CN110285694B - 盘管式通道换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了盘管式通道换热器，包括：中空筒体，其为内径逐渐减小的圆台结构，中空筒体内径较大的一端为进气口，内径较小的一端为排气口，所述中空筒体的内壁上设有远红外涂层；热交换管道，其沿中空筒体的外壁螺旋盘绕，热交换管道的两端分别设有进液口和出液口，热交换管道的截面为半圆形；旋流叶片，其设置在中空筒体内部，沿中空筒体内壁向上螺旋盘绕，旋流叶片的宽度自上至下相等；连接组件，其连接中空筒体和烟道将中空筒体设置于烟道内。本发明的盘管式通道换热器结构简单、易于生产与安装，换热效果好。
Description
技术领域
本发明涉及通道换热技术领域。更具体地说，本发明涉及一种盘管式通道换热器。
背景技术
传统的烟道是一个绝热的气体通道，排放烟气的温度在700-800℃之间，一般依靠喷淋的方式对烟气降温，使烟气温度从700-800降到90℃左右再排放，这个过程中不仅需要大量的喷淋液体，成本较高，而且喷淋使用的液体一般为氨水或其他易蒸发的溶液，会污染环境，更重要的是烟气热量白白浪费，未充分利用，造成能源浪费。
为了实现资源再利用，一般在加热或燃烧设备的排烟处设置通道式换热器，由于烟道一般呈圆柱形，为了方便安装，通道式换热器的烟气通道也一般设为圆柱形，由于上下截面一样大，容易造成下部烟气温度过高、流速快，而上部烟气温度低、流速慢，使对流换热效率低的问题。
发明内容
本发明有一个目的是提供一种内部中空呈圆台形的烟气通道，使烟气流向的通道口径逐步缩小以保证烟气流速的合理和均匀，增强通道表面的烟气流速，促进烟气与热交换管道内液体的换热，提高换热效率，同时通过设置远红外涂层增强筒体内壁黑度，增强筒体内壁的辐射传热。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种盘管式通道换热器，包括：
中空筒体，其为内径逐渐减小的圆台结构，中空筒体内径较大的一端为进气口，内径较小的一端为排气口，所述中空筒体的内壁上设有远红外涂层；
热交换管道，其沿中空筒体的外壁螺旋盘绕，热交换管道的两端分别设有进液口和出液口，热交换管道的截面为半圆形；
旋流叶片，其设置在中空筒体内部，沿中空筒体内壁向上螺旋盘绕，旋流叶片的宽度自上至下相等；
连接组件，其连接中空筒体和烟道将中空筒体设置于烟道内。
优选的是，所述的盘管式通道换热器，热交换管道位于上部的一端为出液口，位于下部的一端为进液口。
优选的是，所述的盘管式通道换热器，中空筒体为上小下大的圆台结构。
优选的是，所述的盘管式通道换热器，所述连接组件包括第一环形板、第二环形板和若干个锁紧件，第一环形板固设在中空筒体的排气口处，其内径与中空筒体的排气口内径相等，第二环形板固设在中空筒体的进气口处，其内径与中空筒体的进气口内径相等，所述第一环形板与第二环形板沿其圆周方向均间隔设有多个固定孔，锁紧件穿过固定孔将中空筒体设置在烟道内。
优选的是，所述的盘管式通道换热器，还包括陶瓷纤维毯层，其设置在中空筒体外壁上。
优选的是，所述的盘管式通道换热器，热交换管道的内侧间隔设有混流器，所述混流器包括：
圆环，其外壁与热交换管道内壁通过一连接柱固接；
连接杆，沿圆环径向固设在圆环内，所述连接杆与所述连接柱垂直设置；
套筒，其为中空圆柱状，可转动地套接在连接杆外部；
混流板，其包括固设在套筒外壁的第一板体和第二板体，第一板体与第二板体均为片状结构，第一板体与第二板体呈120°夹角且沿套筒轴向交错设置，混流板与圆环不发生干涉。
优选的是，所述的盘管式通道换热器，所述第一板体与第二板体均呈半椭圆形结构，且第一板体的表面积为第二板体的表面积的1.5-2倍。
本发明的盘管式通道换热器结构简单、易于生产与安装，换热效果好，至少包括以下有益效果：
(1)通过设置内径逐渐减小的圆台形中空筒体，使烟气流向的通道逐渐减小，保证了烟气流速的合理和均匀性，增强了烟气在中空筒体内壁附近的流速，从而增大了内壁对流换热系数，提高了烟气与热交换管道内液体的换热效率；
(2)通过在中空筒体内壁设置旋流叶片，在筒体内形成旋流，破坏烟气流动和换热的边界层，加强中空筒体中心高温烟气与内壁低温烟气的介质交换和热量交换，提高了换热效率，同时旋流叶片与扩展了受热面，增加了烟气与液体的换热面积，增加吸热面积；
(3)远红外涂层涂刷在中空筒体内壁，增加筒体内壁表面黑度，增强内壁表面对热源传来热量吸收后的辐射传热，减少相应的热反射，提高筒体内烟气形成的温度场强度和均匀性，提高换热效率，另外，中空筒体内壁面吸热维持较高温度，使壁面温度高于烟气中易冷凝成分的温度，防止其在换热过程中发生气体冷凝，避免内壁冷凝成分再次蒸发产生大量黑烟，污染环境；
(4)通过在热交换管道内间隔设置混流器，增强热交换管道内液体的流动，使冷液体从进液口流向出液口经过热交换升温的过程中，增强低温液体向高温液体的流动，从而增大高温液体与烟气的温差，提高换热效率。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的一个技术方案的盘管式通道换热器的结构示意图；
图2为本发明的一个技术方案的混流器与热交换管道的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，并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。
如图1所示，本发明提供一种盘管式通道换热器，包括：
中空筒体1，其为内径逐渐减小的圆台结构，中空筒体1内径较大的一端为进气口11，内径较小的一端为排气口12，所述中空筒体1的内壁上设有远红外涂层2；
热交换管道3，其沿中空筒体1的外壁螺旋盘绕，热交换管道3的两端分别设有进液口31和出液口32，热交换管道3的截面为半圆形；
旋流叶片4，其设置在中空筒体1内部，沿中空筒体1内壁向上螺旋盘绕，旋流叶片4的宽度自上至下相等；
连接组件5，其连接中空筒体1和烟道将中空筒体1设置于烟道内。这里的烟道不限于烟囱，包括排放高温烟气的各种气体通道。
在本技术方案中，中空筒体可以设置为上大下小，也可以设置为上小下大的结构，根据烟道的位置，合理设置，关键在于烟气入口直径大于出口直径，使烟气流向的通道逐渐减小，保证了烟气流速的合理和均匀性，增强了烟气在中空筒体内壁附近的流速，从而增大了内壁对流换热系数，提高了烟气与热交换管道内液体的换热效率。
热交换管道为设置在在中空筒体外壁螺旋盘绕的半圆形管道，一般采用焊接的方式固定于中空筒体外壁，组成换热介质流动的通道，螺旋上升，这样中空筒体壁面能很好的与热交换管道内的冷却介质直接接触，形成冷却壁面，利于吸收热量。并且，半圆形管道相对于圆形管道，其与中空筒体壁面的接触面更大，因而换热效果更好。另外，需要说明的是，热交换管道中的换热介质可以是液体，也可以是气体，取决于不同的烟道环境需要进行设置，这里所限定的出液口与进液口，只是因为一般在焦炉烟道环境中，较多以水作为换热介质，并非只能以液体作为换热介质，另外，当换热介质为水时，出液口处流出的可能是液态的水，也可能是饱和水或者过热蒸汽，这取决于高温烟气的温度以及换热效率。
旋流叶片在中空筒体内部形成旋流，加强中空筒体内高温烟气与内壁边缘低温烟气的介质交换和热量交换，在本技术方案中，叶片与中空筒体内壁的夹角可设置为15-20°，叶片的宽度为20-30mm。
本技术方案中，远红外涂层使用的材料为本领域的现有技术，但是实际使用过程中，可通过调整远红外涂层的涂布厚度，以满足不同高温烟气换热需要。
在另一种技术方案中，所述的盘管式通道换热器，热交换管道3位于上部的一端为出液口32，位于下部的一端为进液口31。
在本技术方案中，由于热交换管道内常用水为热交换介质，在实际应用过程中，烟气温度往往有700-800℃，水经过换热从低温向高温变化，甚至形成饱和水，过热蒸汽，需从上部排出，故而将热交换管道进出口设置为下进上出，以满足水蒸气排放需求，保证换热效率。
在另一种技术方案中，所述的盘管式通道换热器，中空筒体1为上小下大的圆台结构。进气口11的直径与排气口12的直径之比可以设置为5:3。烟道的排气方向大多是从下往上排出，因此，中空筒体为下大上小的圆台形，可以满足此情况下烟气的排放需求，而排气口直径过小，对中空筒体压力要求较高，也不利于烟气排放，并且为利于人工检修，排气口直径不宜小于50mm，而排气口直径过大，从烟气进入中空筒体内流向出气口过程中，不利于保证烟气流速的合理性和均匀性，也不利于增大对流换热系数，从而不利于提高换热效率。
在另一种技术方案中，所述的盘管式通道换热器，所述连接组件5包括第一环形板、第二环形板和若干个锁紧件，第一环形板固设在中空筒体的排气口处，其内径与中空筒体的排气口内径相等，第二环形板固设在中空筒体的进气口处，其内径与中空筒体的进气口内径相等，所述第一环形板与第二环形板沿其圆周方向均间隔设有多个固定孔，锁紧件穿过固定孔将中空筒体设置在烟道内。本技术方案中使用上下分别依靠第一环形板和第二环形板上的固定孔与锁紧件将盘管式通道换热器安装于烟道内，安装方法简单实用，由于图1为主视图方向，故未展示固定孔与锁紧件的结构。但针对不同的烟道结构，本申请的保护范围不限于该种安装方式。
本申请的盘管式通道换热器可应用于焦炉、电炉、烟道、烟囱等需要余热回收的设备上，安装于烟气排除的通道内，本技术方案中的连接组件结构简单、易于安装，实用性强。
在另一种技术方案中，所述的盘管式通道换热器，还包括陶瓷纤维毯层6，其设置在中空筒体1外壁上。热交换管道安装于中空筒体外壁，设置具有保温作用的陶瓷纤维毯层，可以减少热量流失，提高换热效率。
在另一种技术方案中，所述的盘管式通道换热器，如图2所示，热交换管道3的内侧间隔设有混流器7，所述混流器7包括：
圆环71，其外壁与热交换管道3内壁通过一连接柱72固接；
连接杆73，沿圆环71径向固设在圆环71内，所述连接杆73与所述连接柱72垂直设置；
套筒74，其为中空圆柱状，可转动地套接在连接杆73外部；
混流板75，其包括固设在套筒74外壁的第一板体和第二板体，第一板体与第二板体均为片状结构，第一板体与第二板体呈120°夹角且沿套筒轴向交错设置(这里所说的夹角，是第一板体所在平面与第二板体所在平面相交形成的钝角，图2为主视图，未显示其夹角；所说的沿套筒轴向交错设置，是指第一板体与套筒相接的部位和第二板体与套筒相接的部位，两者在套筒的轴向长度方向没有重合的长度)，混流板与圆环不发生干涉。
通过在热交换管道内间隔设置混流器，不断进入热交换管道内的流动水迫使混流板转动，增强热交换管道内液体的流动，使冷液体从进液口流向出液口经过热交换升温的过程中，增强低温液体向高温液体的流动，从而增大高温液体与相应部位烟气的温差，提高换热效率。
在另一种技术方案中，所述的盘管式通道换热器，所述第一板体与第二板体均呈半椭圆形结构，且第一板体的表面积为第二板体的表面积的1.5-2倍。在本技术方案中，第一板体与第二板体设置成该结构，更利于其转动，促进液体的混流。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (4)
1.盘管式通道换热器，其特征在于，包括：
中空筒体，其为为下大上小，内径逐渐减小的圆台结构，中空筒体内径较大的一端为进气口，内径较小的一端为排气口，所述中空筒体的内壁上设有远红外涂层；
热交换管道，其沿中空筒体的外壁螺旋盘绕，热交换管道的两端分别设有进液口和出液口，热交换管道的截面为半圆形，热交换管道位于上部的一端为出液口，位于下部的一端为进液口；
旋流叶片，其设置在中空筒体内部，沿中空筒体内壁向上螺旋盘绕，旋流叶片的宽度自上至下相等；
混流器，其间隔设置在热交换管道的内侧，所述混流器包括：
圆环，其外壁与热交换管道内壁通过一连接柱固接；
连接杆，沿圆环径向固设在圆环内，所述连接杆与所述连接柱垂直设置；
套筒，其为中空圆柱状，可转动地套接在连接杆外部；
混流板，其包括固设在套筒外壁的第一板体和第二板体，第一板体与第二板体均为片状结构，第一板体与第二板体呈120°夹角且沿套筒轴向交错设置，混流板与圆环不发生干涉；
连接组件，其连接中空筒体和烟道将中空筒体设置于烟道内。
2.如权利要求1所述的盘管式通道换热器，其特征在于，所述连接组件包括第一环形板、第二环形板和若干个锁紧件，第一环形板固设在中空筒体的排气口处，其内径与中空筒体的排气口内径相等，第二环形板固设在中空筒体的进气口处，其内径与中空筒体的进气口内径相等，所述第一环形板与第二环形板沿其圆周方向均间隔设有多个固定孔，锁紧件穿过固定孔将中空筒体设置在烟道内。
3.如权利要求1所述的盘管式通道换热器，其特征在于，还包括陶瓷纤维毯层，其设置在中空筒体外壁上。
4.如权利要求1所述的盘管式通道换热器，其特征在于，所述第一板体与第二板体均呈半椭圆形结构，且第一板体的表面积为第二板体的表面积的1.5-2倍。
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