CN115790217A - 一种塑料板模块化串并联组合式热交换器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种塑料板模块化串并联组合式热交换器，包括箱体和塑料板模块化串并联组件，箱体的四个侧面分别连通设置有前管箱、后管箱、左管箱和右管箱；塑料板模块化串并联组件包括多个塑料板换热模块，塑料板换热模块包括模块下板、模块连接支架、模块上板和上换热板和下换热板，并形成多层交错布设的多腔冷流体通道和多腔热流体通道；相邻前后两个塑料板换热模块之间的多腔冷流体通道密封连接，相邻左右两个塑料板换热模块之间的多腔热流体通道密封连接。本申请特别适合于工业上处理大规模烟气量，实现具有腐蚀性热流体低温位能显热和潜热的余热深度回收利用，达到节约能源和节约燃料资源有益的节能减排效果的效果。

Description

一种塑料板模块化串并联组合式热交换器

技术领域

本申请涉及热交换器设备的领域，尤其是涉及一种塑料板模块化串并联组合式热交换器。

背景技术

各种类型的加热炉、锅炉产生的烟气受硫酸、碳酸露点腐蚀造成炉管、换热元件损坏、堵塞等现象，工业生产中为了延长其使用寿命将烟气排烟温度设定在酸露点温度以上（一般平均高于130℃），烟气带走了大量的热量，造成能源浪费，导致热利用率较低。随着全社会对生存环境和对节能减排的重视提高，出现了多种多样的烟气余热回收技术，例如余热锅炉、空气烟气换热及低温余热发电等。余热回收的程度也渐渐地从略高于露点温度以上排烟的“常规回收”向低于露点温度以下排烟进一步回收烟气显热和潜热的“深度回收”发展。

低于露点温度以下排烟一般采用搪瓷管式、玻璃管式预热器（换热器）或采用钢管-铸铁管-玻璃管三段组合的整体预热器以减缓烟气低温露点腐蚀，在一定程度上延长了预热器寿命，提高了设备运行周期，但在设备结构和性能上都存在如体积庞大、金属耗量大、换热效率低、抗热冲击和疲劳性能差、使用寿命短等缺陷。

流程工业领域具有腐蚀性的气体或液体之间的换热一般采用诸如钛和镐等耐腐蚀贵金属管式热交换器，其造价太高、性价比较低，或采用诸如石墨换热器与玻璃管式等非金属换热器，存在抗热冲击和疲劳性能差、使用寿命短等缺陷。

板式换热器相比传统的管式预热器（换热器），具有传热效率高，压降低，结构紧凑等特点。为解决低温烟气露点腐蚀，在加热炉烟气余热回收上采用金属板式预热器+玻璃板式预热器组合技术，但存在抗振动疲劳性差、操作寿命短等缺点。

受单台板式换热器处理烟气气量能力的限制，工业上处理大规模烟气量时需并联数台板式换热器，这就存在数台板式换热器设备布置及其管道连接复杂、占地面积大、造价高等缺点。

发明内容

为了针对现有用于低于酸露点温度下的低温烟气余热回收换热器（如金属材质管式换热器和铸铁材质板式空气预热器）存在的耐烟气腐蚀性能差、使用寿命短和抗振动疲劳性差、操作寿命短（如搪瓷管式、玻璃管式空气预热器）与单位换热容积的换热面积小、换热效率低、体积大（如铸铁材质板式空气预热器、塑料材质管式空气预热器）、以及单台板式换热器处理烟气气量能力较小，工业上处理大规模烟气量时需并联数台板式换热器就存在设备布置与管道连接复杂、占地面积大、造价高等存在的不足之处，本申请提供一种塑料板模块化串并联组合式热交换器。

本申请提供的一种塑料板模块化串并联组合式热交换器，采用如下的技术方案：

一种塑料板模块化串并联组合式热交换器，包括箱体和设置在箱体内部的塑料板模块化串并联组件，所述箱体的四个侧面分别连通设置有前管箱、后管箱、左管箱和右管箱；

所述塑料板模块化串并联组件包括多个塑料板换热模块，所述塑料板换热模块包括水平布设的模块下板、分别固定在模块下板四个端角的模块连接支架、固定在模块连接支架上方的模块上板和设置在模块下板与模块上板之间的上换热板和下换热板，上下各一块所述上换热板与下换热板为一组，每组中的所述上换热板和下换热板交错设置，每组上换热板和下换热板的前后边缘密封连接，相邻两组上的所述上换热板和下换热板的左右边缘密封连接，所述上换热板和下换热板与模块下板、模块上板和模块连接支架密封连接，并形成多层交错布设的多腔冷流体通道和多腔热流体通道，所述多腔冷流体通道沿前后方向布设，所述多腔热流体通道沿左右方向布设；

相邻前后两个所述塑料板换热模块之间的多腔冷流体通道密封连接，相邻左右两个所述塑料板换热模块之间的多腔热流体通道密封连接。

通过采用上述技术方案，塑料换热模块的拼装组合，在既充分发挥塑料材质优异的耐烟气露点腐蚀性能和抗振动疲劳性能以及较长的操作使用寿命的基础上，且利用板式换热器单位换热容积的换热面积大、换热效率高、体积相对较小的特点，又能处理工业上大规模烟气量，克服现有设备技术存在的诸多缺陷，实现低于酸露点温度下低温烟气的余热深度回收利用，达到进一步回收低温烟气的显热和潜热以节约能源和节约燃料资源的节能减排有益效果。

优选的，相邻两个所述塑料板换热模块通过模块下板、模块连接支架和模块上板相互密封连接实现多腔冷流体通道和多腔热流体通过密封连接。

通过采用上述技术方案，相邻两个塑料板换热模块直接密封连接，降低了塑料板换热模块拼装所需要的空间大小，从而降低了整个热交换器的空间占用大小。

优选的，相邻两个所述塑料板换热模块之间分别设置有模块间竖向连接板、模块间横向连接板和模块层间连接板，相邻两个所述模块间竖向连接板、模块间横向连接板和模块层间连接板密封连接。

通过采用上述技术方案，模块间竖向连接板、模块间横向连接板和模块层间连接板的设置，不仅提高了相邻两个塑料板换热模块密封连接性，而且可以调整相邻两个塑料板换热模块之间的间距。

优选的，相邻两个所述模块间竖向连接板相互搭接，其中一个所述模块间竖向连接板的上端面均匀间隔开设有定位槽，另一个所述模块间竖向连接板的一端向下延伸设置有定位钩体，所述定位钩体卡设到定位槽内。

通过采用上述技术方案，模块间竖向连接板相互搭接，方便了两个模块间竖向连接板密封连接的便捷程度，而且通过定位钩体卡设在不同的定位槽，可以方便人们确定两个模块间竖向连接板搭接后的长度，进而方便人们确定相邻两个塑料板换热模块之间的间距。

优选的，所述塑料板模块化串并联组件还包括层间支撑框架，所述层间支撑框架包括多个立柱和支撑架，多个所述立柱沿竖直方向布设，所述支撑架安装在多个所述立柱之间，多个所述塑料板换热模块分别位于多个立柱和支撑架之间，所述支撑架承托塑料板换热模块。

通过采用上述技术方案，层间支撑框架的设置，提高了塑料板模块化串并联组件的稳定性。

优选的，所述层间支撑框架设置有多组，多组所述层间支撑框架相互拼接，相邻两组所述层间支撑框架中的立柱上开设有T型槽，相邻两组所述层间支撑框架中的相连两个立柱上的T型槽拼接形成工字槽，所述工字槽内插接有工字连接件。

通过采用上述技术方案，通过工字连接件插入到工字槽内，方便了人们对相邻两组层间支撑框架的位置确定。

优选的，所述箱体包括水平布设的底板、设置在底板四个端角处的外连接框架和设置在外连接框架上的顶板，所述前管箱、后管箱、左管箱和右管箱分别与外连接框架相连。

通过采用上述技术方案，方便了人们将前管箱、后管箱、左管箱和右管箱安装到箱体上。

优选的，所述前管箱、后管箱、左管箱和右管箱上分别固定设置有法兰，所述法兰与外连接框架通过螺栓连接，所述法兰与外连接框架之间设置有密封垫片。

通过采用上述技术方案，前管箱、后管箱、左管箱和右管箱与箱体通过法兰和螺栓实现可拆卸连接，方便后期对箱体的内部结构件养护，密封垫片的设置，提高了前管箱、后管箱、左管箱和右管箱与箱体之间的密封性。

优选的，所述下换热板和上换热板与多腔冷流体通道和多腔热流体通道相垂直的截面形状为正弦曲线或余弦曲线、或顶角有一定圆弧度的三角形、或梯形、或矩形。

通过采用上述技术方案，可以根据实际冷流体和热流体的需要，调整下换热板和上换热板的截面形状。

优选的，所述下换热板和上换热板与多腔冷流体通道和多腔热流体通道相垂直的截面形状可以采用平板，也可以为采用在平板上挤压一定数量的半球形或球形鼓包或条形凸起。

通过采用上述技术方案，根据实际需要，来调整下换热板和上换热板与流体接触的面积大小。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本发明的塑料板模块化串并联组合式热交换器采用塑料板作为换热元件，既充分发挥了塑料板优异的耐腐蚀性能，有效避免了金属材质管式换热器和铸铁材质板式换热器存在的耐腐蚀性能差、使用寿命短和不能在酸露点温度下长期操作导致使用寿命短的缺陷，达到冷热流体在酸露点温度下实现换热并长期操作；又充分发挥了塑料优异的抗气流冲击与耐振动疲劳性能，有效避免了石墨换热器与搪瓷或玻璃管式与玻璃板式换热器抗气流冲击与耐振动疲劳性差、操作寿命短等缺陷，达到能够长期稳定操作运行要求；还充分发挥了塑料板单位换热容积的换热面积大的特点，有效避免了铸铁材质板式换热器、塑料材质管式换热器单位换热容积的换热面积小、换热效率低、体积大的缺陷；以及单台板式换热器处理烟气气量能力较小，工业上处理大规模烟气量时需并联数台板式换热器就存在设备布置与管道连接复杂、占地面积大、造价高、以及采用钛和镐等耐腐蚀贵金属管式热交换器存在造价高、性价比低等不足之处，特别适合于工业上处理大规模烟气量，实现具有腐蚀性热流体低温位能显热和潜热的余热深度回收利用，达到节约能源和节约燃料资源有益的节能减排效果；

2.本发明公开的塑料板卧置模块化串并联组合式热交换器设备技术适用于气-气介质之间的换热，也适用于气-液介质之间的换热或液-液介质（如腐蚀性液体）之间的换热。

附图说明

图1是本申请实施例一的整体示意图。

图2是本申请实施例一中体现箱体的示意图。

图3是本申请实施例一中体现塑料换热模块的示意图。

图4是本申请实施例一中体现塑料板模块化串并联组件的卧式状态示意图。

图5是本申请实施例一中体现层间支撑框架的示意图。

图6是本申请实施例一中体现塑料板模块化串并联组件的立式状态示意图。

图7是本申请实施例二中体现模块间竖向连接板的示意图。

图8是本申请实施例三中体现立柱的示意图。

附图标记说明：1、箱体；11、底板；12、外连接框架；13、顶板；2、塑料板模块化串并联组件；3、塑料板换热模块；31、模块下板；32、模块连接支架；33、模块上板；34、上换热板；35、下换热板；36、模块间竖向连接板；361、定位槽；362、定位钩体；37、模块间横向连接板；38、模块层间连接板；4、前管箱；5、后管箱；6、左管箱；7、右管箱；8、层间支撑框架；81、立柱；811、T型槽；82、支撑架；83、工字连接件；9、法兰。

具体实施方式

以下结合附图1-8对本申请作进一步详细说明。

实施例一：本申请实施例公开一种塑料板模块化串并联组合式热交换器。参照图1-3，塑料板模块化串并联组合式热交换器包括箱体1和塑料板模块化串并联组件2，塑料板模块化串并联组件2设置在箱体1内，塑料板模块化串并联组件2包括多个塑料板换热模块3，箱体1的四个侧面分别连通设置有前管箱4、后管箱5、左管箱6和右管箱7。

如图1和图2，箱体1包括底板11、外连接框架12和顶板13，底板11水平安装在地面上，外连接框架12固定安装在底板11的四个端角处，顶板13固定安装在外连接框架12的上端部，底板11、外连接框架12和顶板13形成一个上下封口四周开口的箱体1，前管箱4、后管箱5、左管箱6和右管箱7分别设置在箱体1的四周开口处，前管箱4、后管箱5、左管箱6和右管箱7分别固定连接有法兰9，法兰9与外连接框架12通过螺栓连接，并且法兰9与外连接框架12之间设置有密封垫片，用于保证前管箱4、后管箱5、左管箱6和右管箱7与箱体1之间连接的密封性。

如图4，多个塑料板换热模块3呈x（前后）y（左右）z（上下）方向有序排列，当z方向上的数量较少时，多个塑料板换热模块3可称为卧式排列，当z方向上的数量较多时，多个塑料换热模块可称为立式排列。

如图3，塑料板换热模块3包括模块下板31、模块连接支架32、模块上板33、上换热板34和下换热板35，模块下板31和模块上板33沿水平方向平行布设，模块连接支架32设置在模块下板31和模块上板33之间，并分别与模块下板31和模块上板33的四个端角处固定连接，上换热板34和下换热板35设置有多个，上下各一块上换热板34和下换热板35为一组，每组上换热板34和下换热板35交错设置，每组上换热板34和下换热板35的前后边缘密封连接，相邻两组上的上换热板34和下换热板35的左右边缘密封连接，上换热板34和下换热板35与模块下板31、模块上板33和模块连接支架32密封连接，并形成多层交错布设的多腔冷流体通道和多腔热流体通道，多腔冷流体通道沿前后方向布设，多腔热流体通道沿左右方向布设。

下换热板35和上换热板34截面形状为正弦曲线或余弦曲线、或顶角有一定圆弧度的三角形、或梯形、或矩形。截面形状的确定，可以确定多腔冷流体通道和多腔热流体通道的流量大小。

下换热板35和上换热板34与多腔冷流体通道和多腔热流体通道相垂直的截面形状可以采用平板，也可以为采用在平板上挤压一定数量的半球形或球形鼓包或条形凸起，提高了下换热板35和上换热板34与流体的接触面积，进而提高上换热板34和下换热板35的换热效率。

如图4，相邻两个塑料板换热模块3之间的多腔冷流体通道或多腔热流体通道密封连通设置，相邻两个塑料板换热模块3之间分别设置有模块间竖向连接板36、模块间横向连接板37和模块层间连接板38，相邻两个模块间竖向连接板36、模块间横向连接板37和模块层间连接板38密封搭接，密封方式可采用热熔接或热压连接，或采用塑料焊接连接，或采用塑料专用粘结胶粘接，模块间竖向连接板36、模块间横向连接板37和模块层间连接板38的设置，用于控制相邻两个塑料板换热模块3之间的间距大小，并且保证相邻两个塑料板换热模块3连接的密封性。

如图5，为了提高塑料板模块化串并联组件2的稳定性，塑料板模块化串并联组件2还包括层间支撑框架8，层间支撑框架8包括立柱81和支撑架82，立柱81和支撑架82设置有多个，多个立柱81沿竖直方向布设，支撑架82固定在立柱81上，并且支撑架82呈水平布设，立柱81用于分割沿水平方向相邻的两个塑料板换热模块3，支撑架82用于承托第二层之上的塑料板换热模块3，层间支撑框架8设置有多组，每组层间支撑框架8对于沿x方向上的每一列塑料板换热模块3。

如图4所示，模块连接支架32上开设有容纳立柱81的容纳槽，塑料板模块化串并联组件2整体呈卧式布设时，立柱81嵌设在容纳槽内，支撑架82用于承托每一层水平布设的塑料板换热模块3。

如图6所示，塑料板模块化串并联组件2整体呈立式布设时，相邻两列塑料板换热模块3之间留有一定的间隙，立柱81位于间隙内，支撑架82用于承托每一层水平布设的塑料板模块化串并联组件2，并且支撑架82嵌设在模块连接支架32上的容纳槽内。

整个热交换器中，与冷流体和热流体相接触结构的材质均采用塑料板材质，或采用金属材料表面喷涂塑料材质复合覆层，或采用金属材料内侧表面复合塑料材质衬层或全部复合包覆塑料材质层，与冷流体和热流体无接触结构的材质。

塑料板模块化串并联组合式热交换器不仅适用于气-气介质（如烟气-空气）冷热流体之间的换热，也适用于气-液介质（如烟气-水）冷热流体之间的换热或液-液介质（如腐蚀性液体）冷热流体之间的换热。

本申请实施例一种塑料板模块化串并联组合式热交换器的实施原理为：

首先针对所要应用的场景确定整个热交换器中所需要使用的塑料板换热模块3的数量，然后根据场地空间大小，确定塑料板换热模块3的排布方式，在对塑料板换热模块3进行组装，通过模块间竖向连接板36、模块间横向连接板37和模块层间连接板38将相邻两个塑料板换热模块3密封连接，并在组装过程中，使用层间支撑框架8对塑料板换热模块3进行限位和承托。

然后在密封安装前管箱4、后管箱5、左管箱6和右管箱7，安装完成后，多腔冷流体通道和多腔热流体通道也就组装完成，然后分别将热流体和冷流体的进气管道与前管箱4、左管箱6相连，然后将热流体和冷流体的出气管道与后管箱5、右管箱7相连即可。

当热流体和冷流体分别通过前管箱4和左管箱6进入到塑料板模块化串并联组件2内，热流体进入到多腔热流体通道，冷流体进入到多腔冷流体通道，热流体将热量传递至上换热板34和下换热板35上，此时冷流体吸收上换热板34和下换热板35上的热量，从而不仅实现对热流体的降温，还能对实现对冷流体的升温，从而实现对热流体余热的回收利用，节约了资源。

实施例二：,在实施例一的基础上，为了方便调整相邻两个塑料板换热模块3之间的间距大小，如图7，对模块间竖向连接板36、模块间横向连接板37和模块层间连接板38进行结构改进，模块间竖向连接板36、模块间横向连接板37和模块层间连接板38的结构改进相同，以模块间竖向连接板36为例进行结构说明。

两个模块间竖向连接板36相互搭接，其中一个模块间竖向连接板36的上端部开设有多个定位槽361，多个定位槽361呈均匀间隔分别，另外一个模块间竖向连接板36的一端向下延伸设置有定位钩体362，两个模块间竖向连接板36通过定位钩体362卡设到定位槽361内实现位置定位，通过控制定位钩体362卡设不同的定位槽361，实现两个模块间竖向连接板36搭接后的长度，来控制相邻两个塑料板换热模块3之间的间距大小，并且定位钩体362和定位槽361的设置，保证了在密封两个模块间竖向连接板36时不发生移动，进而提高密封连接的密封性。

实施例三：在实施例一的基础上，为了方便工作人员确定相邻两组层间支撑框架8的位置，如图8，相邻两组层间支撑框架8中的立柱81上开设有T型槽811，并且两个T型槽811开口正对设置，当两组层间支撑框架8对接时，两个T型槽811拼接形成工字槽，并且工字槽内插接有工字连接件83，通过工字连接件83插入到工字槽内，来实现对两组层间支撑框架8位置的确定，同时也提高了层间支撑框架8整体的稳定性。

实施例四：与实施例一不同之处在与：相邻两个塑料板换热模块3之间通过模块下板31、模块上板33和模块连接支架32直接密封连接，并且沿竖直方向布设的两个塑料板换热模块3直接堆摞在一起，使相邻两个塑料板换热模块3所占用的空间最小，节省整个热交换器的占用空间大小。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种塑料板模块化串并联组合式热交换器，其特征在于：包括箱体(1)和设置在箱体(1)内部的塑料板模块化串并联组件(2)，所述箱体(1)的四个侧面分别连通设置有前管箱(4)、后管箱(5)、左管箱(6)和右管箱(7)；

所述塑料板模块化串并联组件(2)包括多个塑料板换热模块(3)，所述塑料板换热模块(3)包括水平布设的模块下板(31)、分别固定在模块下板(31)四个端角的模块连接支架(32)、固定在模块连接支架(32)上方的模块上板(33)和设置在模块下板(31)与模块上板(33)之间的上换热板(34)和下换热板(35)，上下各一块所述上换热板(34)与下换热板(35)为一组，每组中的所述上换热板(34)和下换热板(35)交错设置，每组上换热板(34)和下换热板(35)的前后边缘密封连接，相邻两组上的所述上换热板(34)和下换热板(35)的左右边缘密封连接，所述上换热板(34)和下换热板(35)与模块下板(31)、模块上板(33)和模块连接支架(32)密封连接，并形成多层交错布设的多腔冷流体通道和多腔热流体通道，所述多腔冷流体通道沿前后方向布设，所述多腔热流体通道沿左右方向布设；

相邻前后两个所述塑料板换热模块(3)之间的多腔冷流体通道密封连接，相邻左右两个所述塑料板换热模块(3)之间的多腔热流体通道密封连接。

2.根据权利要求1所述的一种塑料板模块化串并联组合式热交换器，其特征在于：相邻两个所述塑料板换热模块(3)通过模块下板(31)、模块连接支架(32)和模块上板(33)相互密封连接实现多腔冷流体通道和多腔热流体通过密封连接。

3.根据权利要求1所述的一种塑料板模块化串并联组合式热交换器，其特征在于：相邻两个所述塑料板换热模块(3)之间分别设置有模块间竖向连接板(36)、模块间横向连接板(37)和模块层间连接板(38)，相邻两个所述模块间竖向连接板(36)、模块间横向连接板(37)和模块层间连接板(38)密封连接。

4.根据权利要求3所述的一种塑料板模块化串并联组合式热交换器，其特征在于：相邻两个所述模块间竖向连接板(36)相互搭接，其中一个所述模块间竖向连接板(36)的上端面均匀间隔开设有定位槽(361)，另一个所述模块间竖向连接板(36)的一端向下延伸设置有定位钩体(362)，所述定位钩体(362)卡设到定位槽(361)内。

5.根据权利要求1所述的一种塑料板模块化串并联组合式热交换器，其特征在于：所述塑料板模块化串并联组件(2)还包括层间支撑框架(8)，所述层间支撑框架(8)包括多个立柱(81)和支撑架(82)，多个所述立柱(81)沿竖直方向布设，所述支撑架(82)安装在多个所述立柱(81)之间，多个所述塑料板换热模块(3)分别位于多个立柱(81)和支撑架(82)之间，所述支撑架(82)承托塑料板换热模块(3)。

6.根据权利要求5所述的一种塑料板模块化串并联组合式热交换器，其特征在于：所述层间支撑框架(8)设置有多组，多组所述层间支撑框架(8)相互拼接，相邻两组所述层间支撑框架(8)中的立柱(81)上开设有T型槽(811)，相邻两组所述层间支撑框架(8)中的相连两个立柱(81)上的T型槽(811)拼接形成工字槽，所述工字槽内插接有工字连接件(83)。

7.根据权利要求1所述的一种塑料板模块化串并联组合式热交换器，其特征在于：所述箱体(1)包括水平布设的底板(11)、设置在底板(11)四个端角处的外连接框架(12)和设置在外连接框架(12)上的顶板(13)，所述前管箱(4)、后管箱(5)、左管箱(6)和右管箱(7)分别与外连接框架(12)相连。

8.根据权利要求7所述的一种塑料板模块化串并联组合式热交换器，其特征在于：所述前管箱(4)、后管箱(5)、左管箱(6)和右管箱(7)上分别固定设置有法兰(9)，所述法兰(9)与外连接框架(12)通过螺栓连接，所述法兰(9)与外连接框架(12)之间设置有密封垫片。

9.根据权利要求1所述的一种塑料板模块化串并联组合式热交换器，其特征在于：所述下换热板(35)和上换热板(34)与多腔冷流体通道和多腔热流体通道相垂直的截面形状为正弦曲线或余弦曲线、或顶角有一定圆弧度的三角形、或梯形、或矩形。

10.根据权利要求9所述的一种塑料板模块化串并联组合式热交换器，其特征在于：所述下换热板(35)和上换热板(34)与多腔冷流体通道和多腔热流体通道相垂直的截面形状可以采用平板，也可以为采用在平板上挤压一定数量的半球形或球形鼓包或条形凸起。

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