CN110057227A - 一种储能式换热器 - Google Patents

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白守明
初盛旭
张乐君
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Abstract

本发明提供一种用于间断性水蒸气或高温烟气冷凝冷却的储能式换热器。本发明包括：换热器壳体和平行穿过其的储能换热管。每层储能换热管平行布置在两片开孔花板之间；每层或多层储能换热管束接口汇总连接到总管箱；交通管连接相邻上、下层总管箱的进、出口；使所有层储能换热管束串联或并联连接一起。水蒸气或高温烟气进入换热器内储能换热管壳程被冷却，冷却水进入储能式换热器的管程。采用本发明一种储能式换热器冷却间歇产生的水蒸气或高温烟气，可实现连续冷却操作，解决冷介质热量和热介质热量相同时间不均衡问题。

Description

一种储能式换热器
技术领域
本发明涉及冶金、化工、热电等技术领域，尤其涉及一种储能式换热器。
背景技术
现有的冶金、化工、热电领域应用的换热器，大多是连续的热介质通过换热器连续地被冷介质冷却到一定温度，两种介质相同时间带入的热量和带出的热量平衡，根据介质的特性和工艺技术要求，可采用已广泛应用的列管换热器、螺旋板换热器、板式换热器、盘管换热器、热管换热器等。但在现实的工业生产中，有些被冷却的介质非连续产生，且瞬时发生量很大，热介质瞬时带入的热量与冷介质连续带出的热量相同时间不平衡，采用常规连续运行换热器将热介质冷却下来，换热器的面积会很大、冷介质匹配量也很大，且实现不了连续操作运行。
具体地，以炼焦生产行业的熄焦装置为实例加以论述：焦化厂生产中，熄灭赤热的红焦是焦炭生成过程中的重要环节之一。目前主要有干法熄焦和湿法熄焦两种熄焦方式。其中湿法熄焦是利用水喷洒在赤热的焦炭上面，水遇到红焦迅速汽化产生大量的水蒸气，熄焦结束，水蒸气停止产生，生产过程是间歇操作过程，这些水蒸气进入储能式换热器被冷凝冷却，不仅可连续回收水蒸气冷凝水，还可连续回收水蒸气释放的热能。在焦炉装煤和出焦、干熄焦装焦生产过程中，每次操作，都散发出大量的高温烟气，现有技术一般采用掺混大量的空气或采用金属材料吸热再用空气冷却金属材料的方法冷却高温烟气，高温烟气的热能没有得到回收和利用。
为此，为了解决湿熄焦水蒸气收集、水蒸汽冷凝水回收问题、赤热焦炭的热能连续回收问题，急需对湿法熄焦生产装置及其它类似的生产装置产生的水蒸气或高温烟气提供新的冷凝冷却设备技术，使湿法熄焦及其它行业领域间断性气体排放技术符合并达到国家标准、回收水资源和热能。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种储能式换热器。本发明采用的技术手段如下：
一种储能式换热器，包括：换热器壳体和平行穿过其的储能换热管，
所述换热器壳体，具体为由金属材料焊制成的密闭箱体，包括两侧的开孔花板和上面、下面、侧面的密封板；所述开孔花板，具体为设置在壳体上的一对相对应的面板，在面板上开设有若干匹配储能换热管外径的通孔，用以安装、排列、固定所述储能换热管；
所述储能换热管，其内填充由用于吸收热介质的热能、向冷却介质释放热能的储能材料，储能换热管束多层分布，每层储能换热管平行布置、每根储能换热管穿过于两块开孔花板之间；
还包括：总管箱，其用于汇总、连接每层或多层储能换热管束冷介质的进口、出口接口，还用于分配冷介质流量；
交通管，其用于连接相邻上、下层总管箱的进、出口；使所有层储能换热管束串联或并联连接一起。
进一步地，所述储能换热管包括小管径管和大管径管，所述小管径管套在大管径管中，中间缝隙充填有储能材料，充填储能材料后，大管径管管端与小管径管侧面之间的缝隙密封。
进一步地，所述储能换热管为圆形管或其他形状管。
进一步地，热介质在储能换热管的大管径管的外壁流通；冷介质在小管径管的内部流通。
本发明具有以下优点：本发明储能换热器的换热管束的端部连接总管箱，可实现单层或多层随意组合，用来调整并联换热管束的换热面积，每一组管束的总管箱，可通过交通管，串联连接，增加储能式换热器总换热面积，即总管箱实现了储能换热管的并联连接、交通管实现了总管箱之间的串联连接；储能材料密封在大、小管径管之间，两个管径的管壁分别接触热介质和冷介质，实现储能和放能，可实现连续回收大量的间歇气体的热能和资源，目前，还没有一种换热器能实现焦化行业湿熄焦产生的蒸汽冷凝冷却、热能回收，本申请即节约了能源和水资源，同时也很好地保护生产环境和大气排放环境。
基于上述理由本发明可在冶金、化工、热电等技术领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种储能式换热器主示意图。
图2为本发明一种储能式换热器平面示意图。
图3为本发明一种储能式换热器的储能换热管示意图。
图中：1-换热器壳体；2-开孔花板；3-储能换热管；4-总管箱；5交通管；6.1-热介质进口；6.2-热介质出口；7.1-冷介质进口；7.2-冷介质出口；8-冷凝液出口；9-小管径管；10-大管径管；11-储能材料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示，本实例公开了一种储能式换热器，包括：换热器壳体1和平行穿过其的储能换热管3，
所述换热器壳体1，具体为由金属材料焊制成的密闭箱体，包括两侧的开孔花2板和上面、下面、侧面的密封板；所述开孔花板2，具体为设置在壳体上的一对相对应的面板，在面板上开设有若干匹配储能换热管3外径的通孔，用以安装、排列、固定所述储能换热管3，储能换热管3与开孔花板2之间密封，不允许有缝隙；每层或多层储能换热管的两端口(即下述小管径管)汇总连接到总管箱4，不允许漏水；
所述储能换热管3，其内填充由用于吸收热介质的热能、向冷却介质释放热能的储能材料11，储能换热管束多层分布，每层储能换热管3平行布置、每根储能换热管3穿过于两块开孔花板之间；
还包括：总管箱4，其用于汇总、连接每层或多层储能换热管束冷介质的进口、出口接口，还用于分配冷介质流量；
交通管5，其用于连接相邻上、下层总管箱4的进、出口；使所有层储能换热管束串联或并联连接一起。
如图3所示，本实施例中，所述储能换热管3包括小管径管9和大管径管10，所述小管径管9套在大管径管10中，中间缝隙充填有储能材料11，充填储能材料后，大管径管10管端与小管径管9侧面之间的缝隙密封。本实施例中的储能材料11选用现有的相变储能材料。
作为优选的实施方式，本实施例中，所述储能换热管3为圆形管，同时也可为其他形状管。
本实施例中，热介质在储能换热管的大管径管10的外壁流通；冷介质在小管径管9的内部流通。
作为优选的实施方式1，储能换热器如图1垂直布置，热介质从热介质进口6.1进入储能换热器，被冷却后，从热介质出口6.2排出，冷凝液在冷凝液出口8排出；冷介质从冷介质进口7.1进入储能换热器，冷介质从冷介质出口7.1排出，热介质进口和出口开设在换热器壳体的侧面。
作为优选的实施方式2，储能换热器旋转90°，水平布置，需沿气体流动方向向下倾斜大于5％的斜度，冷凝液出口8封死，在此方向上储能换热器的底面增加若干个冷凝液出口8。
作为优选的实施方式3，在冷却高温烟气、回收高温烟气热能产生过程中，由于烟气冷却温度高于烟气的露点温度，没有冷凝液析出，因此，取消冷凝液出口8。
作为优选的实施方式4，将两排储能换热管3束的两端分别部连接总管箱4，用来收集和分配冷介质，形成一个冷却单元，5个冷却单元由交通管5串联连接，形成一个冷却段，一台储能换热器由8-10个冷却段构成。
本实施例以炼焦生产行业的熄焦装置间歇产生的水蒸气或高温烟气为例，具体排布方式如同上述实施方式1中的垂直布设，气体由热介质入口6.1进入本发明的储能式换热器内，热介质与大量的储能换热管束外壁接触并换热，使热介质被冷凝或冷却，被冷却后的热介质不凝气由热介质出口6.2排出，其还可以通过设置于热介质出口6.1的风机进行辅助抽气，冷凝液由冷凝液出口8排出，回收水资源；热介质的热能通过储能换热管3外壁传递到储能换热管3内的储能材料11中，使储能材料11发生相变化或其它状态变化，吸收、储存热能；冷却水由冷介质进口7.1进入储能式换热器中的小管径管束内，连续吸收储能式换热管内储能材料11储存的热能，释放热能后的储能材料11再次发生相变化或其它状态变化，再进行下一次的吸热储能过程，回收热能的冷却水从冷介质出口7.2连续排出，送用户利用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种储能式换热器，其特征在于，包括：换热器壳体和平行穿过其的储能换热管，
所述换热器壳体，具体为由金属材料焊制成的密闭箱体，包括两侧的开孔花板和上面、下面、侧面的密封板；所述开孔花板，具体为设置在壳体上的一对相对应的面板，在面板上开设有若干匹配储能换热管外径的通孔，用以安装、排列、固定所述储能换热管；
所述储能换热管，其内填充由用于吸收热介质的热能、向冷却介质释放热能的储能材料，储能换热管束多层分布，每层储能换热管平行布置、每根储能换热管穿过于两块开孔花板之间；
还包括：总管箱，其用于汇总、连接每层或多层储能换热管束冷介质的进口、出口接口，还用于分配冷介质流量；
交通管，其用于连接相邻上、下层总管箱的进、出口；使所有层储能换热管束串联或并联连接一起。
2.根据权利要求1所述的储能式换热器，其特征在于，所述储能换热管包括小管径管和大管径管，所述小管径管套在大管径管中，中间缝隙充填有储能材料，充填储能材料后，大管径管管端与小管径管侧面之间的缝隙密封。
3.根据权利要求1或2所述的储能式换热器，其特征在于，所述储能换热管为圆形管或其他形状管。
4.根据权利要求2所述的储能式换热器，其特征在于，热介质在储能换热管的大管径管的外壁流通；冷介质在小管径管的内部流通。
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