本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种自洁式空气预热器。
背景技术：
空气预热器种类多种多样，包括回旋式空气预热器、板式空气预热器和管壳式空气预热器等，其中管壳式空气预热器的理论研究和设计技术完善，运用可靠性良好，应用最为广泛。常见的管壳式空气预热器是利用工业生产中产生的高温烟气与空气进行热能置换，进而有效地回收烟气余热，达到能源再利用目的，但是，传统的管壳式空气预热器的换热效率不高，热量利用率低，废热回收效果一般。
技术实现要素：
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种自洁式空气预热器，通过巧妙设置空气通道和烟气通道的结构，以及设置自动清灰装置，有效提高了管壳式空气预热器的换热效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种自洁式空气预热器，包括换热室，所述换热室的顶端设有烟气进气口，所述换热室的底端设有烟气排气口，所述烟气进气口、换热室和烟气排气口形成高温烟气通道；所述换热室内水平方向设置多根换热管，所述换热管两端均设有隔板，所述隔板上设有与换热管数量相对应的开孔，所述换热管包括上层换热管和下层换热管，所述下层换热管的一端设有空气进气口，所述上层换热管的同一端设有空气排气口，所述下层换热管和所述上层换热管的另一端设有空气中转室，所述空气进气口、下层换热管、空气中转室、上层换热管和空气排气口构成空气换热通道。
进一步地，所述换热室为多个且两两并排相连，换热管水平贯穿多个换热室，所述换热管包括上层换热管和下层换热管，所述下层换热管的一端设有空气进气口，所述上层换热管的同一端设有空气排气口，所述下层换热管和所述上层换热管的另一端设有所述空气中转室，所述相邻两个换热室之间设有所述隔板，所述换热室的顶端和底端设有烟气中转室，所述烟气进气口、换热室、烟气中转室和烟气排气口构成高温烟气通道。
进一步地，所述空气进气口、下层换热管、空气中转室、上层换热管和空气排气口构成空气换热通道。
优选地，所述开孔的孔径不小于所述换热管的直径。
进一步地，还包括清灰装置，所述清灰装置包括第一驱动板、第二驱动板、清灰环和动力机构，所述第一驱动板和所述第二驱动板上均设有多个通孔，所述换热管套入所述通孔内，所述清灰环设置在第一驱动板和所述第二驱动板之间且活动地套在所述换热管上，所述动力机构连接所述第一驱动板和所述第二驱动板，所述第一驱动板或所述第二驱动板在动力机构的驱动下，带动所述清灰环沿所述换热管的外壁运动。
进一步地，所述清灰环为多个，所述每根换热管上均套有所述清灰环。
进一步地，所述第一驱动板上通孔的数量与所述换热管的数量一致，所述第二驱动板上通孔的数量与所述换热管的数量一致。
进一步地，所述清灰环的内直径大于所述换热管的直径，所述清灰环的外直径大于所述通孔的孔径。
进一步地，所述换热管两端靠近所述动力机构处均设有行程开关。
进一步地，所述动力机构包括电机、链轮和链条，所述链轮设置在所述链条两端，所述链条上设有驱动臂，所述链条与所述第一驱动板、所述第二驱动板通过驱动臂连接。
本发明的有益效果是：
1、本发明巧妙设计了高温烟气通道和空气换热通道，将空气分为两层加热，采用逆流式换热，使刚进入换热室的高温烟气直接加热已预热空气，增加传热温差，提高传热效率，更加有效地回收废热。
2、空气预热器上设置了清灰装置，减少换热管的积尘现象，进一步提高空气预热器的换热效率。
3、设置多个换热室和烟气中转室，换热室之间两两并排相连，同时增加空气流速，提高烟气的湍流效果，这种设置增加了高温烟气进入换热室的管程，提高了传热系数，进而提高空气预热器的换热效率。
附图说明
图1是实施例1的结构示意图。
图2是实施例1的部分结构示意图。
图3是图2结构的侧视图。
图4是图2结构的爆炸图。
图5是带有清灰装置的空气预热器结构示意图。
图6是带有清灰装置的空气预热器侧视图。
图7是图6标示部分的放大图。
图8是带有清灰装置的空气预热器俯视图。
图9是换热管与驱动板的组合图。
图10是驱动板和清灰环的结构示意图。
图11是驱动板的结构示意图。
图12是动力机构的结构示意图之一。
图13是动力机构的结构示意图之二。
图14是实施例2的结构示意图。
图中1.换热室、2.烟气进气口、3.烟气排气口、4.换热管、41.上层换热管、42.下层换热管、5.隔板、51.开孔、6.空气进气口、7.空气排气口、8.空气中转室、9.烟气中转室、10.清灰装置、101.第一驱动板、102.第二驱动板、103.清灰环、104.动力机构、1041.电机、1042.链轮、1043.链条、1044.第一减速器、1045.角转换器、1046.十字万向联轴器、1047.第二减速器、1048.两侧动力传动轴、1049.驱动臂、1050.链条盒、105.通孔、106.行程开关。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图与实施例，对本发明作进一步的说明。
实施例1
如图1-4所示，自洁式空气预热器包括换热室1，换热室1的顶端设有烟气进气口2，换热室1的底端设有烟气排气口3，烟气进气口2、换热室1和烟气排气口3形成高温烟气通道。换热室1内水平方向设置多根换热管4，换热管4两端均设有隔板5，隔板5上设有与换热管4数量相对应的开孔51，其中开孔51的孔径不小于换热管4的直径，换热管4包括上层换热管41和下层换热管42，下层换热管42的一端设有空气进气口6，上层换热管41的同一端设有空气排气口7，下层换热管42和上层换热管41的另一端设有空气中转室8，空气进气口6、下层换热管42、空气中转室8、上层换热管41和空气排气口7构成空气换热通道。
换热过程：
结合图1中箭头的指向，空气从空气进气口6进入下层换热管42，进而流入空气中转室8，经空气中转室8后进入上层换热管41，最后从空气排气口7流出。与此同时，高温烟气从烟气进气口2进入换热室1内，依次经过上层换热管41和下层换热管42，分别与上层换热管41和下层换热管42的空气进行热交换，最后从烟气排气口3排出。
换热原理:
空气预热器强化传热主要有三种途径，分别是提高传热系数、增加传热温差和扩大传热面积。
本实施例主要是利用增加传热温差来提高传热效率的：空气的温度越高越难加热，本实施例巧妙设计了高温烟气通道和空气换热通道，将空气分为两层加热，空气排气口设在上层且烟气进气口设在空气预热器顶端，该设置使刚进入空气预热器内的高温烟气加热上层空气，高温烟气经上层换热管后进入下层换热管，此时烟气余热继续加热下层空气，而下层空气经预热后，穿过空气中转室8后成为上层空气，如此循环。本实施例采用逆流式换热，使刚进入换热室1的高温烟气直接加热已预热空气，增加传热温差，更加有效地回收废热。
使用管壳式空气预热器能够很好地解决烟气余热回收的问题，但是工业产生的高温烟气都含有大量的粉尘或碎渣，在余热回收过程中，粉尘或碎渣很容易吸附或粘附在换热管外壁，长时间的粉尘积累会降低空气预热器的换热效率，严重影响空气预热器的正常使用。
如图5-11所示，为了进一步提高空气预热器的换热效率，本实施例还包括清灰装置10，清灰装置10包括第一驱动板101、第二驱动板102、清灰环103和动力机构104，第一驱动板101和第二驱动板102上均设有多个通孔105，换热管4套入通孔105内，清灰环103设置在第一驱动板101和第二驱动板102之间且活动地套在换热管4上。第一驱动板101上通孔105的数量与换热管4的数量一致，第二驱动板102上通孔105的数量与换热管4的数量一致，换热管4两端靠近动力机构104处均设有行程开关106。
安装清灰装置10时，首先，将第一驱动板101上的通孔105对准相应的换热管4，并从换热管4的一端套入第一驱动板101，然后，将清灰环103逐个套入换热管4，保证每根换热管4上都套有清灰环103，之后，将第二驱动板102上的通孔105对准相应的换热管4，并从换热管4的一端套入第二驱动板102，保证清灰环103处于第一驱动板101和第二驱动板102之间，第一驱动板101与第二驱动板102通过四根轴组合成一个整体，最后，使动力机构104连接第一驱动板101和第二驱动板102，保证第一驱动板101和第二驱动板102在动力机构104的驱动下，带动清灰环103沿换热管4外壁运动。
由图6-7可知，清灰环103为多个，每根换热管4外壁都套有一个清灰环103，各个清灰环103之间互不干扰，因此，一个清灰环103的损坏或失灵不会影响其他清灰环103的使用。清灰环103的内直径大于换热管4的直径，清灰环103的外直径大于通孔105的孔径，清灰环103被严格控制在第一驱动板101和第二驱动板102之间，不与动力机构104连接，不能在换热管4外壁独立规律运动，只能在第一驱动板101或第二驱动板102运动时被迫移动，从而不断刮落换热管4外壁的灰尘，保证空气预热器的换热效率。
图7中，清灰环103活动套在换热管4上，清灰环103与换热管4之间存在1～3mm的空隙，即使换热管4出现弯曲情况，清灰环103也不会被卡住。换热管4套入第一驱动板101和第二驱动板102上的通孔105内，通孔105与换热管4间存在较大的空隙，第一驱动板101和第二驱动板102不会因为换热管4的弯曲或变形而被卡住失效，只需保证通孔105的孔径比清灰环103的外直径小即可，对通孔105孔径的具体形状和尺寸要求不严格，加工制造简单。作为优选，清灰环103的外直径比通孔105的孔径大10～28mm。
从图12-13可以看出，动力机构104包括电机1041、链轮1042和链条1043，链轮1042设置在链条1043两端，链条1043通过驱动臂1049与第一驱动板101、第二驱动板102连接，为了优化动力机构104的结构，本实施例设置电机1041的数量为1个，空气预热器在驱动板运动的垂直方向设有两侧动力传动轴1048，两侧动力传动轴1048的一端连接有第一减速器1044，第一减速器1044与电机1041连接，两侧动力传动轴1048的两端均设有角转换器1045，角转换器1045下端连接有十字万向联轴器1046，十字万向联轴器1046在靠近链轮1042处设有第二减速器1047，第二减速器1047与链轮1042连接。
动力机构104驱动驱动板的过程：
电机1041经第一减速器1044减速后向第一减速器1044两端输出旋转动力，并由两侧动力传动轴1048将动力分别传到两端的角转换器1045，之后，动力通过角转换器1045传递到十字万向联轴器1046，十字万向联轴器1046接收到驱动力后通过第二减速器1047将动力输送至链轮1042，链轮1042旋转后拉动链条1043运动，链条1043通过驱动臂1049进一步带动第一驱动板1和第二驱动板2在行程开关106之间往返运动，不断除去换热管4外壁的灰尘。
利用上述清灰装置10对换热管4进行清灰的步骤如下：
s1：动力机构104驱动第一驱动板101与第二驱动板102，第一驱动板101推动清灰环103向换热管4的一端运动，清灰环103刮去换热管4上的灰尘；
s2：第一驱动板101推动清灰环103移动到换热管4一端的行程开关106时停止运动；
s3：动力机构104驱动第一驱动板101与第二驱动板102，第二驱动板102推动清灰环103向换热管4的另一端运动，清灰环103刮去换热管4上的灰尘；
s4:第二驱动板102推动清灰环103移动到换热管4另一端的行程开关106时停止运动；
s5：重复上述步骤。
上述清灰装置10达到的有益效果：
1、清灰环103活动套在换热管4上，并设置在两个驱动板之间，通过驱动板的移动，以带动清灰环103在换热管4外壁作往返运动，不断刮落换热管4外壁上的灰尘，保证换热管4的换热效率，结构简单，设计巧妙。
2、驱动板上设置通孔105，通孔105的孔径小于清灰环103的外直径，在清灰过程中，将清灰环103严格控制在两个驱动板之间，保证清灰环103随着驱动板的移动而移动。
3、每根换热管4外壁都套有一个清灰环103，各个清灰环103之间互不干扰，一个清灰环103的损坏或失灵不会影响其他清灰环103的使用，维修简单，经济实用。
4、清灰环103活动套在换热管4上，清灰环103与换热管4之间存在1～3mm的空隙，即使换热管4出现弯曲情况，清灰环103也不会被卡住，实用性强。
5、换热管4套入驱动板上的通孔105，通孔105与换热管4间存在较大的空隙，驱动板不会因为换热管4的弯曲或变形而被卡住失效，只需保证通孔105的孔径小于清灰环103的外直径即可，对通孔105孔径的具体形状和尺寸不严格要求，设计合理，加工制造简单。
综上，本实施例巧妙设计空气预热器本身的内部结构，通过增大传热温差达到强化传热的效果，此外，在空气预热器上设置清灰装置10，减少换热管4的积尘现象，进一步提高了空气预热器的换热效率。
实施例2
如图14所示，本实施例包括3个换热室1且两两并排相连，多根换热管4水平贯穿3个换热室1，换热管4两端和相邻两个换热室1之间均设有隔板5，隔板5上设有与换热管4数量相对应的开孔51，其中开孔51的孔径不小于换热管4的直径，换热管4包括上层换热管41和下层换热管42，下层换热管42的一端设有空气进气口6，上层换热管41的同一端设有空气排气口7，下层换热管42和上层换热管41的另一端设有空气中转室8，空气进气口6、下层换热管42、空气中转室8、上层换热管41和空气排气口7构成空气换热通道。
空气排气口6一侧的换热室1顶端设有烟气进气口2，空气中转室8一侧的换热室1底端设有烟气排气口3，换热室1的顶端和底端还设有烟气中转室9，烟气进气口2、换热室1、烟气中转室9和烟气排气口3构成高温烟气通道。
换热过程：
结合图1中箭头的指向，空气从空气进气口6进入下层换热管42，进而流入空气中转室8，经空气中转室8后进入上层换热管41，最后从空气排气口7流出。与此同时，结合图14中箭头的指向，高温烟气从烟气进气口2进入换热室1内，与换热管4内的空气进行热交换，途径换热室1底端和顶端的烟气中转室9以及多个换热室1，最后从烟气排气口排出。
换热原理:
本实施例是利用提高传热系数和增加传热温差两个技术途径来提高传热效率的：
1、本实施例通过增加空气流速和换热室1的数量，提高烟气的湍流效果，这种设置增大了高温烟气进入换热室1的管程，提高了传热系数，即管程强化传热；
2、空气的温度越高越难加热，本实施例巧妙设计了高温烟气通道和空气换热通道，将空气分为两层加热，空气排气口设在上层且烟气进气口设在空气预热器顶端，该设置使刚进入空气预热器内的高温烟气加热上层空气。本实施例采用逆流式换热，使刚进入换热室1的高温烟气直接加热已预热空气，增加传热温差，更加有效地回收废热。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、同等替换和改进等，均应落在本发明的保护范围之内。
1.一种自洁式空气预热器，包括换热室(1)，其特征在于：
所述换热室(1)的顶端设有烟气进气口(2)，所述换热室(1)的底端设有烟气排气口(3)，所述烟气进气口(2)、换热室(1)和烟气排气口(3)形成高温烟气通道；
所述换热室(1)内水平方向设置多根换热管(4)，所述换热管(4)两端均设有隔板(5)，所述隔板(5)上设有与换热管(4)数量相对应的开孔(51)，所述换热管(4)包括上层换热管(41)和下层换热管(42)，所述下层换热管(42)的一端设有空气进气口(6)，所述上层换热管(41)的同一端设有空气排气口(7)，所述下层换热管(42)和所述上层换热管(41)的另一端设有空气中转室(8)，所述空气进气口(6)、下层换热管(42)、空气中转室(8)、上层换热管(41)和空气排气口(7)构成空气换热通道。
2.根据权利要求1所述的一种自洁式空气预热器，其特征在于：所述换热室(1)为多个且两两并排相连，换热管(4)水平贯穿多个换热室(1)，所述换热管(4)包括上层换热管(41)和下层换热管(42)，所述下层换热管(42)的一端设有空气进气口(6)，所述上层换热管(41)的同一端设有空气排气口(7)，所述下层换热管(42)和所述上层换热管(41)的另一端设有所述空气中转室(8)，所述相邻两个换热室(1)之间设有所述隔板(5)，所述换热室(1)的顶端和底端设有烟气中转室(9)，所述烟气进气口(2)、换热室(1)、烟气中转室(9)和烟气排气口(3)构成高温烟气通道。
3.根据权利要求2所述的一种自洁式空气预热器，其特征在于：所述空气进气口(6)、下层换热管(42)、空气中转室(8)、上层换热管(41)和空气排气口(7)构成空气换热通道。
4.根据权利要求1所述的一种自洁式空气预热器，其特征在于：所述开孔(51)的孔径不小于所述换热管(4)的直径。
5.根据权利要求1所述的一种自洁式空气预热器，其特征在于：还包括清灰装置(10)，所述清灰装置(10)包括第一驱动板(101)、第二驱动板(102)、清灰环(103)和动力机构(104)，所述第一驱动板(101)和所述第二驱动板(102)上均设有多个通孔(105)，所述换热管(4)套入所述通孔(105)内，所述清灰环(103)设置在第一驱动板(101)和所述第二驱动板(102)之间且活动地套在所述换热管(4)上，所述动力机构(104)连接所述第一驱动板(101)和所述第二驱动板(102)，所述第一驱动板(101)或所述第二驱动板(102)在动力机构(104)的驱动下，带动所述清灰环(103)沿所述换热管(4)的外壁运动。
6.根据权利要求6所述的一种自洁式空气预热器，其特征在于：所述清灰环(103)为多个，所述每根换热管(4)上均套有所述清灰环(103)。
7.根据权利要求6所述的一种自洁式空气预热器，其特征在于：所述第一驱动板(101)上通孔(105)的数量与所述换热管(4)的数量一致，所述第二驱动板(102)上通孔(105)的数量与所述换热管(4)的数量一致。
8.根据权利要求6所述的一种自洁式空气预热器，其特征在于：所述清灰环(103)的内直径大于所述换热管(4)的直径，所述清灰环(103)的外直径大于所述通孔(105)的孔径。
9.根据权利要求6所述的一种自洁式空气预热器，其特征在于：所述换热管(4)两端靠近所述动力机构(104)处均设有行程开关(106)。
10.根据权利要求6所述的一种自洁式空气预热器，其特征在于：所述动力机构(104)包括电机(1041)、链轮(1042)和链条(1043)，所述链轮(1042)设置在所述链条(1043)两端，所述链条(1043)上设有驱动臂(1049)，所述链条(1043)与所述第一驱动板(101)、所述第二驱动板(102)通过驱动臂(1049)连接。
技术总结