蓄热式换热器

一种应用历史比较久远的换热装置

蓄热式换热器（Regenerative heat exchanger，Regenerator）又称回热式换热器（Recuperative heat exchanger，Recuperator），是一种应用历史比较久远的换热装置，是按照大类划分的换热器的一种形式，具有能够在高温条件下运行的优点。

简要概述

在超过1300℃的高温下，蓄热式换热器往往是可以选择的换热器类型，其优势还在于能够使用各种形状和类型的材料。但是，蓄热式换热器在中低温条件的使用广泛程度则远不如回热式换热器。

基本原理

蓄热式换热器通过多孔填料或基质的短暂能量储存，将热量从一种流体传递到另外一种流体。首先，在习惯上称为加热周期的时间内，热气流流过蓄热式换热器中的填料，热量从气流传递到填料，气流温度降低。在这个周期结束时，流动方向进行切换，冷流体流经蓄热体。在冷却周期，流体从蓄热填料吸收热量。因此，对于常规的流向变换，蓄热体内的填料交替性的与冷热流体进行换热，蓄热体内以及气流在任意位置的温度都不断随时间波动。启动后，经过数个切换周期，蓄热式换热器进入稳定运行时状态，蓄热体内某一位置随时间的波动在相继的周期内都是相同的。从运行的特性上很容易区分蓄热式换热器和回热式换热器，回热式换热器中两种流体的换热是通过各个位置的固定边界进行的，在稳定运行时换热器的内的温度只与位置有关，而在蓄热式换热器热量的传递都是动态的，同时依赖于位置和时间。

形式分类

蓄热式换热器的两种主要形式是固定床型和旋转型。固定床式的蓄热式换热器，通常需要两个床体维持连续的热量传递，因此在任意时刻总是一个床体运行在加热周期，而另一床体运行在冷却周期。蓄热式换热器内的流向变换是通过切换阀实现的。在旋转型蓄热式换热器中，通常冷热两种流体连续的流经蓄热体，所流经的圆柱形填料蓄热体沿着与气流的流向平行的轴从一侧转动到另一侧，另外一种旋转型蓄热式换热器的设计中，冷热流体进行旋转的切换，而填料蓄热体则固定不动。旋转型蓄热式换热器在实际的连续性换热中，不再需要两个蓄热室，也不再需要切换阀。进一步可以发现，旋转型蓄热式换热器的圆柱形填料蓄热体沿着流动方向被分成多个平行的部分。由于旋转型蓄热式换热器每个部分在连续性的换热中的作用和固定床型蓄热式换热中的单个床体的作用是相同的，因此，虽然有切换方式上的差异，但二者的基本原理是类似的。

结构和工作原理

由固体填充物构成的蓄热体作为传热面的。与一般间壁式换热器的区别在于换热流体不是在各自的通道内吸、放热量，而是交替地通过同一通道利用蓄热体来吸、放热量。换热分两个阶段进行：先是热介质流过蓄热体放出热量，加热蓄热体并被储蓄起来，接着是冷介质流过蓄热体吸取热量，并使蓄热体又被冷却。重复上述过程就能使换热连续进行。必须有两套并列设备或同一设备中具有两套并列蓄热体通道同时工作才行。

周期变换型蓄热式换热器按结构可分为固定型（阀门切换型）和旋转型（回转式）两类。

固定型

图1为一种固定型结构，其蓄热体由耐火砖砌成的“火格子”构成，很适合对高温

气体的加热。

旋转型

如图2所示又称热轮，其外壳为圆筒形，本体为一多孔的圆盘状蓄热体。

工程应用

蓄热式换热器在很多工业过程中都有应用，燃烧中空气的预热就是一个典型的应用领域。其可以利用燃烧排气中的热能，用于预热未燃气，从而达到燃烧低品位燃料、提高燃烧过程的热效率、实现更高的燃烧反应温度等目的。按照这种方式，蓄热式换热器可以用于金属还原和热处理过程，以及玻璃窑炉装置，发电厂的锅炉、高温空气燃烧装置和燃气轮机装置。早期固定床蓄热式换热器应用最为广泛的领域是钢铁制造工业中的热风炉，以及电厂中的回转式空气预热器。

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