CN110285695A - 套筒式通道换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了套筒式通道换热器，包括：外筒体，为中空圆柱形，顶部设有第一开口，底部设有第二开口，侧壁上部设有第一出水口，下部设有进水口；内筒体，为内部中空、上小下大的圆台形，顶端为排气口，底端为进气口，进气口与排气口分别与第二开口、第一开口重合形成中空夹层；多个环形翅片，沿内筒体内壁自上至下间隔设置；高温防腐导热涂层，设置在内筒体内壁和环形翅片的表面上；M个环形隔板，设置在内筒体与外筒体之间，分隔成M+1层换热区，环形隔板上设有第二出水口，第一出水口与最上部的换热区连通，进水口与最下部的换热区连通；连接组件，其设置在外筒体的两端。本发明的套筒式通道换热器换热效率高，不会冒黑烟，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及通道换热技术领域。更具体地说，本发明涉及一种套筒式通道换热器。
背景技术
传统的烟道是一个绝热的气体通道，出口烟气温度在700-800℃之间，工业上一般靠喷淋的方式对烟气降温，使气体温度从700-800降到90℃左右，由于喷淋常使用氨水或其他易蒸发的溶液，容易对环境造成污染，同时烟气自身的热量未能得到再利用，造成能源的浪费，因此，现有的加热或燃烧设备的烟道内往往会设置通道式换热器，以使烟气热量得到再利用，但是，现有的通道式换热器，往往存在以下问题：一是换热器结构设置不合理，导致换热效率较低；二是换热器烟气通道的边缘温度较低，造成烟气中易冷凝的成分冷凝，在预到高温烟气后二次蒸发，产生大量黑烟，既造成环境污染，又导致换热器烟气通道内壁积碳、换热效率降低的问题；三是烟气普遍具有腐蚀性，对换热器内壁会造成腐蚀，长期下去，换热器破损会导致热交换液体泄漏的问题；四是换热介质经热交换后可能产生蒸汽，对换热器产生较大的压力，对换热器的耐压性要求高。
发明内容
本发明有一个目的是提供一种套筒式通道换热器，以解决换热器内烟气冷凝产生黑烟、烟气腐蚀换热器以及换热器效率低下的问题。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种套筒式通道换热器，包括：
外筒体，其竖直设置，外筒体为中空圆柱形，其顶部设有第一开口，底部设有第二开口，外筒体侧壁的上部设有第一出水口，下部设有进水口；
内筒体，其竖直设置在外筒体内部，内筒体为内部中空、上小下大的圆台形，内筒体的顶端为排气口，底端为进气口，进气口与排气口分别与第二开口、第一开口重合以使外筒体内壁与内筒体外壁之间形成中空夹层；
多个环形翅片，其沿内筒体内壁自上至下等间隔设置，多个环形翅片的外圆半径与内圆半径的差值相等；
高温防腐导热涂层，其设置在内筒体内壁和环形翅片的表面上；
M个环形隔板，所述环形隔板设置在内筒体外壁与外筒体内壁之间，将中空夹层分上下分隔成M+1层换热区，所述环形隔板上设有第二出水口，将相邻两个换热区连通，所述第一出水口与最上部的换热区连通，进水口与最下部的换热区连通；
连接组件，其设置在外筒体的两端用于将外筒体和内筒体安装于通道内。
优选的是，所述的套筒式通道换热器，相邻的两个环形隔板上的第二出水口在外筒体底部的投影关于外筒体径向对称设置。
优选的是，所述的套筒式通道换热器，内筒体的壁面上设有沿内筒体轴向间隔设置的环形凹槽，每一个环形凹槽沿内筒体圆周方向朝向内筒体内部凹陷呈弧形。
优选的是，所述的套筒式通道换热器，M为6。
优选的是，所述的套筒式通道换热器，外筒体外部设有岩棉层。
优选的是，所述的套筒式通道换热器，所述第二出水口设置在靠近内筒体外壁的一侧，所述第二出水口为扇形。
优选的是，所述的套筒式通道换热器，M个环形隔板自下至上相邻两个环形隔板的间距逐渐减小。
本发明的套筒式通道换热器结构简单、易于生产与安装，换热效果好，不会产生黑烟污染环境的问题，至少包括以下有益效果：
(1)通过在内筒体内壁和环形翅片上设置高温防腐导热涂层，既能防止烟气内酸性气体腐蚀换热器壁面，延长换热器使用寿命，又能调节内壁壁面的导热系数，增加内筒体壁面温度，使壁面温度大于烟气中易冷凝成分的冷凝温度，防止其在换热过程中发生冷凝后二次蒸发，产生大量黑烟污染环境；另外，高温防腐导热涂层还能隔绝高温气体与火焰直接对内筒体金属壁面的作用，在出现缺水(汽)的情况下也能保护金属壁面不会出现过热的情况，使换热器的安全性大大提高；
(2)换热器的中空夹层设置多个环形隔板，使换热液体(一般为水)在自下至上的流动过程中，让内部流体温度高低分布，增加传热的温差，同时由于第二出水口交错设置，使流体流动性增强，换热能力提高；
(3)内筒体的壁面上设有沿内筒体轴向间隔设置的环形凹槽，每一个环形凹槽沿内筒体圆周方向朝向内筒体内部凹陷呈弧形，可以增加内筒体的换热面积，加强气体的扰动，提高传热系数，同时由于换热器中空夹层内的液体因换热产生蒸汽，对内筒体产生压力，而环形凹槽可以提高内筒体的承压能力，避免了为了保证抗压性而加厚内桶壁的厚度致使传热效果降低的问题；
(4)换热器烟气通道即内筒体为圆台形，下大上小，下进上出，使烟气流通方向上烟气流速均匀，并且内筒体壁面的附近流速增大，增强了烟气与中空夹层中液体的对流换热系数，提高了换热效率，解决了传统圆柱形内筒体烟气通道，下部烟气温度高流速快、上部烟气温度低流速慢造成对流换热效率低的问题。
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套筒式通道换热器的剖面结构示意图；
图2为本发明的一个技术方案的内筒体的结构示意图；
图3为本发明的一个技术方案的环形隔板与第二出水口的结构示意图。
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，本发明提供一种套筒式通道换热器，包括：
外筒体1，其竖直设置，外筒体1为中空圆柱形，其顶部设有第一开口，底部设有第二开口，外筒体1侧壁的上部设有第一出水口12，下部设有进水口11；
内筒体2，其竖直设置在外筒体1内部，内筒体2为内部中空、上小下大的圆台形，内筒体2的顶端为排气口22，底端为进气口21，进气口21与排气口22分别与第二开口、第一开口重合以使外筒体1内壁与内筒体2外壁之间形成中空夹层；
多个环形翅片3，其沿内筒体2内壁自上至下等间隔设置(即相邻两个环形翅片之间的竖直高度相等，环形翅片的外边缘与内筒体内壁相接)，多个环形翅片3的外圆半径与内圆半径的差值相等，即环形翅片的径向宽度相等；
高温防腐导热涂层4，其设置在内筒体2内壁和环形翅片3的表面上，图1中标注了涂布在内筒体内壁的高温防腐导热涂层，环形翅片上未标注；
M个环形隔板5，所述环形隔板5设置在内筒体2外壁与外筒体1内壁之间，将中空夹层分上下分隔成M+1层换热区，所述环形隔板5上设有第二出水口51，将相邻两个换热区连通，所述第一出水口12与最上部的换热区连通，进水口11与最下部的换热区连通；
连接组件6，其设置在外筒体1的两端用于将外筒体1和内筒体2安装于通道内。
在本技术方案中，高温烟气从内筒体下部进入，上部排出，由于内筒体从下至上呈内径逐渐缩小的圆台状，烟气向上流动过程中，流速更均匀，烟气在内筒体内壁附近的流速增大，增大了对流换热系数，提高了烟气与中空夹层中换热介质(需要说明的是，本申请的换热器，中空夹层内的换热介质可以是液体也可以是气体，一般使用较多的为水，并不因进水口与第一出水口的描述限定为水)的换热效率。
内筒体内壁设置环形翅片，增大了换热面积，也可以增加筒体内气体的扰动，增强换热，内筒体内壁与环形翅片上设置高温防腐导热涂层，既能防止烟气内酸性气体腐蚀换热器壁面，又能调节内壁壁面的导热系数，增加内筒体壁面温度，使壁面温度大于烟气中易冷凝成分的冷凝温度，防止其在换热过程中发生冷凝后二次蒸发，产生大量黑烟污染环境；另外，高温防腐导热涂层还能隔绝高温气体与火焰直接对内筒体金属壁面的作用，在出现缺水(汽)的情况下也能保护金属壁面不会出现过热的情况，使换热器的安全性大大提高。本技术方案中的高温防腐导热涂层，其材料组分为现有技术，可以购买得到，在实际应用中，本领域技术人员会根据烟气温度、所需达到的换热效果调整内筒体内壁的高温防腐导热涂层厚度，以保证换热效率以及防止烟气冷凝成分冷凝。
环形隔板将中空夹层分隔成上下多个换热区，换热介质从进水口进入中空夹层时，环形隔板的设置使流体温度高低分布，增大传热温差，提高换热效果。
另外，需要说明的是，本技术方案中的连接组件，其结构可以是如图1中所示，上下连接内筒体和外筒体，将烟道固定的结构，也可以是其他结构，只需满足将本申请的换热器安装于需要换热的烟道内即可。
在另一种技术方案中，所述的套筒式通道换热器，相邻的两个环形隔板5上的第二出水口51在外筒体1底部的投影关于外筒体1径向对称设置。
图1为截面图，从中可以看出，上下相邻的环形隔板的第二出水口左右设置(以图1平面内方向为基准)，图3为俯视图，从中可以看出，其中一个环形隔板的第二出水口位于右边，之所以让第二出水口在上下相邻的隔板上相对交错设置，是为了让液体从进水口进入中空夹层的过程中，水流不断地从下一个环形隔板的第二出水口流出时，增强水流在中空夹层内的流动性，从而提高换热效率。
在另一种技术方案中，所述的套筒式通道换热器，如图2所示，内筒体2的壁面上设有沿内筒体轴向间隔设置的环形凹槽23，每一个环形凹槽23沿内筒体圆周方向朝向内筒体内部凹陷呈弧形。相邻两个环形凹槽的间隔可以等间隔设置，也可以根据实际情况调整。
本技术方案中内筒体的壁面设置水平向的环形凹槽，环形凹槽与内筒体共轴线，环形凹槽向内筒体内部凹陷，其目的是为了增加内筒体的换热面积，更重要的是由于换热器中空夹层内的液体因换热产生蒸汽，对内筒体产生压力，而该内凹的环形凹槽可以提高内筒体的承压能力。
在另一种技术方案中，所述的套筒式通道换热器，M为6。M的取值，跟换热器的尺寸、换热所需的能力、以及烟气温度等根据实际需要设置。
在另一种技术方案中，所述的套筒式通道换热器，外筒体外部设有岩棉层7。岩棉层具有很好的保温效果，可以减少中空夹层内换热液体的热量散失，从而提高换热效率。
在另一种技术方案中，所述的套筒式通道换热器，所述第二出水口51设置在靠近内筒体2外壁的一侧，所述第二出水口51为扇形，如图3所示，第二出水口为环形隔板内侧，内筒体内部有高温烟气，靠近其设置第二出水口，在加速水流流动时，也提高了液体的换热效率。
在另一种技术方案中，所述的套筒式通道换热器，M个环形隔板自下至上相邻两个环形隔板的间距逐渐减小。由于中空夹层内的水经热交换后会形成饱和水和过热蒸汽，所以中空夹层的第一出水口设置在上部，进水口设置在下部，但是由于本申请中烟气也是从下往流通的，高温烟气位于下部，因此，将较多的流动水在一段时间内限制在下部，更利于水的换热。
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 (7)
1.套筒式通道换热器，其特征在于，包括：
外筒体，其竖直设置，外筒体为中空圆柱形，其顶部设有第一开口，底部设有第二开口，外筒体侧壁的上部设有第一出水口，下部设有进水口；
内筒体，其竖直设置在外筒体内部，内筒体为内部中空、上小下大的圆台形，内筒体的顶端为排气口，底端为进气口，进气口与排气口分别与第二开口、第一开口重合以使外筒体内壁与内筒体外壁之间形成中空夹层；
多个环形翅片，其沿内筒体内壁自上至下等间隔设置，多个环形翅片的外圆半径与内圆半径的差值相等；
高温防腐导热涂层，其设置在内筒体内壁和环形翅片的表面上；
M个环形隔板，所述环形隔板设置在内筒体外壁与外筒体内壁之间，将中空夹层分上下分隔成M+1层换热区，所述环形隔板上设有第二出水口，将相邻两个换热区连通，所述第一出水口与最上部的换热区连通，进水口与最下部的换热区连通；
连接组件，其设置在外筒体的两端用于将外筒体和内筒体安装于通道内。
2.如权利要求1所述的套筒式通道换热器，其特征在于，相邻的两个环形隔板上的第二出水口在外筒体底部的投影关于外筒体径向对称设置。
3.如权利要求1所述的套筒式通道换热器，其特征在于，内筒体的壁面上设有沿内筒体轴向间隔设置的环形凹槽，每一个环形凹槽沿内筒体圆周方向朝向内筒体内部凹陷呈弧形。
4.如权利要求1所述的套筒式通道换热器，其特征在于，M为6。
5.如权利要求1所述的套筒式通道换热器，其特征在于，外筒体外部设有岩棉层。
6.如权利要求2所述的套筒式通道换热器，其特征在于，所述第二出水口设置在靠近内筒体外壁的一侧，所述第二出水口为扇形。
7.如权利要求2所述的套筒式通道换热器，其特征在于，M个环形隔板自下至上相邻两个环形隔板的间距逐渐减小。
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