CN106767054A - 碟式热交换装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种碟式热交换装置及方法，包括筒体、结构中空轴、至少两级空心碟片、支撑结构、改向结构以及第一流道和第二流道；第一流体在流动过程中形成至少一股流向急速逆转的切向流，第二流体在流动过程中形成至少一股流向急速逆转的切向流；还可采用变频驱动装置实现结构中空轴和空心碟片的自旋转，以加速流体的湍动状态。通过该碟式热交换装置及方法可以起到提高传热系数的作用，提升物料间的换热效率；碟式热交换装置还具有自清洁效果、介质离效安全、组件易于维护等优点，成本低、便于推广使用。

Description

碟式热交换装置及方法

技术领域

本发明碟式热交换方法及装置属于热交换技术领域，特别涉及一种适用于不同温度的两种或两种以上流体物料之间热量传递的方法及装置。

背景技术

在工业生产中，用于在两种或两种以上流体间、一种流体一种固体间、固体粒子间或者热接触且具有不同温度的同一种流体间的热量(或焓)传递的装置称为换热设备。它是化工、炼油、食品、轻工、能源、制药、机械及其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备。对于迅速发展的化工、炼油等工业生产来说，换热设备尤为重要。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10％～30％；在炼油厂中，约占总投资的35％～40％。近20年来，换热设备在能源储存、转化、回收，以及新能源利用和污染治理中得到了广泛的应用。

在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺过程规定的指标，以满足工艺过程上的需要。此外，换热设备也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。例如，烟道气(约200～300℃)、高炉炉气压力蒸汽(约500℃)、需要冷却的化学反应工艺气(300～1000℃)等余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供热、供气、发电和动力的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗和电耗，提高工业生产经济效益。

近年来，随着世界性的能源危机波及到了装备制造业及石油化工这些耗材及能耗的大户，以及国家节能减排长期国策的确立，作为能量回收装备—热交换设备的提高传热效能及降低能耗的研究被提高到了很重要的地位。

发明内容

本发明目的是提供一种热交换效率高、能耗低、便于推广应用的热交换装置和方法。

为实现上述目的，本发明提供一种碟式热交换装置，包括筒体、结构中空轴、至少两级空心碟片、支撑结构、改向结构以及第一流道和第二流道；第一流道通过结构中空轴内壁、空心碟片内壁及支撑结构形成，用于第一流体的流通；第二流道通过筒体内壁、结构中空轴外壁、空心碟片外壁及改向结构形成，用于第二流体的流通；结构中空轴位于筒体中心，沿水平方向布置；各级空心碟片串接在结构中空轴的外壁；支撑结构布置在空心碟片内，用于将空心碟片内的第一流体在流动过程中形成至少一股流向急速逆转的切向流；改向结构布置于两级空心碟片之间，用于将相邻两级空心碟片之间的第二流体在流动过程中形成至少一股流向急速逆转的切向流。

进一步的，热交换装置还包括驱动装置，用于驱动结构中空轴和空心碟片共同沿结构中空轴的中心轴旋转。热交换装置的驱动装置优选变频控制。

进一步的，热交换装置的支撑结构为平板状结构，纵向固定在空心碟片内腔中，并在板面靠边缘处开有流通通道。流通通道是至少一圈连续的流通开口，或由至少一圈不连续的多个流通口组成。

进一步的，热交换装置的改向结构为平板状结构，竖直固定于筒体内壁，并在板面靠筒体内壁处开有导流通道。导流通道是至少一圈连续的流通开孔，或由至少一圈不连续的多个导流孔组成。

进一步的，热交换装置的空心碟片为楔形空心结构，与结构中空轴呈上升楔形布置。

本发明还提供一种碟式热交换方法，适用于上述碟式热交换装置，在流体运动时，第一流体在沿第一流道流动的过程中通过热交换装置空心碟片内的支撑结构形成至少一股流向急速逆转的切向流；第二流体在沿第二流道流动的过程中通过热交换装置中的改向结构形成至少一股流向急速逆转的切向流。

进一步的，热交换装置的结构中空轴和空心碟片共同沿结构中空轴的中心轴旋转。

本发明所公开的碟式热交换装置及方法可以广泛应用于不同温度的相同或不同性质的流体物料之间热量的传递，尤其适用于高温气体物料与低温液体物料之间热交换。具有以下有益效果：

(1)通过空心碟片内的支撑结构及空心碟片之间的改向结构的设计，形成使流体在流动过程中形成至少一股具有方向逆转的切向流的流通通道，加速流体物料的湍动状态，提升换热效率。

(2)结构中空轴支撑空心碟片，并与空心碟片呈连通设计，使流体经过结构中空轴及空心碟片进行充分的热量传递；并且设置在筒体内壁的改向结构与空心碟片成角度交错排列，流体沿改向板和空心碟片间的设定通道流通，介质离效安全，进一步增加换热效果。

(3)通过碟式热交换装置自旋转的方式加快流体的湍动运动，进一步加速流体物料的湍动状态，并可以起到提高传热系数的作用，提高换热效率；同时还具有自清洁效果，即避免了换热器容易结垢、死区污堵严重的问题，从而延长了碟式热交换装置的使用寿命。

(4)自旋转可采用变频控制，根据物料特性和生产需要调节旋转的速度，实现满足高效率满足生产要求的条件下节能降耗；还可结合检测及自动控制系统，对热交换系统实现智能化控制。

(5)空心碟片的级数可根据需要进行灵活设计；空心碟片的两个侧面均有一定的倾斜度，这种斜面随轴转动时，可使流体对斜面有撞击作用，即可实现自动清洁效果，又不断更新传热表面，强化传热。

(6)本发明的碟式热交换装置和方法同样适用于串联、并联或串并联交替的组合使用模式，实现串联时热交换效率高、换热温差大，并联时处理物料量大的运行方式，操作方式灵活，满足不同热交换物料量、换热温差的需求。

(7)碟式热交换装置采用的支撑板、空心碟片、改向板等零备件大多是常规材质、标准件，安装、维修比较方便，成本低，易于推广应用。

附图说明

图1和图2为本发明碟式热交换装置结构示意图。

图3为本发明碟式热交换方法串联流程图。

图4为本发明碟式热交换方法串联加并联流程图。

图5为本发明碟式热交换系统控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

碟式热交换方法可以广泛应用于不同温度的两种或两种以上流体物料之间热量的传递，如液体物料与液体物料、气体物料与气体物料、或液体物料与气体物料的高低温热交换。

本发明提供一种碟式热交换装置的实施例，如图1和图2所示，包括筒体1、结构中空轴2、空心碟片3、支撑板4、改向板5、驱动装置6以及第一流道11和第二流道22。

第一流道11通过结构中空轴2内壁、空心碟片3内壁及空心碟片3形成，流动方向如图中箭头所示，用于第一流体的流通；第二流道22通过筒体1内壁、结构中空轴2外壁、空心碟片3外壁及改向板5形成，流动方向如图中箭头所示，用于第二流体的流通。

结构中空轴2位于筒体1中心，沿水平方向布置；空心碟片3连接结构中空轴2的外壁并与之连通，图中空心碟片3设有三级，当然也可根据需要设置成两级或多级；空心碟片3内布置有支撑板4，用于将空心碟片3内的第一流体在流动过程中形成一股流向逆转的切向流；改向结构布置于两级空心碟片3之间，用于将相邻两级空心碟片3之间的第二流体在流动过程中形成一股流向逆转的切向流。

其中，支撑结构，即图1和图2中的支撑板4，纵向固定在空心碟片3的内腔中，并在板面靠边缘位置上开有流通口41。

改向结构，即图1和图2中的改向板5，竖直固定于筒体内壁，与空心碟片3交错排布，并在靠筒体内壁处开有导流孔51。改向板5可采用螺栓加密封垫形式安装就位，可根据物料流动特性进行角度调整，还可单独更换，使用灵活，维修成本低。

空心碟片3可以是楔形空心结构，如图1所示，空心碟片3与结构中空轴2呈上升楔形布置。碟片的两个侧面均有一定的倾斜度，楔倾斜角度可根据流体的性质进行设计，这种斜面随轴转动时，可使流体对斜面有撞击作用，即可实现自动清洁效果，又不断更新传热表面，强化传热；空心碟片3也可以是如图2所示的呈水平方向。

进一步，热交换装置的结构中空轴2和空心碟片3可沿结构中空轴2的中心轴共同旋转，可采用电动驱动装置6驱动旋转。驱动装置6可采用变频控制，可根据不同流体的特性设置旋转速度。

该碟式热交换装置工作时，结合图1至图5对流体流动的流向进行说明：

如图1和图2所示，热交换系统启动，碟式热交换装置运行，由泵送设备将物料泵入碟式热交换装置，第一流体，即第一流道11内的物料，由第一流体进口111进入碟式热交换装置，沿图1和图2所示的第一流道箭头方向流动；第二流体，即第二流道22内的物料，由第二流体进口221进入碟式热交换装置，沿图1和图2所示的第二流道箭头方向流动。运行过程中，产生的凝液可集中收集。

碟式热交换装置内的第一流体在第一流道11流动过程中，通过支撑板4及位于支撑板上的流通口41的作用，形成空心碟片3内的上下两个切向流道，使第一流体以最短的距离从一切向流道快速流经后以180°逆转到空心碟片3内的另一切向流道，从而在空心碟片3内形成一股方向急速逆转的切向流，使物料充分接触进行热交换的同时，通过急速的湍动运动，对碟式热交换装置死角区域达到自清洁作用。第二流体在第二流道22流动过程中，通过空心碟片3与筒体1之间的空隙后，进入改向板5与空心碟片3形成的导流通道，即先后进入相邻两级空心碟片3之间的上下切向流道；并通过改向板5上的导流孔51以最短的距离快速流经，从而在相邻两级空心碟片3之间形成一股方向急速逆转的切向流；然后以180°逆转到另一空心碟片3与筒体1之间的空隙。在第二流体流动过程中，其凝液通过凝液收集出口7不断排出。

在系统运行时，进一步的，还可以通过结构中空轴2和空心碟片3沿结构中空轴2轴心的自旋转加速流体流动的湍动状态。由于不同物料形成的流体性质不一样，通过变频驱动装置6来控制旋转的速度。

如图3和图4所示，本发明还公开了采用多组碟式热交换装置组合的热交换系统实施例，即多组碟式热交换装置串联和串并联组合实施例，图3所示的是由两组碟式热交换装置串联组成的碟式热交换系统框图；图4所示的是四组碟式热交换装置采用串并联组合方式的碟式热交换系统框图。以此实现串联时热交换效率高、换热温差大，并联时处理物料量大的运行方式，以满足不同热交换物料量、换热温差的需求。

如图5所示的碟式热交换系统控制示意图，公开了碟式热交换装置结合智能控制系统的热交换控制系统实施例，该系统操作可由计算机控制，设置自动检测和显示系统装置，设计远传/就地温度测点，系统运行进行转速、电流监控，可以根据温度范围变频调整碟式热交换装置的转速，自动化程度高，操作方便。

此外，由于碟式热交换装置采用的空心碟片3、支撑板4、改向板5等零备件大多是常规材质、标准件，安装、维修比较方便。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种碟式热交换装置，其特征在于：包括筒体、结构中空轴、至少两级空心碟片、支撑结构、改向结构以及第一流道和第二流道；

第一流道通过结构中空轴内壁、空心碟片内壁及支撑结构形成，用于第一流体的流通；

第二流道通过筒体内壁、结构中空轴外壁、空心碟片外壁及改向结构形成，用于第二流体的流通；

结构中空轴位于筒体中心，沿水平方向布置；

各级空心碟片串接在结构中空轴的外壁；

支撑结构布置在空心碟片内，用于将空心碟片内的第一流体在流动过程中形成至少一股流向急速逆转的切向流；

改向结构布置于两级空心碟片之间，用于将相邻两级空心碟片之间的第二流体在流动过程中形成至少一股流向急速逆转的切向流。

2.如权利要求1所述的热交换装置，其特征在于：还包括驱动装置，用于驱动结构中空轴和空心碟片共同沿结构中空轴的中心轴旋转。

3.如权利要求2所述的热交换装置，其特征在于：驱动装置采用变频控制。

4.如权利要求1所述的热交换装置，其特征在于：支撑结构为平板状结构，纵向固定在空心碟片内腔中，并在板面靠边缘处开有流通通道。

5.如权利要求4所述的热交换装置，其特征在于：流通通道是至少一圈连续的流通开口，或由至少一圈不连续的多个流通口组成。

6.如权利要求1所述的热交换装置，其特征在于：改向结构为平板状结构，竖直固定于筒体内壁，并在板面靠筒体内壁处开有导流通道。

7.如权利要求6所述的热交换装置，其特征在于：导流通道是至少一圈连续的流通开孔，或由至少一圈不连续的多个导流孔组成。

8.如权利要求1所述的热交换装置，其特征在于：空心碟片为楔形空心结构，与结构中空轴呈上升楔形布置。

9.一种碟式热交换方法，其特征在于：适用于如权利要求1至8所述的碟式热交换装置，第一流体在沿第一流道流动的过程中通过热交换装置空心碟片内的支撑结构形成至少一股流向急速逆转的切向流；第二流体在沿第二流道流动的过程中通过热交换装置中的改向结构形成至少一股流向急速逆转的切向流。

10.如权利要求9所述的碟式热交换方法，其特征在于：热交换装置的结构中空轴和空心碟片共同沿结构中空轴的中心轴旋转。