一种高温板式换热器及温度控制方法技术

本发明专利技术公开了一种高温板式换热器，其包括由若干换热板片叠加而成的高温换热组板和低温换热组板，高温换热组板包括呈十字交错排列的若干第一通道和若干第二通道，低温换热组板包括呈十字交错排列的若干第三通道和若干第四通道，若干第一通道与若干第三通道连通并形成烟气通道，且烟气从第一通道向第三通道流通，若干第二通道与若干第四通道连通并形成空气通道，且空气从第四通道向第二通道流通；本方案通过温度控制系统使换热板片上监视区的温度始终处于最佳工作温度区间内，保证换热器在最佳换热工况下运行，延长换热器寿命的同时，实现烟气余热的充分回收，降低了高昂的换热器设备更换成本。热器设备更换成本。热器设备更换成本。

【技术实现步骤摘要】
一种高温板式换热器及温度控制方法


[0001]本专利技术涉及烟气换热
，具体涉及一种高温板式换热器及温度控制方法。

技术介绍

[0002]随着国家碳中和政策在各行业尤其冶金和化工的深入实施，在现有能源设备未取得技术突破进一步提高运行效率的时候，余热回收作为一种经济有效的节能降碳手段广泛的应用在工业领域。
[0003]作为碳排放大户的冶金行业，用来加热钢坯的加热炉会产生大量高温烟气，现在采用的余热回收设备主要是管式换热器，少部分为传统平板式换热器。列管式换热器因为换热能力差、流动阻力大，占地面积大，需要消耗大量管材，为了降低成本使用普通的不锈钢材料无法耐高温烟气，传统板式换热器相较于列管式换热器换热能力提高、设备体积小，采用耐高温不锈钢材料，但是传统板式换热器和列管式换热器同样为了保护接近烟气入口的换热器高温段，延长换热器寿命，会在加热炉负荷提高(加热炉本身因为钢坯生产计划的调整会使负荷不断波动)时，提前开启稀释风机，为了降低每小时几万标方的入口烟气温度，需要引入大流量的稀释风，不仅浪费大量电力，还降低了烟气余热回收能力。
[0004]靠近烟气入口端的换热板片长期处于高温工作状态，且接触含杂质的高温烟气，板片会发生热膨胀变形和表面化合物腐蚀，严重影响换热器性能，甚至会导致板片脆裂，穿孔威胁换热器设备和后端设备安全。
[0005]参阅现有技术中申请号为CN201410003806.6的中国专利技术专利，其公开了一种板式空气预热器，包括波纹板换热芯体、空气预热器外壳、烟气进出口管路、空气进出口管路。所述波纹板换热芯体由多组板束按一定的形式叠放而成。板束是由两块波纹板在平面区焊接在一起，形成烟气类椭圆管状通道，板束与板束在平面区叠放后焊接形成空气壳程通道，两种介质成错流的形式交换热量。该空气预热器采用冷流体、热流体交叉换热形式，使同时靠近高温热流体入口和预热后的冷流体出口的板片一侧温度过高，而在冶金加热炉环境中板片两侧温度可达500度以上，温度分布不均匀，受热后膨胀应力的方向分散无序，易造成板片膨胀和焊缝开裂从而减少换热器使用寿命，板式换热器板片为整板一次冲压成型更换成本较高，如发生膨胀变形、焊缝开裂等情况，会直接给企业带来经济损失，同时会间接影响生产效率，甚至过量烟气泄露会影响后端设备安全。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种合理控制温度的高温板式换热器及温度控制方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0008]提供一种高温板式换热器，其包括由若干换热板片叠加而成的高温换热组板和低温换热组板，高温换热组板包括呈十字交错排列的若干第一通道和若干第二通道，低温换热组板包括呈十字交错排列的若干第三通道和若干第四通道，若干第一通道与若干第三通
道连通形成烟气通道，且烟气从第一通道向第三通道流通，若干第二通道与若干第四通道连通形成空气通道，且空气从第四通道向第二通道流通；空气通道的空气进口设置有冷却空气支路，若干第二通道内设置有隔离板，隔离板将若干第二通道分为主空气通道和冷却空气通道，主空气通道与空气通道连通，冷却空气通道的两端分别与冷却空气支路和冷却空气出口连通，冷却空气支路上设置有电动调节阀，高温换热组板上设置有红外测温仪，电动调节阀和红外测温仪均与温度控制系统电连接；温度控制系统包括温度预测模块、温度控制模块和温度补偿模块。
[0009]进一步地，高温换热组板和低温换热组板并列设置，烟气通道呈直线形，空气通道呈U形，第二通道和第四通道的一端通过U型空气转向室连通，第二通道和第四通道的另一端分别设置为空气通道的空气出口和空气进口。
[0010]进一步地，高温换热组板、低温换热组板与U型空气转向室的连接处均设置有膨胀箱。
[0011]进一步地，U型空气转向室的转角处均采用圆弧结构。
[0012]进一步地，换热板片上设置有若干支撑丁胞，换热板片的两端均设置连接片，若干换热板片层层叠加，且中间位置的换热板片与相邻的两块换热板片之间分别通过支撑丁胞和连接片对接固定。
[0013]进一步地，连接片的接缝处设置有保护套。
[0014]进一步地，换热板片上设置有若干蜂窝丁胞。
[0015]提供一种高温板式换热器的温度预测方法，其包括以下步骤：
[0016]S1：温度预测模块设定高温换热组板上隔离板与空气出口侧的交线处的直角三棱柱区域为温度的监视区，并通过红外测温仪监测监视区的平均温度T
obs
；
[0017]S2：使用matlab的regress函数将T
obs
和烟气进口的温度T
gas
、空气进口(4)的温度T
air
、烟气流量V
gas
、空气流量V
gas
进行多元函数拟合T
obs
＝f(V
air
,T
air
,V
gas
,T
gas
)，得到T
obs
的拟合函数公式：
[0018]T
obs
＝c1T
gas
+c2T
air
(V
gas
/V
air
)
[0019]其中，c1、c2为修正系数；
[0020]S3：输入实际换热器工作时烟气和空气的温度、流量数据，通过拟合函数公式，温度预测模块实时预测监视区的温度并将温度传输给温度控制模块；
[0021]S4：温度控制模块根据温度计算所需的冷却空气流量V
cool
，并根据冷却空气流量V
cool
调节电动调节阀的开度；温度补偿模块对冷却空气流量V
cool
进行补偿，使换热板片上监视区的温度T
obs
处于正常状态；并对T
obs
的拟合函数公式进行修正；
[0022]S5：返回步骤S3，重新预测监视区的温度继续对T
obs
的拟合函数公式进行修正，直到T
obs
的拟合函数公式满足要求。
[0023]本专利技术的有益效果为：
[0024]1.本方案在高温换热组板和低温换热组板的共同作用下，实现对烟气热量的回收利用，并通过设置冷却空气支路，对高温换热组板的温度进行调节，通过温度预测模块对高温换热组板上监视区的温度进行预测，并及时通过温度控制模块对监视区的温度进行控制，最后通过温度补偿模块对冷却空气支路的流量进行补偿，使换热板片上监视区的温度
始终处于最佳工作温度区间内，保证换热器在最佳换热工况下运行，延长换热器寿命的同时，实现烟气余热的充分回收，降低了高昂的换热器设备更换成本。
[0025]2.烟气通道呈直线形，减小了烟气流通的阻力，呈U形的空气通道可与呈直线形的烟气通道实现二次交错，从而实现二次换热，有利于提高换热效率。
[0026]3.通过在高温换热模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温板式换热器，其特征在于，包括由若干换热板片(1)叠加而成的高温换热组板(2)和低温换热组板(3)，所述高温换热组板(2)包括呈十字交错排列的若干第一通道和若干第二通道，所述低温换热组板(3)包括呈十字交错排列的若干第三通道和若干第四通道，若干所述第一通道与若干第三通道连通形成烟气通道，且烟气从第一通道向第三通道流通，若干所述第二通道与若干第四通道连通形成空气通道，且空气从第四通道向第二通道流通；所述空气通道的空气进口(4)设置有冷却空气支路(20)，若干所述第二通道内设置有隔离板(8)，所述隔离板(8)将若干第二通道分为主空气通道(9)和冷却空气通道(10)，所述主空气通道(9)与空气通道连通，所述冷却空气通道(10)的两端分别与冷却空气支路(20)和冷却空气出口(21)连通，所述冷却空气支路(20)上设置有电动调节阀(11)，所述高温换热组板(2)上设置有红外测温仪(12)，所述电动调节阀(11)和红外测温仪(12)均与温度控制系统(13)电连接；所述温度控制系统(13)包括温度预测模块、温度控制模块和温度补偿模块。2.根据权利要求1所述的高温板式换热器，其特征在于，所述高温换热组板(2)和低温换热组板(3)并列设置，所述烟气通道呈直线形，所述空气通道呈U形，所述第二通道和第四通道的一端通过U型空气转向室(14)连通，所述第二通道和第四通道的另一端分别设置为空气通道的空气出口(5)和空气进口(4)。3.根据权利要求2所述的高温板式换热器，其特征在于，所述高温换热组板(2)、低温换热组板(3)与U型空气转向室(14)的连接处均设置有膨胀箱(15)。4.根据权利要求2所述的高温板式换热器，其特征在于，所述U型空气转向室(14)的转角处均采用圆弧结构。5.根据权利要求1所述的高温板式换热器，其特征在于，所述换热板片(1)上设置有若干支撑丁胞(16)，所述换热板片(1)的两端均设置有连接片(17)，若干所述换热板片(1)层层叠加，且中间位置的所述换热板片(1)与相邻的两块换热板片(1)之间分别通过支撑丁胞(16)和连接片(17)对接固定。6.根据权利要求5所述的高温板式换热器，其特征在于，所述连接片(17)的接缝处设置有保护套(18)。7.根据权利要求1所述的高温板式换热器，其特征在于，所述换热板片(1)上设置有若干蜂窝丁胞(19)。8.一种采用权利要求1
‑
7任一项所述的高温板式换热器的温度预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：温度预测模块设定高温换热组板(2)上隔离板(8)与空气出口(5)侧的交线处的直角三棱柱区域为温度的监视区，并通过红外测温仪(12)监测监视区的平均温度T
obs
；S2：使用matlab的regress函数将T
obs
和烟气进口(6)的温度T
gas
、空气进口(4)的温度T
air
、烟气流量V
gas
、空气流量V
gas
进行多元函数拟合T
obs
＝f(V
air
,T
air
,V
gas
,T
gas
)，得到T
obs
的拟合函数公式：T
obs
＝c1T
gas
+c2T
air
(V
gas
/V
air
)其中，c1、c2为修正系数；S3：输入实际换热器工作时烟气和空气的温度、流量数据，通过拟合函数公式，温度预
测模块实时预测监视区的温度并将温度传输给温度控制模块；S4：温度控制模块根据温度计算所需的冷却空气流量V
cool
，并根据冷却空气流量V
cool
调节电动调节阀(11)的开度；温度补偿模块对冷却空气流量V
c...

【专利技术属性】
技术研发人员：时光辉，郝兆龙，邢玉明，陈万东，
申请(专利权)人：北京瑞晨航宇能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：