CN103512416B - 高效非金属抗腐蚀换热装置及具该换热装置的板式换热器 - Google Patents

高效非金属抗腐蚀换热装置及具该换热装置的板式换热器 Download PDF

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Abstract

一种高效非金属抗腐蚀换热装置及具有该换热装置的板式换热器，该换热装置包括多片非金属抗腐蚀的换热板片，安装在每片换热板片上、下表面的上支撑肋和下支撑肋，设置在换热板片的各个侧边上、下边缘的密封条，以及垫片，其中上、下支撑肋和密封条分别与换热板片之间连接固定，垫片分布在相邻的奇数编号换热板片下表面的下支撑肋与偶数编号换热板片的上支撑肋之间，垫片还分布在奇数编号换热板片下表面的密封条与偶数编号换热板片上表面的密封条之间，位于相邻的奇数编号和偶数编号的换热板片之间的相邻的上、下支撑肋围成了多个彼此不互通的不同形状和方向的冷流体和热流体的密封通道，垫片通过压紧力而完全密封上、下支撑肋和密封条。

Description

高效非金属抗腐蚀换热装置及具该换热装置的板式换热器
技术领域
本发明涉及一种换热装置和具有该换热装置的板式换热器，特别涉及可用于强腐蚀性介质的工况下的高效非金属抗腐蚀换热装置及具有该换热装置的板式换热器。
背景技术
板式换热器是由许多传热板片按一定的间隔，通过垫片压紧组成的可拆卸的换热设备。换热设备中换热装置的板片一般均为金属材质的，组装时，两组交替排列，板片与板片之间用粘结剂把密封条固定好，其作用是防止流体或烟气泄漏并使两板片之间形成供流体和烟气流动的狭窄的流道。板式换热器的优点：体积小，占地面积小；传热效率高；组装灵活；热损失小；拆卸、清洗、检修方便。
现有的板式换热器缺点是存在抗腐蚀性能差的缺陷，尤其是换热器的换热板片；特别是对于换热器内若流动各种浓度的热硫酸，含氯离子浓度高的溶液等，换热板片在此种情况下很容易被腐蚀，使用寿命较短，需要频繁更换，增加成本。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明公开了一种高效非金属抗腐蚀换热装置及具有该换热装置的板式换热器，该换热装置能有效地适用于除氢氟酸、磷酸和强碱以外的各种介质腐蚀问题，具有传热效率高，适用范围广，压降小的优点。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种高效非金属抗腐蚀换热装置，包括多片非金属抗腐蚀的换热板片，安装在每片换热板片上、下表面的上支撑肋和下支撑肋，设置在换热板片的各个侧边上、下边缘的密封条，以及垫片，其中所述上支撑肋和下支撑肋与换热板片之间连接固定，密封条与换热板片之间连接固定，垫片分布在相邻的奇数编号换热板片下表面的下支撑肋与偶数编号换热板片的上支撑肋之间，垫片还分布在奇数编号换热板片下表面的密封条与偶数编号换热板片上表面的密封条之间，位于相邻的奇数编号和偶数编号的换热板片之间的相邻的上、下支撑肋围成了多个彼此不互通的不同形状和方向的冷流体和热流体的密封通道，垫片通过压紧力而完全密封上、下支撑肋和密封条。
进一步的，上支撑肋和下支撑肋与换热板片之间以及密封条与换热板片之间是通过胶粘剂粘接或焊接的方式连接固定，以提高换热板片的强度和刚度。
进一步的，奇数编号换热板片的下表面的下支撑肋的结构形状、布置、方向和尺寸与偶数编号换热板片的上表面的上支撑肋的结构形状、布置、方向和尺寸是完全相同。
进一步的，密封条和上支撑肋、下支撑肋在换热板片表面安装后其高度是相同的。
进一步的，所述换热板片为玻璃板片，该玻璃为所有具有符合具有传热及抗腐蚀特性的玻璃；如高硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、石英玻璃、微晶玻璃、高硅氧玻璃、低碱无硼玻璃、陶瓷玻璃。
进一步的，所述换热板片为陶瓷，如氮化硅陶瓷、高铝陶瓷、碳化硅陶瓷。
进一步的，所述密封条为非金属的矩形条，其材质为玻璃或陶瓷。
进一步的，胶粘剂为抗腐蚀和耐高温的有机或无机胶粘剂，如有机硅密封胶、硅橡胶。
进一步的，所述垫片材料为非金属材料，如聚四氟乙烯、硅橡胶。
进一步的，所述垫片材料为金属与非金属复合材料，如柔性石墨复合板。
进一步的，冷流体的进出口方向与换热板片的长度方向平行，热流体的进出口方向与换热板片的宽度方向平行，冷、热流体实现交错流进行热交换。
进一步的，冷流体的流路方向呈“L"形；冷流体流动长方向与换热板片的长度方向平行，热流体的流路方向呈倒“L"形；冷流体的进口和热流体的进口沿换热板片长度方向相对；冷流体出口和热流体出口在同一侧面的两端或冷流体出口和热流体出口分别在两侧面的两端，换热板片的中间矩形槽口对应在换热器中立柱将冷、热流体隔开；冷、热流体实现近似逆流换热。
进一步的，冷流体的流路方向呈“2”形；冷流体流动长方向与换热板片的长度方向平行，热流体的流路方向呈倒反向“2”形；冷流体的进口和热流体的出口在同一侧面的两端，冷、热流体实现近似逆流换热，或冷流体的进出口设置于换热板片的宽度方向端，且与热流体逆流。
进一步的，冷流体的流路方向呈“Z”形；冷流体流动长方向与换热板片的长度方向平行，热流体的流路方向呈倒反向“Z”形；冷流体的进口和热流体的出口在两侧面的两端，冷、热流体实现近似逆流换热。
一种具有高效非金属抗腐蚀换热装置的板式换热器，包括框架和组装在框架内的前述任一项方案所述的高效非金属抗腐蚀换热装置，框架由上盖板，下底板和立柱组成，换热装置组装在框架上盖板和下底板之间。
进一步的，框架内表面进行了防腐处理，其采用PFA喷涂、搪瓷、或衬聚四氟乙烯防腐中的一种。
本发明由于采用了如上所述技术方案，具有如下有益效果：
1、抗腐蚀，实现长周期稳定运行：
由于采用了玻璃板或陶瓷作为换热板片，玻璃的耐腐蚀性特强，除氢氟酸、氟硅酸、热磷酸和强碱外，其它绝大多数无机酸、有机酸和有机溶剂都不足以腐蚀玻璃，它是抗酸露点腐蚀最好的材料之一，能保证其在低温烟气环境中实现长周期稳定运行；
2、压降小：
玻璃换热板或陶瓷表面光滑，流体流动阻力小，传热表面上不易结垢，几乎没有清洗的必要，从而压降很小；压降小可使泵或风机动力消耗减少，通过试验和计算在同样长度的流道，非焊接高温板式换热器的压降仅为管束式的2/5～3/5，这样可以降低操作费用；
3、传热性能好：
通过试验，在同样流速的条件下其传热系数为管壳式换热器的1.2～1.5倍；
4、传热效率高：
由于可以通过支撑肋对介质的流路进行导向，是换热板片上下的流体实现逆流换热，可以显著提高传热效率；
5、玻璃换热板或陶瓷采用双面粘接支撑肋结构，其有效地提高了玻璃板换片的强度和刚度，提高了可靠性。
附图说明
图1为本发明一种具有高效非金属抗腐蚀换热装置的换热器的结构示意图。
图2为本发明一种高效非金属抗腐蚀换热装置的第一形式结构示意图。
图3为本发明一种高效非金属抗腐蚀换热装置的第二形式结构示意图。
图4为本发明一种高效非金属抗腐蚀换热装置的第三形式结构示意图。
图5为本发明一种高效非金属抗腐蚀换热装置的第四形式结构示意图。
图6为本发明一种高效非金属抗腐蚀换热装置的第五形式结构示意图。
图7为本发明一种高效非金属抗腐蚀换热装置的第六形式结构示意图。
图8为本发明一种高效非金属抗腐蚀换热装置的第七形式结构示意图。
标号说明：
具有高效非金属抗腐蚀换热板的板式换热器100框架10
上盖板101下底板102
立柱103换热装置20
换热板片21上支撑肋22
下支撑板片23密封条25
垫片26。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
请参阅图1，为本发明一种具有高效非金属抗腐蚀换热装置的板式换热器100。该板式换热器100包括框架10和组装在框架10内的高效非金属抗腐蚀换热装置20。框架10由上盖板101，下底板102和立柱103组成。换热装置20组装在框架上盖板101和下底板102之间。框架内表面进行了防腐处理，其可以采用PFA喷涂、搪瓷、或衬聚四氟乙烯等防腐处理方案。
请参阅图2，为高效非金属抗腐蚀换热装置21的第一形式结构示意图，高效非金属抗腐蚀换热装置20包括多片非金属抗腐蚀的矩形换热板片21，安装在每片换热板片上、下表面的上支撑肋22和下支撑肋23，设置在换热板片21的各个侧边上、下边缘的密封条25，以及垫片26。所述上支撑肋22和下支撑肋23与换热板片21之间以及密封条25与换热板片21之间是通过胶粘剂或焊接的方式连接固定。所述上支撑肋22和下支撑肋23可为扁圆形、六边形或其它形状，其目的是提高换热板片21的传热和强度性能。所述上支撑肋22和下支撑肋23，其型式、排布及方向根据介质流向和换热器的要求进行设置。以相邻的奇数编号换热板片21和偶数编号的换热板片21为例，奇数编号换热板片的下表面的下支撑肋23的结构形状、布置、方向和尺寸与偶数编号换热板片21的上表面的上支撑肋22的结构形状、布置、方向和尺寸是完全相同的。密封条25和上支撑肋22、下支撑肋23在换热板片21表面安装后其高度是相同的。垫片26则分布在相邻的奇数编号换热板片21下表面的下支撑肋23与偶数编号换热板片的上支撑肋22之间，以及分布在奇数编号换热板片21下表面的密封条25与偶数编号换热板片21上表面的密封条25之间。
所述换热装置20就是由多个奇数编号的换热板片21和相邻的偶数编号的换热板片21两两叠加，此时奇数编号的换热板片21的下表面的下支撑肋23刚好完全对齐分布在对应的垫片26的一个侧面，而相邻的偶数编号的换热板片的上表面的上支撑肋22则刚好完全对齐对应的垫片26的另一个侧面，同时，奇数编号的换热板片21的下表面的密封条25刚好完全对齐对应的垫片26的一个侧面，而相邻的偶数编号的换热板片21的上表面的密封条25则刚好完全对齐对应的垫片26的另一个侧面，通过机械或液压等装置产生一定位移和压紧力，使垫片26达到完全密封上、下支撑肋和密封条。此时，位于相邻的奇数编号和偶数编号的换热板片之间相邻的上、下支撑肋围成了多个彼此不互通的不同形状和方向的密封通道。通道的两个端口供流体或烟气进入或流出，所述多个通道中其相邻的通道开口互相交错，分别构成热流体通道、冷流体通道，以及同一换热板片的上、下表面的通道中也可以流动冷、热不同的流体，从而使热、冷流体隔开，实现传热。将所述换热装置20置入框架10的上盖板101和下底板102之间，从而形成了完整的换热器。位于换热板片同一侧相邻的两个通道之间可以流动不同的介质，两种介质通过换热板片进行换热。
所述换热板片21可采用矩形非金属平板。所述换热板片可为玻璃板片，该玻璃可为所有具有符合具有传热及抗腐蚀特性的玻璃；如高硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、石英玻璃、微晶玻璃、高硅氧玻璃、低碱无硼玻璃和陶瓷玻璃等。
所述换热板片21还可为陶瓷，其陶瓷可以是氮化硅陶瓷、高铝陶瓷、碳化硅陶瓷等。
所述密封条25为非金属的矩形条，其材质可以为玻璃或陶瓷。
所述的胶粘剂为抗腐蚀和耐高温的有机或无机胶粘剂，如有机硅密封胶、硅橡胶等。
所述垫片26其材料可以为聚四氟乙烯、硅橡胶等非金属材料及金属与非金属复合材料，如柔性石墨复合板等。
在图2中，冷流体的进出口方向与换热板片21的长度方向平行，热流体的进出口方向与换热板片21的宽度方向平行，冷、热流体实现交错流进行热交换。
请参阅图3，为本发明一种高效非金属抗腐蚀换热装置的第二形式结构示意图：冷流体的流路方向呈“L"形；冷流体流动长方向与换热板片21的长度方向平行，热流体的流路方向呈倒“L"形；冷流体的进口和热流体的进口沿换热板片21长度方向相对；冷流体出口和热流体出口在同一侧面的两端，换热板片21的中间矩形槽口对应在换热器中立柱将冷、热流体隔开；冷、热流体实现近似逆流换热。
图4所示为本发明一种高效非金属抗腐蚀换热装置的第三形式结构示意图：与图3相近，区别在于冷流体出口和热流体出口分别在两侧面的两端。
图5所示为本发明一种高效非金属抗腐蚀换热装置的第四形式结构示意图：冷流体的流路方向呈“2”形；冷流体流动长方向与换热板片21的长度方向平行，热流体的流路方向呈倒反向“2”形；冷流体的进口和热流体的出口在同一侧面的两端，冷、热流体实现近似逆流换热。
图6为本发明一种高效非金属抗腐蚀换热装置的第五形式结构示意图：与图5相近，区别在于冷流体的进出口设置于换热板片21的宽度方向端，且与热流体逆流。
图7所示为本发明一种高效非金属抗腐蚀换热装置的第六形式结构示意图：冷流体的流路方向呈“Z”形；冷流体流动长方向与换热板片21的长度方向平行，热流体的流路方向呈倒反向“Z”形；冷流体的进口和热流体的出口在两侧面的两端，冷、热流体实现近似逆流换热。
图8所示为本发明实现的具体实施方式之一：与图7相近，区别在于冷流体的进出口设置于换热板片21的宽度方向端，且与热流体逆流。
为本发明的另一种实施方式，在本发明的奇数编号的换热板片21的下表面的下支撑肋与偶数编号的换热板片21的上表面的上支撑肋之间不设置垫片，奇数编号的换热板片的下支撑肋与偶数编号的换热板片的上支撑肋是通过胶粘剂粘接或焊接的方式结合在一起。奇数编号的换热板片的密封条与偶数编号的换热板片的对应的密封条之间也是通过胶粘剂粘接或焊接的方式结合在一起。焊接方式如：真空扩散焊或钎焊。
另外，换热板片21的上支撑肋22和下支撑肋23及密封挡条，也可以由换热板片21热压而成或蚀刻而成。

Claims (16)

1.一种高效非金属抗腐蚀换热装置，其特征在于：包括多片非金属抗腐蚀的换热板片，安装在每片换热板片上、下表面的上支撑肋和下支撑肋，设置在换热板片的各个侧边上、下边缘的密封条，以及垫片，其中所述上支撑肋和所述下支撑肋与所述换热板片之间连接固定，所述密封条与所述换热板片之间连接固定，所述垫片分布在相邻的奇数编号换热板片下表面的所述下支撑肋与偶数编号换热板片的所述上支撑肋之间，所述垫片还分布在奇数编号换热板片下表面的所述密封条与偶数编号换热板片上表面的所述密封条之间，位于相邻的奇数编号和偶数编号的换热板片之间的相邻的所述上、下支撑肋围成了多个彼此不互通的不同形状和方向的冷流体和热流体的密封通道，所述垫片通过压紧力而完全密封所述上、下支撑肋和密封条。
2.如权利要求1所述的高效非金属抗腐蚀换热装置，其特征在于：所述上支撑肋和所述下支撑肋与所述换热板片之间以及所述密封条与所述换热板片之间是通过胶粘剂粘接或焊接的方式连接固定，以提高所述换热板片的强度和刚度。
3.如权利要求1所述的高效非金属抗腐蚀换热装置，其特征在于：奇数编号换热板片的下表面的所述下支撑肋的结构形状、布置、方向和尺寸与偶数编号换热板片的上表面的所述上支撑肋的结构形状、布置、方向和尺寸是完全相同。
4.如权利要求3所述的高效非金属抗腐蚀换热装置，其特征在于：所述密封条和所述上支撑肋、下支撑肋在所述换热板片表面安装后其高度是相同的。
5.如权利要求1至4中任一项所述的高效非金属抗腐蚀换热装置，其特征在于：所述换热板片为玻璃板片，该玻璃为所有具有符合具有传热及抗腐蚀特性的玻璃。
6.如权利要求1至4中任一项所述的高效非金属抗腐蚀换热装置，其特征在于：所述换热板片为陶瓷。
7.如权利要求1至4中任一项所述的高效非金属抗腐蚀换热装置，其特征在于：所述密封条为非金属的矩形条，其材质为玻璃或陶瓷。
8.如权利要求2所述的高效非金属抗腐蚀换热装置，其特征在于：所述胶粘剂为抗腐蚀和耐高温的有机或无机胶粘剂。
9.如权利要求1至4中任一项所述的高效非金属抗腐蚀换热装置，其特征在于：所述垫片材料为非金属材料。
10.如权利要求1至4中任一项所述的高效非金属抗腐蚀换热装置，其特征在于：所述垫片材料为金属与非金属复合材料。
11.如权利要求1至4中任一项所述的高效非金属抗腐蚀换热装置，其特征在于：冷流体的进出口方向与所述换热板片的长度方向平行，热流体的进出口方向与所述换热板片的宽度方向平行，冷、热流体实现交错流进行热交换。
12.如权利要求1至4中任一项所述的高效非金属抗腐蚀换热装置，其特征在于：冷流体的流路方向呈“L"形；冷流体流动长方向与所述换热板片的长度方向平行，热流体的流路方向呈倒“L"形；冷流体的进口和热流体的进口沿所述换热板片长度方向相对；冷流体出口和热流体出口在同一侧面的两端或冷流体出口和热流体出口分别在两侧面的两端，所述换热板片的中间矩形槽口对应在换热器中立柱将冷、热流体隔开；冷、热流体实现近似逆流换热。
13.如权利要求1至4中任一项所述的高效非金属抗腐蚀换热装置，其特征在于：冷流体的流路方向呈“2”形；冷流体流动长方向与所述换热板片的长度方向平行，热流体的流路方向呈倒反向“2”形；冷流体的进口和热流体的出口在同一侧面的两端，冷、热流体实现近似逆流换热，或冷流体的进出口设置于所述换热板片的宽度方向端，且与热流体逆流。
14.如权利要求1至4中任一项所述的高效非金属抗腐蚀换热装置，其特征在于：冷流体的流路方向呈“Z”形；冷流体流动长方向与所述换热板片的长度方向平行，热流体的流路方向呈倒反向“Z”形；冷流体的进口和热流体的出口在两侧面的两端，冷、热流体实现近似逆流换热。
15.一种具有高效非金属抗腐蚀换热装置的板式换热器，其特征在于：包括框架和组装在框架内的根据权利要求1-14中的任一项所述的高效非金属抗腐蚀换热装置，所述框架由上盖板，下底板和立柱组成，所述高效非金属抗腐蚀换热装置组装在所述框架上盖板和下底板之间。
16.如权利要求15所述的具有高效非金属抗腐蚀换热装置的板式换热器，其特征在于：所述框架内表面进行了防腐处理，其采用PFA喷涂、搪瓷、或衬聚四氟乙烯防腐中的一种。
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