CN101799248B - 高效太极模块高速换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热设备，具体说是一种高效太极模块高速换热器，至少包托壳程和管程，其特征是：一次热媒进口法兰、一次热媒出口法兰、封头、换热管形成管程，一次热媒进口法兰在左封头上，一次热媒出口法兰在右封头上；二次热媒进口法兰、二次热媒出口法兰与壳体连接形成壳程；一次热媒经一次热媒进口法兰进入左密封腔体，流经伸进左密封腔体内的换热管后，再进入右密封腔体，由伸进右密封腔体内的换热管出口经一次热媒出口法兰输出；二次热媒经二次热媒进口法兰经过多层上下腔室后由二次热媒出口法兰排出。它高速高效换热、节省占地面积、可模块式布置、安装方便、节省能源、无噪音、维修清洗方便。

Description

高效太极模块高速换热器

技术领域

本发明涉及换热设备，具体说是一种高效太极模块高速换热器。

背景技术

现有的换热设备：强制湍流换热器（波纹管换热器、列管式换热器），它通过在两个管板之间固定多根直通换热管，形成二次热媒所在的管程，外面是一次热媒（蒸汽）所在的壳体，一次热媒在壳体内，散热损失大、换热效率低、占地面积大。蒸汽在壳体内通过放热自然冷凝，转化为凝结水，凝结水温度高、压力低，必须加装疏水器和凝结水室，它才能正常工作，而且不容易回收利用，需要有专门的凝结水泵和凝结水箱，它才可正常工作，配套设备投资大，安装极不方便；换热系数（K值）非常低，汽-水换热传热系数（K值）为6000-7000W/（m2.k）;此外，二次热媒水质普遍较差，在管内流动，容易造成换热管结垢，长时间工作后容易造成换热管堵塞，阻力加大，造成循环泵功率加大，浪费电力，并且，换热系数大大降低，浪费了能源，加大了煤耗和电耗，结垢严重时，甚至使设备损坏，引起管道的压力升高，造成爆管、爆炸等危险，使用寿命短（一般4—6年），维修成本高，并且维修、清洗极不方便。

欧洲蒸汽王子（塞斯波）汽水换热器, 它通过在管板固定螺旋、麻花型的换热管束，而形成了二次热媒所在的管程，外面是一次热媒所在的壳体，特殊的结构形式不便于安装。一次热媒在壳体内冲击螺旋、麻花型换热管束后，将蒸汽热量释放完之后，转化为凝结水，凝结水温度高、压力低，必须加装疏水器，它才能正常工作，而且不容易回收利用，需要有专门的凝结水泵和凝结水箱，一次热媒（蒸汽）所在的筒体，行程短，容易造成一次热媒放热不充分、不彻底，形成了浪费能源等缺点，换热系数（K值）低，汽-水换热传热系数（K值）为7000-9500W/（m2.k）;此外，螺旋、麻花型的换热管束受结构形式的影响，不能维修，只能是一次性报废，造成使用寿命短，一般3—5年(304材质不锈钢)、能源大量浪费，不符合节能、减排的国策。

总结上述设备存在的的问题是：

A、制造工艺复杂，成本高；

B、钙镁离子易结晶；

C、设备热效率低，浪费能源，运行费用高；

D、不能维修，一次性报废，使用寿命短；

E、一、二次热媒在同一管体，没隔离，不分回程，内管阻力大，被压温度过高，被压压降损失大，只能加疏水及凝结水泵和凝结水箱才能正常工作。一次热媒温度过高，一次热媒温度高于二次热媒35℃-50℃以上，即浪费了能源，又加大了其他配套设备投资，同时加大了占地面积；

F、被加热行程短，机械损耗大，易渗漏；

G、安装工艺复杂，不便于安装。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速高效换热、节省占地面积、可模块式布置、安装方便、节省能源、无噪音、维修清洗方便的高效太极模块高速换热器。

本发明的目的是这样实现的，设计一种高效太极模块高速换热器，至少包托壳程和管程，其特征是：一次热媒进口法兰、一次热媒出口法兰、封头、换热管形成管程，一次热媒进口法兰在左封头上，一次热媒出口法兰在右封头上，左封头和右封头分别与壳体两端的壳体法兰法兰连接，管板焊接在壳体两端内管内，将管内分成左、中、右三个独立密封腔体，换热管固定在两端的管板上；二次热媒进口法兰、二次热媒出口法兰与壳体连接形成壳程，二次热媒进口法兰在壳体的右下前端，二次热媒出口法兰在壳体的左上端，壳体内由隔板上下隔开形成上下多层腔室；一次热媒经一次热媒进口法兰进入左密封腔体，流经伸进左密封腔体内的换热管后，再进入右密封腔体，由伸进右密封腔体内的换热管出口经一次热媒出口法兰输出；二次热媒经二次热媒进口法兰经过多层上下腔室后由二次热媒出口法兰排出。

所述换热管在两端的管板上固定，换热管一端通左腔体，另一端通右腔体，中间有折流板垂直分布在壳体水平方向上，折流板为水平方向一上一下分布。

所述换热管由S状分开形成左右两个大区，两个大区由封头隔板分成上中下三个小区。

所述的管程是高温蒸汽通道。

所述的壳程是水流通道。

所述的换热管采用双波纹螺麻紫铜管、镍合金或镍钛合金管。

二次热媒通过壳体下部二次热媒进口法兰进入壳体，然后通过隔板导流和折流板折流，经过上下腔室的大小变化，一次热媒与二次热媒形成逆流和错流，然后二次热媒从壳体顶部的二次热媒出口法兰流出。

所述壳体上有温度计接口、压力表接口以及安全阀接口。

本发明的有益效果：壳体采用低合金钢板制作，换热管束为φ16、19、25×（2.0）1.5mm的双波纹螺麻紫铜管、镍合金或镍钛合金管。本换热器一般优点如：承压能力高，被压压降损失小，区域加热效率高，耐温性能好，制造工艺成熟，容积大（是其他换热器的一至三陪），成本较低，维护管理简便，使用寿命长等性能外，还具有下列重要特点：

（1）结构紧凑，体型小，多台使用时可上下、左右模块式布置，节省用地面积和建筑高度。节省建筑投资，便于设计布置，同时运行操作检修方便；

（2）高效太极模块高速换热器的换热管束分单元、按照太极理论科学布置，每个单元的换热管束利用率高，无换热死角，同时尺寸和重量较小，便于维修和清洗；

（3）密封效果好，高效太极模块高速换热器的壳体连接采用焊接，换热管束和管板采用焊接、液压胀接，牢固可靠；

（4）工艺科学，便于检修，工艺管道便于安装，换热管束每个单元独立设置，检修时只需打开换热器前后封头，换热管束内部一目了然，简单方便，封头和管板密封用垫板可反复使用，一般不用更换；

（5）换热系数高，节省换热面积，高效太极模块高速换热器一般换热系数（K值），汽-水换热传热系数（K值）为9490——10359.13 W/（m2.k），换热系数比强制湍流换热器大近1倍左右，换热面积可减少40-60%；换热系数比欧洲蒸汽王子大25——35%左右；

（6）高效新型，区域加热，热利用率高。高效太极高速加热器汽-水换热排出的凝结水温度低（HGTJ-Q-S系列在30℃以下）一般在65℃以下，既无漏汽损失，也不需要安装疏水器；流道多，区域加热分：超高温区、高温区、中高温区、中温区、低温区、超低温区；换热区域不在同一管程内，分区加热，换热充分，出水温度稳定；

（7）高效太极模块高速换热器汽-水换热（HGTJ-Q-N、HGTJ-Q-K、HGTJ-Q-S、HGTJ-Q-T系列）排出的凝结水压力为蒸汽压力的60—70%以上，可利用自身的余压回流至锅炉房或者补水箱；节省了凝结水回收系统的设备和站房投资，同时设计和管理均大为方便；

（8）流体力学水力特性好，一次热媒和二次热媒的流动阻力小，流速稳定,设计从压降和换热系数的最佳组合关系的角度出发，以最小的压降损失换取最高的换热效果，让您使用时付出更少，获益更多；

（9）特殊的换热管布置方式增大了流速，提高了传热膜系数，从而提高总传热系数，使换热器的结构紧凑，湍流状态更强烈；高效太极模块高速换热器独特的设计，应用最少的能源达到最佳的换热效果；

（10）使用寿命长，使用寿命为20年以上。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明的结构剖面示意图；

图2是图1中a—a方向的剖面示意图；

图3是图1中b—b方向的剖面示意图；

图4是图1中c—c方向的剖面示意图。

图中：1、一次热媒出口法兰；2、一次热媒进口法兰；3、左封头；4、壳体法兰；5、管板；6、二次热媒出口法兰；7、温度计接口；8、二次热媒进口法兰；9、压力表接口；12、壳体；11、安全阀接口；10、折流板；13、换热管；14、隔板；15、封头隔板；16、排污口；17、右封头。

具体实施方式

如图1、图2、图4所示，高效太极模块高速换热器，至少包括壳程和管程，一次热媒进口法兰2、一次热媒出口法兰1、封头、换热管13形成管程，一次热媒进口法兰2在左封头3上，一次热媒出口法兰1在右封头17上，左封头3和右封头17分别与壳体12两端的壳体法兰4法兰连接，管板5焊接在壳体12两端内管内，将管内分成左、中、右三个独立密封腔体，换热管13固定在两端的管板5上。

二次热媒进口法兰8、二次热媒出口法兰6与壳体12连接形成壳程，二次热媒进口法兰8在壳体12的右下前端，二次热媒出口法兰6在壳体12的左上端，壳体12内由隔板14上下隔开形成上下多层腔室。

换热管13在两端的管板5上固定，换热管13一端通左腔体，另一端通右腔体，中间有折流板10垂直分布在壳体12水平方向上，折流板10为水平方向一上一下分布。

换热管13由太极原理的S状分开形成左右两个大区，两个大区由封头隔板15分成上中下三个小区。

工作时，一次热媒经一次热媒进口法兰2进入左密封腔体，流经伸进左密封腔体内的换热管13后，再进入右密封腔体，由伸进右密封腔体内的换热管13出口经一次热媒出口法兰1输出。二次热媒经二次热媒进口法兰8经过多层上下腔室后由二次热媒出口法兰6排出。

如图3所示,本发明的换热管13由太极原理的S状分开形成左右两个大区，两个大区由封头隔板15分成上中下三个小区，共6个区，如图中的A、B、C、D、E、F。从一次热媒进口法兰2处至一次热媒出口法兰1经科学计算按比例逐渐递减，因为换热管13的排列布置是呈逐渐递减的，因此，当一次热媒即高温蒸汽在放热过程中逐渐转化为低温凝结水的整个放热过程中，每个回程内的换热管13均是满状的，因此一次热媒在换热管13内流动时，仍能保持较高的流速，形成强烈的错流。同理，二次热媒通过二次热媒进口法兰8进入壳体12内，二次热媒经过由隔板14所隔成的多个上下腔室，以及由折流板10所起到的折流作用，一次热媒和二次热媒完全是逆流、错流，加上太极形式的独特的换热管13排列方式，每一个腔室内的流通截面积（即水流所通过壳体的面积）也发生了不同的变化（即流通截面积大小不一样），二次热媒在壳体内呈螺旋、活塞形不规则流动，因而，二次热媒形成了强烈的错流，强烈的错流增强了换热效果，大大提高了换热系数。

二次热媒通过壳体下部二次热媒进口法兰8进入壳体12，然后通过隔板14导流和折流板10折流，经过上下2个、3个或者多个大小不同的腔室（因为换热管的逐渐递减，形成了大小不同的腔室；相同质量的水，温度升高，密度减小，体积相应的增大），因为二次热媒一直是个吸热膨胀的过程，腔室的大小变化，一次热媒与二次热媒形成强烈的逆流和错流，从而形成传热学中的完美换热流动方式，强烈的逆流和错流提高了雷诺系数，加大了传热膜系数，促使换热管13内一次热媒充分放热，二次热媒充分的吸热，然后从壳体12顶部的二次热媒出口法兰6流出，壳体12上加设有温度计接口7、压力表接口9以及保护设备正常安全运行的安全阀接口11。

为了更好的提高本发明的换热系数（K值），换热管采用双波纹螺麻紫铜管、镍合金或镍钛合金管，既加大了换热系数（K值），又提高了使用寿命。为了减少占地面积，可以进行模块式布置，即两台或多台设备同时使用时可上下、左右模块式组合布置。

为了减少维修成本，采用了固定式管板，容易维修。为了降低散热损失和达到安全运行的目的，采用一次热媒在管程内流动，二次热媒在壳程内流动，水包围了蒸汽，改变了汽包围水的传统模式，即降低了散热损失和达到了安全运行的目的，又提高了热能利用率，同时也降低了对保温材料的要求。

为了更好的提高设备热效率，有效利用能源，我们采用了多行程、多流道、多折流、多腔室错流。高效太极模块高速换热器结构紧凑，体型小，节省用地面积和建筑高度，节省建筑投资，便于设计布置，同时运行方便。高效太极模块高速换热器采用低合金钢板和有色合金制作有效防止了腐蚀。承压能力高，被压压降损失小，热效率高（99.7%以上），耐温性能好，制造工艺成熟，成本较低，维护管理简便等性能，使用寿命长（长达20年以上），有效的防止了其他换热器的一些弊病。是强制湍流换热器、欧洲蒸汽王子以及其他一些换热器的更新产品。

双波纹螺麻紫铜管、镍合金或镍钛合金管作为换热管13，高效太极模块高速换热器在运行工作时，特殊的形状、特殊的排管方式，使得换热管13在壳体12内不停的颤抖和高频振动，二次热媒中的钙镁等容易附着结垢的分、离子无法附着，因此换热管13外壁上极不容易结垢。

运行一段时间后，无法附着的钙镁等容易附着结垢的分、离子以及固体杂质等沉积于壳体12内的底部，通过设置在壳体12底部的排污口16排出。

Claims (3)

1.太极模块高速换热器，至少包括壳程和管程，其特征是：一次热媒进口法兰（2）、一次热媒出口法兰（1）、封头、换热管（13）形成管程，一次热媒进口法兰（2）在左封头（3）上，一次热媒出口法兰（1）在右封头（17）上，左封头（3）和右封头（17）分别与壳体（12）两端的壳体法兰（4）法兰连接，管板（5）焊接在壳体（12）两端内管内，将管内分成左、中、右三个独立密封腔体，换热管（13）固定在两端的管板（5）上；二次热媒进口法兰（8）、二次热媒出口法兰（6）与壳体（12）连接形成壳程，二次热媒进口法兰（8）在壳体（12）的右下前端，二次热媒出口法兰（6）在壳体（12）的左上端，壳体（12）内由隔板（14）上下隔开形成上下多层腔室；一次热媒经一次热媒进口法兰（2）进入左密封腔体，流经伸进左密封腔体内的换热管（13）后，从换热管（13）出口进入右密封腔体，再通过一次热媒出口法兰（1）排出；二次热媒经二次热媒进口法兰（8）经过多层上下腔室后由二次热媒出口法兰（6）排出；所述的换热管（13）在两端的管板（5）上固定，换热管（13）一端通左密封腔体，另一端通右密封腔体，中间有折流板（10）垂直分布在壳体（12）水平方向上，折流板（10）为水平方向一上一下分布；所述的换热管（13）由S状分开形成左右两个大区，两个大区由封头隔板（15）分成上中下三个小区；所述的管程是高温蒸汽通道。

2.根据权利要求1所述的太极模块高速换热器，其特征是：所述的壳程是水流通道。

3.根据权利要求1所述的太极模块高速换热器，其特征是：所述的壳体（12）上有温度计接口（7）、压力表接口（9）以及安全阀接口（11）。

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