CN107764100B - 套管式换热单元及无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种套管式换热单元及无堵塞穿透混合旋流高效管式换热器，套管式换热单元包括套内管、套外管及斜置强化件。套内管内限定出用于流通换热介质的内腔，套内管上设有安装槽孔。套外管外套在套内管上，套外管与套内管之间限定出用于流通另一种换热介质的外腔，外腔与内腔相隔离。斜置强化件配合在安装槽孔上，斜置强化件的一部分伸入到内腔中且一部分伸入到外腔并倒角和/或圆角。根据本发明实施例的套管式换热单元内的两种换热流体可产生无堵塞穿透混合旋流，使得换热流体不会产生沉积、粘结和堵塞现象，实现泥‑泥的长周期稳定高效换热,以及明显降低污泥输送流阻和泵送功耗，从而可以获得显著的污泥处置的节能经济效益和环保社会效益。

Description

套管式换热单元及无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，更具体地涉及一种无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器，特别是一种泥-泥高效换热的无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器。

背景技术

随着我国城镇化的不断推进和环境保护要求的不断提高，污水污泥的处理越来越受到重视。在众多的污泥处理技术中，需要将湿污泥加热到较高温度，如一种污泥湿式氧化处理工艺，需要将污泥加热到150℃-370℃，湿污泥在高温高压的反应器中反应后再降温滤水等处理。在湿污泥的加热和降温过程中，需要最大程度的将经反应器后高温污泥的热量回收以加热进入反应器前的污泥等，以达到节能而降低运行费用等目的。目前的湿污泥换热器主要有多段管壳式换热器、套管式换热器和板式换热器，但由于湿污泥的高粘性、易粘结性、易沉淀分层和剪切变稀等特性，普遍存在污泥沉积和粘结在换热壁面，甚至因污泥沉积和粘结换热壁面而导致堵塞流道，以及由于污泥沉积和粘接换热壁面导致换热性能很差和换热性能较快明显下降，输送流动阻力大和输送功耗大等问题。尽管污泥预处置工艺中设置了杂物过滤工艺，但依然不可避免有部分杂物残留在污泥中，如毛发、塑料袋、编织袋、树枝、树叶等，这些杂物特别是纤维类杂物还是很容易堵塞换热器流道。

对于污泥多段管壳式换热器，在管程内的多个换热管内的污泥流速十分不均，甚至只有少数的换热管内有污泥流过而大多数换热管内污泥极低速或者不流动、污泥逐渐粘结换热管表面甚至堵塞部分换热管，严重时堵塞换热器。此外，即使污泥正常流速流过的换热表面的换热性能也很差，并在运行过程中换热性能也因为污垢粘结换热管壁面等因素很快会下降，而且输送污泥的阻力不断增加甚至经常出现堵塞使得整个污泥处理装置不得不停运。相对于管程，在其壳程内由于存在折流涡区，污泥流动更为不均匀，污泥更容易沉积和堵塞，换热性能更差。特别是对于反应前的污泥，其无论是换热性能还是流动性能均特别差，其污泥偏流、沉积、粘结、堵塞的现象十分严重。另外，污泥中的部分杂物，如头发、塑料袋、编织袋等，这些杂物特别是纤维类杂物很容易堵塞在换热管的端头，严重时堵塞换热管导致污泥不能流过换热管甚至堵塞整个换热器。因此，采用管壳式换热器难以实现泥-泥稳定换热，而采用反应后的污泥与水等工艺介质换热也很不稳定而且换热性能很差。

对于污泥套管式换热器，相比于污泥多段管壳式换热器，无论是套管内和套管间的污泥流速的均匀性得到了一定的改善，但依然均存在明显的不均匀流动，很容易产生污泥分层流动、沉积、粘结换热管壁面等现象。在运行过程中，无论是套管间还是套管内，很快就会出现污泥分层流动、底部大量沉积、半管流动，直至堵塞换热管的现象，换热器换热性能也比较差，而且污泥输送的流动阻力也特别大，导致污泥输送的功耗也比较大。此外，套管间的污泥流动性较差也非常容易堵塞，换热器换热性能也比较差，而且污泥输送的流动阻力也特别大，导致污泥输送的功耗也比较大。另外，为了强化换热，可在套管换热器内设置扰流强化换热件(如扭带等)，污泥中的部分杂物特别是纤维类杂物很容易堵塞在设置的扰流件上，严重时甚至堵塞整个换热器。此外，由于套管式结构的原因，污泥套管式换热器占地特别大，建造成本高，甚至有些情况无法进行设备布置等。

对于污泥板式换热器，尽管一般采用宽流道设计，结构也相对紧凑，但上述污泥沉积、粘结甚至堵塞以及换热性能差等问题同样存在，特别是污泥中的杂物非常容易堵塞板式换热器。

综上，由于湿污泥的高粘性、易粘结性、易沉积分层和剪切变稀等特性，以及污泥中存在部分杂物特别是纤维类杂物，现有污泥换热器普遍存在污泥偏流、沉积、粘结、堵塞、换热性能很差和换热性能较快明显下降的问题，以及污泥输送流动阻力大和泵送功耗大的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种套管式换热单元，所述套管式换热单元能够有效地改善污泥在换热单元中的流动和换热状态，有效地防止污泥偏流和沉积，有效地减缓污泥粘结换热表面，有效地消除污泥以及污泥中的杂物堵塞换热流道的现象，从而显著提高换单元的换热性能和长周期运行可靠性，并有效降低污泥输送流阻和功耗。

本发明还旨在提出一种无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器。所述无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器可以获得显著的节能经济效益和环保社会效益。

根据本发明实施例的套管式换热单元，包括：套内管，所述套内管内限定出用于流通换热介质的内腔，所述内腔具有套内管进口和套内管出口，所述套内管上设有安装槽孔；套外管，所述套外管外套在所述套内管上，所述套外管与所述套内管之间限定出用于流通另一种换热介质的外腔，所述外腔与所述内腔相隔离，所述外腔具有套外管进口和套外管出口；斜置强化件，所述斜置强化件配合在安装槽孔上，所述斜置强化件的一部分伸入到所述内腔中且一部分伸入到所述外腔。

根据本发明实施例的套管式换热单元，由于设有部分位于内腔，部分位于外腔的斜置强化件，使得套管式换热单元内的内流和外流所产生无堵塞穿透混合旋流，使得流体不会产生偏流、沉积、粘接和堵塞现象，同时现显著强化了换热过程，从而实现了内流与外流的稳定高效换热，而且在强化换热的同时降低了流体的流动阻力，降低了污泥输送功耗，从而可以获得显著的热量回收、降低了污泥加热能耗，消除了污泥以及污泥中的杂物堵塞换热流道的现象。

在一些实施例中，所述斜置强化件在沿所述套内管的轴向方向上朝向所述套内管的周向一侧延伸设置，所述斜置强化件在所述内腔内部分的轴向两侧设有倒角和/或圆角，所述斜置强化件在所述外腔内部分的轴向两侧设有倒角和/或圆角。

在一些实施例中，所述斜置强化件在所述外腔内部分的倒角角度为Co，Co满足关系式：Co≤60°；所述斜置强化件在所述内腔内部分的倒角角度为Ci，Ci满足关系式：Ci≤60°。

在一些实施例中，所述套内管的外壁上焊接连接有附壁强化件。

在一些实施例中，所述斜置强化件的伸入所述外腔部分的径向尺寸为ho,ho满足关系式：0.75*E≥ho≥0.25*E，E为外腔的平均厚度。

在一些实施例中，所述斜置强化件的位于所述内腔部分的径向尺寸为hi，hi满足关系式：0.75*R≥hi≥0.25*R，R为内腔的半径。

根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器，包括：前文所述的套管式换热单元以及，用于对所述套管式换热单元进行保温的保温件。

在一些实施中，所述的无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器，还包括：外壳，所述套管式换热单元设在所述外壳内，所述保温件填充在所述外壳内，所述套管套换热单元设在所述保温件内。

在一些实施例中，所述套管式换热单元为多个，多个所述套管式换热单元依次首尾相连，其中，多个所述套管式换热单元的所述套内管通过套内管连接件依次连通，多个所述套管式换热单元的所述套外管通过套外管连接件依次连通。

在一些可选的实施例中，多个所述套管式换热单元沿蜿蜒方向依次排布。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种套管式换热单元的结构示意图；

图3是图2中套管式换热单元的横截面剖视结构示意图；

图4是图2中套内管与斜置强化件连接的三维结构示意图；

图5是图4中斜置强化件三维结构示意图；

图6是图4中斜置强化件的螺旋展开结构示意图；

图7是图4中斜置强化件与套内管焊接剖面结构示意图。

图8是根据本发明实施例的另一种套管式换热单元的结构示意图；

图9是图8中套管式强化换热单元组件的横截面剖视结构示意图；

图10是图8中套管式换热单元局部剖视的三维结构示意图；

图11是图8中斜置强化件结构示意图；

图12是根据本发明实施例的又一种套管式强化换热单元组件的横截面剖视结构示意图；

图13是图12中斜置强化件结构示意图；

图14是本发明又一种斜置强化件结构示意图；

图15是本发明一个实施例套内管的结构示意图。

附图标记：

100：无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器100；

1：套管式换热单元；

11：套内管；12：套外管；13：斜置强化件；14：附壁强化件；15：套内管进口；16：套内管出口；17：套外管进口；18：套外管出口；19：端管板；

2：套内管进出口接管；21：套内管进口接管；22：套内管出口接管；

3：套外管进出口接管；31：套外管进口接管；32：套外管出口接管；

4：换热单元间连接件；41：套内管连接件；42：套外管连接件；

5：外壳；6保温件；N：内腔；J：外腔。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图15描述根据本发明实施例的套管式换热单元1组件的具体结构。

如图2-图4、图8-图10、图12所示，根据本发明实施例的套管式换热单元1包括套内管11、套外管12和斜置强化件13。套内管11内限定出用于流通污泥的内腔N，内腔N具有套内管进口15和套内管出口16，套内管11上设有安装槽孔。套外管12外套在套内管11上，套外管12与套内管11之间限定出用于流通污泥的外腔J，外腔J与内腔N相隔离，外腔J具有套外管进口17和套外管出口18。斜置强化件13配合在安装槽孔上，斜置强化件13的一部分伸入到内腔N中且一部分伸入到外腔J。

可以理解的是，斜置强化的一部分伸入到内腔N中，使得流过内腔N的流体(以下简称“内流”)产生无堵塞穿透混合旋流，斜置强化件13的一部分伸入到外腔J中，使得流过外腔J的流体(以下简称“外流”)产生无堵塞穿透混合旋流。套管式换热单元1内的内流和外流所产生的这种无堵塞穿透混合旋流，使得流体不会产生偏流、沉积、粘接和堵塞现象，同时现显著强化了换热过程，从而实现了内流与外流的稳定高效换热，而且在强化换热的同时降低了流体的流动阻力，降低了污泥输送功耗，从而可以获得显著的热量回收、降低了污泥加热能耗，消除了污泥以及污泥中的杂物堵塞换热流道的现象。所述的“无堵塞穿透混合旋流”是指强烈的穿透至流体中心区域的混合和旋流。由于污泥的高粘性和高易粘接性，只有形成这种“强烈的穿透至流体中心区域的混合和旋流”才能使得污泥不易产生沉积和粘接，也同时显著强化换热过程。当换热流体为泥-泥时，套管式换热单元1内的内流和外流所产生的这种“无堵塞穿透混合旋流”可使得换热流体不会产生偏流、沉积、粘结和堵塞现象，相比于常规的套管式换热单元1，运行初期(1周左右)泥-泥换热可以增强1倍以上，而实现相同泥-泥换热负荷的流动阻力可降低50％以上。

根据本发明实施例的套管式换热单元1，由于设有部分位于内腔N，部分位于外腔J的斜置强化件13，使得套管式换热单元1内的内流和外流所产生无堵塞穿透混合旋流，使得流体不会产生偏流、沉积、粘接和堵塞现象，同时现显著强化了换热过程，从而实现了内流与外流的稳定高效换热，而且在强化换热的同时降低了流体的流动阻力，降低了污泥输送功耗，从而可以获得显著的热量回收、降低了污泥加热能耗，消除了污泥以及污泥中的杂物堵塞换热流道的现象。

需要说明的是，在本发明的一些实施例中，斜置强化件13为多个，且斜置强化件13通过焊接连接在安装槽孔内，由此保证了套管式换热单元1的内腔N和外腔J不被安装槽孔连接，从而保证了内腔N与外腔J的中的流体不会混合。

在一些实施例中，如图4-图15所示，斜置强化件13在沿套内管11的轴向方向上朝向套内管11的周向一侧延伸设置，斜置强化件13在内腔N内部分的轴向两侧设有倒角和/或圆角，斜置强化件13在外腔J内部分的轴向两侧设有倒角和/或圆角，如图4-图6和图9-图11为倒角，如图12-图13为圆角，如图14为倒角和圆角。可以理解的是，斜置强化件13设置为沿套内管11的轴向方向上朝向套内管11的周向一侧延伸，从而可以使得内腔N和外腔J中的换热介质产生强烈的无堵塞穿透混合旋流，这样使得换热介质不容易沉积、粘接换热表面，显著地强化了套管式换热单元1的换热效果。此外，由于斜置强化件13在内腔N内及外腔J内部分的轴向两端均设有倒角和/或圆角，使得换热介质中的杂物不被挂卡在斜置强化件13的前缘以成成阻塞源，使得换热介质顺利地从内腔N及外腔J中流过，从而实现套管式换热单元1具有换热介质的畅通无阻塞的特性。

具体地，如图6、图11、图14所示，斜置强化件13在外腔J内部分的倒角角度为Co，Co满足关系式：Co≤60°；斜置强化件13在内腔N内部分的倒角角度为Ci，Ci满足关系式：Ci≤60°。可以理解的是，斜置强化件13的倒角角度较大容易使得换热介质中的杂物挂卡在斜置强化件13的端部而形成堵塞源，并且提高了斜置强化件13装配到安装槽孔上的难度。因此，将斜置强化件13的倒角角度设置为小于60°，既有利于换热流体中的杂物通过内腔N及外腔J，还降低了斜置强化件13装配到安装槽孔的装配难度。

在本发明实施例中，斜置强化件13的形状可以有多种。例如，如图2-图7所示，斜置强化件13形成为扭曲板状结构，与之对应的套内管11上的安装槽孔形成为螺旋槽孔。又例如，如图8-图14所示，斜置强化件13形成为平板状结构，与之对应的套内管11上的安装槽孔形成为倾斜槽孔。需要说明的是，二者在换热性能和防堵性能上差异不大，但是前者的流体流动阻力较小，后者的加工制造工艺较为简单。当然，上述两种结构仅是对斜置强化件13的示意说明，并不是对斜置强化件13的结构做出具体限定。

需要额外说明的是，为了获得优良的综合换热性能和合适的流动阻力以及优良的防堵性能，斜置强化件13与套内管11的轴线的螺旋角或者倾斜角不宜过大也不宜过小，一情况下，斜置强化件倾斜角A的范围为20度至60度。具体的，图2-图7中的斜置强化件倾斜角A为大约30度。图8至图11中的斜置强化件倾斜角A为大约45度。图12、图13中的斜置强化件倾斜角A为大约30度

在一些实施例中，如图11所示，套内管11的外壁上焊接连接有附壁强化件14。由此可以增强外腔J内的流体的扰流特性，进一步地强化了内腔N与外腔J流体之间的换热。

具体地，附壁强化件14为两端倒角的片状结构。附壁强化件14的径向尺寸不大于外腔J厚度的0.75倍，且附壁强化件14的倒角角度不大于60°由此进一步增强外腔J内的流体的扰流特性，进一步地强化了内腔N与外腔J流体之间的换热。

在一些实施例中，如图6、图7、图11、图13和图14所示，斜置强化件13的伸入外腔J部分的径向尺寸为ho,ho满足关系式：0.75*E≥ho≥0.25*E，E为外腔J的平均厚度。可以理解的是，斜置强化件13的伸入外腔J部分的径向尺寸为ho较小，外腔J中流动的换热介质穿透旋转的扰流混合特性较差，难以获得强烈的穿透混合旋流流动，因而抗沉积、粘接等性能差，即其无堵塞特性较差，同时其强化换热效果也较差；斜置强化件13的伸入外腔J部分的径向尺寸为ho较大，则外腔J中供杂物从中流过的空间较小，有可能导致外腔J被杂物堵塞。因此，斜置强化件13的伸入外腔J部分的径向尺寸为ho满足关系式：0.75*E≥ho≥0.25*E，既能保证外腔J不易被杂物堵塞，且具有较好的强化换热效果。所述的“穿透混合旋流”是指强烈的穿透至流体中心区域的混合和旋流。由于污泥的高粘性和高易粘接性，只有形成这种“强烈的穿透至流体中心区域的混合和旋流”才能使得污泥不易产生沉积和粘接，也同时显著强化换热过程。

在一些实施例中，如图6、图7、图11和图13所示，斜置强化件13的位于内腔N部分的径向尺寸为hi，hi满足关系式：0.75*R≥hi≥0.25*R，R为内腔N的半径。可以理解的是，斜置强化件13的位于内腔N部分的径向尺寸为hi较小，内腔N中流动的换热介质的扰流特性较差，难以获得强烈的穿透混合旋流特性，因而抗沉积、粘接等性能差，即其无堵塞特性较差，同时其强化换热效果也较差，斜置强化件13的位于内腔N部分的径向尺寸为hi较大，则内腔N中供杂物从中流过的空间较小，有可能导致内腔N被杂物堵塞。因此，斜置强化件13的位于内腔N部分的径向尺寸为hi满足关系式0.75*R≥hi≥0.25*R，既能保证内腔N不易被杂物堵塞，且具有较好的强化换热效果。

在一些实施例中，如图2和图8所示，套管式换热单元1还包括端管板19，端管板19配合在套外管12的轴向两端用于支撑套内管11，且端管板19分别与套内管11和套外管12焊接连接。由此，可以提高套内管11的稳定性，并且保证内腔N和外腔J相隔离。在某些情况下为了提供内管的刚性，还可以在套管间设置套管内支撑件，如图2和图8所示(未标出件号)。当然，端管板19和套内管11及套外管12的连接方式还可以是胀接、铆接、螺栓连接等等。

下面参考图2-图15描述本发明一个具体实施例的套管式换热单元1的具体结构。

如图2-图4、及图8-图12所示，本实施例的套管式换热单元1包括套内管11、套外管12、斜置强化件13。套内管11内限定出用于流通污泥的内腔N，内腔N具有套内管进口15和套内管出口16，套内管11上设有安装槽孔。套外管12外套在套内管11上，套外管12与套内管11之间限定出用于流通污泥的外腔J，外腔J与内腔N相隔离，外腔J具有套外管进口17和套外管出口18。斜置强化件13配合在安装槽孔上，斜置强化件13的一部分伸入到内腔N中且一部分伸入到外腔J。

如图4、图10所示，斜置强化件13在沿套内管11的轴向方向上朝向套内管11的周向一侧延伸设置，斜置强化件倾斜角A的范围为20度至60度；斜置强化件13在内腔N内部分的轴向两侧和在外腔J内部分的轴向两侧设置倒角和/或圆角，斜置强化件13在内腔N内部分的轴向两侧的倒角Ci满足关系式：Ci≤60°，斜置强化件13在外腔J内部分的轴向两侧的倒角Co满足关系式：Co≤60°。

如图6-图7所示，斜置强化件13的伸入外腔J部分的径向尺寸为ho,ho满足关系式：0.75*E≥ho≥0.25*E，E为外腔J的平均厚度。斜置强化件13的位于内腔N部分的径向尺寸为hi，hi满足关系式：0.75*R≥hi≥0.25*R，R为内腔N的半径。

本实施例的斜置强化件13可以有多种类型：

示例1：如图4所示，斜置强化件13形成为扭曲板状结构且螺旋角为30°，斜置强化件13的伸入外腔J部分的径向尺寸与外腔J厚度比为0.4，斜置强化件13的伸入内腔N部分的径向尺寸与内管内径的比为0.3，斜置强化件13的倒角角度为30°。

示例2：如图9-图11所示，斜置强化件13形成为平板状结构且倾斜角为45°，斜置强化件13的伸入外腔J部分的径向尺寸与外腔J厚度比为0.5，斜置强化件13的伸入内腔N部分的径向尺寸与内管内径的比为0.4，斜置强化件13的倒角角度为30°。

示例3：如图12、图13所示，斜置强化件13形成为平板状结构且倾斜角为30°，斜置强化件13的伸入外腔J部分的径向尺寸与外腔J厚度比为0.6，斜置强化件13的伸入内腔N部分的径向尺寸与内管内径的比为0.5，斜置强化件13的两端圆角。本示例的斜置强化件13为椭行平板状结构，为一种特殊形式的圆角的平板状结构。

示例4：如图14所示，斜置强化件13形成为平板状结构，斜置强化件13的伸入外腔J部分的径向尺寸与外腔J厚度比为0.6，斜置强化件13的伸入内腔N部分的径向尺寸与内管内径的比为0.5，斜置强化件13的两端倒角和圆角。

本实施例的套管式换热单元1由于设有部分位于内腔N，部分位于外腔J的斜置强化件13,不仅使得内腔N内的换热流体和外腔J的换热流体产生了强烈的穿透性的混合旋流，使得换热介质不容易沉积、粘接换热表面，显著强化了换热效果，避免了由于流体沉积、粘结而形成堵塞现象。此外，由于斜置强化件13的位于内腔N部分的径向尺寸为hi满足关系式0.75*R≥hi≥0.25*R、斜置强化件13的伸入外腔J部分的径向尺寸为ho满足关系式：0.75*E≥ho≥0.25*E以及斜置强化件13轴向两端设有不大于60°的倒角，保证了换热介质中的杂物不被挂卡在扭曲板前缘而形成堵塞源且顺利地从内腔N和外腔J中流过，从而实现换热介质的杂物畅通无堵塞特性。

综上所述，本实施例的套管式换热单元1具有换热介质不容易沉积、粘接换热表面的特性和无堵塞特性，可以实现污泥与污泥的稳定且高效换热，在显著强化传热的同时其流动阻力还比较小，显著降低污泥泵送功耗，而且还可以获得显著的热量回收和降低污泥加热能耗，获得显著的节能经济效益和环保效益。

根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器100，包括：前文的套管式换热单元1以及，用于对套管式换热单元1进行保温的保温件6。

可以理解的是，对于污泥-污泥换热，如果采用常规的套管式换热器，很容易产生污泥分层流动、沉积、粘结换热管壁面、甚至堵塞换热管的现象，且常规的套管式换热器的换热性能较差甚至几乎不能实现稳定换热。此外，由于流体沉积、粘结等因素造成流动阻力大，且由于换热性能差，需要的换热面积较大和污泥的流程长，由此，使得流体的流动阻力进一步增大，最终导致输送流体功耗特别大。不仅如此，采用常规的套管式换热器实现污泥-污泥换热，由于换热性能特别差以及套管式结构不紧凑的原因，换热器占地和成本都特别大，甚至有些情况无法进行设备布置等。也就是说，现有常规的套管式换热器，都难以实现污泥-污泥长周期稳定换热，更谈不上高效换热，其流动阻力也特别大，而且在运行过程中换热不断降低而流动阻力不断增加。相比于常规的套管式换热器，本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流式高效套管式换热器，由于采用了前文所述的“斜置强化件13”，使得内腔N内的换热流体和外腔J内的换热流体产生了“无堵塞穿透混合旋流”，使得流体不会产生偏流、沉积、粘结现象，解决了因污泥沉积粘结而形成的堵塞以及污泥中的杂物形成的堵塞的这一污泥输送和换热的难题，也同时显著地强化了换热过程，从而可以实现污泥与污泥的稳定且高效换热，而且在强化传热的同时其流动阻力还比较小，降低了污泥输送功耗，从而可以获得显著的热量回收和降低污泥加热能耗，以及显著降低污泥泵送功耗，获得显著的节能经济效益和环保效益。

根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器100能够强化换热过程，实现了污泥与污泥间的长周期稳定、高效换热，可有效防止污泥、沉积粘接和堵塞，并且在强化传热的同时还降低了污泥的流动阻力，降低了污泥输送功耗。由此，本发明实施例的旋流高效套管换热器不但可以获得显著的热量回收和降低污泥加热能耗、显著地降低污泥泵送功耗，还可以获得显著的节能经济效益和环保效益。

在一些实施例中，无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器100还包括外壳5，套管式换热单元1设在外壳5内，保温件6填充在外壳5内。由此，可以降低旋流高效套管式换热器的热量损失。

在一些实施例中，套管式换热单元1组件为多个，多个套管式换热单元1组件依次首尾相连。多个套管式换热单元1的套内管11通过套内管连接件41依次连通，多个套管式换热单元1的套外管12通过套外管连接件42依次连通。

可以理解的是，单个套管式换热单元1的换热量有限，因此为了实现大功率的热交换，需要将多个套管式换热单元1连接以实现紧凑布置。如图所示，套管式换热单元1之间由换热单元间连接件连接，换热单元间连接件包括套内管连接件41和套外管连接件42。为了便于结构设计等，通常是将多个套管式换热单元1的内腔N连接成为一个总的套管内流体流动空间，套管内流体流动空间内流动有一种换热介质；而多个套管式换热单元1的外腔J连接成为一个总的套管间流体流动空间，套管间流体流动空间内流动有另一种换热介质。套内管连接件41和套外管连接件42的结构形式可以是法兰连接、焊接、螺纹连接或者快接等。由于通常为高温高压，有利地，连接形式法兰连接和/或焊接。在某些情况下，套外管连接件42可以直接采用焊接方式连接。

具体地，多个套管式换热单元1沿蜿蜒方向依次排布。这里需要说明的是，蜿蜒方向依次排布的方案可以是单排反复折回排布，也可以是多排阵列反复折回排布。在此不对蜿蜒方向依次排布的方案做出具体限制，由此可以使得旋流高效套管式换热器的结构更为紧凑，降低了建造成本。

下面参考图1描述本发明一个具体实施例的旋流高效套管式换热器100。

如图1所示，本实施例的无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器100包括外壳5、多个前文所述的套管式换热单元1和用于对套管式换热单元1进行保温的保温件6。套管式换热单元1设在外壳5内，保温件6填充在外壳5内，套管式换热单元1设在保温件6内。套管式换热单元1的结构已在前文做出详细描述在此不再赘述。

如图1所示，多个套管式换热单元1沿蜿蜒方向依次排布。相邻的套管式换热单元1之间由换热单元间连接件连接，换热单元间连接件包括套内管连接件41和套外管连接件42。

如图1所示，位于最上方和最下方的套管式换热单元1分别连接有套内管进出口接管2和套外管进出口接管3。具体而言，位于最上方的套内管进口15处连接有套内管进口接管21，套外管出口18处连接有套外管出口接管32；位于最下方的套内管出口16处连接有套内管出口接管22，位于最下方的套管式换热单元1的套外管进口17处连接有套外管进口接管31。由此，实现了内腔N与外腔J中的流体沿相反的方向流动，提高了无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器100的换热效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种套管式换热单元，其特征在于，包括：

套内管，所述套内管内限定出用于流通换热介质的内腔，所述内腔具有套内管进口和套内管出口，所述套内管上设有安装槽孔；

套外管，所述套外管外套在所述套内管上，所述套外管与所述套内管之间限定出用于流通另外一种换热介质的外腔，所述外腔与所述内腔相隔离，所述外腔具有套外管进口和套外管出口，所述内腔和所述外腔内的所述换热介质均为污泥；

斜置强化件，所述斜置强化件配合在安装槽孔上，所述斜置强化件的一部分伸入到所述内腔中且一部分伸入到所述外腔，所述斜置强化件为与所述套内管的轴向呈夹角设置的扭曲板状实体结构或平板状实体结构。

2.根据权利要求1所述的套管式换热单元，其特征在于，所述斜置强化件在所述内腔内部分的轴向两侧设有倒角和/或圆角，所述斜置强化件在所述外腔内部分的轴向两侧设有倒角和/或圆角。

3.根据权利要求1所述的套管式换热单元，其特征在于，所述套内管的外壁上焊接连接有附壁强化件。

4.根据权利要求1所述的套管式换热单元，其特征在于，所述斜置强化件的伸入所述外腔部分的径向尺寸为ho,ho满足关系式：0.75*E≥ho≥0.25*E，E为外腔的平均厚度。

5.根据权利要求1所述的套管式换热单元，其特征在于，所述斜置强化件的位于所述内腔部分的径向尺寸为hi，hi满足关系式：0.75*R≥hi≥0.25*R，R为内腔的半径。

6.根据权利要求2所述的套管式换热单元，其特征在于，所述斜置强化件在所述外腔内部分的倒角角度为Co，Co满足关系式：Co≤60°；所述斜置强化件在所述内腔内部分的倒角角度为Ci，Ci满足关系式：Ci≤60°。

7.一种无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器，其特征在于，包括：根据权利要求1-6中任一项所述的套管式换热单元以及，用于对所述套管式换热单元进行保温的保温件。

8.根据权利要求7所述的无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器，其特征在于，还包括：外壳，所述套管式换热单元设在所述外壳内，所述保温件填充在所述外壳内，所述套管套换热单元设在所述保温件内。

9.根据权利要求7所述的无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器，其特征在于，所述套管式换热单元为多个，多个所述套管式换热单元依次首尾相连，其中，多个所述套管式换热单元的所述套内管通过套内管连接件依次连通，多个所述套管式换热单元的所述套外管通过套外管连接件依次连通。

10.根据权利要求9所述的无堵塞穿透混合旋流高效套管式换热器，其特征在于，多个所述套管式换热单元沿蜿蜒方向依次排布。

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