[发明专利]一种耐压差高温陶瓷换热器

说明书

技术领域

本发明涉及热能、化工、及冶金领域的热工设备，特别适合于为需要高温气体（空气、煤气、压缩空气）的热工装置提供一定压力与较高稳定温度的一种耐压差高温陶瓷换热器。

背景技术

在热能、化工及冶金工程领域，换热器是必不可少的重要设备。对应用于温度较低领域金属制作的间壁式换热器是其主流装置，而对于温度较高的流体介质的热交换装置就不能直接用金属制作的间壁式换热器，而是采用蓄热式的热交换设备，如加热炉、热风炉等。采用蓄热式换热器实际上是一种无奈的选择，其原因在于耐高温的金属材料的缺乏，或者是金属材料的高温性能欠佳。即使是蓄热式换热器从投资费用到运行费用都远高于间壁式换热器，人们也只能被动采用。随着非金属陶瓷材料的发展及其性能的改善，用耐高温的间壁式陶瓷换热器就成为了可能。但是，非金属陶瓷材料不同于金属材料的地方在于其抗折性能与抗热震性能较差，即使诸如碳化硅之内的高温陶瓷，在这方面也远比金属材料差，而在加工性能制作工艺等方面也远远比不上金属材料。此外，另一个制约因素是耐温1000℃以上的性能较佳的陶瓷材料制作的换热器，其价格远高于用金属材料制作的数十倍。基于上述原因，高温陶瓷换热器的应用也受到了极大的限制。随着高温陶瓷制作工艺的改进，以及应用范围的逐步扩大，其制作成本将逐步下降。就目前情况看，相对于采用高温蓄热式换热装置，高温陶瓷换热器的制作成本已经相差不大，考虑其操作使用过程要远比蓄热式换热器简单，用高温陶瓷换热器取代蓄热式换热器的时代已经来临。同时，陶瓷换热器制作与使用上的问题就会越来越显得突出，其制品的耐高温性能、耐高压差性能、气流间密封、整体结构稳定性（寿命与事故率）都是要重点解决的关键问题。

发明内容

为实现高温气流间的稳定热交换，本发明提供一种耐压差高温陶瓷换热器。

本发明解决的技术方案是，壳体是由钢制外壳的内壁上砌筑耐火材料墙体的封闭耐压筒体结构，壳体是由从上到下的锥顶筒体、等截面筒体和锥底筒体依次连接在一起构成的一体结构，等截面筒体中从上到下依次排列有结构相同的多个换热器管组件，分别为置于等截面筒体内上部的上换热器管组件，置于等截面筒体内中部的中换热器管组件和置于等截面筒体内下部的下换热器管组件，每个换热器管组件均由排列管束、上连接挡板、下连接挡板和气流隔板构成，排列管束是由多个竖管相互间隔均布排布构成，每个竖管内为管内气流空间，每相邻的两个竖管之间均有管外气流空间，排列管束的上端和下端分别装在上连接挡板和下连接挡板上，上连接挡板和下连接挡板之间有连接多个竖管的气流隔板，每两个相邻的换热器管组件的下连接挡板和上连接挡板经中部密封支撑环相互连接，上换热器管组件的下连接挡板和中换热器管组件的上连接挡板之间有上气流调节空间，中换热器管组件的下连接挡板和下换热器管组件的上连接挡板之间有下气流调节空间，上换热器管组件的上连接挡板外周装有上部密封支撑环，下换热器管组件的下连接挡板外周装有下部密封支撑环，上部密封支撑环、中部密封支撑环和下部密封支撑环均嵌装在等截面筒体的内壁中，等截面筒体的一侧墙体内有气流分配通道，气流分配通道的外侧壁上有伸出等截面筒体的热气流引入口，气流分配通道的内侧壁上均布有连通上换热器管组件的管外气流空间的多个上部气流进口；和装有热气流引入口的等截面筒体的一侧墙体相对应的另一侧墙体内有上部气流连通通道，上部气流连通通道的内侧壁上部均布有多个上部气流收集口，上部气流收集口和上换热器管组件的管外气流空间连通，上部气流连通通道的内侧壁下部均布有多个中部气流出口，中部气流出口和中换热器管组件的管外气流空间相互连通，气流分配通道的下方在等截面筒体墙体内设置有和气流分配通道置于同一侧（同一侧是指气流分配通道和下部气流连通通道置于等截面筒体的同一侧墙体内）的下部气流连通通道，下部气流连通通道的内侧壁上部均布有多个连通中换热器管组件的管外气流空间的中部气流收集口，下部气流连通通道的内侧壁下部均布有多个连通下换热器管组件的管外气流空间的下部气流出口，上部气流连通通道的下方在等截面筒体墙体内设置有和上部气流连通通道置于同一侧（同一侧是指上部气流连通通道和汇流通道置于等截面筒体的同一侧墙体内）的汇流通道，汇流通道的内侧壁上均布有多个连通下换热器管组件的管外气流空间的下部气流收集口，汇流通道的外侧壁上有伸出等截面筒体的热气流引出口；锥顶筒体内的空腔为气流收集空间，锥顶筒体上设置有连通气流收集空间的冷气流引出口，气流收集空间和上换热器管组件的管内气流空间相互连通；锥底筒体内的空腔为气流分配间，锥底筒体的一侧墙体下部设置有连通气流分配间的冷气流引入口，气流分配间和下换热器管组件的管内气流空间相互连通，气流分配间向上依次经下换热器管组件的管内气流空间、下气流调节空间、中换热器管组件的管内气流空间、上气流调节空间、上换热器管组件的管内气流空间、气流收集空间和冷气流引出口连通，等截面筒体的上端设置有连接锥顶筒体的上支撑圈，等截面筒体的下端设置有连接锥底筒体的下支撑圈，上支撑圈和上部密封支撑环紧密结合，下支撑圈和下部密封支撑环紧密结合，构成气流密封结构。