易清垢的换热盘管式高效加热炉技术领域
本发明属于石油、化工行业和民用加热炉领域，具体涉及一种易清垢的换热盘管式高效加热炉。
背景技术
目前，我国工业和民用锅炉的介质管（换热盘管）容易结垢，尤其在矿化度较高环境下使用的介质管结垢问题非常严重。结垢后的介质管热传导率会大大降低；如果带垢继续使用，介质的加温效果会越来越差，能耗也随之越来越高，介质管的表面还会因结垢而产生包块，甚至穿孔而使其寿命缩短。介质管清垢问题一直困扰着锅炉厂家和锅炉用户。目前行业内主要采用以下几种清垢方法，1、采用酸（碱）洗法清垢，虽然能清除大部分垢，但由于此法操作时难以把握酸（碱）浓度造成清垢不彻底，且介质管极易受到酸（碱）腐蚀，缩短了介质管的寿命，此外对环保不利，极易造成环境污染；2、采用机械清垢法，由于介质管弯头多不宜实现；3、电磁清垢法，效果也不理想。因此现在急需一种操作简便、清垢后效果好的清垢方法或者具有能够为清垢提供方便的换热盘管；同时现有的锅炉由于结构设计问题（比如锅炉因压力而导致体积受限）存在热传递效率低、能耗高的缺陷。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明的首要目的是提供一种可拆卸易清垢的换热盘管，解决现有技术清垢操作繁琐、清垢效果不佳、容易造成环境污染以及换热盘管寿命短的缺陷；其次本发明还提供了一种安装上述可拆卸易清垢换热盘管的加热炉，除了解决上述技术问题之外，还可以提高锅炉整体的热效率，降低能耗。
首先本发明提供一种易清垢的换热盘管，其技术方案是：包括间隔并排布置的一排或者多排直管组，所述多排直管组之间依次通过连通管实现连接；所述每排直管组包括间隔并排布置的多支直管，所述多支直管之间依次通过直管连通管实现并联或串联；所述直管至少一端的端部为活动开口结构且其上安装可拆卸的封堵件。即将换热盘管设计为直管组且各直管的端部设计为可拆卸结构，便于打开清垢。上述换热盘管适合安装在被加热介质可直接加热的锅炉（比如热水、蒸汽锅炉）中，即将换热盘管直接安装在炉体中，通过燃料燃烧直接加热换热盘管中的被加热介质实现换热升温。
其次，本发明提供另外一种易清垢的换热盘管，在上述技术方案的基础上，所述换热盘管还包括套装在各直管外部的各加热套管，所述加热套管的两端封闭，所述直管贯穿加热套管且两端分别伸出加热套管，所述加热套管与直管之间形成环空；所述各加热套管之间通过加热套管连通管实现并联或串联。上述换热盘管适合安装在被加热介质需间接加热的锅炉（比如原油加热锅炉）中，即可以在加热套管和直管分别注入加热介质和被加热介质，通过燃料燃烧直接加热加热套管中的加热介质，然后通过加热介质和被加热介质换热实现被加热介质的升温。
上述两种方式的换热盘管中的直管组可以为横向直管组或者竖向直管组，即根据实际情况，选择为卧式或者立式布局，比如卧式布局时直管组选择横向直管，此时直管连通管相应的选择竖向连通管，多排时排与排之间的连通采用横向短管连通；反之立式布局时直管组选择竖向直管时，此时直管连通管相应的选择横向连通管；直管的长度以及具体排列形式可以根据锅炉炉体的尺寸来选择，直管连通管（以及多排之间的连通管）主要为连通功能，因此均选择为短管形式。由于加热套管由于和直管同轴套装，因此其选型可参考直管，保持一致即可。
所述封堵件选择广泛，只要能实现直管（横向或竖向）两端开口结构的自由启闭即可，比如为法兰连接的盲板，或者丝堵，或者活接式弯头，当然也可以选择其他形式的封堵件，在此不一一列举。
接着，本发明提供一种安装第二种换热盘管用于间接加热的高效加热炉，其技术方案是：
包括炉体，所述炉体通过隔板间隔为高温加热炉体和低温加热炉体；所述高温加热炉体上连接燃烧器，所述隔板上设有排烟口将高温加热炉体和低温加热炉体连通；所述低温加热炉体外部连接外烟道管线、内部安装有内烟道管线，所述内烟道管线由一支或者多支烟道管串联组成，所述烟道管包括外管以及其内部安装的多根内管且与外管之间形成环空，所述多支烟道管的内管依次连接后两端分别与排烟口和外烟道管线连接；
所述高温加热炉体和低温加热炉体内分别设有高温加热套管组和低温加热套管组，且高温加热套管组和低温加热套管组互不连通；所述高温加热套管组和低温加热套管组均包括一排或者间隔并排布置的多排加热套管直管组，所述多排加热套管直管组之间依次通过加热套管连通管实现连接；所述每排加热套管直管组包括间隔并排布置多支直管型的加热套管，所述多支加热套管之间依次通过加热套管连通管实现并联或串联；所述低温加热套管组与内烟道管线中的烟道管外管之间也依次通过加热套管连通管实现并联或串联；
所述高温加热套管组和低温加热套管组中的各支加热套管内均套装直管型的被加热介质管且二者之间形成环空，所述被加热介质管两端分别伸出加热套管且至少一端的端部为活动开口结构，开口结构上安装可拆卸的封堵件；所述高温加热套管组和低温加热套管组中各支被加热介质管依次通过两端的被加热介质管连通管迂回串联为被加热介质流动管线，且低温加热套管组首端的被加热介质管上连接被加热介质进口，高温加热套管组中末端的被加热介质管上连接被加热介质出口。
上述高效加热炉的工作原理如下：炉体被隔板分割为独立的高温区和低温区，即高温加热炉体和低温加热炉体，其中高温加热炉体中采用燃料燃烧直接换热，低温加热炉体采用烟气余热换热。具体流程如下：
（1）、烟气流程：在加热套管的环空和烟道管环空内分别注入加热介质，比如导热油、水以及超导液等；将被加热介质进口和被加热介质出口分别与被加热介质管线连接；通过燃烧器点火，燃料在高温加热炉体内燃烧，直接对高温加热炉体内的加热套管加热，燃烧产生的烟气通过排烟口进入内排烟管线中，在内排烟管线中依次通过各个排烟管的内管以及排烟管连通管进入外排烟管线。
（2）、加热介质流程：高温加热炉体中加热套管内的加热介质直接被炉火一次加热，低温加热炉体中烟道管外管内的加热介质被烟气一次加热，由于烟气和温度较低的被加热介质换热，因此烟气温度可以被控制降低至设定排放温度之下，对环保十分有利；同时低温加热炉体和高温加热炉体中加热介质的换热方式不同，因此加热介质温度会呈现一定的梯度，即低温加热炉体中加热介质温度较高温加热炉体中加热介质温度低。
（3）、被加热介质流程：被加热介质通过被加热介质进口连续依次进入低温加热炉体和高温加热炉体各支被加热介质管，其中在低温加热炉体中，被加热介质与被烟气加热的加热介质（低温）实现一次换热升温，同时烟气温度被降低；然后在高温加炉体中，被加热介质与被炉火直接加热的加热介质（高温）实现二次换热升温后由被加热介质出口流出。
（4）、清垢作业流程：打开清垢室，然后将封堵件卸下，通过人工、机械或者人工加机械结合的方式对被加热介质管内进行清垢作业，由于被加热介质管均为直管型结构，因此清理过程能够快速进行，清理效率大幅度提高。
优选的，所述高温加热炉体通过烟火屏蔽板间隔为中央的燃烧室和两侧的清垢室；所述高温加热套管组中各被加热介质管两端的开口结构均位于所述清垢室内，且所述清垢室上设有可打开的门；所述燃烧器与燃烧室连接。该设计能够将烟火与被加热介质管的管口间隔开，可以方便清垢作业，并且安全有保障。
优选的，所述高温加热套管组中各加热套管两端均贯穿烟火屏蔽板进入清垢室；所述高温加热套管组中各加热套管连通管位于燃烧室内，所述高温加热套管组中各被加热介质管连通管位于清垢室内。该设计能够保证被加热介质管以及各被加热介质管连通管均与烟火无直接接触，当被加热介质管穿孔时，能够避免被加热介质与炉火直接接触引发安全事故。
优选的，所述加热套管至少一端的端部可设有人孔及人孔盖，所述人孔盖上设有补料口；上述设计便于清理加热套管以及补充加热介质。
最后，本发明提供一种安装第一种换热盘管用于直接加热的高效加热炉，其技术方案是：
包括炉体，所述炉体通过隔板间隔为高温加热炉体和低温加热炉体；所述高温加热炉体上连接燃烧器，所述隔板上设有排烟口将高温加热炉体和低温加热炉体连通；所述低温加热炉体外部连接外烟道管线、内部安装有内烟道管线，所述内烟道管线由一支或者多支直管型的烟道管串联组成，所述烟道管包括外管以及其内部安装的多根内管且与外管之间形成环空，所述多支烟道管的内管依次串联后两端分别与排烟口和外烟道管线连接；
所述高温加热炉体设有高温加热套管组；所述高温加热套管组包括间隔并排布置的一排或者多排加热套管直管组，所述多排加热套管直管组之间依次通过加热套管连通管实现连接；所述每排加热套管直管组包括间隔并排布置多支直管型的加热套管；所述所述加热套管至少一端的端部为活动开口结构且其上安装可拆卸的封堵件；所述高温加热套管组中各支加热套管和内烟道管线中各烟道管的外管依次通过两端的加热套管连通管迂回串联为被加热介质流动管线，且内烟道管线末端烟道管外管上设有被加热介质进口，高温加热套管组中末端的加热套管上连接被加热介质出口。
上述高效加热炉的工作原理如下：炉体被隔板分割为独立的高温区和低温区，即高温加热炉体和低温加热炉体，其中高温加热炉体中采用燃料燃烧直接换热，低温加热炉体采用烟气余热换热。具体流程如下：
（1）、烟气流程：通过燃烧器点火，燃料在高温加热炉体内燃烧，直接对高温加热炉体内的加热套管加热，燃烧产生的烟气通过排烟口进入内排烟管线中，在内排烟管线中依次通过各个排烟管的内管以及排烟管连通管进入外排烟管线。
（2）、被加热介质流程：将被加热介质进口和被加热介质出口分别与被加热介质管线连接；被加热介质通过被加热介质进口连续依次进入低温加热炉体的各支排烟管外管和高温加热炉体的各支加热套管中，其中在低温加热炉体中，被加热介质与烟气实现一次换热升温，同时烟气温度被降低；然后在高温加热炉体中，被加热介质被炉火直接加热实现二次升温后由被加热介质出口流出。
（3）、清垢作业流程：打开清垢室，然后将封堵件卸下，通过人工、机械或者人工加机械结合的方式对加热套管内进行清垢作业，由于加热套管均为直管型结构，因此清理过程能够快速进行，清理效率大幅度提高。
同样为了将烟火与加热套管的管口间隔开，可以方便清垢作业，并且安全有保障，本加热炉的高温加热炉体也通过烟火屏蔽板间隔为中央的燃烧室和两侧的清垢室；所述高温加热套管组中各加热套管两端的开口结构均位于所述清垢室内，且所述清垢室上设有可打开的门；所述燃烧器与燃烧室连接。
上述两种加热炉还可进一步做以下改进：所述烟道管的两端分别设有集烟室，所述内管两端分别与集烟室连接；位于内烟道管线首端烟道管的前端集烟室与排烟口连接、末端烟道管的后端集烟室与外烟道管线连接、中间烟道管对应的集烟室之间通过烟道管连通管连接。通过集烟室可以实现烟气的汇聚和分散。
本发明的换热盘管的两端采用可拆卸设计，大大方便了清垢作业，可彻底排除传统酸（碱）清洗除垢法给换热盘管所带来的的二次伤害，延长换热盘管的使用寿命，并且杜绝了酸（碱）清洗液对环境的污染，环保效果极佳；并且制作、维修方便，大大降低了锅炉制造的难度和锅炉级别，造价也较低，非常适合锅炉以及其他换热工况中使用。同时本发明提供的加热炉换热面积更大，通过上下加热炉体二次换热，热效率更高，并且降低了烟气的排放温度，大大提高了节能减排的效果。
附图说明
图1是实施例1中加热炉的结构示意图；
（图中“”为被加热介质走向图，“”为烟气走向图，“”为加热介质传热走向图）；
图2是实施例2中加热炉的结构示意图；
（图中“”为被加热介质走向图，“”为烟气走向图）；
图中：1、燃烧器，2、加热套管，3、燃烧室，4、横向隔板，5、16、20、22-集烟室，6、被加热介质管，7、右烟火屏蔽板，8、右清垢室，9、法兰盲板，10、下加热炉体，11、内烟道管线，12、内管，13、被加热介质进口，14、外管，15、外烟道管线，17、温度探头，18、泄压阀，19、自动补水口，21、上加热炉体，23、被加热介质管连通管，24、左烟火屏蔽板，25、加热套管连通管，26、被加热介质出口，27、左清垢室，28、排烟口，29、烟道管连通管，30、人孔，31、加热介质补充口，32、温度传感器。
具体实施方式
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步的描述。
实施例1
参见图1，一种安装易清垢的换热盘管的加热炉，本加热炉的换热盘管采用卧式布局（根据实际需要也可以采用立式布局），其包括方形的炉体，炉体通过横向隔板4间隔为上加热炉体21（即低温加热炉体）和下加热炉体10（即高温加热炉体），下加热炉体10通过左烟火屏蔽板24、右烟火屏蔽板7间隔为中央的燃烧室3和两侧的左清垢室27、右清垢室8，且清垢室上均设有可打开的门。
下面对烟气系统的结构进行说明：燃烧室3与炉体外的燃烧器1连接，燃烧室3上部的横向隔板4上设有排烟口28，上加热炉体21外部连接外烟道管线15、内部安装有内烟道管线14，内烟道管线14由多支烟道管通过烟道管连通管29串联组成，烟道管均横向布置（根据需要也可以竖向布置），其包括外管14以及其内部安装的多根内管12且与外管之间形成环空；烟道管的两端分别设有集烟室，内管12两端分别与集烟室连接；位于内烟道管线11首端烟道管的前端集烟室（即集烟室5）与排烟口28连接、末端烟道管的后端集烟室（即集烟室16）与外烟道管线15连接、中间烟道管对应的集烟室（比如集烟室20、22）之间通过烟道管连通管29连接。此处“首端”烟道管和“末端”烟道管均是相对烟气流向而言。
上加热炉体21和下加热炉体3内分别设有上加热套管组（即低温加热套管组）和下加热套管组（即高温加热套管组），上加热套管组和下加热套管组均包括一排或者间隔并排布置的多排加热套管直管组，多排加热套管直管组之间依次通过横向的加热套管连通管实现连接，图1中仅仅画出其中的一排加热套管直管组，以下仅以该排为例进行说明;每排加热套管直管组一支或者上下间隔布置的多支横向的加热套管2（直管型），下加热套管组中的相邻加热套管2之间通过多支竖向的加热套管连通管25并联，上加热套管组中的相邻加热套管2之间以及上加热套管组中的加热套管2与相邻的烟道管外管14之间均通过多支竖向的加热套管连通管25连接。
上加热套管组和下加热套管组中的各支加热套管2内均套装横向的被加热介质管6（直管型）且加热套管、被加热介质管二者之间形成环空，被加热介质管6两端分别伸出加热套管2并进入两侧清垢室内，被加热介质管6两端部均为活动开口结构且其上安装可拆卸的法兰盲板9，被加热介质管6的端部可安装温度传感器32；同理，被加热介质管显然也为一排或者多排组合形式，多排被加热介质管组之间也依次通过横向的被加热介质连通管实现连接，图1中也仅仅画出其中的一排被加热介质管组，以下仅以该排为例进行说明；上加热套管组和下加热套管组中各支被加热介质管6之间通过被加热介质管连通管23迂回串联，且上加热套管组首端的被加热介质管上连接被加热介质进口13，下加热套管组中末端的被加热介质管上连接被加热介质出口26。此处“首端”的被加热介质管和“末端”的被加热介质管均是相对被加热介质的流向而言。
本装置工作原理是：
（1）、烟气流程：在加热套管2的环空和烟道管环空内分别注入加热介质，比如导热油、水以及超导液等；将被加热介质进口13和被加热介质出口26分别与被加热介质管线连接；通过燃烧器1点火，燃料在燃烧室3内燃烧，直接对下加热炉体10内的加热套管2直接加热，燃烧产生的烟气通过排烟口28进入内排烟管线11中，在内排烟管线11中依次通过各个排烟管的内管12以及排烟管连通管29进入外排烟管线15。
（2）、加热介质流程：下加热炉体10内的加热套管2内加热介质直接被炉火一次加热，上加热炉体21内的烟道管外管14内的加热介质被烟气一次加热。
（3）、被加热介质流程：被加热介质通过被加热介质进口13连续依次进入上加热炉体21和下加热炉体10各支被加热介质管6，其中在上加热炉体21中，被加热介质与被烟气加热的加热介质实现一次换热升温，同时烟气温度被降低；然后在下加热炉体10中，被加热介质与被炉火加热的加热介质实现二次换热升温后由被加热介质出口26流出。
（4）、清垢作业流程：打开清垢室上的门，然后将法兰盲板9卸下，通过人工加机械方式对被加热介质管6内进行清垢作业，由于被加热介质管6均为直管结构，因此清理过程能够快速进行，清理效率大幅度提高。
实施例2
参见图2，一种安装易清垢的换热盘管的加热炉，本加热炉的换热盘管采用卧式布局（根据需要也可以是立式布局），其包括方形的炉体，炉体通过横向隔板4间隔为上加热炉体21（即低温加热炉体）和下加热炉体10（即高温加热炉体），下加热炉体10通过左烟火屏蔽板24、右烟火屏蔽板7间隔为中央的燃烧室3和两侧的左清垢室27、右清垢室8，且清垢室上均设有可打开的门。
下加热炉体10上连接燃烧器1，横向隔板上4设有排烟口28将下加热炉体10和上加热炉体21连通；上加热炉体外部连接外烟道管线15、内部安装有内烟道管线11，内烟道管线11由一支或者多支直管型的烟道管串联组成，烟道管包括外管14以及其内部安装的多根内管12且与外管14之间形成环空，多支烟道管的内管12通过排烟管连通管29依次串联后两端分别与排烟口28和外烟道管线15连接.
下加热炉体10设有高温加热套管组；高温加热套管组包括一排或者间隔并排布置的多排加热套管直管组，所述多排加热套管直管组之间依次通过加热套管连通管实现连接，图2中仅仅画出其中一排，以下均以该排为例说明；每排加热套管直管组包括间隔并排布置多支直管型的加热套管2；加热套管2两端均为活动开口结构且其上安装可拆卸的法兰盲板9，加热套管2的端部可安装温度传感器32；高温加热套管组中各支加热套管2和内烟道管线11中各烟道管的外管14依次通过两端的加热套管连通管25迂回串联为被加热介质流动管线（高温加热套管组与内烟道管线之间的连接方式优选将上加热炉体最下部的烟道管外管与下加热炉体最下部的加热套管连接），且内烟道管线末端烟道管外管上设有被加热介质进口13，高温加热套管组中末端的加热套管上连接被加热介质出口26。此处内烟道管线“末端”烟道管是相对烟气流向而言，而高温加热套管组中“末端”的加热套管是相对被加热介质的流向而言。
上述即热炉的工作原理：
（1）、烟气流程：将被加热介质进口13和被加热介质出口26分别与被加热介质管线连接；通过燃烧器1点火，燃料在下加热炉体10内燃烧，直接对下加热炉体10内的加热套管2加热，燃烧产生的烟气通过排烟口18进入内排烟管线11中，在内排烟管线11中依次通过各个排烟管的内管12以及排烟管连通管29进入外排烟管线15；
（2）、被加热介质流程：被加热介质通过被加热介质进口13连续依次进入上加热炉体21的各支排烟管外管14和下加热炉体10的各支加热套管2中，其中在上加热炉体21中，被加热介质与烟气实现一次换热升温，同时烟气温度被降低；然后在下加热炉体10中，被加热介质被炉火直接加热实现二次升温后由被加热介质出口26流出。
（3）、清垢作业流程：打开清垢室，然后将法兰盲板9卸下，通过人工、机械或者人工加机械结合的方式对加热套管内进行清垢作业，由于加热套管2均为直管型结构，因此清理过程能够快速进行，清理效率大幅度提高。
需要注意的是，以上所述仅为本发明的两个典型实施案例，并不用以限定本发明；比如实施例1和2所提供的两个加热炉均采用卧式布局，即其中的换热盘管以及烟道管均选择横向布置，而各连通管均采用竖向布置，此处的“横向”以及“竖向”均是根据附图相对而言，并非绝对意义的“横向”或“竖向”；显然根据实际情况，本领域技术人员也可以将换热盘管以及烟道管改为竖向设置，而各连通管均采用横向布置；上述改进或者选择均在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本发明的保护范围之内。