專利名稱：空氣預(yù)熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種空氣預(yù)熱器，尤其是應(yīng)用在炭黑生產(chǎn)，對(duì)余熱進(jìn)行回收的空氣預(yù)熱器。
背景技術(shù)：
在炭黑生產(chǎn)中，由于炭黑生產(chǎn)的特殊性，一般采用列管式空氣預(yù)熱器回收這些炭黑煙氣中的余熱，炭黑生成反應(yīng)終止后的炭黑煙氣溫度在1000℃左右，炭黑煙氣入口處的高溫段管板溫度較高，容易出現(xiàn)高溫蠕變或材料產(chǎn)生脆性；如果空氣預(yù)熱器不能承受1000℃左右的高溫?zé)煔?，則需要在炭黑煙氣中噴大量的冷卻水，將炭黑煙氣溫度降到該空氣預(yù)熱器所能承受的溫度，并要保證經(jīng)過空氣預(yù)熱器后的炭黑煙氣到達(dá)收集系統(tǒng)時(shí)的溫度在260℃以下，如此一來，不僅使余熱白白浪費(fèi)，還因大量的水蒸氣導(dǎo)致收集系統(tǒng)的負(fù)荷增加。所以，空氣預(yù)熱器的煙氣進(jìn)口承受高溫的能力是空氣預(yù)熱器的重要技術(shù)指標(biāo)；同時(shí)，由于所能承受溫度的提高，溫差的加大必定導(dǎo)致空氣預(yù)熱器的熱應(yīng)力的增大，因此，炭黑生產(chǎn)用高溫空氣預(yù)熱器的關(guān)鍵技術(shù)是如何降低管板溫度和消除熱應(yīng)力。
目前，國(guó)外炭黑生產(chǎn)裝置用空氣預(yù)熱器主要由Shack公司、德固沙公司、哥倫比亞公司生產(chǎn)，從引進(jìn)設(shè)備上了解到國(guó)外的列管式換熱器是采用在每根換熱管上安裝膨脹節(jié)的技術(shù)來消除高溫空氣預(yù)熱器的熱應(yīng)力，而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高溫空氣預(yù)熱器由于結(jié)構(gòu)上的問題，沒有很好地解決以下兩方面問題1.高溫段管板溫度較高，在氣→氣換熱中，管板容易出現(xiàn)高溫蠕變或材料產(chǎn)生脆性，影響空氣預(yù)熱器的使用壽命；2.因?yàn)闅怏w的導(dǎo)熱系數(shù)較小，再加上截面氣體流場(chǎng)及溫度場(chǎng)分布不均勻，使每根換熱管的壁溫不同，導(dǎo)致?lián)Q熱管和換熱管之間的膨脹量的大小不一致，從而在部分換熱管和管板連接焊口處產(chǎn)生大于屈服極限的局部熱應(yīng)力，時(shí)間一長(zhǎng)，出現(xiàn)疲勞破壞使焊口拉裂，在一定溫度下，空氣泄漏量達(dá)到一定程度，就會(huì)和含有H2、CO等可燃性氣體的高溫炭黑煙氣接觸燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫將導(dǎo)致整個(gè)空氣預(yù)熱器的損壞，從而，致使高溫空氣預(yù)熱器換熱效率低、故障率高、使用壽命較短(一年左右)。雖然，國(guó)外在每根換熱管上加上小膨脹節(jié)的方法消除熱應(yīng)力的效果好，但制造工藝復(fù)雜、加工難度大、對(duì)材料要求高，國(guó)內(nèi)沒有現(xiàn)成的換熱管安裝膨脹節(jié)技術(shù)，進(jìn)口國(guó)外安裝有膨脹節(jié)的換熱管價(jià)格又太高；況且，在高溫(580℃以上)狀態(tài)下，安裝的小膨脹節(jié)同樣存在疲勞破壞的問題，換熱管需要2～3年更換一次。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供了一種空氣預(yù)熱器，能克服現(xiàn)有空氣預(yù)熱器高溫段管板溫度過高與熱應(yīng)力較大的缺點(diǎn)。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的空氣預(yù)熱器包括高溫段管板、帶有空氣通氣口的高溫段管箱、帶有空氣通氣口的低溫段管箱、低溫段管板、連接高、低溫管箱的膨脹節(jié)和數(shù)根換熱管，所述的高溫段管板為雙管板結(jié)構(gòu)，兩層管板通過設(shè)置有數(shù)個(gè)對(duì)流孔的筒體短節(jié)固定連接，采用此種結(jié)構(gòu)，將筒體短節(jié)內(nèi)部空間與環(huán)境相通，利用自然對(duì)流冷卻形式，不僅可以降低管板溫度，而且可以降低管板自身上下面的溫度差，減小了熱應(yīng)力，有效的延長(zhǎng)了空氣預(yù)熱器的使用壽命。
作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，在高溫段管板處的每根換熱管內(nèi)設(shè)置有一段外包隔熱材料的導(dǎo)流管，其管頭與換熱管的管頭固定連接，由于隔熱材料的作用，可減少炭黑煙氣通過換熱管時(shí)對(duì)高溫段管板的傳熱，進(jìn)一步降低管板溫度。
作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的低溫段管板的管孔與每根換熱管呈間隙設(shè)置，在低溫段管板上、每根換熱管管頭外固定設(shè)置有與換熱管同軸的套管，在換熱管管頭、套管和低溫段管板之間還設(shè)置有由壓緊填料、壓環(huán)和壓緊螺母組成的密封裝置，采用此種結(jié)構(gòu)，空氣預(yù)熱器的換熱管在低溫段管板孔內(nèi)可自由徑向膨脹，從而進(jìn)一步減小熱應(yīng)力，又能防止換熱空氣的泄漏。
本實(shí)用新型的有益效果產(chǎn)品結(jié)構(gòu)新穎、設(shè)計(jì)合理，降低了管板溫度，防止管板出現(xiàn)高溫蠕變或材料產(chǎn)生脆性；減小了空氣預(yù)熱器各部分的熱應(yīng)力，有效的延長(zhǎng)了空氣預(yù)熱器的使用壽命，突破了炭黑生產(chǎn)用裝置空氣預(yù)熱器的技術(shù)瓶頸，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)新穎、設(shè)計(jì)合理、長(zhǎng)周期運(yùn)行性好，不但在萬(wàn)噸級(jí)炭黑生產(chǎn)裝置上填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，而且在使用壽命上已達(dá)到或超過國(guó)外同類空氣預(yù)熱器水平。


圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的主視圖。
圖2是圖1的I處放大圖。
圖3是圖1的II處放大圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
在圖1所示的實(shí)施例中，本實(shí)用新型為立式空氣預(yù)熱器，炭黑煙氣為高溫介質(zhì)，空氣為低溫介質(zhì)，炭黑煙氣的進(jìn)氣端在下部，出氣端在上部，空氣的進(jìn)氣端在上部，出氣端在下部，故下部是高溫段，上部是低溫段，炭黑煙氣由下至上、空氣由上至下通過預(yù)熱器進(jìn)行熱交換，該空氣預(yù)熱器包括位于上端的低溫段管板7、帶有空氣進(jìn)氣口的低溫段管箱1、位于下端的高溫段管板4、帶有空氣出氣口的高溫段管箱3、連接高、低溫管箱的膨脹節(jié)2和置于高、低溫管箱中的數(shù)根換熱管6，其中，高溫段管板4為雙管板結(jié)構(gòu)，兩層管板通過設(shè)置有數(shù)個(gè)對(duì)稱的對(duì)流孔5的筒體短節(jié)8焊接固定，采用此種結(jié)構(gòu)，將筒體短節(jié)8內(nèi)部空間與環(huán)境相通，利用自然對(duì)流冷卻形式，不僅可以降低高溫段管板4的溫度，而且可以降低高溫段管板4自身上下面的溫度差，減小了熱應(yīng)力，有效的延長(zhǎng)了空氣預(yù)熱器的使用壽命；如圖3所示，換熱管6的一端與高溫段管板4焊接固定，在此端換熱管6內(nèi)設(shè)有一段外包隔熱材料14的導(dǎo)流管13，其管頭與換熱管6的管頭焊接固定，由于隔熱材料14的作用，可減少目標(biāo)介質(zhì)對(duì)換熱管6、從而減少對(duì)高溫段管板4的傳熱，進(jìn)一步降低管板溫度；如圖2所示，換熱管6的另一端與低溫段管板7的管孔呈間隙設(shè)置，在低溫段管板7上、每根換熱管6的管頭外焊接固定有與換熱管6同軸的套管9，在換熱管6的管頭、套管9和低溫段管板7之間還設(shè)置有由壓緊填料10、壓環(huán)11和壓緊螺母12組成的密封裝置，因此換熱管6在低溫段管板7內(nèi)可自由伸縮，從而進(jìn)一步減小熱應(yīng)力，又能防止換熱空氣的泄漏。根據(jù)申請(qǐng)人長(zhǎng)期從事炭黑空氣預(yù)熱器研究的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)，結(jié)合查閱的相關(guān)資料進(jìn)行分析，空氣的泄漏量只要控制在使炭黑煙氣中的氧氣含量不超過5％，該炭黑尾氣的溫度在550℃～600℃以內(nèi)，在這樣的工藝條件下，就可以確保高溫空氣預(yù)熱器安全、可靠的長(zhǎng)期運(yùn)行。
本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施方式，例如，空氣預(yù)熱器可以為臥式結(jié)構(gòu)，目標(biāo)介質(zhì)也可為低溫介質(zhì)，空氣為高溫介質(zhì)，但不論采用那種實(shí)施方式，只要高溫段管板為通過設(shè)置有數(shù)個(gè)對(duì)流孔的筒體短節(jié)固定連接的雙管板結(jié)構(gòu)，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種空氣預(yù)熱器，包括高溫段管板、帶有空氣通氣口的高溫段管箱、帶有空氣通氣口的低溫段管箱、低溫段管板、連接高、低溫管箱的膨脹節(jié)和數(shù)根換熱管，其特征在于所述的高溫段管板為雙管板結(jié)構(gòu)，兩層管板通過設(shè)置有數(shù)個(gè)對(duì)流孔的筒體短節(jié)固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣預(yù)熱器，其特征在于在高溫段管板處的每根換熱管內(nèi)設(shè)置有一段外包隔熱材料的導(dǎo)流管，其管頭與換熱管的管頭固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空氣預(yù)熱器，其特征在于所述的低溫段管板的管孔與每根換熱管呈間隙設(shè)置，在低溫段管板上、每根換熱管管頭外固定設(shè)置有與換熱管同軸的套管，在換熱管管頭、套管和低溫段管板之間還設(shè)置有由壓緊填料、壓環(huán)和壓緊螺母組成的密封裝置。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種列管式空氣預(yù)熱器，包括高溫段管板、帶有空氣通氣口的高溫段管箱、帶有空氣通氣口的低溫段管箱、低溫段管板、連接高、低溫管箱的膨脹節(jié)和換熱管，所述的高溫段管板為雙管板結(jié)構(gòu)，兩層管板通過設(shè)置有數(shù)個(gè)對(duì)流孔的筒體短節(jié)固定連接，作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，在高溫段管板處的換熱管內(nèi)設(shè)置有一段外包隔熱材料的導(dǎo)流管，低溫段管板的管孔與換熱管呈間隙設(shè)置，并對(duì)換熱管分別采用單管填料結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行密封。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)為降低了管板溫度，防止管板出現(xiàn)高溫蠕變或材料產(chǎn)生脆性；減小了空氣預(yù)熱器各部分的熱應(yīng)力，有效的延長(zhǎng)了空氣預(yù)熱器的使用壽命。
文檔編號(hào)F23L15/00GK2789609SQ200520034179
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月16日
發(fā)明者趙寬明, 范汝新, 呂宗利, 盧橋生, 劉寒津 申請(qǐng)人:中橡集團(tuán)炭黑工業(yè)研究設(shè)計(jì)院