CN101101189A - 高温换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温换热器，用于对高温烟气进行热量回收，该高温换热器包括换热器本体，所述换热器本体包括壳体、位于壳体前端与壳体相连接的前端管板、位于前端管板后方且平行于前端管板与壳体相连接的后端管板及位于壳体内连通于两管板之间的换热管，换热管两端设有管口，所述两管板上对应换热管的管口设有管孔与换热管的管口相焊接，所述前端管板与后端管板中至少有一块管板与壳体之间以活塞滑动的方式连接，通过将管板与壳体之间以活塞滑动的方式连接，从而很好的吸收热膨胀，使高温换热器工作稳定，运行可靠。

Description

高温换热器

【技术领域】

本发明涉及一种高温换热器，尤其是指一种用于对高温烟气进行热量回收的高温换热器。

【背景技术】

高温换热器是用于对从焚烧炉内产生的大流量高温烟气进行冷却、热量回收的设备。

通常，在彩色涂层钢板生产线中，经由喷涂固化室内喷涂工艺过程产生的气体中混有对环境有害的可燃性物质，因此在排向大气之前需要进行无害处理，通常是将有害气体引出后，加入一定比例的煤气，混合后进入焚烧炉内进行燃烧，产生的高温烟气(约800℃)进入高温换热器管程进行热量回收，依次经过高温区换热器、低温区换热器，与来自鼓风机的新鲜空气进行热能交换，新鲜空气依次经过低温区换热器的换热管管间和高温区换热器的换热管管间，使新鲜空气温度被逐级加热到650℃左右以符合喷涂工艺的固化需求。

高温新鲜空气进入喷涂室用于钢板喷涂工艺，产生的有害气体加入煤气后再进入焚烧炉内进行燃烧，循环往复。

该设备的主要功能是：利用喷涂室产生的对环境有害的高温可燃性废气(例如含苯、酚等物质)，混合煤气进入焚烧炉内进行燃烧，以消除对环境有害的物质，符合环保排放标准，从而实现项目的环保功能；产生的高温烟气用来加热进入喷涂固化室内的新鲜空气，以满足喷涂工艺要求，从而实现项目的节能功能。

一、目前业界常用的高温换热器制造技术是：

1.高温区换热器、低温区换热器分别设有壳体，壳体的两端分别焊接有管板，管板之间连接有换热管，管板上对应换热管的管口设有管孔。

2.新鲜空气在换热器管间流动，由四个管束支撑板保证新鲜空气在垂直于管束的方向上流动，进行热量交换；

3.在高温烟气出口处设置一个膨胀节，以吸收换热器因高温引起的热膨胀；

4.在高温烟气进口支座处设固定点，使整个设备在高温下向出口方向膨胀；

5.在高温烟气进口管道上设置一个波形膨胀节，以吸收换热器因高温引起的热膨胀。

6.在高温烟气进出口处各设置一个天圆地方形的封头，以保证气体分布的要求。

二、上述制造技术存在以下不足：

高温烟气从进口处的800℃左右下降到出口处的300℃左右，高温换热器受热膨胀，因高温换热器的波形膨胀节的热膨胀吸收量不足以抵消高温换热器因热膨胀而出现的伸长量，导致出现管子拉脱、管板出现裂纹变形、管路因热膨胀而变形的现象，严重的发展到无法保证换热效果。

由于上述因素的制约，目前常用的高温换热器应用于彩涂生产线时，连续运行的稳定性较差，使用寿命不理想。有的甚至设备投产时间不长，就出现管子拉裂、管板出现裂纹、管路出现变形等问题，并且维修时间较长，大大影响彩涂生产线的正常、稳定运行。

上述管子拉脱、管板出现裂纹变形、管路因热膨胀而变形的现象主要发生在高温区换热器的前部，即承受的温度越高管板及换热管越容易发生问题，使用寿命越差，而维修过程中往往需要更换整个高温区换热器，导致维修困难复杂，成本很高。

因此，确有必要提供一种能克服上述缺陷的高温换热器。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于提供一种工作稳定、运行可靠的高温换热器。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：一种高温换热器，其包括换热器本体，所述换热器本体包括壳体、位于壳体前端与壳体相连接的前端管板、位于前端管板后方且平行于前端管板与壳体相连接的后端管板及位于壳体内连通于两管板之间的换热管，换热管两端设有管口，所述两管板上对应换热管的管口设有管孔与换热管的管口相焊接，所述前端管板与后端管板中至少有一块管板与壳体之间以活塞滑动的方式连接。

与现有技术相比，本发明高温换热器具有如下有益效果：该高温换热器通过将前端管板与后端管板中的至少一块管板与壳体之间以活塞滑动的方式连接，从而很好的吸收热膨胀，使高温换热器工作稳定，运行可靠。

【附图说明】

图1是本发明高温换热器的具体实施方式的整体结构侧视示意图。

图2是图1所示高温换热器的整体结构俯视示意图。

图3是图1所示高温换热器的局部剖示示意图，其体现第一高温段的壳体、第一高温段的前端管板及管程进口部件的箱体之间的位置关系。

图4是图3所示高温换热器的第一高温段的壳体、第一高温段的前端管板及管程进口部件的箱体之间位置关系的从前向后视角的平面示意图。

图5是图1所示高温换热器的换热管与管板焊接的剖示示意图。

【具体实施方式】

请参阅图1至图5所示，一种高温换热器，可用于彩色涂层钢板生产线中对高温烟气进行热量回收，其包括换热器本体1及分别连接于换热器本体1前后方的管程进口部件2与管程出口部件8。

换热器本体1包括底座3、高温区换热器4、低温区换热器5及连接高温区换热器4与低温区换热器5的中间连接体6及膨胀节，以及安装于底座3上支撑高温区换热器4、低温区换热器5及中间连接体6的支撑机构10。

高温区换热器4位于换热器本体1的前部，其包括位于前方的第一高温段41及位于第一高温段41后方与第一高温段41相通的第二高温段42，所述低温区换热器5位于换热器本体1的后部与高温区换热器4的第二高温段42相通，所述第一、二高温段41、42及低温区换热器5均设有壳体，壳体的前后两端均连接有管板，管板之间连通有换热管13，换热管13的两端设有管口，管板上对应换热管13的管口设有管孔与换热管13的管口相焊接(参图5所示)，其中高温区换热器4的换热管13所使用的材质比低温区换热器5的换热管13所使用的材质更耐高温。所述换热管13之间的区域称为管间。所述第一、二高温段41、42之间以及第二高温段42与低温区换热器5之间分别由中空的中间连接体6与膨胀节14相连接。所述中间连接体6与高温区换热器4的换热管及低温区换热器5的换热管相连通，但所述中间连接体6与高温区换热器4及低温区换热器5的管间均不相通，中间连接体6的侧壁上开设有便于维修的人孔15。

换热器本体1的前端(即第一高温段41的前端)具有烟气进口，所述换热器本体1的后端(即低温区换热器5的后端)具有烟气出口。

第一高温段41的壳体的前后两端分别连接有前端管板12和位于前端管板12后方且平行于前端管板的后端管板14。第一高温段41的壳体后部设有与后端管板14相连的膨胀节16，对应的换热管具有与所述后端管板14相连的膨胀管17。第一高温段41的壳体的前部设有套筒410，所述前端管板12与套筒410之间以活塞滑动的方式连接，即当该前端管板12受到换热管13的推力或拉力时可以相对于壳体向前或向后滑动，从而实现吸收热膨胀的功能，具体请参阅图3及图4所示。前端管板12的四周焊接一圈密封滑块120，所述密封滑块120抵靠于套筒410的内壁上而与套筒410之间形成活塞机构而可相对滑移。所述密封滑块120包括焊接于前端管板12四周的四块垂直前端管板12的横板121，每一横板121的前后两端相对平行设有竖板122、123，竖板122、123之间设有密封材料124，所述竖板122、123与前端管板12相平行，且位于后端的竖板123与横板121相焊接，位于前端的竖板122未与横板121相焊接，而是通过螺栓螺母126将前后竖板122、123锁固在一起并夹持两者之间的密封材料124，从而形成密封环状结构，所述密封材料与套筒410的内壁相抵靠且可相对滑动而形成滑动连接。所述密封滑块120于前端管板12的下方设有支撑前端管板12于套筒410上的支撑装置128，所述支撑装置128设有焊接在横板121上的滚轮或滑块，从而与套筒410之间可相对移动，请参图4所示。本实施方式中套筒410的钢板厚度比与套筒410相连的包围换热管13的壳体的钢板的厚度大，以提高其刚度，防止其在与前端管板12的滑动过程中变形。第二高温段42的壳体设有与其后端管板相连的膨胀节，对应的换热管具有与后端管板相连的膨胀管。第一、二高温段41、42之间设有中空的中间连接体6，所述中间连接体6的前端通过膨胀节与第一高温段41的后端管板14相连接，后端与第二高温段42的前端管板相连接。所述第一高温段41的壳体设有向上开口且与第一高温段41的管间相通的壳程出口部件11，所述第一、二高温段41、42的壳体下部设有连通第一、二高温段41、42管间的壳程底箱18，所述壳程底箱18对应于第一、二高温段41、42之间的中间连接体6的位置也设有膨胀节。所述第二高温段42的壳体上部设有与第二高温段42的换热管管间相通的壳程顶箱7。

上述低温区换热器5的前端管板与中间连接体6的后端连接，中间连接体6的前端通过膨胀节与第二高温段42的后端管板相连形成通路。低温区换热器5的后方设有管程出口部件8，管程出口部件8的前端与低温区换热器5的后端管板相连，管程出口部件8的后端设有烟气排出口，所述低温区换热器5的上部靠近管程出口部件8侧设有向上开口且与低温区换热器5的管间相通的壳程进口部件9，所述低温区换热器5的上部靠近中间连接体6侧设有与低温区换热器5的管间相通的壳程顶箱7，所述低温区换热器5的壳程顶箱7与第二高温段42的壳程顶箱7相连通，所述壳程顶箱7上也设有膨胀节。

上述第一高温段41、第二高温段42、低温区换热器5的壳体内还设有与管板平行的支撑换热管13的支撑板，所述支撑板上设有容换热管13穿过且直径比换热管外直径大的通孔，从而使换热管与通孔之间留有间隙起到支撑换热管的功能。所述低温区换热器5的壳体下部设有连通低温区换热器5的换热管管间的壳程底箱50。所述支撑板及管板的下方设有支撑换热器本体1的支撑机构10，所述支撑机构10包括有数个支座，所述支座可以按照膨胀方向的需求设置成滚动支座或固定支座。

上述壳程进口部件9、低温区换热器5的管间、壳程底箱50、壳程顶箱7、第二高温段42的管间、壳程底箱18、第一高温段41的管间及壳程出口部件11连通形成壳程通道。上述第一、二高温段41、42的换热管、两个中间连接体6及低温区换热器5的换热管连通形成管程通道。

上述管程进口部件2位于换热器本体1的前方与换热器本体1的烟气进口相通，即与换热器本体1的换热管13相通。该管程进口部件2包括有箱体20及连接于箱体20一侧的方接圆23，所述箱体20包括前端板24、两侧板21、22、底板27及顶板28，所述方接圆23连接于箱体20的一侧板22上。所述方接圆23的开口为管程进口部件2的高温烟气入口，即高温换热器的高温烟气入口。所述箱体20的后端与第一高温段41的套筒410之间以活塞滑动的方式连接，即第一高温段41的壳体与管程进口部件2之间可以相对前后滑移，从而实现吸收热膨胀及设备应力的功能，具体请参阅图3所示，所述箱体20的两侧板21、22及底板27、顶板28的后端内侧壁设有一圈密封滑块200，所述密封滑块200抵靠于套筒410外壁上而与套筒410之间形成活塞机构而可相对滑移。所述滑块有如下结构构成：于两侧板21、22及底板27、顶板28的后端内侧壁分别设有前后两块平行于前端管板12的竖板201、202，两竖板之间设有密封材料204，位于前端的竖板201与箱体20的两侧板21、22及底板27、顶板28焊接在一起，位于后端的竖板202未与箱体20相焊接，而是通过螺栓螺母206将前后两竖板201、202锁固在一起并夹持两者之间的密封材料204，从而形成环状密封结构。所述密封滑块200的密封材料204与壳体套筒410的外壁相抵靠且可相对滑动而形成活塞机构。所述箱体20的前端板24、两侧板21、22、底板27及顶板28的内外侧分别焊有内筋板及外筋板210，所述内筋板及外筋板210可提高箱体20的结构强度。所述侧板21上设有便于维修的人孔211。所述方接圆23的开口端设有与系统的焚烧炉(未图示)的高温烟气出口相连接的法兰24。所述管程进口部件2的前部下方安装有起支撑作用的固定支座25，以限制管程进口部件2受热后整体向前移动。管程进口部件2的后部下方安装有起支撑管程进口部件2的滚动支座26，以使管程进口部件2受热时可向换热器本体1方向膨胀。所述箱体20的内侧安装有由内筋板进行固定的保温材料或耐热材料等。所述箱体20的材料可以是碳钢、不锈钢、钛材以及其它金属材料。所述换热器本体1及管程进口部件2、管程出口部件8的外表面可包覆保温材料，以更好的节约热能，所述保温材料可以是保温棉等。

当高温换热器工作时，焚烧炉内的高温烟气从管程进口部件2的高温烟气入口进入高温换热器，依次流经管程进口部件2、管程通道、管程出口部件8，从管程出口部件8的烟气排出口排出；外界新鲜空气由鼓风机经低温区换热器5的壳程进口部件9的开口进入，流经壳程通道后从第一高温段41的壳程出口部件11的开口排出进入系统的喷涂室(未图示)用于喷涂固化需要。在上述过程中新鲜空气与高温烟气分别经低温区换热器5、高温区换热器4换热后，(实际上新鲜空气与高温烟气是通过换热管进行热交换)，新鲜空气温度上升到650℃左右，以符合喷涂工艺的要求，高温烟气从高温烟气入口处的800℃左右下降到烟气排出口处的300℃左右，以达到回收热能的目的。

在高温换热器工作的过程中，第一高温段41的换热管13承受很高的温度，因此可能出现较大的膨胀量，由于第一高温段41的前端板管12与第一高温段41的壳体之间以活塞滑动的方式连接，从而可使两者沿前后方向相对滑移，实现对第一高温段41的换热管13热膨胀的吸收。另外，由于第一高温段41的壳体与管程进口部件2之间以活塞滑动的方式连接，从而可使两者沿前后方向相对滑移，实现对换热器本体1与管程进口部件2整体热膨胀的吸收。并且由于高温区换热器4包括了通过中间连接体6和膨胀节相连的第一、二高温段41、42，从而使热膨胀的吸收更加合理，使高温换热器受热后整体受力趋于平衡，使高温换热器的总体膨胀量大大减小，从而改善系统因热膨胀而导致出现管板变形、换热管和管板拉脱、管路变形等现象，使换热器有比较长期的工作稳定性和可靠性。

以上介绍的是本发明的较佳的实施方式，在其它实施方式中，上述换热器本体1也可以有多段换热器组成。高温区换热器也可以具有一段或者两段以上。上述换热器本体1也可以为业界现有的一段式结构，即换热器本体1仅具有前后两块管板，管板之间连接有换热管13，换热器本体1的前端为烟气进口，后端为烟气出口，换热器本体1的壳体的后部设有与换热管13管间相通的壳程进口部件9，换热器本体1的壳体的前部设有与换热管13管间相通的壳程出口部件11。所述第一高温段41的后端管板14与壳体之间的连接或者第二高温段42的管板与壳体之间的连接也可以采用活塞滑动的方式连接。上述管程进口部件2也可以没有箱体20而直接于换热器本体1的前端连接方接圆23，方接圆23的开口端设有与系统的焚烧炉(未图示)的高温烟气出口相连接的法兰24。

当然本发明并不仅限于上述几种实施方式，此处不再一一赘述。

由于低温区换热器5比高温区换热器4经受的温度低，因此低温区换热器5的材质可以比高温区换热器4的差，成本也就可以降低。由于换热器本体1中的高温区换热器4的前端管板12和前部的换热管13经受的温度最高，受到热膨胀的影响也越大，现有技术中高温区换热器的前后端管板均焊接在壳体上，因此容易出现换热管拉裂、管板出现裂纹变形、管路因热膨胀而变形的现象。本发明将高温区换热器4的第一高温段41的前端管板12与壳体之间以活塞滑动的方式连接，从而很好的吸收了热膨胀，使换热管变形拉裂、管板开裂变形等现象得到很好的改善，从而使高温换热器工作稳定、运行可靠。

Claims (10)

1.一种高温换热器，其包括换热器本体，所述换热器本体包括壳体、位于壳体前端与壳体相连接的前端管板、位于前端管板后方且平行于前端管板与壳体相连接的后端管板及位于壳体内连通于两管板之间的换热管，换热管两端设有管口，所述两管板上对应换热管的管口设有管孔与换热管的管口相焊接，其特征在于：所述前端管板与后端管板中至少有一块管板与壳体之间以活塞滑动的方式连接。

2.如权利要求1所述的高温换热器，其特征在于：所述前端管板与壳体之间以活塞滑动的方式连接，所述后端管板焊接于壳体上。

3.如权利要求2所述的高温换热器，其特征在于：所述前端管板的四周焊接一圈密封滑块，所述壳体的前部设有套筒，所述密封滑块抵靠于套筒的内壁上且可相对滑移而于密封滑块与套筒之间形成活塞机构，从而实现前端管板与壳体之间以活塞滑动的方式连接。

4.如权利要求3所述的高温换热器，其特征在于：所述密封滑块于管板的下方设有支撑管板于套筒上的支撑装置。

5.如权利要求3所述的高温换热器，其特征在于：所述密封滑块包括分别焊接于管板四周的垂直于管板的横板、位于每一横板的前后两端的竖板及位于前后竖板之间的密封材料，所述密封滑块的密封材料与壳体的内壁相抵靠且可相对滑动而形成滑动连接。

6.如权利要求5所述的高温换热器，其特征在于：所述竖板大致与前端管板相平行，且位于后端的竖板与横板相焊接，位于前端的竖板未与横板相焊接，而是通过螺栓螺母将前后竖板锁固在一起并夹持前后竖板之间的密封材料。

7.如权利要求1-6项中任一项所述的高温换热器，其特征在于：所述换热器本体的前、后方分别设有与换热管相通的管程进口部件与管程出口部件，所述管程进口部件设有高温烟气入口，所述管程出口部件设有烟气排出口，所述换热管之间的区域称为管间，所述换热器本体的前、后部分别设有与管间相通的壳程出口部件与壳程进口部件，所述壳程进口部件、壳程出口部件分别设有开口。

8.如权利要求7所述的高温换热器，其特征在于：所述管程进口部件的后端与换热器本体的壳体之间以活塞滑动的方式连接。

9.如权利要求8所述的高温换热器，其特征在于：所述管程进口部件的后端焊接一圈密封滑块，所述密封滑块抵靠于壳体的套筒的外壁上且可相对滑移而于密封滑块与套筒之间形成活塞机构，从而实现管程进口部件与壳体之间以活塞滑动的方式连接。

10.如权利要求3所述的高温换热器，其特征在于：所述壳体的套筒的钢板厚度比与套筒相连的包围换热管的壳体的钢板的厚度大。

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