本发明涉及砌建交流换热器用的构件。 为了完成模拟试验,本发明是与法国热交换器研究公司(GRETH)合作开发的。
在法国专利号2,147,624中,介绍了一种特别适合于在玻璃熔炉中砌建蓄热室用的可码垛的单块耐火材料构件。该构件为通常的平行六面体,它至少包括有三个辐射状杆或凸缘,通过其上的一个侧面与六面体的中央连接件连成整体。该构件可以由事先熔化的一或几种难熔氧化物模压而成,而这种辐射状杆或凸缘是一致的,厚度至少应为50毫米。
带有四个等厚度正交辐射式杆的这种构件已由该专利申请人在市场上出售,现在还可以买到。这种构件通常被称为“十字形”构件。
除了上述专利以外,该专利申请人又在法国专利号2,248,748中介绍了一种在№2,147,624专利中所述构件地改进方案。为改善在该构件与被加热流体之间的对流所形成的热交换条件,辐射式杆或凸缘的厚度改变成从下向上逐渐减小。
这种“十字形”构件的最大优点在于:由于只有单一形式的构件,所以装配方便,并且可使格子砖砌体的构造中具有不同横截面的通道,各种气体和空气可以从这些通道中流过。
当玻璃熔炉蓄热室的格子砖砌体工作时,熔炉工作时所产生的热气或烟气即通过蓄热室的顶部进入该格子砖砌体中放出其热能,然后从一个烟道中排出。此时,从上一个工作循环中被加热的另一个格子砖砌体的下部所供给的冷空气,便在该格子体的顶部回收这部分热能而变成热空气,然后再把这热空气输送到熔炉的燃烧器中,以保证燃料在最佳热耗条件下燃烧。
当烟气从顶部向下进入格子体中时,不仅放出了它们的热能,而且根据熔炉的作业情况和玻璃液的类型,可以使熔化池中挥发出的粉尘或其构成元素沉积下来。
这些沉积物有可能使空气和烟气的通道发生堵塞。为了克服这一缺点,迄今为止,总是在上述“十字形”构件中,建立一个光滑的水力学通道,即利用其平滑的凸缘表面以及不采用任何吊挂件而装配牢固的内部通道。
此外,还包括有那种最优方法,即去提高蓄热室中格子体的热效率,这是通过增加被加热流体与蓄热室中格子体之间的热交换来实现的。这种热交换的增加要求在最短的时间周期(即空气流过其间的这段时间)内强化热交换。实际上,耐火材料/空气之间的热交换系数(对流)是烟气/耐火材料之间的热交换系数(辐射)的几分之一。但是必须注意,上述方法并不能非常有效地避免在格子体的构成部件上发生沉积现象(特别是在冷凝区)。
因此,对用来建造玻璃熔炉蓄热室格子体的构件需要作出改进,以便在烟气进入格子体时使沉积现象减至最小,并且还要改善被加热流体与蓄热室格子体之间的热交换。
本发明的目的在于为玻璃熔炉蓄热室的砌筑提供一种经过改进的新型陶瓷构件来满足上述要求。
更具体地说,本发明涉及一种用来砌建玻璃熔炉蓄热室的陶瓷构件,该构件至少有一个垂直壁板,该壁板的平均厚度最大为40mm,其特征在于:在该垂直壁板的至少一个面上有许多挡流板,它们是构件的一个组成部分,这些挡流板的突起部分比垂直壁板的基面至少高出5mm,两个相邻挡流板之间的垂直距离与该突起部分的高度的比值在3~15之间,档流板与沿给定的烟气流动方向的壁板基面之间夹角为X,挡流板与沿给定的被加热空气流动方向的壁板基面间的夹角为Y,X与Y两者的关系是:X小于或等于Y。“基面”一词的含义是指每块档流板的前表面或后表面。
本发明的新型构件可使蓄热室效率显著的提高。实际上,壁板上的挡流板通过扰动壁板附近事先被烟气加热了的气流,而使耐火材料/空气之间的热交换加强。
壁板的“平均厚度”一词的含义是指不带有挡流板的平面壁板的厚度,在本发明中,它与带有挡流板的壁板具有相同的体积。该平均厚度应当小于或等于40mm。
挡流板的“突起部分”一词的含义是挡流板相对于壁板基面有最大高度的部分。该“突起部分”至少不小于5mm,最好至少不小于10mm。
该陶瓷构件可以具有各种不同的形状。它们可以呈带有许多辐射状杆或凸缘的构件形式,如上面法国专利2,142,624中所述的构件形式,更具体地说,最佳的十字形构件具有4个正交的辐射状杆,但是它在水平横截面上的形状也可以是一般的空心方体,空心六角体,L形体或者很简单地由一块壁板构成。
如本发明的一个最佳实施例中所示,壁板的两个表面上都装有挡流板。
每块挡流板可以连续延伸到壁板的整个宽度,也可以只占壁板宽度的一部分。在后面这种情况下,通常采用若干个挡流板,它们相互间隔一定距离并排地排列在壁板上。也可以在全部或某些挡流板中,只将挡流板的一部分装在给定的构件上,而将其另一部分装在格子体中该构件的上面或下面的相邻构件上。
装在壁板上的各个挡流板的形状可以完全相同,也可以将各种不同形状的挡流板加以组合。两个相邻挡流板在垂直方向的间距可以是相同的或不相同。最重要的问题是两个相邻挡流板之间的垂直距离与挡流板的突起部分的高度的比值应在3~15之间,最好在5~10之间。
遵守该比值范围可以使空气的界面层在到达下一个挡流板之前,可以先通过一个挡流板从壁板上脱离然后再与该壁板(即壁板的基面)重新结合。因此,这种强化热传导的主要部分是在位于空气运动方向上的挡流板后面(下一个挡流板的前面)的空气流动区内进行的,在该区域内,空气通过某个挡流板先从壁板上脱离,然后再重新附到该壁板上。
如本发明的一个最佳实施例中所示,垂直壁板的一个表面上的挡流板相对于该壁板的另一个表面上的挡流板而言,在垂直方向上是相互交错排列的。换句话说,从垂直截面上看,该壁板的外形是不对称的。挡流板在同一壁板的反面上的交错排列可以带来很大好处。实际上,它使得该壁板的最厚部分的位置与空气重新附着区域相对。因此,在在壁板热容量最大的这些位置上进行着最强烈的能量交换。此外,挡流板的交错排列还具有另外的好处。假定等效的构件具有一致的厚度,那么,一个装有交错排列挡流板的构件通常比装有对称排列挡流板的构件所具有的机械强度要大得多。这是因为前者的最小局部厚度比后者的大。
挡流板本身外形可以是对称的或不对称的。但它们最好是不对称的,特别是在格子体中会发生沉积的那些区域内更应如此。挡流板的外形可以用X角和Y角来确定其特征,其中X角为挡流板与沿烟气运动方向(通常从构件的顶部到底部)的壁板基面间的夹角,Y角为挡流板与沿被加热空气运动方向(通常从构件的底部到顶部)的壁板基面间的夹角。在本发明中X角必须小于或等于Y角。最好是X角小于Y角,这样,挡流板就可以为烟气的流动提供一个尽可能光滑的水力学表面,以便减少有害的沉积,同时,挡流板还可以为空气的流动提供一个尽可能粗糙的水力学表面,以便改善热交换情况,并保证先前的工作循环中储存于陶瓷构件内的热量可以最大限度地回收。
本发明构件可用处于熔融状态的这方面常用的耐火陶瓷成分经模压而成,如氧化铝基的耐火陶瓷成分(例如其中含有重量百分比为氧化铝87.5%,氧化镁8%,氧化钠4.5的一种组成)或者一种氧化铝-氧化锆-二氧化硅基的成分(例如一种重量百分比为氧化铝50.6%,氧化锆32.5%,二氧化铝15.6%,氧化钠1.1%的组成)。这类组成是按照普遍用来熔化这类材料的常规方法,在电炉、等离子体加热炉或感应炉内熔化的,例如可使用法国专利号2,088,185中所介绍的方法来熔化,然后再把它们用模浇铸。
本发明所述构件还可以通过对可浇铸的组成(诸如耐火混凝土或耐火泥浆)经模压制成,或通过对某种合适的组成进行压制而成。
下面将结合附图来叙述,以便更清楚地了解本发明。
图1为本发明所述构件的壁板的透视图;
图2为图1所示壁板的纵剖面图;
图3为由四个如图1、图2中所示的壁板正交而成的本发明十字形构件的透视图;
图4A1.2.3~4D1.2.3示出了各种不同形状的挡流板;
图5为本发明所述另一种构件壁板的透视图,该壁板由倾斜的挡流板组成;
图6为由四个装有倾斜排列挡流板的壁板正交而成的本发明十字形构件的透视图;
图7为图6中所示本发明构件实施例的一种改型方案;
图8为本发明所述构件壁板的另一种改型方案的透视图;而
图9为本发明所述构件壁板的另一种改型方案的透视图;
图1和图2示出了本发明所述构件的壁板。该壁板通常为矩形,一般用标记1表示,它有一个基面2,上面装有多个从壁板的两侧面水平延伸出的挡流板5,这些挡流板沿壁板侧面的整个宽度延伸。每个挡流板的突出部分(最大高度部分)与基面之间的距离为d,相邻两个挡流板之间的距离为p。每个挡流板与沿给定的烟气流动方向的壁板基面间所形成的夹角为X,每个挡流板与沿给定的被加热空气流动方向的壁面基面间所形成的夹角为Y。在本发明所述情况下,X<Y。H表示壁板的高度。如图所示,在壁板一个侧面上的挡流板3相对于壁板另一个侧面上的挡流板是互相交错排列的。但是位于壁板顶部或底部的某些挡流板是不完整的,它们的补足部分将在格子体中排在该壁板上部或下部的另一壁板上。
此外,在壁板的顶部,有一个从壁板顶面突起的小肋4,而在壁板的底部则有一个与其形状对应的凹槽5,它们的作用将在下面叙述。
图3示出了一个十字形构件,该构件是由图1和图2所示的四个壁板1与一个中心连接件6连成一个整体而成。四个壁板按成对正交排列。小肋4和凹槽5(它们的相关位置是可以颠倒的)的作用是在蓄热室装配过程中,有利于对给定的一层格子体中的各相邻构件间的距离进行调整,而这些相邻构件之间并不相互固定。此外,把某个构件的小肋插入相邻构件的凹槽中可以保证所有各列构件都具有良好的稳定性。当然,这些小肋和凹槽并不是必须使用的,它们既可以用其它等效装置来代替或者也可以取消。
还须指出,如有需要,在各壁板的横向自由端附近,壁板一侧或两侧的挡流板可以是倾斜的。
图4A1.2.3~4D1.2.3中示出了挡流板的各式各样的型面,这些型面都可用来代替图1和图2中挡流板的型面(后两图中的型面与图4A.2中所示的型面相对应),这说明了可用的挡流板型面是极其繁纷的。应该指出,在图4D1.2.3所示的型面中,X=Y。
图5示出了装有挡流板13的壁板11,挡流板13的型面与图1和图2中所示的壁板上的挡流板的型面相同,而两者的不同之处在于:这些挡流板以一定的倾角向上偏斜而不是水平地安装在壁板上。
图6示出了由四个装有如图5所示倾斜排列的挡流板的壁板所组成的十字形构件。如图6所示,相邻两壁板相对的两个面上的倾斜挡流板形成人字形,使用这种构件时,由于减少了气流向连接壁板的中心件处集中而改善了热传导。
图7示出了一种由图6演变而来的一种构件,它与图6所示构件不同,该构件还装有辅助挡流板14,该板在两个相邻的倾斜挡流板13之间沿垂直方向排列。这可从沿倾斜挡流板流动的气流的热点接合处得到更大的益处。实际上,垂直挡流板14是用来进行倾斜气流流动的,就象挡流板13用于进行垂直气流流动一样。除了相邻的两个挡流板之间的距离必须沿水平方向而不是沿垂直方向测量之外,辅助挡流板14是都能满足上述挡流板的一般条件的。
图8示出了另一种构件壁板,该壁板已不再具有沿整个壁板的宽度方向连续延伸的挡流板,而只有几个不连续的挡流板。更确切地说,每一个如图1,图2中所示的挡流板3在本实施例中都由三块相同的挡流板23所代替。这些挡流板23的型面与图1和图2中所示挡流板的型面相同,它们位于该壁板的一个给定高度上,而且与其上下相邻的高度上的挡流板交错排列。
图9示出了图8实施例中所述构件的一种改型方案,在该改型构件中,挡流板33用截锥体形(X=Y)型面代替了如图1和图2中的型面。
当然,通过采用各种等效技术装置,还可以提出许多与上面所述的实施例不同的改型方案,而并不脱离本发明的范围。