涡旋除尘热交换方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种涡旋除尘热交换方法及装置，方法包括将含尘热气体切向引入涡旋除尘热交换器，并沿着已选定的方向涡旋路径前进，含尘热气体在涡旋流动过程中，一方面在离心力的作用下，粉尘被分离，另一方面，通过金属壁与被加热（冷却）流体流道中，沿着已选定方向的反方向涡旋路径前进的流体进行热交换。装置由涡旋除尘器和涡旋热交换器结合而成。优点：①高效率；②多功能：既是热交换器，又是除尘器，把节约能源和消除污染结合起来；③紧凑性好。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热交换方法及热交换装置，尤其涉及涡旋除尘热交换方法及装置。在许多开发中或未开发的国家，数以万计的老旧工业锅炉，工业炉窑，气体加热器，液体加热器，燃烧器，内燃机，化工反应器及焚化炉等广泛地应用于工业过程，商业设备及家庭用具的领域。由于用以换热的流体，例如燃煤产生的热烟气，通常含有较多的粉尘颗粒和黑烟，使得上述的装置的使用，常常造成空气及环境的污染。并且上述老式设备的换热效率及传热强度也普遍偏低，使得大量的能源无法有效回收或利用。对于一个产生热烟气或热空气的工业过程，例如燃煤锅炉或炉窑，空气预热器，省煤器或余热锅炉是常用于回收排往烟囱的热烟气的废热，例如旋风除尘器，多管除尘器，惯性碰撞除尘器，布袋除尘器或静电除尘器等分离除尘器，也普遍地应用于工业过程中，有效地除去粉尘颗粒与油烟。在一个工业过程中换热器与除尘器一般是两个独立必备的装置，各占有一定的设备空间，耗用一定的系统动力，使得操作成本叠加，在购置两独立设备时初投资增加。在传统的传热方法上，热交换器是根据如下的牛顿冷却定率作设计或修正改良的Q＝hA△T (1)其中Q是冷热两种流体之间的热量交换率，△T是冷热流体之间的平均温差，A是可供传热的总表面面积，h是一个叫传热系数的常数。事实上，h并非一个常数，而是一个相当复杂的参数。传热系数h是根据传热系统的几何结构和安排及在传热系统中的流体及其特性而改变，然而公式(1)过度简化了对流传热的基本机理，但是它确可说明传热速率与传热面积，平均传热温差和传热系数比例改变的关系。热交换器的目的是扩大流体之间的传热速率。公式(1)指出增大A，△T或h或任何两者或全部可以增大Q。在实际工程应用时，A常常不被允许增大较多。因为热交换器的大小和造价，通常被应用的场合所限定不易更改。而冷热流体间的平均传热温差△T也受应用状况的限制不容易改变(增大)。由于上述限制，大多的热交换器只能靠传热系数h的增大而改进其性能。由热交换器从套管式到管壳式，到翅板式(交叉流)，到管内嵌入件，到近来的冲击式的演化过程便可见一般。因为热交换器大部分的设计及操作可变数是总体隐涵在复杂的传热系数h内，热交换器设计人员很困难运用可资变动的参数进行全面的性能优化的追求。许多目前采用的改进方法都比较直接，而效果也较局限。例如增大冷热流体通过热交换器的速度可以明显地增大h，然而也同时增大了所需的系统压力降(或达到较高速度的动力消耗)，再则增大流速必然缩短了冷热流体在装置内的停留时间，这样对增强传热量Q也有不利的影响。本专利技术的目的是提供一种集涡旋除尘器和涡旋热交换器于一体的涡旋除尘热交换方法及装置。为了达到上述的目的，本专利技术采取下列措施，它包括将含尘热(冷)气体切向引入涡旋除尘热交换器，并沿着已选定的方向涡旋路径前进，含尘热(冷)气体在涡旋流动过程中，一方面在离心力的作用下，粉尘被分离，经粉尘收集口排出，另一方面，通过金属壁与被加热(冷却)流体流道中，沿着已选定方向的反方向涡旋路径前进的流体进行热交换，被加热(冷却)流体经换热后，离开涡旋除尘热交换器。按照上述方法设计的涡旋除尘热交换器，由涡旋除尘器和涡旋热交换器结合而成，涡旋除尘器包括涡旋圆柱分离传热段，涡旋圆柱分离传热段下设锥形粉尘分离收集段，锥形粉尘分离收集段下设粉尘收集口，涡旋圆柱分离传热段中心设有中心筒，切向设有含尘热(冷)气体进口，锥形粉尘分离收集段周壁内焊有锥形螺旋管，螺旋管管间隙为零，涡旋圆柱分离传热段周壁内设有圆柱螺旋管和C形折流管组成，其管间隙为3～5mm，圆柱螺旋管和C形折流管外周离涡旋圆柱分离传热段外筒内壁间距为10～35mm，中心筒由圆柱螺旋管组成，螺旋管管间隙为零。或由涡旋除尘器和涡旋热交换器结合而成，涡旋除尘器包括涡旋圆柱分离传热段，涡旋圆柱分离传热段下设锥形粉尘分离收集段，涡旋圆柱分离传热段中心设有中心筒，涡旋圆柱分离传热段内周壁依次间隔设有被加热(冷却)流体和涡旋含尘热(冷)气体流道，涡旋含尘热(冷)气体流道一端接含尘热(冷)气体进口，另一端与中心圆柱分离传热区相通，锥形粉尘收集段下设粉尘收集口，外设出口集气室和进口集气室，进口集气室与气体入口和上升气体流道相通，出口集气室与被加热(冷却)气体出口和下降气体流道相通，上升气体流道与下降气体流道相通。或由涡旋除尘器和涡旋热交换器结合而成，涡旋除尘器包括涡旋圆柱分离传热段，涡旋圆柱分离传热段切向设有含尘热(冷)气体进口，下设锥形粉尘分离收集段，锥形粉尘收集段下设粉尘收集口，涡旋圆柱分离传热段中心设有膜式壁中心筒，涡旋除尘器外设水隔套，水隔套下设被加热液体进口，上设蒸汽出口，膜式壁中心筒由扩叉管及管间焊接的垂直隔板组成，扩叉管上下端分别与水隔套相通。本专利技术的优点①高效率高综合传热系数(K＝50～200W/m2℃)及高除尘效率(80～98%);②多功能既是热交换器，又是除尘器，把节约能源和消除污染结合起来;③紧凑性好体积和重量小于分别工作的单体预热器和单体除尘器，节省材料，降低造价及占地面积。下面结合附图作进一步详细说明。附图说明图1为Ⅰ型涡旋除尘热交换器示意图;图2为Ⅱ型涡旋除尘热交换器示意图;图3为Ⅱ型涡旋除尘热交换器俯视图;图4为Ⅲ型涡旋除尘热交换器示意图。涡旋除尘热交换方法包括将含尘热(冷)气体切向引入涡旋除尘热交换器，并沿着已选定的方向涡旋路径前进，含尘热(冷)气体在涡旋流动过程中，一方面在离心力的作用下，粉尘被分离，经粉尘收集口排出，另一方面，通过金属壁与被加热(冷却)流体流道中，沿着已选定方向的反方向涡旋路径前进的流体进行热交换，被加热(冷却)流体经换热后，离开涡旋除尘热交换器。含尘热(冷)气体采用含尘热(冷)气体调节阀，改变切向引入涡旋除尘热交换器的流动和流量。被加热(冷却)流体为气体或液体，或分别同时为气体和液体。Ⅰ型涡旋除尘热交换器有涡旋除尘器和涡旋热交换器结合而成，涡旋除尘器包括涡旋圆柱分离传热段，涡旋圆柱分离传热段下设锥形粉尘分离收集段，锥形粉尘分离收集段下设粉尘收集口［8］，涡旋圆柱分离传热段中心设有中心筒，切向设有含尘热(冷)气体进口［2］，锥形粉尘分离收集段周壁内焊有锥形螺旋管［7］，螺旋管管间隙为零，涡旋圆柱分离传热段周壁内设有圆柱螺旋管［6］和C形折流管［5］组成，其管间隙为3～5mm，圆柱螺旋管和C形折流管外周离涡旋圆柱分离传热段外筒内壁间距为10～35mm，中心筒由圆柱螺旋管［4］组成，螺旋管管间隙为零。涡旋圆柱分离传热段周壁由圆柱形螺旋管和C形折流管组成，涡旋除尘器顶盖壁由涡旋管组成，中心筒周壁由圆柱形螺旋管组成，锥形粉尘分离收集段周壁由锥形螺旋管组成，其管间隙为零。C形折流管由C形管和垂直集管焊接而成，垂直集管内设有横隔板。C形折流管为串联(单头)或并联(多头)。锥形螺旋管依次与圆柱形螺旋管、C形折流管、顶盖涡旋管和中心筒圆柱螺旋管相接。锥形螺旋管也可以依次与圆柱形螺旋管、中心筒圆柱螺旋管、顶盖涡旋管和C形折流管相接。Ⅱ型涡旋除尘热交换器由涡旋除尘器和涡旋热交换器结合而成，涡旋除尘器包括涡旋圆柱分离传热段，涡旋圆柱分离传热段下设锥形粉尘分离收集段，涡旋圆柱分离传热段中心设有中心筒［9］，涡旋圆柱分离传热段内周壁依次间隔设有被加热(冷却)流体和涡旋含尘热(冷)气体流道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡旋除尘热交换方法，其特征在于它包括将含尘热（冷）气体切向引入涡旋除尘热交换器，并沿着已选定的方向涡旋路径前进，含尘热（冷）气体在涡旋流动过程中，一方面在离心力的作用下，粉尘被分离，经粉尘收集口排出，另一方面，通过金属壁与被加热（冷却）流体流道中，沿着已选定方向的反方向涡旋路径前进的流体进行热交换，被加热（冷却）流体经换热后，离开涡旋除尘热交换器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：聂森，
申请(专利权)人：聂森，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]