CN216620751U - 列管换热器结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及列管换热器结构，其特征在于包括换热管及多条换热管堆叠成的换热管组合体，换热管的形状为波浪形，换热管多条平铺为一层并多层堆叠形成换热管组合体，同一层的换热管之间有空间，上下相邻对应换热管的波峰及波谷投影相互错开，换热管组合体具有密集的管程流道及与管程流道连通的管程流道进风口及管程流道出风口。其具有适用于高温和有害的气体的热交换，具有换热效率高、低风阻和密封性好等优点。

Description

列管换热器结构

技术领域

本实用新型涉及一种换热器，具体涉及一种高性能列管气体换热器，属于节能技术领域。

背景技术

列管换热器已大量应用于气体热交换，需要换热的两路气体分别从壳程流道和管程流道相向流动并通过管壁进行热交换。传统技术中包括中国专利“一种新型列管换热器（CN201710279826.X)”应用于气相换热的列管换热器均采用直的换热管，管程流道气流呈直线运动扰动不足而影响了气体与换热管壁进行充分的热交换，而壳程流道所设置的导流板在其背风区域形成气体流动死角也降低换热效率。再有，多块导流板的设置会造成壳程流道的风阻增大，尤其采用正压驱动气流时风阻会大幅增加，这时必须采用高压送风机而最终造成换热器内压提高，在高温工况时结构热变形将增加换热器的密封难度，密封性对于高温高压和有害气体的热交换有严格的要求，一旦出现泄漏其后果非常严重。

基于传统列管换热器存在上述问题，让其在很多领域的应用受到限制。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足而提供一种能适用于高温和有害的气体的热交换，具有换热效率高、低风阻和密封性好的列管换热器结构。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：其是一种列管换热器结构，其特征在于包括换热管及多条换热管堆叠成的换热管组合体，所述换热管的形状为波浪形，换热管多条平铺为一层并多层堆叠形成换热管组合体，同一层的换热管之间有空间，上下相邻对应换热管的波峰及波谷投影相互错开，所述换热管组合体具有密集的管程流道及与管程流道连通的管程流道进风口及管程流道出风口。

在本技术方案中，还包括壳体及设在壳体两侧的密封墙，在所述壳体内设有壳程流道及与壳程流道连通的壳程流道进气口及设有壳程流道出气口，所述换热管组合体位于壳体中使换热管组合体中管程流道的气体与壳程流道的气体进行热交换，换热管组合体的管程流道进风口及管程流道出风口分别穿过两密封墙。

在本技术方案中，还包括壳体及设在壳体左侧的密封墙，在所述壳体内设有壳程流道及与壳程流道连通的壳程流道进气口及设有壳程流道出气口，所述换热管组合体位于壳体中使换热管组合体中管程流道的气体与壳程流道的气体进行热交换，换热管组合体的管程流道出风口穿过密封墙，壳程流道出气口及换热管组合体的管程流道进风口位于换热器壳体的内腔中，该内腔是炉膛，所述炉膛与管程流道及壳程流道连通。

在本技术方案中，所述换热管是同一规格的，上下相邻对应换热管通过正反摆放的方式将波峰和波谷的位置对调，从而使上下相邻两层换热管的波峰和波谷投影相互错开。

在本技术方案中，所述换热管呈波浪形，换热管的首尾是直管。

在本技术方案中，还包括在层叠方向将换热管组合体分隔成两组或多组的多条横梁，所述的横梁承托其上方对应部分的换热管组合体，所述的横梁与下方的换热管不接触，所述的横梁两端通过壳体两侧墙体支承，由此形成两个或多个独立承重的堆叠区间。

在本技术方案中，所述的横梁所采用的材料是碳化硅、氧化锆或刚玉等高强度耐高温的陶瓷材料。

在本技术方案中，所述密封墙将管程流道与壳程流道完全密封分隔，也将壳程流道与壳体外部空间密封分隔，所述的密封墙由耐火浇注料浇注而成。

在本技术方案中，所述换热管摆放时全部首尾平齐。

在本技术方案中，所述换热管是由陶瓷或石英玻璃材料构成。

在本技术方案中，在所述壳体上设有耐火材料和隔热材料。

本实用新型与现有技术相比的优点为：由密集波浪形换热管叠成的换热管组合体大幅增加壳程流道和管程流道气流的扰动，可大幅提升换热器的换热效率；波浪形换热管组合体使壳程流道和管程流道形成良好的弧形绕流气流路径，圆弧型气流通道比传统与壳程流道气流方向垂直的导流板阻力更小，壳程流道内部形成相通的立体网状结构大幅减少换热死角区域，而传统换热器壳程流道因导流板的设置无可避免在导流板的背风面形成换热死角区域。换热器内壳程流道弧形绕流路径可大幅减少气流驱动风机的压力，所带来的好处是减少壳体内压过高容易产生气体泄漏以及节省风机耗电；在换热管的长径比较大时，换热管径向会有很微小的弹性，当采用两端浇注密封时，当采用直管时如产生较大的温度变化，由于换热管和壳体的热膨胀率有差异时，换热管会对两端的密封墙产生推或拉的应力，容易造成密封墙的破坏，而采用波浪形换热管后，波浪结构会具有类似弹簧的效果，在产生热伸缩时可通过其弧形的拉伸或压缩可减少换热管对两端密封墙的作用力；波浪形换热管在施工时只需要简单堆叠，尤其是制造较长尺寸的换热器，无需采用密集的支撑物将换热管架空来形成壳程流道，减少了支撑物占用了壳程流道的空间，而且生产加工更简单快捷，更节约材料成本。

附图说明

图1为换热管形状结构示意图

图2为实施例一的换热管第N层平铺的结构俯视示意图

图3为实施例一的换热管第N+1层平铺的结构俯视示意图

图4为实施例一的换热管组合体的结构俯视示意图

图5为实施例一的列管热换热器结构俯视示意图

图6为实施例一的列管换换热器结构左视示意图

图7为实施例一的列管换换热器的进出风示意图

图8为实施例一的列管换换热器的另一种进出风示意图

图9为实施例二的结构俯视示意图

图10为实施例二的进出风示意图

图11为实施例三的结构剖视示意图

图12为实施例四的换热管第N层平铺的结构俯视示意图

图13为实施例四的换热管第N+1层平铺的结构俯视示意图

图14为实施例四的换热管组合体的结构俯视示意图

图15为实施例一和实施例二的换热管组合体的三维示意图

图16为实施例四的换热管组合体的三维示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

在本实用新型的描述中，术语“第一”及“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型描述中,术语“顶”、“底”、“左”及“右”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实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例一

如图1至图8及图15所示，其是一种列管换热器结构，包括换热管1及多条换热管堆叠成的换热管组合体，所述换热管1的形状为波浪形，换热管1多条平铺为一层并多层堆叠形成换热管组合体，同一层的换热管1之间有空间12，上下相邻对应换热管1的波峰15及波谷16投影相互错开，所述换热管组合体具有密集的管程流道10及与管程流道10连通的管程流道进风口13及管程流道出风口14。

装配时，位于同层的换热管1相同且平行排列，上下相邻对应换热管1的波峰15与波谷16投影相互错开。

在本实施例中，还包括壳体2及设在壳体2两侧的密封墙3，在所述壳体2内设有壳程流道20及与壳程流道20连通的壳程流道进气口21及设有壳程流道出气口22，所述换热管组合体位于壳体2中使换热管组合体中管程流道10的气体与壳程流道20的气体进行热交换，换热管组合体的管程流道进风口13及管程流道出风口14分别穿过两密封墙3。

在本实施例中，所述换热管1是同一规格的，上下相邻对应换热管1通过正反摆放的方式将波峰15和波谷16的位置对调，从而使上下相邻两层换热管1的波峰15和波谷16投影相互错开。

在本实施例中，所述换热管1呈波浪形，换热管1的首尾是直管。

在本实施例中，所述密封墙3将管程流道10与壳程流道20完全密封分隔，也将壳程流道20与壳体外部空间密封分隔，所述的密封墙3由耐火浇注料浇注而成。

在本实施例中，所述换热管1摆放时全部首尾平齐。

在本实施例中，所述换热管1是由陶瓷或石英玻璃材料构成。

在本实施例中，在所述壳体上2设有耐火材料和隔热材料。

实施例一中对两路不同温度的气流进行非接触式热交换，第一路气流从壳程流道进风口21进入，通过壳程流道后从壳程流道出风口22流出，第二路气流从管程流道进风口13进入，通过管程流道10后从管程流道出风口14流出。通常情况下为加大绕流避免气流走较短路径而降低换热效率，也避免高温气体对风机的损伤，壳程流道气流的驱动方式会采用从壳程流道进风口21用风机将低温气体送入的方式，第一路气流从壳程流道进风口21送入后将通过换热管组合体内部四通八达的空间往壳程流道出风口22方向流动，气流将按照波浪形换热管所形成密集的弧形流道运行，壳程流道气流得到充分的扰动以减少某些区域形成换热死区。同样，在管程流道10方面也大幅改善了气流绕流效果，传统列管换热器所采用的直管因管孔径太小以及考虑风阻及制造难度方面的问题，难以在管内设计导流结构，管程流道气流路径是直线，由于管内气流未得到扰动，靠管内壁流动的气体会获得较好的换热效果，而靠管道中心未有接触管壁的这部分气体其换热效果就不好。当换热管呈波浪状时，管程流道10将呈蛇行路径，管内流动气体通过不断改变前行方向使气体得到充分的扰动，使管程流道内的所有气体都均匀接触到换热管壁而获得良好得换热效果。以上通过对换热器壳程流道和管程流道的改变实现了对气流阻力的减少和对换热效率的大幅提升。

本实施例在施工方面也更加便利，尤其对于高温换热器其管程流道10和壳程流道20都需要有足够的长度，这样对于跨度较大的换热管1必须设有多个支撑点才能保障其结构安全，本实施例中换热管1只需要平铺层叠就可以，无需对每条换热管独立设置支撑物。

在列管换热器的内部，换热管1内的流道称为管程流道10，换热管1外空间的流道称为壳程流道20。

实施例二

如图1至图4、图6、图9、图10及图15所示，其是一种列管换热器结构，包括换热管1及多条换热管堆叠成的换热管组合体，所述换热管1的形状为波浪形，换热管1多条平铺为一层并多层堆叠形成换热管组合体，同一层的换热管1之间有空间12，上下相邻对应换热管1的波峰15及波谷16投影相互错开，在所述换热管组合体具有密集的管程流道10及与管程流道10连通的管程流道进风口13及管程流道出风口14。

装配时，位于同层的换热管1相同且平行排列，上下相邻对应换热管1的波峰15与波谷16投影相互错开。

在本实施例中，还包括壳体2及设在壳体2左侧的密封墙3，在所述壳体2内设有壳程流道20及与壳程流道20连通的壳程流道进气口21及设有壳程流道出气口22，所述换热管组合体位于壳体2中使换热管组合体中管程流道10的气体与壳程流道20的气体进行热交换，换热管组合体的管程流道出风口14穿过密封墙3，壳程流道出气口22及换热管组合体的管程流道进风口13位于壳体2的内腔5中，该内腔是炉膛，所述炉膛与管程流道10及壳程流道20连通。

在本实施例中，所述换热管1是同一规格的，上下相邻对应换热管1通过正反摆放的方式将波峰15和波谷16的位置对调，从而使上下相邻两层换热管1的波峰15和波谷16投影相互错开。

在本实施例中，所述换热管1呈波浪形，换热管1的首尾是直管。

在本实施例中，所述密封墙3将管程流道10与壳程流道20完全密封分隔，也将壳程流道20与壳体外部空间密封分隔，所述的密封墙3由耐火浇注料浇注而成。

在本实施例中，所述换热管1摆放时全部首尾平齐。

在本实施例中，所述换热管1是由陶瓷或石英玻璃材料构成。

在本实施例中，在所述壳体2上设有耐火材料和隔热材料。

本实施例适用于对有害气体无害化燃烧即热解处理后的烟气热交换，气体燃烧炉膛设于列管换热器内腔5中，列管换热器设有燃烧器对炉膛加热进行辅助燃烧，燃烧后的高温烟气通过管程流道10流出时与从壳程流道20进入的有害气体进行热交换，一方面降低了管程流道10所排放烟气的温度，又可利用烟气热量提前预热壳程流道20中的废气，从而提高废气进入炉膛时的基础温度，从而减少对废气实施燃烧所需要的燃料补充而实现节能。

实施例三

如图1至图4、图9及图11所示，其是一种列管换热器结构，包括换热管1及多条换热管堆叠成的换热管组合体，所述换热管1的形状为波浪形，换热管1多条平铺为一层并多层堆叠形成换热管组合体，同一层的换热管1之间有空间12，上下相邻对应换热管1的波峰15及波谷16投影相互错开，在所述换热管组合体具有密集的管程流道10及与管程流道10连通的管程流道进风口13及管程流道出风口14。

装配时，位于同层的换热管1相同且平行排列，上下相邻对应换热管1的波峰15与波谷16投影相互错开。

在本实施例中，还包括在层叠方向将换热管组合体分隔成两组或多组的多条横梁4，所述的横梁4承托其上方对应部分的换热管组合体，所述的横梁4与下方的换热管1不接触，所述的横梁4两端通过壳体2两侧墙体支承，由此形成两个或多个独立承重的堆叠区间。

其他部分跟实施例一或实施例二一致，本实施例适用于大型换热器的制造，为防止底部换热管1重压受损，通过增加横梁4承托部分换热管1的重量，减轻了底部换热管1的承重压力。

所述的波浪形换热管1占总层数约一半的高度，设有多条位于同一平面的换热管支承横梁4，所有的横梁4与其下方的换热管1不接触，所有横梁4两端通过壳体2两侧墙体支承，由此形成两个独立承重的堆叠区间。

在本实施例中，所述的横梁所采用的材料是碳化硅陶瓷。

在本实施例中，所述换热管1是同一规格的，上下相邻对应换热管1通过正反摆放的方式将波峰15和波谷16的位置对调，从而使上下相邻两层换热管1的波峰15和波谷16投影相互错开。

在本实施例中，所述换热管1呈波浪形，换热管1的首尾是直管。

在本实施例中，所述密封墙3将管程流道10与壳程流道20完全密封分隔，也将壳程流道20与壳体外部空间密封分隔，所述的密封墙3由耐火浇注料浇注而成。

在本实施例中，所述换热管1摆放时全部首尾平齐。

在本实施例中，换热管1是由陶瓷或石英玻璃材料构成。

在本实施例中，在所述壳体2上设有耐火材料和隔热材料。

实施例四

如图12至图14及图16所示，其是一种列管换热器结构，包括换热管1及多条换热管堆叠成的换热管组合体，所述换热管1的形状为波浪形，换热管1多条平铺为一层并多层堆叠形成换热管组合体，同一层的换热管1之间有空间12，上下相邻对应换热管1的波峰15及波谷16投影相互错开，在所述换热管组合体具有密集的管程流道10及与管程流道10连通的管程流道进风口13及管程流道出风口14。

装配时，位于同层左右相邻的换热管1两者的波峰15和波谷16相互错开，上下相邻对应换热管1的波峰15与波谷16投影相互错开。

本实施例是与前述实施例不同的另一种换热管摆放结构，其余方面与其他实施例一致。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作出详细说明，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种列管换热器结构，其特征在于包括换热管（1）及多条换热管堆叠成的换热管组合体，所述换热管（1）的形状为波浪形，换热管（1）多条平铺为一层并多层堆叠形成换热管组合体，同一层的换热管（1）之间有空间（12），上下相邻对应换热管（1）的波峰（15）及波谷（16）投影相互错开，所述换热管组合体具有密集的管程流道（10）及与管程流道（10）连通的管程流道进风口（13）及管程流道出风口（14）。

2.根据权利要求1所述的列管换热器结构，其特征在于还包括壳体（2）及设在壳体（2）两侧的密封墙（3），在所述壳体（2）内设有壳程流道（20）及与壳程流道（20）连通的壳程流道进气口（21）及设有壳程流道出气口（22），所述换热管组合体位于壳体（2）中使换热管组合体中管程流道（10）的气体与壳程流道（20）的气体进行热交换，换热管组合体的管程流道进风口（13）及管程流道出风口（14）分别穿过两密封墙（3）。

3.根据权利要求1所述的列管换热器结构，其特征在于还包括壳体（2）及设在壳体（2）左侧的密封墙（3），在所述壳体（2）内设有壳程流道（20）及与壳程流道（20）连通的壳程流道进气口（21）及设有壳程流道出气口（22），所述换热管组合体位于壳体（2）中使换热管组合体中管程流道（10）的气体与壳程流道（20）的气体进行热交换，换热管组合体的管程流道出风口（14）穿过密封墙（3），壳程流道出气口（22）及换热管组合体的管程流道进风口（13）位于壳体（2）的内腔（5）中，该内腔是炉膛，所述炉膛与管程流道（10）及壳程流道（20）连通。

4.根据权利要求1所述的一种列管换热器结构，其特征在于所述换热管（1）是同一规格的，上下相邻对应换热管（1）通过正反摆放的方式将波峰（15）和波谷（16）的位置对调，从而使上下相邻两层换热管（1）的波峰（15）和波谷（16）投影相互错开。

5.根据权利要求1所述的列管换热器结构，其特征在于所述换热管（1）呈波浪形，换热管（1）的首尾是直管。

6.据权利要求2或3所述的列管换热器结构，其特征在于还包括在层叠方向将换热管组合体分隔成两组或多组的多条横梁（4），所述的横梁（4）承托其上方对应部分的换热管组合体，所述的横梁（4）与下方的换热管（1）不接触，所述的横梁（4）两端通过壳体（2）两侧墙体支承，由此形成两个或多个独立承重的堆叠区间。

7.根据权利要求2或3所述的列管换热器结构，其特征在于所述密封墙（3）将管程流道（10）与壳程流道（20）完全密封分隔，也将壳程流道（20）与壳体外部空间密封分隔，所述的密封墙（3）由耐火浇注料浇注而成。

8.根据权利要求1所述的列管换热器结构，其特征在于所述换热管（1）摆放时全部首尾平齐。

9.根据权利要求1所述的列管换热器结构，其特征在于所述换热管（1）是由陶瓷或石英玻璃材料构成。

10.根据权利要求2或3所述的列管换热器结构，其特征在于在所述壳体（2）上设有耐火材料和隔热材料。

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