CN109269331A - 一种二段式热管旋流换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种二段式热管旋流换热器，包括：壳体，在壳体内设置有隔板，隔板将壳体内部分隔成两列相对独立的冷流体流道与热流体流道，在冷流体流道的进口设有口径顺着流体流动方向逐渐增大的冷流体进喇叭口，在冷流体流道的出口设有口径顺着流体流动方向逐渐减小的冷流体出喇叭口，在热流体流道的进口设有口径顺着流体流动方向逐渐增大的热流体进喇叭口，在热流体流道的出口设有口径顺着流体流动方向逐渐减小的热流体出喇叭口，在隔板上沿流体流动方向依次设置有若干由热管组成的换热单元，每根热管的蒸发段位于热流体流道中，每根热管的冷凝段位于位于冷流体流道中。本发明具有换热效率高、适应温度广的优点。
Description
技术领域
本发明涉及节能减排烟气处理用换热器技术领域，具体涉及一种二段式热管旋流换热器。
背景技术
目前，我国大气污染问题十分严峻，灰霾、光化学烟雾和酸雨等复合型大气污染问题仍较突出。加大对大气环境的综合整治力度刻不容缓，国家陆续出台节能减排政策，强化了对燃煤电厂、燃煤工业锅炉等重点行业对大气污染物的控制，并将烟气脱白列入了治理日程。全国多个省市相继提出“锅炉应采取烟温控制及其他有效措施消除石膏雨、有色烟羽等现象”的要求。
白烟，是指在电力、石油化工、垃圾焚烧等行业的燃烧加热工艺后段，经过脱硫后，进入烟囱排放到大气环境中去时温度急剧降低，从90~110℃降到50℃左右，烟气含水量急剧增加，基本达到饱和状态且含有大量小液滴，这样的湿烟气经传统烟囱直接排放到大气中，在烟囱出口处和环境低温空气相遇，就会迅速降到露点以下冷凝，产生大量雾滴，产生视觉上的烟囱“冒白烟”现象，白烟会对周围居民生活造成困扰，影响环境感观，严重的还会在烟囱周边一定范围内形成“烟囱雨”、“石膏雨”污染环境。
要消除烟雨，就要改善烟气排放的温度和湿度，使烟气在环境空气中扩散过程中始终不会变为饱和状态，湿烟气中的水蒸气不会凝结、析出。降温减湿、冷凝除水、加热烟气升温是烟气消白最有效的工艺路径，大型高效换热器是必备设备之一。但是目前所使用的换热器均存在低温烟气换热效率低的缺点。
目前市场有一种超导热体的高效传热元件，该高效传热远件称为热管，它是利用全封闭真空管内部工质的连续相变蒸发与凝结来完成热量的持续转移，自身并不产生热量，具有很高的导热性及良好的等温性，而且温度范围适应广。热管的结构包括：管体，管体的一端通过第一封头封闭，管体的另一端设置有第二封头，在第二封头的中心设置有注液排空孔，在液注排空孔处设置有排空接管，管体上被第一封头所封闭的一端为封头端，在管体内注有工质，管体上用以与热流体相接触的管段为蒸发段，管体上用以与冷流体相接触的管段为冷凝段。因而亟需发明一种利用热管传热技术且换热效率高的热管换热器。
发明内容
本发明的目的是提供一种换热效率高的二段式热管旋流换热器。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：所述的一种二段式热管旋流换热器，包括：壳体，在壳体内设置有隔板，隔板将壳体内部分隔成两列相对独立的冷流体流道与热流体流道，在冷流体流道的进口设置有口径顺着流体流动方向逐渐增大的冷流体进喇叭口，在冷流体流道的出口设置有口径顺着流体流动方向逐渐减小的冷流体出喇叭口，在热流体流道的进口设置有口径顺着流体流动方向逐渐增大的热流体进喇叭口，在热流体流道的出口设置有口径顺着流体流动方向逐渐减小的热流体出喇叭口，在隔板上沿流体流动方向依次设置有若干换热单元，每个换热单元由若干根安装于隔板上的热管组成，每个换热单元中的每根热管的蒸发段位于热流体流道中，，每个换热单元中的每根热管的冷凝段位于位于冷流体流道中。
进一步地，前述的一种二段式热管旋流换热器，其中：壳体为截面呈圆形的圆筒式壳体，隔板将壳体内部分隔成上下两列截面大小不一的冷流体流道与热流体流道，并且冷流体流道的进口与热流体流道的出口位于同侧，冷流体流道的出口与热流体流道的进口位于同侧。
进一步地，前述的一种二段式热管旋流换热器，其中：在每根热管与隔板相接触的部位的外部分别套设有保护套管，热管通过保护套管与隔板相固定。
进一步地，前述的一种二段式热管旋流换热器，其中：在每根热管的封头端对应的壳体内壁上分别设置有一个用以定位热管的定位圆钢，定位圆钢与对应热管的封头端通过点焊焊接方式进行固定。
进一步地，前述的一种二段式热管旋流换热器，其中：每根热管呈倾斜状安装于隔板上。
进一步地，前述的一种二段式热管旋流换热器，其中：相邻换热单元之间留有一定间距。
进一步地，前述的一种二段式热管旋流换热器，其中：在热流体流道的进口处还设置有筛网。
进一步地，前述的一种二段式热管旋流换热器，其中：在热流体进喇叭口的进口、热流体出喇叭口的出口、冷流体进喇叭口的进口、冷流体出喇叭口的出口处分别设置有管道补偿器。
进一步地，前述的一种二段式热管旋流换热器，其中：在热流体流道的侧壁上设置有若干检查孔与清洗孔。
进一步地，前述的一种二段式热管旋流换热器，其中：在壳体的外壁上沿其长度方向依次间隔设置有若干加强角钢，每根加强角钢的两侧分别与冷流体流道的外壁及热流体流道的外壁相固定；在每个喇叭口与壳体的连接处分别扣搭有若干V形加强板，V形加强板的两个连接臂分别与对应的喇叭口内壁及壳体内壁相固定；位于同侧的热流体进喇叭口与冷流体出喇叭口之间、以及位于同侧的热流体出喇叭口与冷流体进喇叭口之间分别连接有若干补偿固定板。
通过上述技术方案的实施，本发明的有益效果是：
（1）热管换热器通过隔板使冷热流体完全分开，在运行过程中当单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时，也只是单根热管失效，而不会发生冷热流体的掺杂，安全可靠性高，可适用于易燃、易爆、腐蚀等流体的换热场合；
（2）热管换热器的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的实现冷、热流体的完全逆流换热；同时冷热流体均在热管外流动，由于热管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数，用于温度较低的热能的回收非常经济；
（3）对于含尘量较高的流体，利用在进口中处设置的筛网可以解决换热器的磨损堵灰问题；
（4）对于带有腐蚀性的烟气的余热回收时，可以通过调整热管冷凝段与蒸发段的传热面积来调整热管管壁温度，使热管尽可能避开最大的腐蚀区域，热管换热器耐低温腐蚀性能好，在同样烟气温度条件下，壁温较高，结构紧凑、体积小、重量轻，烟气侧阻力小；
（5）热管斜置在有限的空间最大限度利用热管容积，进一步提高传热效率；
（6）换热效率高，结构稳定性好，使用寿命长，使用安全性高；
（7）此结构热管换热器占地面积小，适应温度广，可广泛用于大流量流体余热回收，还可根据需要冷却、加热各种不同的流体。
附图说明
图1为本发明所述的一种二段式热管旋流换热器的结构示意图。
图2为图1的左视方向的结构示意图。
图3为图1中所示的A-A剖面的结构示意图。
图4为图1中所示的B-B剖面的结构示意图。
图5为图1中所示的C-C剖面的结构示意图。
图6为图3中所示的H部位的放大示意图。
图7为图3中所示的F部位的放大示意图。
图8为图4中所示的G部位的放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，所述的一种二段式热管旋流换热器，包括：壳体1，在壳体1内设置有隔板2，隔板2将壳体1内部分隔成上下两列相对独立的冷流体流道3与热流体流道4，在冷流体流道3的进口设置有口径顺着流体流动方向逐渐增大的冷流体进喇叭口5，在冷流体流道3的出口设置有口径顺着流体流动方向逐渐减小的冷流体出喇叭口6，在热流体流道4的进口设置有口径顺着流体流动方向逐渐增大的热流体进喇叭口7，在热流体流道4的出口设置有口径顺着流体流动方向逐渐减小的热流体出喇叭口8，在隔板2上沿流体流动方向依次设置有若干换热单元，每个换热单元由若干根安装于隔板2上的热管9组成，每个换热单元中的每根热管9的蒸发段位于热流体流道4中，每个换热单元中的每根热管9的的冷凝段位于位于冷流体流道3中，当流体经过冷流体进喇叭口5与热流体进喇叭口7分别通过对应流道时，流体的流速会减缓，从而延长冷流体流道3内的流体与热流体流道4内的流体之间的换热时间，使冷流体流道3内的流体与热流体流道4内的流体能充分换热，进而提高换热效率；当各流道内经过换热后的流体经过对应的冷流体出喇叭口6与热流体出喇叭口8时，流体的流速会加快，使得换热后的流体能快速排出换热器，进一步提高换热效率；
在本实施例中，壳体1为截面呈圆形的圆筒式壳体，隔板2将壳体1内部分隔成上下两列截面大小不一的冷流体流道3与热流体流道4，通过调节冷流体流道3与热流体流道4的截面面积，来调整热管冷凝段与蒸发段的传热面积，使冷流体与热流体能充分换热；并且冷流体流道3的进口与热流体流道4的出口位于同侧，冷流体流道3的出口与热流体流道4的进口位于同侧，这样冷流体流道3内的冷流体与热流体流道4内的热流体呈逆流方式进行换热，换热更充分；
在本实施例中，在每根热管9与隔板2相接触的部位的外部分别套设有保护套管10，热管9通过保护套管10与隔板2相固定，这样不仅可以更好地保护热管，延长热管的使用寿命，进而延长换热器整体的使用寿命，而且由于热管的中段通过保护套管与隔板相固定，热管的两端可以自由膨胀，使得热管的膨胀不会对换热器整体造成产生损害，进一步延长了换热器整体的使用寿命；在本实施例中，在每根热管9的封头端对应的壳体1内壁上分别设置有一个用以定位热管9的定位圆钢11，定位圆钢11与对应热管9的封头端通过点焊焊接方式进行固定，这样可以避免热管在运行过程中受流体影响而发生振动，进而防止因热管振动而使隔板密封破坏情况的发生；
在本实施施例中，每根热管9呈倾斜状安装于隔板2上，这种热管斜置方式，可以加长热管的有效长度，提高换热效率；在本实施例中，相邻换热单元之间留有一定间距，通过采用间隔式布置换热单元，能使流体在流道内流动时更有节奏，进一步提高换热效率；
在本实施例中，在热流体流道3的进口处还设置有筛网12，这样可以阻挡热流体中的块状物杂质进入换热器内，从而防止因热流体内的块状物杂质进入换热器内而造成堵塞与冲击损坏热管情况的发生，进一步保护了换热器，延长了换热器整体的使用寿命；在本实施例中，在热流体进喇叭口7的进口、热流体出喇叭口8的出口、冷流体进喇叭口5的进口、冷流体出喇叭口6的出口处分别设置有管道补偿器13，这样可以更好地保护换热器整体，进一步延长换热器整体的使用寿命；在本实施例中，在热流体流道4的侧壁上设置有若干检查孔14与清洗孔15，通过检查孔14与清洗孔15可以方便对换热器进行维修；
在本实施例中，在壳体1的外壁上沿其长度方向依次间隔设置有若干加强角钢16，每根加强角钢16的两侧分别与冷流体流道3的外壁及热流体流道4的外壁相固定；在每个喇叭口与壳体1的连接处分别扣搭有若干V形加强板17，V形加强板17的两个连接臂分别与对应的喇叭口内壁及壳体1内壁相固定；位于同侧的热流体进喇叭口7与冷流体出喇叭口6之间、以及位于同侧的热流体出喇叭口8与冷流体进喇叭口5之间分别连接有若干补偿固定板18，通过加强角钢、V形加强板及补偿固定板可以有效增强换热器整体的强度，延长换热器的使用寿命；
在实际使用时，冷流体流道内流动的冷介质一般为冷水。
工作时，将高温烟气以一定的压力切向进入热流体进喇叭口7，使高温烟气从热流体进喇叭口7切向进入热流体流道4，在高温烟气通过热流体进喇叭口7的过程中，高温烟气的流速会变慢，同时将冷水也以一定的压力切向进入冷流体进喇叭口5，使冷水从冷流体进喇叭口5切向进入冷流体通道3，在冷水经过冷流体进喇叭口5的过程中，冷水的流速也会变慢；
在高温烟气经过热流体流道4的过程中，高温烟气在热流体流道4内会发生不规则旋流、并与热流体流道4内各热管9的蒸发段进行换热，热管蒸发段内的工质受热后将沸腾或蒸发，由液体变为蒸汽，产生的蒸汽在热管内微小压差的作用下，向上流到位于冷流体流道3中的热管冷凝段、并通过热管冷凝段的管壁与冷流体流道3内也发生不规则旋流的冷水进行换热，冷水经换热后温度变高，而热管冷凝段内的蒸汽经换热后会重新冷凝成液体，并在重力作用下向下回流到热管蒸发段，重新与热流体流道内的高温烟气进行换热蒸发，完成一次循环，通过热管内工质的不断重复蒸发与冷凝过程，从而实现热流体流道4内的高温烟气与冷流体流道3内的冷水之间的热量传递与交换；
高温烟气经热管换热后烟气温度变低并从热流体出喇叭口8排出，在烟气经过热流体出喇叭口8的过程中，烟气的流速会变快；而冷水经热管换热后会变成热水并从冷流体出喇叭口6排出，在热水经过冷流体出喇叭口8的过程中，热水的流速也会变快。
本发明的优点是：
（1）热管换热器通过隔板使冷热流体完全分开，在运行过程中当单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时，也只是单根热管失效，而不会发生冷热流体的掺杂，安全可靠性高，可适用于易燃、易爆、腐蚀等流体的换热场合；
（2）热管换热器的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的实现冷、热流体的完全逆流换热；同时冷热流体均在热管外流动，由于热管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数，用于温度较低的热能的回收非常经济；
（3）对于含尘量较高的流体，利用在进口中处设置的筛网可以解决换热器的磨损堵灰问题；
（4）对于带有腐蚀性的烟气的余热回收时，可以通过调节热管冷凝段与蒸发段的传热面积来调整热管管壁温度，使热管尽可能避开最大的腐蚀区域，热管换热器耐低温腐蚀性能好，在同样烟气温度条件下，壁温较高，结构紧凑、体积小、重量轻，烟气侧阻力小；
（5）热管斜置在有限的空间最大限度利用热管容积，进一步提高传热效率；
（6）换热效率高，结构稳定性好，使用寿命长，使用安全性高；
（7）此结构热管换热器占地面积小，适应温度广，可广泛用于大流量流体余热回收，还可根据需要冷却、加热各种不同的流体。
Claims (10)
1.一种二段式热管旋流换热器，包括：壳体，其特征在于：在壳体内设置有隔板，隔板将壳体内部分隔成两列相对独立的冷流体流道与热流体流道，在冷流体流道的进口设置有口径顺着流体流动方向逐渐增大的冷流体进喇叭口，在冷流体流道的出口设置有口径顺着流体流动方向逐渐减小的冷流体出喇叭口，在热流体流道的进口设置有口径顺着流体流动方向逐渐增大的热流体进喇叭口，在热流体流道的出口设置有口径顺着流体流动方向逐渐减小的热流体出喇叭口，在隔板上沿流体流动方向依次设置有若干换热单元，每个换热单元由若干根安装于隔板上的热管组成，每个换热单元中的每根热管的蒸发段位于热流体流道中，每个换热单元中的每根热管的冷凝段位于位于冷流体流道中。
2.根据权利要求1所述的一种二段式热管旋流换热器，其特征在于：壳体为截面呈圆形的圆筒式壳体，隔板将壳体内部分隔成上下两列截面大小不一的冷流体流道与热流体流道，并且冷流体流道的进口与热流体流道的出口位于同侧，冷流体流道的出口与热流体流道的进口位于同侧。
3.根据权利要求1或2所述的一种二段式热管旋流换热器，其特征在于：在每根热管与隔板相接触的部位的外部分别套设有保护套管，热管的中段通过保护套管与隔板密封焊接相固定。
4.根据权利要求3所述的一种二段式热管旋流换热器，其特征在于：在每根热管的封头端对应的壳体内壁上分别设置有一个用以定位热管的定位圆钢，定位圆钢与对应热管的封头端通过点焊焊接方式进行固定。
5.根据权利要求1所述的一种二段式热管旋流换热器，其特征在于：每根热管呈倾斜状安装于隔板上。
6.根据权利要求1所述的一种二段式热管旋流换热器，其特征在于：相邻换热单元之间留有一定间距。
7.根据权利要求1所述的一种二段式热管旋流换热器，其特征在于：在热流体流道的进口处还设置有筛网。
8.根据权利要求1所述的一种二段式热管旋流换热器，其特征在于：在热流体进喇叭口的进口、热流体出喇叭口的出口、冷流体进喇叭口的进口、冷流体出喇叭口的出口处分别设置有管道补偿器。
9.根据权利要求1所述的一种二段式热管旋流换热器，其特征在于：在热流体流道的侧壁上设置有若干检查孔与清洗孔。
10.根据权利要求2所述的一种二段式热管旋流换热器，其特征在于：在壳体的外壁上沿其长度方向依次间隔设置有若干加强角钢，每根加强角钢的两侧分别与冷流体流道的外壁及热流体流道的外壁相固定；在每个喇叭口与壳体的连接处分别扣搭有若干V形加强板，V形加强板的两个连接臂分别与对应的喇叭口内壁及壳体内壁相固定；位于同侧的热流体进喇叭口与冷流体出喇叭口之间、以及位于同侧的热流体出喇叭口与冷流体进喇叭口之间分别连接有若干补偿固定板。
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- 2018-10-30 CN CN201811274937.2A patent/CN109269331A/zh active Pending
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