CN101576354B - 改良型管式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改良型管式换热器，其包括换热器本体及分别连接于换热器本体前、后方的管程进口部件与管程出口部件，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，所述前端管板与壳体之间以活塞滑动的方式连接并且包括数块拼合在一起的子管板，从而很好的分散消除应力，使改良型管式换热器工作稳定、运行可靠。

Description

改良型管式换热器

【技术领域】

本发明涉及一种改良型管式换热器，尤其是指一种使介质间进行热量交换的改良型管式换热器。

【背景技术】

高温换热器是一种可用于对大流量高温烟气进行冷却、热量回收的设备。

比如，在钢铁行业彩色涂层钢板生产线设备中，经由喷涂固化室内喷涂工艺过程产生的气体中混有大量对环境有害的可燃性物质(例如苯、酚、树脂等物质)，如果直接排向大气将对周边环境造成极大危害，不符合大气排放标准及有关环保的要求，并且在石油、煤炭等不可再生资源日趋枯竭的今天，将上述大量含有可燃性物质的气体不加利用直接排放不符合国家有关节能的要求，与钢铁行业节能减排的大政方针背道而驰，因此在有害气体排向大气之前需要进行无害化处理，通常是将有害气体收集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，大部分有害物质燃烧过程中发生化学反应形成无害物质，使燃烧后的气体符合有关大气排放标准，产生的高温烟气(约800℃左右)进入高温换热器管程进行热量回收，与来自鼓风机的新鲜空气进行热能交换，新鲜空气经过高温换热器的换热管管间，即高温换热器壳程，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。高温烟气经过高温换热器与新鲜空气热交换后温度逐级降低到300℃左右。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可燃性废气，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。

请参阅中国专利第03222630.6号、第02264464.4号及第02258139.1号，业界常用的高温换热器制造技术是：换热器包括外壳，外壳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，换热管的两端分别穿过管孔焊接于管板上；外壳两端分别接有进烟接口和出烟接口；外壳的两端壁上分别有空气进口和出口，所述进烟接口、换热管、出烟接口形成管程通道，所述外壳、空气进口、换热管管间、空气出口形成壳程通道，高温烟气自进烟接口进入流经管程通道与自空气进口进入流经壳程通道的新鲜空气通过换热管管壁进行热交换。这些现有技术将高温换热器的管板焊固于外壳上，换热管的温差应力无法得到充分释放，因此管板容易被拉裂变形、换热管易膨胀变形，甚至出现换热管与管板拉脱等现象，严重的发展到设备无法正常运转。

申请人意识到上述制造技术的不足，并作了如下改良：

请参阅中国专利第200620074662.4号，申请人将第一高温段的前、后端管板中至少一块管板与外壳之间以活塞滑动的方式连接，通过将管板与外壳之间以可作相对自由滑动的活塞运动，从而使换热管的温差应力得到较好的释放，使高温换热器可较长时间的稳定、可靠运行。然而，在实际使用过程中，由于壳程中空气的流向，第一高温段中的上部换热管较下部换热管的温度高，导致上部换热管对前端管板的应力较下部换热管的大，因此前端管板存在上下倾斜的问题，并且由于管板与外壳间活塞滑动时存在摩擦力以及其他因素的影响，从而导致前端管板上部、下部、四角、中间等各部分所承受的应力不同，该高温换热器经过较长时间的运行后仍然存在局部开裂的可能，比如前端管板上端两角及上部中间因所承受的应力较大，可能比较容易开裂，从而一定程度上影响高温换热器的使用寿命。

因此，确有必要提供一种能克服上述缺陷的换热器设备。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于提供一种运行可靠的改良型管式换热器。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：一种改良型管式换热器，其包括换热器本体及分别连接于换热器本体前、后方的管程进口部件与管程出口部件；换热器本体包括底座、高温区换热器、低温区换热器及连接高温区换热器与低温区换热器的中间连接体及膨胀节，以及安装于底座上支撑高温区换热器、低温区换热器及中间连接体的支撑机构；高温区换热器、低温区换热器均设有壳体，壳体的前、后两端均连接有管板，管板之间连通有换热管，所述管程进口部件及管程出口部件与换热管相通，所述换热管之间的区域称为管间，所述低温区换热器的壳体上设有壳程进口部件，所述高温区换热器的壳体上设有壳程出口部件，高温区换热器的前端设有前端管板，所述前端管板与壳体之间以活塞滑动的方式连接并且前端管板包括数块拼合在一起的子管板。

与现有技术相比，本发明改良型管式换热器具有如下有益效果：该改良型管式换热器通过将前端管板与壳体之间以活塞滑动的方式连接并且包括数块拼合在一起的子管板，从而很好的分散消除应力，使改良型管式换热器工作稳定、运行可靠。

【附图说明】

图1是本发明改良型管式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所示改良型管式换热器的整体结构俯视示意图。

图3是图1所示改良型管式换热器的局部剖示示意图，其主要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所示改良型管式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所示改良型管式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，一种改良型管式换热器，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包括数块拼合在一起的子管板，本实施方式中前端管板分成上下两部分，即由上下两块子管板拼合而成。所述上下两块子管板相拼合的位置分别焊接有与子管板相垂直的拼合板129，两块拼合板129贴靠在一起且可相对移动。拼合板129之间可使用云母等润滑材料加以润滑及增加拼合板间的密封性。前端管板12的四周设有密封滑块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穿过的通孔，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，即改良型管式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。所述密封滑块200是于两侧板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。

当改良型管式换热器工作时，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改良型管式换热器，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的管壁进行热交换)，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。

在改良型管式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。更重要的是将第一高温段41的前端管板12设计成由上下两块子管板拼合的形式，使前端管板12所承受的应力得到很好地分散消除，从而使改良型管式换热器受热后整体受力趋于平衡，使改良型管式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，本发明也可以采用其他实施方式，比如：

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。

前端管板的子管板的排列也可以采用：两块子管板左右排列拼合；或者四块子管板上下、左右排列拼合；或者三块子管板呈上部两块左右排列及下部一块拼合在一起；等等。

后端管板与壳体之间也以活塞滑动的方式连接，从而使第一高温段的前、后端管板与换热管可以一起从壳体中抽出，便于清洗及维修。

后端管板的结构也可以与前端管板的结构相同，并且后端管板与壳体之间以活塞滑动的方式连接。

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。

换热器本体1也可以包括如两段、四段等多段换热器。

高温区换热器也可以具有一段或者两段以上。

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。

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。

Claims (10)

1.一种改良型管式换热器，其包括换热器本体及分别连接于换热器本体前、后方的管程进口部件与管程出口部件；换热器本体包括底座、高温区换热器、低温区换热器及连接高温区换热器与低温区换热器的中间连接体及膨胀节，以及安装于底座上支撑高温区换热器、低温区换热器及中间连接体的支撑机构；高温区换热器、低温区换热器均设有壳体，壳体的前、后两端均连接有管板，管板之间连通有换热管，所述管程进口部件及管程出口部件与换热管相通，所述换热管之间的区域称为管间，所述低温区换热器的壳体上设有壳程进口部件，所述高温区换热器的壳体上设有壳程出口部件，其特征在于：高温区换热器的前端设有前端管板，所述前端管板与壳体之间以活塞滑动的方式连接并且前端管板包括数块拼合在一起的子管板。

2.如权利要求1所述的改良型管式换热器，其特征在于：所述前端管板包括呈上下或左右排列拼合在一起的两块子管板。

3.如权利要求1所述的改良型管式换热器，其特征在于：所述前端管板包括呈上下、左右排列拼合在一起的四块子管板。

4.如权利要求1所述的改良型管式换热器，其特征在于：所述前端管板包括呈上部两块左右排列及下部一块拼合在一起的三块子管板。

5.如权利要求1所述的改良型管式换热器，其特征在于：所述高温区换热器包括位于前方的第一高温段及位于第一高温段后方与第一高温段相通的第二高温段，所述第一、第二高温段的前、后两端分别连接有管板，所述前端管板位于第一高温段的前端。

6.如权利要求1至5任一项所述的改良型管式换热器，其特征在于：所述前端管板的四周设有密封滑块，所述高温区换热器的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。

7.如权利要求6所述的改良型管式换热器，其特征在于：所述前端管板的下方设有支撑管板于套筒上的支撑装置。

8.如权利要求1至5任一项所述的改良型管式换热器，其特征在于：所述拼合在一起的子管板之间可相对移动。

9.如权利要求8所述的改良型管式换热器，其特征在于：所述子管板相拼 合的位置分别焊接有与子管板相垂直的拼合板，所述拼合板贴靠在一起。 

10.如权利要求9所述的改良型管式换热器，其特征在于：所述拼合板之间设有润滑材料。 

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