CN212205772U - 一种分体式相变换热器 - Google Patents

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李程
杨玉猛
王明军
陈军
周雷宇
徐培
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Abstract

本实用新型公开了一种分体式相变换热器,包括热流体换热管束、冷流体换热管束,冷流体换热管束与热流体换热管束通过蒸汽上升管和冷凝液回流管连接形成循环回路,还包括温度计、调节阀、排气阀,所述温度计设置在所述热流体换热管束的壁面上,所述调节阀设置在所述冷凝液回流管上,所述排气阀设置在所述冷流体换热管束的顶部,所述排气阀上还设置有抽真空管嘴和气体喷射真空装置,所述冷凝液回流管上还设置有在线充液阀。本实用新型能够控制换热管热流密度,避免因结露引起低温腐蚀和灰堵现象,还能有效地提高换热器的热启动与换热性能。

Description

一种分体式相变换热器
技术领域
本实用新型涉及石油化工、冶金、电力、建材及节能环保等领域的余热回收装置,尤其涉及一种分体式相变换热器。
背景技术
各类窑炉的燃料不可避免地含有硫元素,在燃烧过程中生成SO2,由于燃烧中有一定的过量氧气的存在,含有SO2的烟气中一部分会氧化成SO3。当烟气降低到一定温度时,SO3与烟气中的水蒸汽结合生成H2SO4蒸汽,含有硫酸蒸汽的烟气露点大为升高,当受热面的壁温低于露点时,含有硫酸的蒸汽就会在受热面上凝结成含有硫酸的液体,对受热面产生严重腐蚀。
凝结在管壁上的硫酸不仅使金属管材发生腐蚀,还会粘附烟气中的飞灰,造成受热面的积灰和堵灰。由于积灰的存在,不但影响了传热效果,增加了烟气侧的流动阻力,还会加剧腐蚀,严重时金属腐蚀物和积灰会堵塞烟气通路。
分体式相变换热技术有着高效传热、设备灵活布置、无需外加动能、冷热流体间密封性能高等优点,但就换热设备本身而言,其换热管的热流密度、设备换热负荷及排烟温度在设备结构与工况条件已确定的情况下“不可调控”,当设备使用工况出现波动及低负荷时,换热管低温露点腐蚀问题难以完全避免。
另外,常规分体式相变换热器,一般情况下,为了提高换热器的启动性能和换热性能,需要设备调试时通过热排的方法将管束系统中的空气排出并造真空,但对于低温区域的管束而言,效果不理想,从而影响换热器的性能。在某种情况下,换热管束还有可能会出现工质不足,换热效率下降,影响设备正常运行的情况。因此,上述问题影响着相变换热器的安全、长效、稳定地影响,迫切需要得到妥善解决。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种分体式相变换热器,它能使换热管热流密度可控,避免因结露引起低温腐蚀和灰堵现象,还能有效地提高换热器的热启动与换热性能。
本实用新型的分体式相变换热器包括热流体换热管束、冷流体换热管束,冷流体换热管束与热流体换热管束通过蒸汽上升管和冷凝液回流管连接形成循环回路,还包括温度计、调节阀、排气阀,所述温度计设置在所述热流体换热管束的壁面上,所述调节阀设置在所述冷凝液回流管上,所述排气阀设置在所述冷流体换热管束的顶部,所述排气阀上还设置有抽真空管嘴和气体喷射真空装置,所述冷凝液回流管上还设置有在线充液阀。
本实用新型的分体式相变换热器通过设置温度计和调节阀来调节换热管束内的工质冷凝液流量,避免管壁温度低于露点温度;本实用新型还通过排气阀、抽真空管嘴和气体喷射真空装置,可以现场对换热管束密闭系统快速高效地制造真空,结合现场热排气技术,有效地提高了设备的热启动与换热性能,并排出不凝气体,修复设备的换热性能;本实用新型还能通过冷凝液回流管上的在线充液阀,可以在线补液使工质不足的管束恢复换热性能。
进一步,所述热流体换热管束和冷流体换热管束的数量为多排,且分别通过蒸汽上升管和冷凝液回流管连接形成独立的循环回路,所述温度计设置在沿热流体流动方向尾部的热流体换热管束的壁面上,所述调节阀设置在与所述尾部的热流体换热管束相连的冷凝液回流管上。所述调节阀与所述温度计连锁控制。
由于沿热流体(烟气)流动方向,每排的换热管束所承受的热负荷逐渐降低,所以在低温区域换热管束上加装温度计,冷凝液回流管上加装调节阀,当壁温低于露点温度时,通过连锁控制,调节调节阀的开度,控制冷凝液回流管的流量,提高管壁温度,从而避免露点腐蚀。
进一步,所述热流体换热管束和冷流体换热管束均由上联管、换热管、下联管组成,所述热流体换热管束和冷流体换热管束的换热管的外部设置翅片,从而强化传热技术,提高整个换热系统的传热效率。
本实用新型与现有技术相比,具有以下优点:
1)热流体换热管束和冷流体换热管束可视现场情况而分开布置,因此可以远距离传热,给工艺设计带来较大的灵活性,也为换热器的大型化、热能的综合利用以及热能利用系统的优化创造了良好的条件;
2)热流体换热管束和冷流体换热管束彼此独立,易于实现流体分隔密封,并且也可实现一种流体与多种流体的同时传热;
3)热流体换热管束和冷流体换热管束可根据运行工况的变化实现换热管热流密度可控,换热管壁温可调,从而有效地避开露点腐蚀、积灰等问题;
4)据工艺要求,可以进行顺、逆流混合布置,适应较宽的温度范围;
5)可以对换热管束密闭系统快速高效地制造真空,结合现场气体热排技术,有效地提高了设备的热启动与换热性能;
6)当换热器运行热效率下降,可根据情况可进行在线排气(不凝性气体排出),以修复换热器的性能;
7)当换热管束的工质不足,换热效率下降时,可以在线补液使其恢复换热性能。
附图说明
图1为分体式相变换热器的示意图;
图2为单排换热管束独立循环系统的示意图。
附图标记:1、冷侧换热器壳体,2、冷流体换热管束,3、冷凝液回流管,4、壁面温度计,5、电动调节阀,6、在线充液阀,7、工质,8、热侧换热器壳体,9、热流体换热管束,10、蒸汽上升管,11、抽真空管嘴,12、再生排气阀,13、冷流体管束上联管,14、冷流体换热管,15、冷流体管束下联管,16、热流体管束下联管,17、热流体换热管,18、热流体管束上联管,19、气体喷射真空装置。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本实用新型作进一步的说明。
如图1和图2所示,多排冷流体换热管束2沿冷流体流动方向安装在冷侧换热器壳体1内,并与冷流体接触,冷流体换热管束2由冷流体管束上联管13、冷流体换热管14、冷流体管束下联管15等组成。多排热流体换热管束9沿热流体流动方向安装在热侧换热器壳体8内,并与热流体(例如烟气)接触,热流体换热管束9由热流体管束下联管16、热流体换热管17、热流体管束上联管18等组成。其中多排冷流体换热管束2与多排热流体换热管束9之间分别通过蒸汽上升管10和冷凝液回流管3对应相连,各自形成独立的封闭的换热循环系统。
当热流体横向掠过热流体换热管束9,热流体的热量将管束内的工质7加热。工质7被加热后汽化,通过密度差的作用沿着蒸汽上升管10传递到冷流体换热管束2并加热冷流体。汽化的工质7将凝结潜热传递给冷流体后变成冷凝液,通过位差的作用经冷凝液回流管3又回到热流体换热管束9被热流体继续加热,这样周而复始的循环就形成冷流体换热管束2与热流体换热管束9之间的能量传递。多排换热管束共同作用就完成了冷、热流体的能量交换。
冷流体换热管束2上装有再生排气阀12及抽真空管嘴11,采用气体喷射真空装置19利用现场压缩空气对换热管束密闭系统快速高效地制造真空,结合现场调试阶段通过再生排气阀12的气体热排技术,有效地提高了设备的热启动与换热性能。同时,在设备运行过程中,利用再生排气阀12,在线排放管束内集聚的不凝气,适时恢复设备的换热性能。
本实用新型还通过冷凝液回流管3上的在线充液阀6,在换热管束的工质不足,换热效率下降时,在线补液使其恢复换热性能。为了弥补气—气换热器换热系数低的弱点,冷流体换热管14、热流体换热管17可以通过在换热管外设翅片强化传热技术,提高整个换热系统的传热效率。
在图1所示的实施例中,分体式相变换热器由多排换热管束独立循环系统组成,由于换热器中每排管束所承受的热流密度不同,热流体换热管束9管内的工质7循环温度沿热流体流动方向(烟气流动方向)逐渐降低,从而换热管壁温度也逐渐降低(沿烟气流动方向),所以尾部的换热管束就形成了低温区域管束。为了阻止换热器尾部的热流体换热管束9的管壁温度过低(低于露点温度),可在热流体换热管束9的壁面上设置壁面温度计4,利用壁面温度计4显示管壁温度,同时在低温区域换热管束的冷凝液回流管3的合适位置设置电动调节阀5。电动调节阀5与壁面温度计4连锁控制,当管壁温度低于露点温度时,壁面温度计4发出信号,自动控制电动调节阀5的开度,减小工质7冷凝回流量,改变换热管内工质7相变循环,从而使其管壁温度始终高于露点温度从而避免露点腐蚀。在本实用新型的其他实施例中,分体式相变换热器也可以由整体式的冷、热流体换热管束组成。
上述实施例仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和等同替换,这些对本实用新型权利要求进行改进和等同替换后的技术方案,均落入本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种分体式相变换热器,包括热流体换热管束、冷流体换热管束,冷流体换热管束与热流体换热管束通过蒸汽上升管和冷凝液回流管连接形成循环回路,其特征在于:还包括温度计、调节阀、排气阀,所述温度计设置在所述热流体换热管束的壁面上,所述调节阀设置在所述冷凝液回流管上,所述排气阀设置在所述冷流体换热管束的顶部,所述排气阀上还设置有抽真空管嘴和气体喷射真空装置,所述冷凝液回流管上还设置有在线充液阀。
2.根据权利要求1所述的分体式相变换热器,其特征在于:所述热流体换热管束和冷流体换热管束的数量为多排,且分别通过蒸汽上升管和冷凝液回流管连接形成独立的循环回路,所述温度计设置在沿热流体流动方向尾部的热流体换热管束的壁面上,所述调节阀设置在与所述尾部的热流体换热管束相连的冷凝液回流管上。
3.根据权利要求1或2所述的分体式相变换热器,其特征在于:所述调节阀与所述温度计连锁控制。
4.根据权利要求1或2所述的分体式相变换热器,其特征在于:所述热流体换热管束和冷流体换热管束均由上联管、换热管、下联管组成。
5.根据权利要求4所述的分体式相变换热器,其特征在于:所述热流体换热管束和冷流体换热管束的换热管的外部设置翅片。
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