本發(fā)明屬于廢氣廢熱回收器械領域，具體涉及一種燃燒式的鍋爐、工業(yè)爐廢氣與助燃氣體之間能量交換的模塊化波紋板式換熱器。

背景技術：

現(xiàn)有的應用于廢氣廢熱回收的熱交換器存在以下幾個缺點：1、煙氣排放流量遠大于與其進行換熱的助燃氣體的流量，系統(tǒng)難以將煙氣中熱量進行最大限度的消化，致使煙氣中仍有大量余熱被浪費；另外，對煙氣進行水霧式除塵、脫硫脫硝環(huán)保處理時需要更低的煙氣排放溫度，仍攜帶大量余熱的煙氣使得后續(xù)煙氣的處理難以達到理想的效果。2、換熱器只能提供同一種溫度的余熱氣體，難以滿足用戶同時需要多種不同較低溫度的熱空氣；3、現(xiàn)有應用于廢氣與助燃氣體之間進行能量交換的此類熱交換器，因體積大、重量大，結構和工藝復雜，維護困難，廢熱回收效率與體積比不是很理想從而降低了經(jīng)濟性，限制了其實用性和技術推廣程度。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中的上述不足，本發(fā)明提供的模塊化波紋板式換熱器能夠最大化地回收煙氣中的熱量，同時還能給用戶提供多種不同溫度的預熱氣體。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

提供一種模塊化波紋板式換熱器，其包括換熱組件、兩個端部導流模塊和至少一個中間導流模塊，換熱組件由至少一個換熱模塊串聯(lián)或并聯(lián)而成；換熱模塊包括換熱殼體和波形換熱片；換熱殼體為上下兩個端面敞口的長方體結構；波形換熱片層疊在一起，固定在換熱模塊殼體內(nèi)；在相鄰波形換熱片間留有氣體通道，氣體通道的進輸出口設置在敞口的一面上；

端部導流模塊包括具有連續(xù)三面設置成敞口的導流箱，導流箱內(nèi)固定設置有若干呈L形的通道隔板，相鄰通道隔板的短臂呈垂直方式分布于導流箱的內(nèi)部空間中，并將導流箱的內(nèi)部空間分割成若干間隔排布且開口垂直的預熱氣體通道和廢氣通道；

中間導流模塊包括具有連續(xù)三面設置成敞口的導流殼體，導流殼體內(nèi)間隔設置有板狀隔板和呈L形的氣流隔板，且板狀隔板和氣流隔板相互接觸將導流殼體內(nèi)部空間分割成若干間隔排布的預熱氣體通道和廢氣通道；相鄰兩個換熱組件之間至少設置有一個中間導流模塊，每個端部導流模塊安裝于換熱組件的自由端。

本發(fā)明的有益效果為：本方案的換熱器采用將回收能量就地消化（加熱助燃氣體），解決了回收能量消化難的困境，另外中間導流模塊、端部導流模塊和換熱組件位置的獨特設置，能夠?qū)煔庵械臒崃窟M行最大化地回收利用，提高了煙氣中熱量的回收率。

本方案在相鄰兩個換熱組件之間引入至少一個中間導流模塊后，用戶可以根據(jù)需要輸出多種具有不同預熱溫度的預熱氣體，從而滿足了不同用戶的多樣化需求。

當在相鄰兩個換熱組件之間引入兩個中間導流模塊后，引入“廢熱回收梯級利用”的技術理念，最大限度利用煙氣的廢熱的同時，也為煙氣的無害化處理創(chuàng)造了優(yōu)異的技術條件。

由于煙氣的溫度低于180℃（露點溫度）時，煙氣中的水分會析出，同時煙氣中的酸性成分會溶解進入析出的水分中，形成酸性液體造成對換熱組件材料的腐蝕，本方案由于換熱組件由至少一個換熱模塊串聯(lián)或并聯(lián)而成，這樣在換熱組件的低溫段的換熱模塊可以采用防腐蝕性高的材料制成，高溫段的換熱模塊采用熱變形小的材料制成。

本方案的換熱器的針對性強，主要應用于燃燒式的鍋爐、工業(yè)爐設備的廢氣能量回收，將該類設備的節(jié)能系統(tǒng)體積小型化，同時使該應用領域系統(tǒng)的設計、設備的制造、技改工程的實施、系統(tǒng)的調(diào)試以及系統(tǒng)的后期運行維護都更加簡單和便捷，另外，與其它同類產(chǎn)品相比，在體積縮小的同時回收效率卻并未因此降低，相反還可以得到一定程度的提高。由于本方案的換熱器的傳熱系數(shù)優(yōu)于同類型的換熱器，故在工程實踐中，在保證較好的換熱回收效率的前提下，減少一定的換熱片數(shù)量及犧牲一定的換熱面積以改善產(chǎn)品的通道氣體阻力參數(shù)，又能顯著降低氣體的驅(qū)動能耗，以及煙氣的環(huán)保處理能耗。

該換熱器還具備一定的環(huán)保功能，其采取預先對預熱氣體進行加熱，能提高燃燒溫度，使燃料的燃燒更加充分、利用率更高、用量更少，同時能減少有害氣體的排放。

附圖說明

圖1為模塊化波紋板式換熱器一個實施例的工作原理圖。

圖2為模塊化波紋板式換熱器另一個實施例的工作原理圖。

圖3為換熱模塊一個視角的立體圖。

圖4為換熱模塊另一個視角的立體圖。

圖5為端部導流模塊的結構圖示意圖。

圖6為中間導流模塊的結構圖示意圖。

圖7為現(xiàn)有技術中的換熱器的結構示意圖。

其中，1、換熱組件；11、換熱模塊；111、換熱殼體；112、波形換熱片；113、氣體通道；2、端部導流模塊；201、廢氣通道；202、預熱氣體通道；203、通道隔板；2031、短臂；204、導流箱；3、中間導流模塊；301、導流殼體；302、板狀隔板；303、氣流隔板。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的具體實施方式進行描述，以便于本技術領域的技術人員理解本發(fā)明，但應該清楚，本發(fā)明不限于具體實施方式的范圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。

如圖1和圖2所示，模塊化波紋板式換熱器包括換熱組件1、兩個端部導流模塊2和至少一個中間導流模塊3，換熱組件1由至少一個換熱模塊11串聯(lián)或并聯(lián)而成。

本方案由于換熱組件1、端部導流模塊2和中間導流模塊3位置的獨特設置能夠?qū)煔庵械臒崃窟M行最大化地回收利用，提高了煙氣中熱量的回收率；另外，本方案的換熱器的換熱組件1、端部導流模塊2和中間導流模塊3采用模塊化設計構成，方便換熱器的標準化和批量化的生產(chǎn)以及后期維護更換更加便捷。

如圖3和圖4所示，換熱模塊11包括換熱殼體111和波形換熱片112；換熱殼體111為上下兩個端面敞口的長方體結構；波形換熱片112層疊在一起，固定在換熱模塊11殼體內(nèi)；在相鄰波形換熱片112間留有氣體通道113，氣體通道113的進輸出口設置在敞口的一面上。

波形換熱片112的波形設計，可以使氣體在換熱模塊11內(nèi)產(chǎn)生紊流，以提高氣體與波形換熱片112的傳熱效率，不需要刻意將波形換熱片112做得粗糙以減少固體塵埃粒子的附著機會。波形換熱片112在換熱模塊11內(nèi)層疊能夠使有限空間容下更多的波形換熱片112，進而使總換熱面積得到增加，熱量在相鄰的兩個氣體通道113之間通過波形換熱片112的兩個表面進行換熱，進而最大限度縮短了熱量的傳遞路徑，避免了熱量的熱滯效應，實現(xiàn)助燃氣體與廢氣在換熱器內(nèi)部全程逆流換熱。

如圖5所示，端部導流模塊2包括具有連續(xù)三面設置成敞口的導流箱204，導流箱204內(nèi)固定設置有若干呈L形的通道隔板203，相鄰通道隔板203的短臂2031呈垂直方式分布于導流箱204的內(nèi)部空間中，并將導流箱204的內(nèi)部空間分割成若干間隔排布且開口垂直的預熱氣體通道202和廢氣通道201。

如圖6所示，中間導流模塊3包括具有連續(xù)三面設置成敞口的導流殼體301，導流殼體301內(nèi)間隔設置有板狀隔板302和呈L形的氣流隔板303，且板狀隔板302和氣流隔板303相互接觸將導流殼體301內(nèi)部空間分割成若干間隔排布的預熱氣體通道202和廢氣通道201。

如圖1和圖2所示，相鄰兩個換熱組件1之間至少設置有一個中間導流模塊3，即中間導流模塊3其中一個縱向的敞口與換熱組件1縱向設置的敞口連接；每個端部導流模塊2安裝于換熱組件1的自由端，即端部導流模塊2其中一個縱向的敞口與換熱組件1自由端的縱向敞口連接。

如圖1所示，在實施時，本方案優(yōu)選換熱器設置有兩個換熱組件1，相鄰兩個換熱組件1之間設置有一個中間導流模塊3；端部導流模塊2和中間導流模塊3使換熱器形成具有一個用于預熱氣體輸入的輸入口和兩個不同溫度氣體輸出的輸出口。

使用時，廢氣由換熱器最下方的端部導流模塊2的廢氣通道201輸入，進入換熱器的換熱組件1、中間導流模塊3及端部導流模塊2后，從換熱器頂端的端部導流模塊2的廢氣通道201輸出；預熱氣體由換熱器頂端的端部導流模塊2的預熱氣體通道202進入，一部分預熱氣體通過第一個換熱組件1與煙氣進行換熱后，從中間導流模塊3的預熱氣體通道202流出溫度相對較低的預熱氣體；另一部分預熱氣體通過兩個換熱組件1與煙氣進行換熱后，從換熱器最下方的端部導流模塊2的預熱氣體通道202流出溫度相對較高的預熱氣體。

采用這種結構的換熱器后，用戶可以根據(jù)需要針對同一種氣體，輸出具有兩種溫差的預熱氣體；另外，若用戶若不需要多個溫差的預熱氣體，僅需要一種高溫預熱氣體時，可以采用氣閥擋住中間導流模塊3導出的預熱氣體即可。

由上可知，圖1示出來的模塊化波紋板式換熱器能夠根據(jù)用戶需要，輸出一種或兩種溫差的預熱氣體，使得該換熱器能夠滿足不同用戶的多樣化需求。

如圖2所示，在實施時，本方案優(yōu)選換熱器設置有兩個換熱組件1，相鄰兩個換熱組件1之間設置有兩個中間導流模塊3，且兩個中間導流模塊3的預熱氣體通道202之間設置有一隔板，隔板使換熱器形成具有兩個用于預熱氣體輸入的輸入口和兩個與輸入口相配對使用的輸出口。

采用該種結構的換熱器能夠?qū)崿F(xiàn)兩種不同的預熱氣體的預熱，且從換熱器上端的輸出口輸出的預熱氣體的溫度低于從換熱器下端的輸出口輸出的預熱氣體的溫度。

具體地，圖2示出的換熱器使用時，廢氣由換熱器最下方的端部導流模塊2的廢氣通道201輸入，進入換熱器的端部導流模塊2、中間導流模塊3和換熱組件1后，從換熱器頂端的端部導流模塊2的廢氣通道201輸出；第一種預熱氣體從換熱器頂端的端部導流模塊2的預熱氣體通道202進入，從中間上方的中間導流模塊3的預熱氣體通道202流出溫度相對較低的預熱氣體。

另外一種預熱氣體從中間下方的中間導流模塊3的預熱氣體通道202進入，之后從換熱器最下方的端部導流模塊2的預熱氣體通道202流出溫度相對較高的預熱氣體。

采用該種結構的換熱器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)兩種預熱氣體的預熱，還能夠針對這兩種預熱氣體各自輸出不同溫差的預熱氣體，使換熱器的多樣化使用形式得到了進一步突顯。

在實施時，可以在端部導流模塊2的橫向敞口及換熱器兩端的廢氣通道201開端均通過氣體匯集腔連接有一法蘭。這樣設置之后，可以便于煙氣和預熱氣體的集中輸入和輸出。

如圖1所示，當換熱組件1由至少兩個換熱模塊11并聯(lián)而成時，多個換熱模塊11的長度和與中間導流模塊3和端部導流模塊2的長度相等。如圖2所示，當換熱組件1由至少兩個換熱模塊11串聯(lián)而成時，換熱模塊11的長度與中間導流模塊3和端部導流模塊2的長度相等。

采用如圖1和圖2所示的換熱器后，用戶可以在換熱組件1的低溫段和高溫段采用不同的材質(zhì)制作換熱模塊11，比如在低溫段的換熱模塊11可以采用防腐蝕性高的材料制成，高溫段的換熱模塊11采用熱變形小的材料制成。

熱換器采用重量輕、導熱及傳熱效率高、耐高溫的材料制作，例如鋁板等。

下面結合圖2和圖7對本方案的模塊化波紋板式換熱器的意義進行分析：

如圖2所示，一種預熱氣體A輸入的入口用A輸入口代替，另一種預熱氣體B輸入的入口用B輸入口代替，一種預熱氣體輸出的出口用A輸出口代替，另一種預熱氣體輸出的出口用B輸出口代替；圖7中的預熱氣體C的入口用C輸入口代替，預熱氣體的出口用C輸出口代替。

條件：假設圖7示出的現(xiàn)有技術中的換熱器與本方案圖2示出的換熱器的總換熱面積F相等，煙氣流量相等，被預熱氣體流量相等（流量A=B=C）和煙氣及被預熱氣體各自初始溫度相等，且假設所有導流模塊的熱傳遞為零。

分析步驟：

步驟一：將B輸入和A輸出連起來，此時，A輸入口溫度為室溫，B輸入口的氣體溫度等于A輸出口的氣體溫度；

如圖2所示，分析A輸出口與B輸入口之間連接起來的情況。此時，B輸入口的溫度為A輸出口氣體溫度，由于我們假設所有導流模塊的熱傳遞為零，以及圖7示出的現(xiàn)有技術中的換熱器與本方案圖2示出的換熱器的總換熱面積F相等，煙氣流量相等，被預熱氣體流量相等（流量A=B=C）和煙氣及被預熱氣體各自初始溫度相等，因此圖2與圖7的熱工況一致，即圖2的預熱氣體Ａ和Ｂ的吸收的總熱量（QA+QB）等于圖7的預熱氣體Ｃ吸收的熱量（QC），

QA+QB＝QC

同時，圖2的預熱氣體Ａ和Ｂ的總溫升［（Δt-Cａ）+（Δt-Cb）］等于圖7的預熱氣體Ｃ的溫升（Δt-C），

（Δt-Cａ）+（Δt-Cb）＝Δt-C

步驟二：將B輸入和A輸出斷開，此時，A輸入口與B輸入口的氣體溫度均為室溫；

將B輸入口與A輸出口斷開并接入室溫氣體，由于B輸入口的流量仍然等于預熱氣體C流量，煙氣流量以及煙氣進入溫度沒有變化，B輸出口的溫度會因為入口溫度的降低而跟著降低，但由于冷流入口溫度的降低會改善冷熱流體的熱交換條件，使預熱氣體的輸出有一個升高的趨勢，故B輸出口的溫度會略小于C輸出氣體的溫度，即B預熱氣體的溫升（Δt-B）會大于C預熱氣體在對應位置的溫升（Δt-Cb ），即

Δt-B>Δt-Cb

即B輸出口氣體的溫升有上升趨勢，另外，煙氣熱源溫度與預熱氣體入口的溫差加大，換熱更加充分，則煙氣在Ｂ段的出口溫度也應有一定的下降。煙氣在Ｂ段的出口溫度就是煙氣在Ａ段的入口溫度，是Ａ段的煙氣熱源溫度。預熱氣體Ａ的入口溫度沒有變，仍為室溫，則冷熱流體的溫差縮小，冷流體的溫升也會跟著減小，即

Δt-Ａ<Δt-Ca

相對于步驟一，預熱氣體B的吸收廢熱量及溫升有上升趨勢，而預熱氣體A卻有吸收熱量下降及溫升下降的趨勢，總的吸收廢熱量及總溫升上下相抵，改善不明顯。

步驟三： B輸入口的氣體溫度等于室溫，A輸出口的氣體溫度小于室溫。

相對于步驟一，預熱氣體B吸收的廢熱及溫升是上升的，而預熱氣體A由于入口溫度的降低，改善了冷熱流體的熱交換條件，預熱氣體A吸收的廢熱及溫升也都會有提高的趨勢和效果，則總的吸收廢熱量以及總溫升有明顯的改善效果。

結論：當預熱氣體的初始溫度不變的前提下，換熱器引入中間導流模塊會使換熱器的余熱回收總效率是近似沒有變化的，即預熱初始氣體溫度不變，預熱氣體及煙氣各自的總流量不變的情況下，換熱組件之間增加中間導流模塊不會影響預熱氣體總的吸收熱量，進而不影響換熱器的廢熱總回收效率。

圖2中，A輸入口接入的氣體溫度不是室溫而是低于室溫或被預冷卻過的氣體，此時，由于B輸入口氣體的溫度是室溫與預熱氣體A無關，其它條件也沒有發(fā)生改變，故此時B輸出口氣體溫度的增量不變。由于A輸入口氣體溫度是經(jīng)過預冷卻的氣體，與該點處的煙氣入口溫度差擴大，故A輸出口氣體溫度雖有一定程度下降，但A輸出口氣體溫度的增量仍然會變大。A輸出口氣體溫度的增量和B輸出口氣體溫度的增量都變大，故這種情況下的換熱器的煙氣余熱回收效率會比圖7示出的現(xiàn)有技術換熱器更加高效，煙氣經(jīng)過換熱后的溫度也會更低。

圖7示出的現(xiàn)有技術的換熱器的預熱（助燃）氣體入口雖然也可以通過降低溫度提高煙氣的余熱回收效率，并降低煙氣出口溫度，但預熱后（助燃）氣體出口溫度也會跟著降低，即出現(xiàn)煙氣余熱回收效率提升了，設備的節(jié)能效率反而降低了的特殊情況，因為產(chǎn)品的余熱回收效率和節(jié)能效率是兩個不同的概念。

采用圖7示出的現(xiàn)有技術的換熱器，為了使煙氣排放溫度進一步降低以強化煙氣環(huán)保處理效果，但卻會使產(chǎn)品的節(jié)能效果降低，圖7示出的現(xiàn)有技術的換熱器是無法克服上該矛盾的。而本方案圖2示出的換熱器就能克服這個缺點，因為助燃氣體的預熱初始溫度是室溫，且處在靠近煙氣高溫熱源的一端，即，相對于煙氣熱源來說，第二級的（后面的）換熱無法影響第一級的（前面）換熱，第一級的換熱預熱氣體采用室溫氣體而不是預制冷的氣體，相對于圖7示出的現(xiàn)有技術的換熱器的預熱氣體采用預制冷氣體，本方案圖2示出的換熱器實質(zhì)利用了空氣能，這樣煙氣余熱回收效率提高的同時節(jié)能效率不會降低。

綜上所述，該模塊化波紋板式換熱器能夠最大化地回收煙氣中的熱量，同時還能給用戶提供多種不同溫度的預熱氣體。