连接有减速机，所述减速机连接所述驱动电机16。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述热空气集合管9与所述冷烟气集合管11均被链条穿越管10上下贯穿，所述链条穿越管10套设于所述传动链条的外部。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述高温侧四通阀3以及所述低温侧四通阀14均包括双层阀板。

为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。

本实用新型所述的无窜风蓄热式空气预热器主要由高温烟气集合管1、钢结构框架2、高温侧四通阀3、链条传动机构4、高温侧90°弯烟道5、吹扫管6、蓄热室7、蓄热体8、热空气集合管9、链条穿越管10、冷烟气集合管11、低温侧90°弯烟道12、排污管13、低温侧四通阀14、驱动链条15、驱动电机16、冷风集合管17、人孔门18、检修平台19等部件组成。

高温烟气集合管1支撑在钢结构框架2顶部，并通过法兰螺栓与高温侧四通阀3顶部的第一阀口连接；高温侧四通阀3的左右阀口（即第二阀口和第三阀口）各通过法兰螺栓、高温侧90°弯烟道5连通一个蓄热室7的顶部，高温侧四通阀3底部的第四阀口通过法兰螺栓与热空气集合管9上相对应的接口连接，高温烟气集合管1的顶部设置有热烟气入口a，热空气集合管9上设置有热空气出口b。

冷风集合管17支撑在钢结构框架2底部，并通过法兰螺栓与低温侧四通阀14底部的第四阀口连接；低温侧四通阀14的左右阀口（即第二阀口和第三阀口）各通过法兰螺栓、低温侧90°弯烟道12连通一个蓄热室7的底部，低温侧四通阀14顶部的第一阀口通过法兰螺栓与冷烟气集合管11上相对应的接口连接，冷烟气集合管11上设置有冷烟气出口c，冷风集合管17上设置有冷空气入口d。

吹扫管6、人孔门18焊接在蓄热室7上部外侧处，与蓄热室7成为一体。每个蓄热室7均设置一个吹扫管6，可以从外部接入蒸汽或水，在需要时对蓄热体8进行吹扫或冲洗。每个蓄热室7均设置人孔门18，便

于安装或检修时，蓄热体8和检修人员进出，钢结构框架2上在人孔门18的下方设置有检修平台19，在检修时工作人员可站在检修平台19上。

链条传动机构4由传动链轮、传动链条组成，每个高温侧四通阀3上配置一个传动链轮，每个低温侧四通阀14上配置一个传动链轮和一个驱动链轮。每个蓄热单元中的高温侧四通阀3和低温侧四通阀14中心轴上的传动链轮通过传动链条连接，从而保证了每个蓄热单元中高温侧四通阀3和低温侧四通阀14的阀芯位置始终保持一致，当驱动电机16驱动低温侧四通阀14换向时，高温侧四通阀3保持同步换向，确保烟气、空气通道不窜风。链条传动机构4的传动链条安装时，需穿过设置在热空气集合管9与冷烟气集合管11上的链条穿越管10，这样设置可使传动链条穿过热空气集合管9与冷烟气集合管11使设备变得紧凑，每个蓄热单元对应设置有两根链条穿越管10。

驱动电机16设置在低温侧四通阀14附近，驱动电机16连接有减速机，减速机通过驱动链条15与低温侧四通阀14中心轴上的驱动链轮连接；驱动电机16通过安装座固定在钢结构框架2上。工作时，由驱动电机16通过驱动链条15带动低温侧四通阀14中心轴上的驱动链轮，从而使每个蓄热单元中的阀芯一起转动，实现四通阀切换烟气、空气的流向。

高温烟气集合管1是由钢板焊接而成的中空管道，可供高温烟气流通及分流用，其顶部设有供热烟气进入的方形的热烟气入口a，其底部设有与蓄热单元相同数量的热烟气出口，该热烟气出口与高温侧四通阀3顶部的第一阀口用法兰连接。根据内部烟气流量的变化，高温烟气集合管1中间稍大，两端逐步收口，且端部封闭。为了保温隔热，高温烟气集合管1内壁焊接有锚固件，并敷设一定厚度的衬里浇注料。

蓄热室7、热空气集合管9和冷烟气集合管11均是由钢板焊接分割成的中空箱状结构，并预制成一体，焊接固定在钢结构框架2上，以此将重量支撑在地面基础上；蓄热室7为上下竖直布置，每个蓄热单元含2个蓄热室7，分别布置左右两侧，多个蓄热室7依次并联排列，左右两排蓄热室7之间布设热空气集合管9与冷烟气集合管11。其中的蓄热体8装载在蓄热室7内，每个蓄热室7内壁板上焊接有一层钢格板，用于支撑蓄热体8。蓄热室7顶部出口与高温侧90°弯烟道5用法兰连接；底部的出口与低温侧90°弯烟道12用法兰连接。为了保温隔热，靠近外侧及顶部、底部的蓄热室7内壁焊接有锚固件，并敷设一定厚度的衬里浇注料。

热空气集合管9与冷烟气集合管11为卧式锥形方箱，两者上下叠放，被对称布置在外侧的多个蓄热室7夹在中间，设备结构紧凑，并节省了隔断间的衬里，减轻了设备重量；其中的热空气集合管9顶部开有与蓄热单元相同数量的热空气入口，端部较小的一侧封闭，较大的一侧为热空气出口b；换热后的热空气通过高温侧四通阀3分别导入热空气集合管9顶部的热空气入口，再从热空气出口b导出。其中的冷烟气集合管11底部开有与蓄热单元相同数量的冷烟气入口，端部较小的一侧封闭，较大的一侧为冷烟气出口c；换热后的冷烟气通过低温侧四通阀14分别导入冷烟气集合管11顶部的冷烟气入口，再从冷烟气出口c导出。为了保温隔热，靠近顶部、底部、端部的部分热空气集合管9与冷烟气集合管11的内壁焊接有锚固件，并敷设一定厚度的衬里浇注料。

冷风集合管17是由钢板焊接而成的中空管道，供冷空气流通及分流用，其顶部开有与蓄热单元相同数量的冷空气出口，端部一端封闭，一端为冷空气入口d。冷空气从冷空气入口d进入冷风集合管17，并被分流道每一个冷口气出口，再由低温侧四通阀14导入相应的蓄热室7。

蓄热体8采用蜂窝陶瓷砖，堆码在蓄热室7内部钢格板上，其通孔方向为竖直，与烟气和空气的流动方向平行。蓄热体具有耐腐蚀、耐高温、抗热震性好的特点，可以适应温差较大的换热工况，并可以将烟气换热到较低温度排放，换热效率高，回收热量多。

高温侧90°弯烟道5和低温侧90°弯烟道12均为钢板制作的截面为方形的90°管道，内壁焊接锚固件，并敷设一定厚度的浇注料衬里，中间为烟气、空气的流道。高温侧90°弯烟道5和低温侧90°弯烟道12的两个端口，分别用法兰螺栓与各自对应四通阀和蓄热室7出入口连接。其中低温侧90°弯烟道12底部还设置有排污阀13，烟气冷凝水及冲洗后的污水，可以通过排污管13排出。

本实用新型所述的无窜风蓄热式空气预热器具有2个或2个以上数量的蓄热单元，每个蓄热单元含2个蓄热室7，一个将蓄热体热量释放给空气时，另一个吸收烟气的余热；每一个蓄热单元含两个四通阀（即高温侧四通阀3和低温侧四通阀14），用于切换烟气、空气流向，使烟气、空气依次循环经过每个蓄热室7，为了使每个蓄热单元中的四通阀切换动作同步，采用链条传动机构4将2个四通阀的阀芯联动，再由1套驱动电机16进行驱动，杜绝阀芯位置不一致造成的窜风问题。2个或2个以上数量的蓄热单元并联排列在一起，将热空气集合管9与冷烟气集合管11集成在无窜风蓄热式空气预热器的内部，可以减少设备占地，节省衬里材料，减轻设备重量。将热空气集合管9设置在蓄热单元的上部，冷烟气集合管11设置在蓄热单元的下部，可以节省设备空间，使结构更紧凑。

将冷风集合管17、冷烟气集合管11在设备下部，驱动电机16设置在低温侧四通阀14处，有利于设备的检修及提高使用寿命，驱动电机16为防爆电机可不受低温侧四通阀14的温度影响，寿命长，检维修方便。

2个或2个以上数量的蓄热单元通过控制四通阀实现换向、蓄热、放热功能以及阀门换向的频率。高温侧四通阀3和低温侧四通阀14均采用无窜风型四通阀，该无窜风型四通阀具有双层阀板，四通阀驱动时，阀芯转速较低，一是有利于减少换向时烟风道内压力波动幅度，也使波动频率减小；二是，阀芯转速降低，有利于密封刷密封效果，提高密封刷使用寿命。

本实用新型所述的无窜风蓄热式空气预热器的多个蓄热单元与高温烟气集合管1、热空气集合管9、冷烟气集合管11、冷风集合管17、驱动电机16等都设置在钢结构框架2内部，并通过钢结构框架2支撑在地面上。每台无窜风蓄热式空气预热器根据负荷不同，设置2个或2个以上蓄热单元，每个蓄热单元含2个蓄热室7、2个无窜风型四通阀、4个连接用90°弯烟管、1套防爆电机、减速机及相配的链条传动机构4。

高温烟气集合管1、热空气集合管9、冷烟气集合管11及冷风集合管17分别与加热炉余热回收系统对应的管线连接。

无窜风型四通阀，具有双层阀板，阀内部具有不窜风、漏风率低的特点。该阀板阀芯具有8个典型工作位置，其中0°（360°）、90°、180°270°为截止位置；45°、135°、225°、315°为最大负荷全开位置。因此，合理控制阀板位置，可以使预热器某个蓄热换热单元得到停止换热、小负荷节流换热、额定负荷换热等多种状态，预热器负荷可调节范围大。阀芯的位置，可以采用行程开关和控制程序相互结合实现控制。

多个蓄热单元的换向小周期错开一定的时间，加之对四通阀阀芯转动速度进行调节，可以使换向过程变得平缓，烟风道内的压力波动极小，温度波动较小，预热器压力降稳定，实现加热炉系统的安全、稳定操作，保证燃烧系统正常运行。

四通阀的阀芯转动速度越慢，压力波动越小；多组四通阀换向时，彼此的起停时间差越小，重合度越高，压力波动就越小。当多组四通阀阀芯位置保持一定角度，一直连续低速转动，系统压力波动理论上是最小，几乎可以忽略。

为了使烟风道的压力波动小、温度变化幅度小、预热器压力降损失维持基本恒定，每台无窜风蓄热式空气预热器设置2个或两个以上的蓄热单元，并将每个蓄热单元的小周期整体联合安排，即控制每个蓄热单元的四通阀切换时间间隔和合理调节四通阀阀芯转动换向时间，可以使烟风道内烟气、空气的压力、温度、压力降等保持基本恒定，利于加热炉燃烧系统安全、稳定运行。

无窜风蓄热式空气预热器工作时，单个蓄热单元的2个四通阀阀芯保持低速同步转动，进行空气、烟气的流道缓慢切换，而多个蓄热单元的四通阀阀芯错开一定的角度，保证无窜风蓄热式空气预热器连续换热，烟风道内压力波动极小或无波动、温度波动小，无窜风蓄热式空气预热器压力降稳定。

本实用新型所述的无窜风蓄热式空气预热器应用于石油化工加热炉余热回收系统时，余热回收系统的热烟道来的热烟气进入高温烟气集合管1，并分流到每个蓄热单元的高温侧四通阀3，由高温侧四通阀3导入对应的蓄热室7，热烟气在蓄热室7中由上而下穿过蓄热体8，给蓄热体8加热；换热后的冷烟气通过各自对应的低温侧四通阀14，被导入冷烟气集合管11，再导入余热回收系统冷烟道，由引风机排入烟囱。与此同时由余热回收系统鼓风机送来的冷空气，进入冷风集合管17，被分流至每个蓄热单元的低温侧四通阀14，由低温侧四通阀14导入另一侧对应的蓄热室7中，冷空气在蓄热室7中由下而上穿过蓄热体8，吸收并带走蓄热体8的热量，换热后的热空气通过高温侧四通阀3，被导入热空气集合管9，然后进入余热回收系统的主热风道，送至加热炉炉底，供燃烧使用。蓄热体蓄热、放热需要一定的时间，即单个蓄热单元的小周期，完成一个小周期后，由驱动电机16和链条传动机构4驱动蓄热单元中的两个四通阀同时进行换向，切换烟气和空气的流向，使烟气和空气的流道互换，被吹冷的蓄热室7通入高温烟气，被蓄热的蓄热室7则通入冷空气，从而进入蓄热单元的下一个小周期，以此循环，连续工作换热，从而实现了回收烟气余热，对助燃空气进行预热的目的。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，可利用回收烟气余热对助燃空气进行预热，以节省燃料，减少烟气散热损失，提高加热炉系统热效率；可使高温侧四通阀以及低温侧四通阀切换动作同步，并配套采用无窜风四通阀，解决了蓄热式空气预热器烟气与空气的流向切换过程中窜气漏风问题，使烟风道管道内压力波动降至极低水平，烟风道内温度变化幅度小，变化平缓，预热器压力降损失小，能保证加热炉燃烧系统安全稳定操作，提高燃烧效率和加热炉系统热效率，节约燃料，减少排放；每个蓄热单元都有截止功能，负荷调节比大，可适应多种不同工况；采用蜂窝陶瓷砖作为蓄热体，耐负荷，耐高温，换热效率高，可以将烟气降低至低温露点腐蚀温度以下排放；占地较少，设备集成化程度较高，成本较低，操作简单。

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