[发明专利]紧凑型热应力补偿式辐射管热交换装置

说明书

技术领域

本发明涉及通用的炉、窑、烘烤炉或蒸馏炉中利用余热的装置领域，具体为一种紧凑型热应力补偿式辐射管热交换装置。

背景技术

工业炉窑是广泛应用于冶炼、化工行业的加热设备，间接加热式工业炉窑以以燃烧燃气获得热量，以辐射管为加热元件，运行时会排放出大量的高温烟气，如直接排入大气，不仅浪费热能资源，而且对环境也有污染。目前多采用将高温烟气和待预热气体共同导入换热器内，使高温烟气和待预热气体在换热器内发生热交换，从而达到利用烟气余热的目的。筒状辐射换热器是可用于烟气热量回收的一种热交换装置，其结构如图1所示，由集管2、集管套管21、进气管41和出气管51组成，集管套管21套在集管2外，进气管41和出气管51都和集管套管21贯通连接。使用时，从工业炉窑排出的高温烟气在集管2内流动，待预热气体从进气管41输入后沿着集管2和集管套管21之间的环形间隙流动，被高温烟气加热后再从出气管51输出。这种结构，烟气的流向单一，因此预热气体的范围有限，适用场合也受到限制。此外，工业炉窑所用的辐射管数量众多，而且排布非常紧凑，每个辐射管前的空间较为狭小，同时，由于和辐射管连接的管路包括空气管路、燃气管路、烟气管路等多种管路，炉前管路显得尤为复杂。目前辐射管前的管路大多采用如下布置方式：空气管路和燃气管路通过各自的集管输送到一组辐射管的上方，再从集管上分出支管并使支管引至每个辐射管前，烟气管路分别和每个辐射管的烟气支管连接，汇集到一组辐射管上方的烟气集管后再和烟道连接。这种结构的特点是每个辐射管前都布置了空气支管、燃气支管和烟气支管，一方面烟气支管内高温烟气的余热不能及时回收利用，造成工业炉窑前烟气管路的温度过高，现场操作环境恶劣；另一方面，烟气管路长期处于高温环境中，管路的薄弱环节易出现裂缝，外界空气易被吸入到烟气管路中，若遇到烟气中未完全燃烧的可燃成分即有可能在烟气管路中引起二次燃烧，甚至会导致爆炸事故，存在重大安全隐患。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，提供一种热量利用率高、操作环境友好、安全可靠的热交换装置，本发明公开了一种紧凑型热应力补偿式辐射管热交换装置。

本发明通过如下技术方案达到发明目的：

一种紧凑型热应力补偿式辐射管热交换装置，包括辐射管，辐射管上设有排烟管，其特征是：还包括集管、集管套管、支管、支管套管、进气环箱、进气管、出气环箱和出气管，集管套管套在集管外，支管套管套在支管外，支管穿过集管套管和集管贯通连接，排烟管穿过支管套管和支管贯通连接，集管套管的外侧套有进气环箱，进气环箱和集管套管贯通连接，进气环箱上设有进气管，支管套管的外侧套有出气环箱，出气环箱和支管套管贯通连接，出气环箱上设有出气管。

所述的紧凑型热应力补偿式辐射管热交换装置，其特征是：还包括集管膨胀节、集管翅片、支管膨胀节、支管法兰、支管套管法兰和伸缩套管，集管上串联集管膨胀节，集管的外侧面上设有集管翅片，支管上位于支管和集管贯通处的前端串联一个支管膨胀节，支管膨胀节的一端通过支管法兰和支管密封连接，支管套管上围绕着支管膨胀节之处串联一个伸缩套管，伸缩套管的一端通过支管套管法兰和支管套管密封连接。

所述的紧凑型热应力补偿式辐射管热交换装置，其特征是：相邻的集管膨胀节之间，和集管贯通连接的支管的数量为2～5个。

所述的紧凑型热应力补偿式辐射管热交换装置，其特征是：相邻的进气环箱之间，和集管贯通连接的支管的数量为2～5个。

所述的紧凑型热应力补偿式辐射管热交换装置，其特征是：集管外径是集管套管内径的50%～90%，集管翅片的高度是集管外侧面和集管套管内侧面形成的环形间隙宽度的20%～80%，支管外径是支管套管内径的50%～90%。

本发明使用时，集管和烟道连接，从辐射管排出的高温烟气经排烟管进入支管，经支管进入集管，最终汇入烟道并排入大气。待预热气体从进气环箱上的进气管流入集管外壁和集管套管内壁形成的环形间隙内，随后流入支管外壁和支管套管内壁形成的环形间隙内，在此流动过程中，高温烟气和待预热气体隔着集管或支管发生热交换，待预热气体被高温烟气加热，并从出气环箱的出气管流出。待预热气体可以是空气，也可以是燃气。