CN104457345B - 一种用于冷凝式烟气余热回收的翅片板换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于冷凝式烟气余热回收的翅片板换热装置，包括两片孔板以及与两片孔板焊接的弧形端板组合式封头、两片封板和上下两个方法兰，以及卡放在两片孔板之间的、平行设置的、大小相同的、一片以上的翅片板；相邻的翅片板之间为烟气通道，该通道两端连通烟气侧；翅片板内部为空气通道，该通道两端连通空气侧；空气通道内的空气和烟气通道内的烟气呈错向流动，所述翅片板烟气侧采用横排三角形多孔翅片，空气侧采用变间距锯齿形翅片。本发明结构紧凑、简单，便于安装；烟气侧阻力小，不易结垢，能有效防止露点腐蚀，使用寿命长；能有效回收烟气中水蒸汽的汽化潜热，余热利用率高，设备成本低。

Description

一种用于冷凝式烟气余热回收的翅片板换热装置

技术领域

本发明涉及一种化学工程装置，尤其涉及一种用于冷凝式烟气余热回收的翅片板换热装置。

背景技术

世界上首台冷凝式余热回收燃气锅炉1979年诞生于荷兰，1980年开始工程应用。由于其明显的节能与环保效益，自20世纪80年代起，在北美和欧洲得到迅速发展，20世纪90年代初开始在英国、德国和法国广泛应用。然而，国内对燃气燃油加热炉，特别是冷凝余热回收的燃气燃油加热炉研究较为滞后。

石化行业中有大量的燃油燃气工业加热炉，工业加热炉排烟尾气水分含量高，常规余热回收排烟温度在露点温度以上，造成潜热的浪费，如能回收这些潜热，节能意义重大，但存在露点腐蚀的技术难题。因此，如能解决冷凝式烟气余热回收装备露点腐蚀的瓶颈，回收水蒸气潜热，对提高工业加热炉效率十分重要。

低温烟气冷凝式余热回收存在的主要困难除了露点腐蚀和粘结性结灰外，关键的是排烟温度太低，用常规换热器（包括热管换热器），由于效率低，结构不紧凑，需很大的换热面积，所占体积很庞大，空间布置困难，投入的成本太高。

由于烟气冷凝余热回收装置回收的热能品质较低，凝结水含酸性，使用受到限制；混合换热装置长期与酸性喷淋水接触，易腐蚀，一般要采用耐腐蚀的材料进行制造，成本较高。国内尝试采用玻璃管来解决这些问题，将烟气冷却到露点温度以下，来提高热利用效率。然而玻璃导热系数低，玻璃与金属的封接问题也未能很好的解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的烟气冷凝余热回收装置易腐蚀、换热效率低、结构不紧凑、空间布置困难、投入的成本太高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于冷凝式烟气余热回收的翅片板换热装置，包括两片孔板以及与两片孔板焊接的弧形端板组合式封头、两片封板和上下两个方法兰，以及卡放在两片孔板之间的、平行设置的、大小相同的、一片以上的翅片板；相邻的翅片板之间为烟气通道，该通道两端连通烟气侧；翅片板内部为空气通道，该通道两端连通空气侧；空气通道内的空气和烟气通道内的烟气呈错向流动，所述翅片板烟气侧采用横排三角形多孔翅片，空气侧采用变间距锯齿形翅片。

翅片板烟气侧采用横排三角形多孔翅片，利用前后翅片的三角孔呈周期性错开设置，扰乱翅片表面形成的边界层，减薄壁面边界层厚度，达到强化传热的目的；空气侧采用变间距锯齿形翅片，以翅片流动方向中心为界，空气流动下游各翅片的间距小于空气流动上游各翅片的间距，上游空气的温度低，下游空气的温度较高，因此通过加密空气下游部分的翅片，减少空气上游部分的翅片能加强翅片总体的换热性能，并合理分配空气的压力降，提高了换热装置的整体性能。使用时，烟气通道内的高温烟气经过与空气通道内的冷空气换热，温度下降到露点温度以下排出，空气受热后可收集用于其它用途。

为有效地防止露点腐蚀，所述翅片板包括内部翅片、外部翅片、一对隔板、两条内部封条和四条外部封条；所述隔板相对设置，形成空气通道的两侧壁，两条内部封条夹在两隔板之间，且分别位于隔板的两端，形成空气通道的顶面和底面；所述内部翅片位于空气通道内，顶部和底部分别抵住两条内部封条，两侧贴合隔板，内部翅片为前述变间距锯齿形翅片；所述空气通道的进出口端各设置两条外部封条，两条外部封条分别与两隔板外侧贴合；所述外部翅片设置在隔板外侧，采用横排三角形多孔翅片，外部翅片的两端各抵住一外部封条；所述翅片板的所有连接处均通过镍基钎焊而成，翅片板的材料为316L不锈钢，表面采用镀钯处理。这种组成方式，保证了翅片板的密封性，能有效地防止露点腐蚀。

作为本发明的一种改进方案，所述外部翅片的高度大于等于6mm。该尺寸可以有效防止结垢。

为了防止因开孔造成翅片横截面应力集中而使翅片强度过度降低，所述外部翅片呈多排状结构，同一排翅片上的相邻三角孔为倒立布置，而前后排三角孔周期性错开设置。高温烟气流经在翅片上周期性错开排列的三角孔与内侧通道的空气换热。周期性错开的意思是指相邻的两排翅片上的三角孔错开排布，一般选用等距错开排布，而间隔设置的两片翅板上的三角孔对应设置在相同位置，例如：第一排和第二排上的三角孔错开二分之一的孔位，第三排的孔位与第一排孔位对应设置，第四排和第二排的孔位对应设置；由此可见，此例中，第一排和第二排为一个周期，第三排和第四排为另一个周期。

为保证烟气侧的传热性能和阻力大小，相邻翅片板上对应的外部翅片的间距为6~12mm。

本发明的优点是：结构紧凑，设备简单，便于安装；烟气侧阻力小，不易结垢，表面采用镀钯技术，能有效防止露点腐蚀，使用寿命长；能有效回收烟气中水蒸汽的汽化潜热，余热利用率高，设备成本低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的结构示意图（组装图）。

图3是本发明翅片板的结构示意图。

图4是翅片板连接示意图。

图5是外部翅板的结构示意图。

图6是内部翅板的结构示意图。

图7是本发明的结构示意图（立体图）。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明包括两片孔板以及与两片孔板焊接的弧形端板组合式封头、两片封板和上下两个方法兰，以及卡放在两片孔板之间的、平行设置的、大小相同的、一片以上的翅片板；相邻的翅片板之间为烟气通道，该通道两端连通烟气侧；翅片板内部为空气通道，该通道两端连通空气侧；空气通道内的空气和烟气通道内的烟气呈错向流动，所述翅片板烟气侧采用横排三角形多孔翅片，空气侧采用变间距锯齿形翅片。高温烟气由烟气侧一端进入，与空气侧进入的冷空气换热，至温度下降到露点温度以下，由烟气侧另一端排出；空气侧两端均为弧形端板组合式封头，空气由一端封头进入后，平均分配到各个翅片板内部的空气通道，受高温烟气加热后由另一端的封头排出，可用于其它用途。

横排三角形多孔翅片、变间距锯齿形翅片为现有产品。

如图2所示，本发明所述的翅片板103整体镍基钎焊而成，表面采用镀钯处理，所述孔板104上设有多个方形通孔，数量与所用翅片板数量相对应，每一翅片板103的两端分别插入两片孔板104上对应的一对方形通孔内焊接固定，所有翅片板与孔板焊接完成后，须对各个翅片板103的内部通道进行气密性试验和水压试验，保证翅片板103内部通道的密封性和承压性能以及检验各翅片板103与孔板104焊接的质量，检测合格后，在形成的芯体前后两侧焊接相应尺寸的封板105，在两块孔板104的外侧焊接相应尺寸的弧形端板组合式封头101作为空气通道的进出口，最后在整个芯体的上下两端焊接相应尺寸的方法兰102，作为烟气通道的进出口连接面。

如图3-4所示，翅片板包括内部翅片302、外部翅片304、一对隔板305、两条内部封条303和四条外部封条301；所述隔板305相对设置，形成空气通道的两侧壁，两条内部封条303夹在两隔板305之间，且分别位于隔板305的两端，形成空气通道的顶面和底面；所述内部翅片302位于空气通道内，顶部和底部分别抵住两条内部封条303，两侧贴合隔板305，内部翅片302为前述变间距锯齿形翅片；所述空气通道的进出口端各设置两条外部封条301，两条外部封条301分别与两隔板305外侧贴合；所述外部翅片304设置在隔板305外侧，采用横排三角形多孔翅片，外部翅片304的两端各抵住一外部封条301；所述翅片板整体镍基钎焊而成，翅片板的材料为316L不锈钢，表面采用镀钯处理，可以有效避免烟气侧可能发生的露点腐蚀现象，大大提高使用寿命。

前述外部封条301高度须小于外部翅片304高度，孔板104上的开孔尺寸略大于翅片板103两侧端面尺寸，便于焊接；翅片板103两端面须插入孔板104上对应的开孔之中，两端面须与孔板103外侧齐平，翅片板103外部的两侧封条301与孔板104上的开孔用手弧焊焊接，有效避免翅片板103与孔板104焊接时由于温度过高钎料融化导致破坏翅片板103密封性。待所有翅片板与孔板焊接完成后，需要对翅片板103内部的空气通道进行气密性试验和水压试验，以保证空气通道的密封性和承压能力以及翅片板103两端面和孔板104之间焊接密封性。

如图5所示，翅片板的外部翅片304为横排三角形多孔翅片，翅片高度为6mm，翅片厚度0.2mm，以翅片长度6mm为单元结构进行说明，开孔三角的底边为2.5mm，高度为5mm，开孔率为0.35，相邻两排三角开孔的错开间距为3mm（即1/2单元长度），以上数据是基于大量实验的基础上得出的综合传热性能和传热阻力最优的开孔方式。

如图6所示，翅片板的内部翅片302为变间距的锯齿形翅片，以翅片流动方向中心为界，空气流动上游各翅片的间距大于空气流动下游各翅片的间距，上游翅片高度为6mm，翅片间距4mm，翅片厚度0.2mm；下游翅片高度为6mm，翅片间距8mm，翅片厚度0.2mm。上游空气的温度低，下游空气的温度高，因此通过加密空气下游部分的翅片，减少空气上游部分的翅片能加强翅片总体的换热性能，并合理分配空气的压力降。并且当流体流过翅片时，在中心界面处，流体在翅片表面的边界层会被破坏，流体的扰动也会有一定的增加，能增强换热，提高换热装置的整体性能。

如图7所示，高温烟气由上方的方法兰102进入翅片板换热装置，通过换热装置的烟气通道，与空气通道中的冷空气换热，温度下降到露点温度以下后由换热装置下方的方法兰102排出；冷空气由芯体两侧的弧形端板组合式封头101进入，空气平均分配到每块翅片板的空气通道，与烟气通道的高温烟气换热，由另一侧的弧形端板组合式封头101排出。

Claims (4)

1.一种用于冷凝式烟气余热回收的翅片板换热装置，包括两片孔板，以及与两片孔板焊接的弧形端板组合式封头、两片封板和上下两个方法兰，以及卡放在两片孔板之间的、平行设置的、大小相同的、一片以上的翅片板；相邻的翅片板之间为烟气通道，该通道两端连通烟气侧；翅片板内部为空气通道，该通道两端连通空气侧；空气通道内的空气和烟气通道内的烟气呈错向流动，其特征是：所述翅片板烟气侧采用横排三角形多孔翅片，空气侧采用变间距锯齿形翅片；所述翅片板包括内部翅片、外部翅片、一对隔板、两条内部封条和四条外部封条；所述隔板相对设置，形成空气通道的两侧壁，两条内部封条夹在两隔板之间，且分别位于隔板的两端，形成空气通道的顶面和底面；所述内部翅片位于空气通道内，顶部和底部分别抵住两条内部封条，两侧贴合隔板，内部翅片为前述变间距锯齿形翅片；所述空气通道的进出口端各设置两条外部封条，两条外部封条分别与两隔板外侧贴合；所述外部翅片设置在隔板外侧，采用横排三角形多孔翅片，外部翅片的两端各抵住一外部封条；所述翅片板的所有连接处均通过镍基钎焊而成，翅片板的材料为316L不锈钢，表面采用镀钯处理。

2.根据权利要求1所述的一种用于冷凝式烟气余热回收的翅片板换热装置，其特征是，所述外部翅片的高度大于等于6mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于冷凝式烟气余热回收的翅片板换热装置，其特征是，所述外部翅片呈多排状结构，同一排翅片上的相邻三角孔为倒立布置，而前后排三角孔周期性错开设置。

4.根据权利要求1所述的一种用于冷凝式烟气余热回收的翅片板换热装置，其特征是，相邻翅片板上对应的外部翅片的间距为6～12mm。