CN104329974A - 烟气余热回收热管式气-水换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟气余热回收热管式气-水换热器，包括圆筒体、烟箱、方形管板、重力热管、螺旋折流板条、进水管、出水管、烟气导流筒、自动排污口和支腿，其特征在于，方形管板既是烟箱上部的密封盖板又是圆筒体的管板，每根重力热管都穿过方形管板并用双面焊固定，所有重力热管在方形管板上呈同心圆形布置；重力热管上部的冷凝段管束置于带椭圆形封头的圆筒体中，管束内加装若干螺旋角相同、螺距相同但内螺旋线半径不同的螺旋折流板条，所有螺旋折流板条并列排布而构成壳侧的连续螺旋通道；重力热管下部的蒸发段管外加装螺旋波纹翅片，并置于方形烟箱中。该热管式气-水换热器结构紧凑、传热效率较高、壳侧可承受较高的流体压力。

Description

烟气余热回收热管式气-水换热器

技术领域

本发明涉及一种换热器，尤其涉及一种烟气余热回收热管式气-水换热器。

背景技术

锅炉排放的烟气及各种生产过程中排放的废气中都含有大量余热，直接排入大气不仅污染环境而且浪费大量热能，因此，气体余热回收利用是节能减排的重要途径。

目前工程中应用的余热回收换热器主要型式有管翅式换热器和箱式热管换热器两种。管翅式换热器虽然结构简单，但运行过程中翅片间容易堵塞，清洗检修困难，从而产生较大流动阻力，对锅炉产生较大背压；管材耐腐蚀性较差，仅适用于换热介质洁净、无腐蚀的场合。箱式热管换热器中热管的蒸发段和冷凝段均位于箱式壳体中，箱体承压能力差，结构不够紧凑，一般仅适用于气-气换热的工况。

螺旋折流板是20世纪60年代提出的换热器的新型管束支撑，它将换热器壳侧的折流板分成四等分或三等分的扇形，并与管束倾斜布置而形成近似的螺旋形，使换热器壳侧流体呈近似螺旋状流动。与弓形折流板换热器相比，螺旋折流板换热器能显著减小壳侧的流动和传热死区，降低壳侧流体流动阻力，从而达到强化壳侧对流换热的目的。但四等分或三等分螺旋折流板仅仅使换热器壳侧流体产生近似的螺旋流，且各个螺旋折流板的搭接处会产生泄漏流，从而使换热器的换热效率降低。一种连续性螺旋折流板能够有效弥补上述缺陷，但该连续性螺旋折流板需用较大直径的中心管作为支撑，占用了一定的换热管空间，且连续性螺旋折流板结构和形状过于复杂，加工时需要专用模具，组装难度很大，螺旋折流板与管壁接触处存在较大应力。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种热管式气-水换热器，解决现有换热器存在的因腐蚀而导致管束泄漏、换热效率低、承压能力差等技术问题。

本发明采用如下技术方案：

一种烟气余热回收热管式气-水换热器，包括圆筒体、烟箱、方形管板、重力热管、螺旋折流板条、进水管、出水管、烟气导流筒、自动排污口和支腿，其特征在于，方形管板既是烟箱上部的密封盖板又是圆筒体的管板，每根重力热管都穿过方形管板并用双面焊固定，所有重力热管在方形管板上呈同心圆形布置；重力热管上部的冷凝段管束置于带椭圆形封头的圆筒体中，重力热管下部的蒸发段管外加装螺旋波纹翅片，并置于方形烟箱中。

所述重力热管的冷凝段管束内加装若干螺旋角相同、螺距相同但内螺旋线半径不同的螺旋折流板条，螺旋折流板条中间开设有一圈或两圈管孔，两侧边开设有半管孔，所有螺旋折流板条并列排布，使相邻布置的螺旋折流板条的半管孔组合成完整的管孔，从而构成换热器壳侧的连续螺旋通道，能促进壳侧流体湍流，具有强化传热的效果，同时螺旋折流板条还具有支撑管束的作用。

所述热管式气-水换热器上部的圆筒体上安装有进水管和出水管，进水管和出水管外侧母线均与筒体外壁面相切，进水管和出水管分别对应于换热器壳侧螺旋通道的进口端和出口端。

所述热管式气-水换热器下部为方形烟箱，方形烟箱的烟气进出口段为锥形，进出口形状可根据锅炉烟气出口形状而设置为圆形或方形。

所述重力热管的蒸发段采用耐腐蚀材料ND钢，或采用普通碳钢而在管外壁面敷设一层铝-碳钢共渗合金保护层。

所述热管式气-水换热器的烟箱底面为锥形，并在底面中部设置自动排污口。

本发明采用上述技术方案后，与现有技术相比具有以下有益效果：一是采用超导热的重力热管，以及在热管蒸发段管外加装螺旋波纹翅片、在热管冷凝段管束内加装螺旋折流板条，能大大提高换热器的换热效率；二是热管的冷凝段管束外采用带椭圆形封头的圆筒体，提高了换热器的承压性能；三是热管的蒸发段采用耐腐蚀材料ND钢，或采用普通碳钢而在管外壁面敷设一层铝-碳钢共渗合金保护层，解决了换热器的抗腐蚀问题；四是采用若干螺旋折流板条组成换热器壳侧螺旋通道，可强化换热器壳侧的对流传热，并具有支撑管束的作用；五是换热器壳侧的进出口沿圆筒体的切向布置，有利于减少工质进出口阻力损失，以及减少流动死区并提高对流传热效果；六是烟箱入口处设置烟气导流筒能将烟气分散均匀，防止烟气进入烟箱的流动过程中发生短路现象；七是烟箱底部增设有自动排污口，有利于烟气冷凝水自动排出。

附图说明

附图1是烟气余热回收热管式气-水换热器的结构示意图。

附图2螺旋折流板条结构示意图。

附图3相邻两块螺旋折流板条的并列组合结构示意图。

附图标记，1-重力热管；2-进水管；3-圆筒体；4-螺旋折流板条；5-方形管板；6-烟箱；7-出水管；8-烟气导流筒；9-支腿；10-自动排污口。

具体实施方式

下面结合附图说明热管式气-水换热器的组装过程：

首先将所有热管的蒸发段逐个缠绕上螺旋波纹翅片，在方形管板上按照同心圆形布置钻出管孔，将第一根热管垂直穿过方形管板的中心孔，定位后采用双面焊将热管与方形管板固定；然后从方形管板的中心向四周展开一圈圈地按照同样方式安装热管，且只有将内圈热管与方形管板两面焊好后，再安装和焊接外圈热管。

螺旋折流板条的加工方法：按照换热器圆筒体的内径裁剪出多个圆平板（其外径小于圆筒体内径2mm）并叠放，按照换热管在管板上的实际布置在圆平板上钻出管孔（管孔大于管外径2-4mm），按照上述螺旋折流板条的设计结构，每隔一个或两个圆周的管孔将相邻圆周上的管孔沿通过管孔中心的圆周线将圆平板切割成一个个圆环，并沿半径方向将所有圆环截开，将圆环切口两端面沿圆环面垂直方向拉伸，即得螺旋角相同、螺距相同但内螺旋线半径不同的螺旋折流板条。

接着，把螺旋折流板条由内到外依次安装；然后按照热管冷凝段的长度加工出圆筒体，同样按照热管蒸发段的长度加工出方形烟箱，将圆筒体与方形管板焊接在一起，圆筒体试压后保证密封良好的情况下，再把烟箱与方形管板焊接在一起，即成为烟气余热回收热管式气-水换热器。

热管式气-水换热器运行时，烟气通过烟气导流筒均匀进入烟箱，热管蒸发段吸收烟气的部分显热及少量蒸汽潜热，热管内的工质吸热后由液态变成气态，上升到热管冷凝段放热，冷凝段将热量传给圆筒体内的水。在整个传热过程中，烟气流经带螺旋波纹翅片的热管蒸发段，吸热效率较高，热管导热过程的热阻几乎可以忽略，而螺旋折流板能促进换热器壳侧流体的湍流，具有强化换热的作用，三种强化传热结构都显著提高了热管式气-水换热器的换热性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种烟气余热回收热管式气-水换热器，包括圆筒体、烟箱、方形管板、重力热管、螺旋折流板条、进水管、出水管、烟气导流筒、自动排污口和支腿，其特征在于，方形管板既是烟箱上部的密封盖板又是圆筒体的管板，每根重力热管都穿过方形管板并用双面焊固定，所有重力热管在方形管板上呈同心圆形布置；重力热管上部的冷凝段管束置于带椭圆形封头的圆筒体中，重力热管下部的蒸发段管外加装螺旋波纹翅片，并置于方形烟箱中。

2.根据权利要求1所述的一种烟气余热回收热管式气-水换热器，其特征在于，所述重力热管的冷凝段管束内加装若干螺旋角相同、螺距相同但内螺旋线半径不同的螺旋折流板条，螺旋折流板条中间开设有一圈或两圈管孔，两侧边开设有半管孔，所有螺旋折流板条并列排布，使相邻布置的螺旋折流板条的半管孔组合成完整的管孔，从而构成换热器壳侧的连续螺旋通道。

3.根据权利要求1所述的一种烟气余热回收热管式气-水换热器，其特征在于，所述热管式气-水换热器上部的圆筒体上安装有进水管和出水管，进水管和出水管外侧母线均与筒体外壁面相切，进水管和出水管分别对应于换热器壳侧螺旋通道的进口端和出口端。

4.根据权利要求1所述的一种烟气余热回收热管式气-水换热器，其特征在于，所述热管式气-水换热器下部为方形烟箱，方形烟箱的烟气进出口段为锥形，进出口形状可根据锅炉烟气出口形状而设置为圆形或方形。

5.根据权利要求1所述的一种烟气余热回收热管式气-水换热器，其特征在于，所述重力热管的蒸发段采用耐腐蚀材料ND钢，或采用普通碳钢而在管外壁面敷设一层铝-碳钢共渗合金保护层。

6.根据权利要求1所述的一种烟气余热回收热管式气-水换热器，其特征在于，所述热管式气-水换热器的烟箱底面为锥形，并在底面中部设置自动排污口。