CN101430170A - 一体式翅片管换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体式翅片管换热器，其包括壳体和管束，壳体两端分别设有管箱，壳体侧壁上设有流体进口和流体出口，流体进口处壳内侧装有导流筒，流体进入流体进口经导流筒进行纵向流分配，导流筒与壳体进行焊接连接，靠近流体进口的管箱上设有管束流体出口，靠近流体出口的管箱上设有管束流体进口，管束由若干个间隔排列的折流栅支撑，管束的一端与管箱上的管束流体进口连通，管束的另一端与管箱上的管束流体出口连通，管束通过管板进行连接。本发明紧凑度高，节省金属耗材，空间体积减小，传热系数大大提高；从结构上做了流型改变，既实现小流道水力直径的同时，又降低了机械损耗。

Description

一体式翅片管换热器

技术领域

本发明涉及能源技术中的翅片管换热器，具体涉及一种耐烟尘气腐蚀高效紧凑式换热器。

背景技术

节能、减排、降耗是我国的基本国策，当前在低排放动力电厂、石油炼制、工业炉、加热炉、煤化工、化纤、水泥工业热量回收领域面临的挑战是改善设备和工艺流程的高效性、成本的经济性，使能源效率最大化。在烟气余热回收领域，换热器扮演着极为重要的角色，烟气排放温度通常在280～650℃范围，由于烟气回收中伴随大量的烟尘颗粒及酸性腐蚀物，致使现役换热器出现换热效率低、露点腐蚀、磨损、积尘等问题，严重影响热回收效能。因此需要换热器应用新技术适应该类生产条件。防烟尘耐腐蚀换热器必须考虑其具有高传热效率及低阻值，尽可能低的生产成本，较高的耐腐蚀、耐磨损、耐高温性能和较高的使用寿命。本发明所提出的耐酸性烟尘高效换热器，从应用上能够替代目前使用不锈钢等贵重材料，使制造成本大大降低；其传热高效性使排烟温度降低，减少排烟损失，提高运行的经济性；采用镀层十涂层复合镀技术使换热器材料应用延展到一个新的方向。

在热量回收领域急需改善工艺设备，使设备向着高效率及降低机械损失的方向发展。目前在低排放动力电厂、石油炼制、工业炉、加热炉、煤化工、化纤、水泥工业热量回收领域的余热回收系统中，烟气进口温度大致在280～650℃范围、由于烟气回收中伴随大量的烟尘颗粒及酸性腐蚀物，致使现役换热器出现换热效率低、腐蚀、磨损、积尘问题，严重影响热回收效能。

由于烟气热回收领域换热器工作条件恶劣，腐蚀带来的损坏情况十分严重，近年来，研究方向一度转向新材料应用。选用特种耐腐蚀材料虽然能够做到一次投资一劳永逸，但价格过高。目前换热器涂层中常用的阴极性镀层，其耐蚀性决定于其致密程度与封闭性，尤其在温度超过200℃的环境中，很小的镀层孔隙就会造成严重电偶腐蚀，最终使管壁穿孔。在大型换热器化学镀施工中很难获得绝对无孔隙的镀层。以陶瓷为主的无机涂层虽然耐腐蚀、耐温性很好，但是较差的机加工性能、导热系数及线膨胀性大大限制了它的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足提供一种一体式翅片管换热器，针对280～650℃的耐腐蚀、耐冲击、高温条件，以紧凑式换热器为基本结构，本发明的烟尘换热器为一种新型高效换热器。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种一体式翅片管换热器，包括壳体和管束，其特征在于壳体两端分别设有管箱，壳体侧壁上设有流体进口和流体出口，流体进口处壳内侧装有导流筒，流体进入流体进口经导流筒(5)进行纵向均匀分配，与管束均匀接触；导流筒与壳体进行焊接连接，靠近流体进口的管箱上设有管束流体出口，靠近流体出口的管箱上设有管束流体进口，管束由若干个间隔排列的折流栅支撑，管束的一端与管箱上的管束流体进口连通，管束的另一端与管箱上的管束流体出口连通，管束中每根管子通过管板进行连接。

上述一体式翅片管换热器，所述管束由多个翅片管组成，翅片管为管与翅片一体式加工而成。

上述一体式翅片管换热器，相邻的两个折流栅之间相互垂直。

上述一体式翅片管换热器，所述管束通过管板进行连接，连接形式为焊接、胀接或胀焊；所述壳体为筒体形状；所述管束与管板通过胀接、焊接、胀接加焊接或者可拆密封连接。

本发明针对腐蚀性带颗粒冲击烟尘气的恶劣工作条件，提出一种基于纵向流、化学复合镀翅片管换热器，适用于腐蚀性含尘排放气的新型烟尘高效换热器。即在换热器烟气强化侧流体整体呈纵向流(大致平行于管束)，换热管管外采用一体式翅片强化传热结构，能够较好的满足强化传热和低机械功耗这种要求。

针对耐腐蚀要求，提出阳极性镀层十涂层复合镀(在合金镀层的基础上涂敷有机聚合物)，控制厚度在100nm左右，使其具有耐磨、防腐、防污性能，导热系数接近基体金属，从而不因涂层减少传热系数。

该发明中耐烟尘气腐蚀高效紧凑式换热器，包括壳体和管束，壳体上设有流体进口和流体出口，及导流筒。壳体两端分别设有管箱，管箱上设有管束流体进口和出口，所述壳体呈现圆形截面形状，所述管束由多个翅片管组成管束芯，管束由平行栅圈交错支撑。

为进一步实现本发明的目的，所述管束翅片管为管与翅片一体式加工而成，管壁厚为2～5mm，翅高3～8mm，间距3～5mm管壁外具有耐腐蚀涂层，涂层厚度100um左右。

所述管束与管板通过胀接、焊接、胀接加焊接或者可拆密封连接。

壳体进口壳内侧装有导流筒，导流筒与筒体进行焊接连接，充分实现纵向流的分布均匀性。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

(1)紧凑度高，节省金属耗材，空间体积减小，传热系数大大提高；

(2)从结构上做了流型改变，既实现小流道水力直径的同时，又降低了机械损耗；

(3)由于换热管翅片是靠挤压加工而成，翅片与换热管自成一体，因此在翅片和基管之间不存在接触热阻，从而消除加工热阻，使得总的热阻大大减小；采用翅片结构，传热面积大大增加，在承受强度应力方面有较强的优越性。

附图说明

图1为本发明实施方式中纵向流翅片管换热器示意图；

图2为一体式翅片管束示意图。

具体实施方式

本发明的一体式翅片管换热器为一种耐烟尘气高效紧凑式换热器，换热器具有高传热效率及低阻值；具有尽可能低的生产成本；具有较高的使用寿命等特点。应用于低排放动力电厂、石油炼制、工业炉、加热炉、煤化工、化纤、水泥工业热量回收领域，其相互组装关系见图1。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，一种一体式翅片管换热器，包括壳体6和管束7，壳体6上设有流体进口4和流体出口10，壳体进口壳内侧装有导流筒5，流体进入流体进口4通过导流筒5进行均匀分配，导流筒5与筒体6进行焊接连接，壳体6两端分别设有管箱(封头)2，管箱(封头)2上设有管束流体进口9和管束流体出口1，管束7由折流栅8支撑，折流栅8排列互为90°。所述管束多个翅片管12组成，翅片管为管与翅片一体式加工而成，管壁厚为2～5mm，翅高3～8mm，间距3～5mm管壁外具有耐腐蚀涂层，涂层厚度100μm左右。管束7的一端与管箱(封头)11上的管束流体进口9连通，管束7的另一端与管箱(封头)2上的管束流体出口1连通。管束7通过管板3进行连接，连接形式可以是焊接、胀接、胀焊结合。筒体6与管板连接遵循GB151—99设计规定，筒体6与管箱(封头)2连接遵循GB151—99设计规定，完成密封的需要。

如图2所示，翅片管12之间靠折流栅8支撑，间隙符合GB151—99设计规定，靠拉杆13实现定位及平衡。

1.管板的制造

管板的毛坯可以是钢板的及复合的。它的制造方法主要是模压、切割等。保证与管束的几何配合。管板的加工是制造过程中主要的一个环节，应尽可能地满足以下要求：

①保证孔的位置及尺寸精度，如管板的几何对中、同心度及加工的光洁度等；

②管板加工切面与管板平面垂直；

③管板与密封面垂直；

④为了保证管板的同心度可将两块管板叠合起来一起切加工。

2.换热管束的制造

首先将加工好的翅片的管子与为之匹配的折流栅进行组合，用拉杆将折流栅90°交错进行固定，成为笼装，而后将翅片管顺翅鳞方向插入，栅格间距略小于翅片管外围直径，呈过盈配合，靠栅杆瞬间形变增大装配，于是翅片管不能原路线退出，这种配合根本上避免了管束振动问题

3.壳体的制造

壳体与通用圆形压力容器的筒节的制造成型一样，选用冷或热加工方法。

作为换热器的壳体，由于壳体内部要装入较长的管束，管束上要有防摩擦设计，与壳体内壁间的装配间隙一般不大于20mm；壳体不直度不大于壳体长度的1/1000；壳体内壁焊缝要求带垫板焊，保持内壁平整。

弯卷成型常在专用的折弯机、卷板机上进行，钢板在卷板机上辊压加工时，需要注意钢板纵向边缘严格与滚筒轴线保持平行，辊压成型以后的圆筒立即点焊。焊接可以采用手工电弧焊或埋弧自动焊，并按有关规定进行。并且要注意接管不开在焊缝上，并应与其相连接的内表面平齐。

在换热器的制造过程中，保证管束与管板的密封紧固连接是非常重要。如果连接的质量不好，会导致冷、热流体会渗漏在一起，还有可能在温差应力和管程与壳程压差的作用下，管束与管板连接拉脱。连接的方法由于换热器的使用条件、加工条件的不同，主要有胀接、焊接、胀接加焊接，可拆密封连接等。

(1)胀接

应用胀接应注意：胀管率应适当；隔板的硬度应比管束端部度高HB20~30，产生必要的弹性恢复，保证胀接强度；管子与隔板结合面必须光洁；胀接一般采用专用胀管机机械胀管等方法。

(2)焊接

焊接加工简便，连接强度好，更能保证严密性，在高温高压、或深冷时也能保证连接处的紧密性与抗拉脱能力。

(3)胀接加焊接

胀接与焊接都有其各自的优点与缺点，尤其是在高温高压下，管端接头面临着极其苛刻的工作环境，单独的采用胀接或焊接都不能满足要求，这就需要采用胀接加焊接的方法。胀接加焊接，不仅能提高连接处的抗疲劳性能，还可消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用寿命命。

(4)可拆密封连接

可拆密封连接加工、安装简便，利用结合面加装密封材料，连接密封好，更能保证严密性，不同的密封材质在高温高压、或深冷时也能保证连接处的紧密性与抗拉脱能力。

本发明自成一体，可以于GB151—99设计的结构、零部件尺寸相配合。可以替换使用同种类型的间壁式换热器，主要应用于烟气排放温度通常在280～650℃范围，伴随大量的烟尘颗粒及酸性腐蚀物的余热回收系统，尤其是使用在有明显诱导振动、空间要求紧凑、换热面积大的场合适用。本结构在换热器中工作时，管内外分别通有两种不同的介质，壳侧通过结构的重新设计达到强化目的，增加的传热面积提高了换热器的换热量，提高了换热器的传热效率。

Claims (6)

1、一体式翅片管换热器，包括壳体和管束，其特征在于壳体(6)两端分别设有管箱，壳体侧壁上设有流体进口(4)和流体出口(10)，流体进口(4)处壳内侧装有导流筒(5)，流体进入流体进口(4)经导流筒(5)进行纵向均匀分配，与管束均匀接触；导流筒(5)与壳体(6)进行焊接连接，靠近流体进口(4)的管箱(2)上设有管束流体出口(1)，靠近流体出口(10)的管箱(11)上设有管束流体进口(9)，管束(7)由若干个间隔排列的折流栅(8)支撑，管束(7)的一端与管箱(11)上的管束流体进口(9)连通，管束(7)的另一端与管箱(2)上的管束流体出口(1)连通，管束(7)中每根管子通过管板(3)进行连接；所述管束由多个翅片管(12)组成，翅片管为管与翅片一体式加工而成。

2、根据权利要求1所述的一体式翅片管换热器，其特征在于相邻的两个折流栅(8)之间相互垂直。

3、根据权利要求1或2所述的一体式翅片管换热器，其特征在于管束(7)中每根管子通过管板(3)进行连接，连接形式为焊接、胀接或胀焊。

4、根据权利要求3所述的一体式翅片管换热器，其特征在于所述管束与管板通过胀接、焊接、胀接加焊接或者可拆密封连接。

5、根据权利要求4所述的一体式翅片管换热器，其特征在于所述壳体为筒体形状。

6、根据权利要求5所述的一体式翅片管换热器，其特征在于所述管束翅片管为管与翅片一体式加工而成，管壁厚为2～5mm，翅高3～8mm，间距3～5mm。

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