CN219415849U - 一种高效三维管超导远距离热传输换热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效三维管超导远距离热传输换热装置，包括能量回收模块以及设置于所述能量回收模块下方的收灰斗；所述能量回收模块包括管排；所述管排包括上联箱、套管、下联箱、支撑管板和换热管；所述上联箱和下连箱上下相对而设，所述套管连接安装在所述上联箱和下连箱之间；吸热介质在所述套管、上联箱和下连箱三者形成的管路中流动；所述支撑管板设置在下联箱的下方，在支撑管板上开有孔，所述换热管的顶端穿过该孔并凸出于支撑管板，换热管的顶端作为放热端，换热管的下端作为吸热端，在换热管内部腔体存有超导工质。本装置体积小、换热效率高、抗磨损、抗积灰的，运行稳定防泄漏。

Description

一种高效三维管超导远距离热传输换热装置

技术领域

本实用新型涉及电站锅炉、工业锅炉、工业热风炉、化工及工业窑炉等的烟气能量回收技术领域，特别是涉及高含尘的烟气，并对换热元件产生严重磨损的工艺环境特点的能量回收装置。

背景技术

电站锅炉、工业锅炉、工业热风炉、化工及工业窑炉等的燃料一般为燃煤，燃煤燃烧后产生的烟气中含有对人体、动物和植物都有害的成分。例如：SOx、NOx、烟尘等。这样的成分如果不经过处理直接排放到大气中，就会对环境造成烟气污染。为了能让燃煤电站锅炉顺利达标，必须对这类锅炉的尾部烟气进行深度冷却，使得满足除尘设备和脱硫设备处于最佳工况下工作。另外，为了防止烟气对烟囱的腐蚀，和不利于烟气在大气中的扩散等原因，在烟气进入烟囱之前利用前面进行深度冷却并吸收的热量对烟气进行加热后再排放。

目前现有的能量回收装置普遍直接采用H型鳍片管、螺旋翅片管，或者由H型鳍片管、螺旋翅片管制作成的热管作为其换热元件，并且通过烟气横向冲刷其管束来进行换热。由于H型鳍片管外部鳍片或者螺旋翅片管的外部翅片间间距较小，表面粗糙，死角多，导致流场不好，容易产生附着挂灰、迎风面积灰、堵灰，换热效果在短时间内急剧下降甚至失效。同时在烟气横向冲刷下，导致了换热元件的严重磨损而产生泄漏。由于目前大部分的换热器的缺乏检测手段或者检测手段落后，往往无法及时发现换热器已经发生大规模泄漏，导致换热器的内部介质泄漏于烟气中，导致后部的除尘器的主要构件严重损坏，造成重大安全事故。鉴于国家对于环保要求越来越高，而能量回收装置是烟气深度冷却余热回收不可缺少的设备，因此体积小、换热效率高、抗磨损、抗积灰的，运行稳定防泄漏能量回收装置的成功开发是当务之急。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种高效三维管超导远距离热传输换热装置，以使大幅度提高受热面的换热效率极低，减少磨损、积灰、堵灰及腐蚀，并为装置发生泄漏时，能够防止冷却介质大量泄漏于高温介质当中而设置一道防护屏障，避免对系统中其它设备造成严重影响或者甚至造成严重的安全事故。同时能够减轻磨损和堵灰，延长设备寿命，又能降低排烟温度，极限回收烟气能量，降低装置的故障率，减少装置的维护、检修成本，提高企业的总体经济效益。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种高效三维管超导远距离热传输换热装置，包括能量回收模块以及设置于所述能量回收模块下方的收灰斗；

所述能量回收模块包括管排；

所述管排包括上联箱、套管、下联箱、支撑管板和换热管；

所述上联箱和下连箱上下相对而设，所述套管连接安装在所述上联箱和下连箱之间；吸热介质在所述套管、上联箱和下连箱三者形成的管路中流动；

所述支撑管板设置在下联箱的下方，在支撑管板上开有孔，所述换热管的顶端穿过该孔并凸出于支撑管板，换热管的顶端作为放热端，换热管的下端作为吸热端，在换热管内部腔体存有超导工质。

进一步地，所述换热管两端真空密封，外表面为三维变空间曲面；所述换热管的顶端和套管之间形成螺旋通道。

进一步地，所述换热管外表面光滑，流场均匀。

进一步地，所述换热管的吸热端表面光滑。

进一步地，所述的高效三维管超导远距离热传输换热装置还包括支撑环套，所述支撑换套嵌入支撑管板上所开的孔。

进一步地，所述套管设置有多根；所述换热管也设置有多根，数量和所述套管相对应。

进一步地，每一换热管的顶端和下连箱相接触且和所述套管相对而设。

进一步地，所述管排设置有多组，多组管排成一纵列；

还包括上总套管，所述上总套管连接在成纵列的多组管排的上联箱同一端开口处；

还包括下总套管，所述下总套管连接在成纵列的多组管排的下联箱同一端开口处；

所述上总套管和下总套管成斜对角相对而设。

进一步地，多根所述换热管由钢带捆扎形成一个整体。

进一步地，所述能量回收模块设置有两，两能量回收模块串联连接，以使得吸热介质在两能量回收模块中流通。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：

本实用新型提出的高效三维管超导远距离热传输换热装置，其换热元件采用超导热管技术，并引入异型高效三维管作为换热管内部超导工质的载体，同样内部封装少量超导工质，利用换热管的三维变空间曲面强化传热、表面光滑、流场均匀等特性来大幅度提高的吸热端与放热端的高效传热效率，解决传统换热元件易产生积灰、磨损、腐蚀等问题，重要的是解决传统换热换热元件无法提前预知而导致内部吸热介质由于换热元件的破损而大量泄漏于烟道中，并随着烟气进入后部的除尘器，造成除尘器严重事故的问题。因此，本实用新型摒弃了传统的翅片拓展换热面积强化手段，采用每根换热管可形成独立换热单元体的特性，它由吸热端与放热端组成。其工作原理为：吸热端吸收能量后使得内部液相超导工质产生相变为汽体，在密度差的作用下上升到放热端，释放能量后的超导工质重新冷凝为液相形态并沿着异型三维管壁在重力的作用下流回吸热端底部，完成一个工作循环。

为了使得放热介质与吸热介质形成安全隔绝的防护屏障，让热量可以远距离传输，以杜绝吸热介质泄漏于放热介质中而造成安全事故的风险，在放热端设置套管结构，把吸热介质密封于异型三维管热管的吸热端，利用2次管壁屏障和远距离传输特性的防护特性，既可以提高放热端的放热效率，且解决了放热端的吸热介质易大量泄漏于放热介质当中的安全问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种高效三维管超导远距离热传输换热装置总示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种高效三维管超导远距离热传输换热装置的管排示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种高效三维管超导远距离热传输换热装置的管排的局部示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种高效三维管超导远距离热传输换热装置换热管的工作原理图；

附图标记说明：

图1：1、上总集管；2、管排；3、收灰斗；4、下总集管；

图2：201、上联箱；202、套管；203、下联箱；204、支撑套环；205、支撑管板；206、换热管。

具体实施方式

实施例：

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

参阅图1-4所示，本实施例提供的高效三维管超导远距离热传输换热装置包括能量回收模块以及设置于所述能量回收模块下方的收灰斗3。

其中，该能量回收模块包括管排2，如图2所示，该管排2包括上联箱201、套管202、下联箱203、支撑管板205和换热管206；该上联箱201和下连箱203上下相对而设，该套管202连接安装在上联箱201和下连箱203之间；吸热介质在套管202、上联箱201和下连箱203三者形成的管路中流动。该支撑管板205设置在下联箱203的下方，在支撑管板205上开有孔，换热管206的顶端穿过该孔并凸出于支撑管板206，换热管206的顶端作为放热端，换热管206的下端作为吸热端，在换热管206内部腔体存有超导工质。

如图1所示，当放热介质经过换热管206时，吸热端吸收能量后使得内部液相超导工质产生相变为汽体，在密度差的作用下上升到放热端，释放能量后的超导工质重新冷凝为液相形态并沿着换热管206管壁在重力的作用下流回吸热端底部，完成一个工作循环。由于支撑管板205是设置在下联箱的下方，支撑管板205设置在换热管206的绝热过渡段，起到密封放热介质、隔开放热介质与外界的接触、隔开放热介质与吸热介质的接触、支撑管排2的重量等作用，也就是说，换热管206内的超导工质和吸热介质基本是相互独立的，使得放热介质与吸热介质形成安全隔绝的防护屏障，让热量可以远距离传输，以杜绝吸热介质泄漏于放热介质中而造成安全事故的风险，利用2次管壁屏障和远距离传输特性的防护特性，既可以提高放热端的放热效率，且解决了放热端的吸热介质易大量泄漏于放热介质当中的安全问题。

另外，由于放热介质夹杂存在一定量的灰分，在换热管206间流动的过程中灰分碰撞管排2的壁面后，由于速度减慢而掉落堆积于管束下部，为了避免灰分堆积于管排2下部而堵塞流通通道，造成管排2壁面磨损、腐蚀、流动阻力增大等后果，管排2下端设置收灰斗3，不间断收集掉落灰分，解决以上所出现的问题。

在一具体实施例中，如图4所示，该换热管206两端真空密封，且内部腔体存有少量超导工质，当热量从换热管206下端经管壁输入时，液态超导工质吸收管壁热传导的热量后相变为汽态超导工质，在密度差的驱动下上升到换热管206的上端，热量经过管壁的热传导输出时，汽态超导工质释放出热量后重新冷凝成液态超导工质，并沿着换热管206的管壁重新回流到换热管206下端，完成了整个工作过程。优选地，换热管206外表面为三维变空间曲面，强化了管外的放热介质与吸热介质的换热，极大提高了对流换热系数减少装置的材料消耗量，换热管206内部三维变空间螺旋曲面，则强化了超导介质回流过程中液膜，避免了壁面的高温过热烧蚀损坏。换热管206的顶端和套管202之间形成螺旋通道，加热流体在流道中形成纯逆流强化传热，提高放热端的放热能力。此外，该换热管202的吸热端以及外表面光滑，流场均匀，不会形成涡流死角，有很强的抗积灰和抗腐蚀性能。

在一具体实施例中，如图3所示，还包括T型支撑环套204，该支撑环套204嵌入支撑管板205上所开的孔并与换热管206焊接在一起，起到支撑每一根换热管206。该结构的其中优点是一旦换热管206发生泄漏，只有内部的少量的超导工质泄漏于放热介质当中，不会发生大量的吸热介质泄漏于放热介质中而导致重大的安全事故。

在一具体实施例中，如图2所示，该套管202设置有多根，换热管206也设置有多根，数量和套管202相对应。也就是说，每一根换热管206成相对独立工作单元环境，因此内部少量介质的泄漏不会影响其他换热管206。每一换热管206的顶端和下连箱203相接触且和套管202相对而设，以进一步提高放热效率。多根换热管206则由钢带捆扎形成一个整体，采用钢带捆扎后提高形成整体刚度，具有非常强的抗振动性能。

在一具体实施例中，上述的管排2设置有多组，多组管排2成一纵列；还包括上总套管1，上总套1管连接在成纵列的多组管排2中的上联箱201同一端开口处，还包括下总套管4，该下总套管4连接在成纵列的多组管排2中的下联箱203同一端开口处；该上总套管1和下总套管4成斜对角相对而设。也就是说，所有管排2中的上联箱201、下联箱203对应汇聚在上总套管1和下总套管4中，吸热介质从上总套管1和下总套管4中进出。

在一具体实施例中，上述的能量回收模块设置有两，两能量回收模块串联而成，即两两能量回收模块的吸热介质相互连通流动，当放热介质穿两能量回收模块的下部换热管束时，对换热管束下端(吸热端)放热，换热管束的下端吸收热量后传递到换热管束的上端(放热端)，并对吸热介质放热。吸热介质从上总集管1进入其所在的能量回收模块进行吸热后并从下总集管4出来，从下总集管4出来的吸热介质再经另一能量回收模块的下总集管4进入能量回收模块进行吸热后，从另一能量回收模块的上总集管1出来，完成了整个换热过程。放热介质与吸热介质总体上呈逆流换热，避免了温度交叉。另外，由于放热介质夹杂存在一定量的灰分，在换热管束间流动的过程中灰分碰撞管排2的壁面后，由于速度减慢而掉落堆积于换热管束下部，为了避免灰分堆积于管排2下部而堵塞流通通道，造成管排2壁面磨损、腐蚀、流动阻力增大等后果，换热管束下端设置收灰斗3，不间断收集掉落灰分，解决以上所出现的问题。

上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高效三维管超导远距离热传输换热装置，其特征在于，包括能量回收模块以及设置于所述能量回收模块下方的收灰斗；

所述能量回收模块包括管排；

所述管排包括上联箱、套管、下联箱、支撑管板和换热管；

所述上联箱和下连箱上下相对而设，所述套管连接安装在所述上联箱和下连箱之间；吸热介质在所述套管、上联箱和下连箱三者形成的管路中流动；

所述支撑管板设置在下联箱的下方，在支撑管板上开有孔，所述换热管的顶端穿过该孔并凸出于支撑管板，换热管的顶端作为放热端，换热管的下端作为吸热端，在换热管内部腔体存有超导工质；所述换热管两端真空密封，外表面为三维变空间曲面；所述换热管的顶端和套管之间形成螺旋通道。

2.如权利要求1所述的高效三维管超导远距离热传输换热装置，其特征在于，所述换热管外表面光滑，流场均匀。

3.如权利要求2所述的高效三维管超导远距离热传输换热装置，其特征在于，所述换热管的吸热端表面光滑。

4.如权利要求1所述的高效三维管超导远距离热传输换热装置，其特征在于，还包括支撑环套，所述支撑环套嵌入支撑管板上所开的孔。

5.如权利要求1所述的高效三维管超导远距离热传输换热装置，其特征在于，所述套管设置有多根；所述换热管也设置有多根，数量和所述套管相对应。

6.如权利要求5所述的高效三维管超导远距离热传输换热装置，其特征在于，每一换热管的顶端和下连箱相接触且和所述套管相对而设。

7.如权利要求1或6所述的高效三维管超导远距离热传输换热装置，其特征在于，所述管排设置有多组，多组管排成一纵列；

还包括上总套管，所述上总套管连接在成纵列的多组管排的上联箱同一端开口处；

还包括下总套管，所述下总套管连接在成纵列的多组管排的下联箱同一端开口处；

所述上总套管和下总套管成斜对角相对而设。

8.如权利要求6所述的高效三维管超导远距离热传输换热装置，其特征在于，多根所述换热管由钢带捆扎形成一个整体。

9.如如权利要求8所述的高效三维管超导远距离热传输换热装置，其特征在于，能量回收模块设置有两，两能量回收模块串联连接，以使得吸热介质在两能量回收模块中流通。