CN204202456U - 非对称相变换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非对称相变换热器，主要包括换热器壳体及设于换热壳体内的换热元件，所述换热元件至少为一个，其换热元件由前板、后板及设于前板与后板之间的多个蜂窝翅片板组成，所述蜂窝翅片板由左翅板及右翅板组成，所述左翅板及右翅板分别设有导流区、蜂窝区及密封区。本实用新型所述的非对称相变换热器具有节能环保、耐腐蚀性高、使用寿命长，占地面积小、安装方便的特点。

Description

非对称相变换热器

技术领域

本实用新型涉及一种换热装置，特别涉及一种可以产生紊流气体的非对称相变换热器。

背景技术

传统烟气余热回收（气-液）换热器一般为管式换热：大致包括有热管、铜刺管、钢管、翅片管几种，管式换热器广泛用于超高压生产过程，可用于流量不大，所需传热面积不多的场合。管式换热的优点在于：结构简单，加工方便，耐高压，能保持完全逆流使平均对数温差大。其缺点在于：结构不紧凑，金属消耗量大，接头多而易漏，占地较大。也有些工厂采用了板式换热器进行换热，目前市场上的板式换热器主要由多条波纹传热板，按照要求的间隔，通过橡胶密封垫压紧而制成，在组装时，波纹板成交替排列，板与板之间用粘结剂把橡胶密封板条固定好，从而防止液体泄露，并形成独立的液体流道，其缺点在于：每块波纹板采用独立换热，独立出水，因此造成每块波纹板内的流体温度不一致，其交换出去的流体可能一部分温度很高，一部分温度很低的问题，再由于波纹板之间都是采用整块式的密封设计，使得烟气在换热器能不能产生有效循环，导致换热效率不是很高，还有就是现在的板式换热器多采用胶圈密封和普通焊接，导致了其抗压性能也较差。由此可见，目前无论是管式换热器还是板式换热器在应用过程中，都存在诸多需要解决的问题，如：换热材料的低温腐蚀问题，由于烟气温度的降低，水蒸气冷凝析出，将烟气中的未燃烧完全物质以及燃烧产生的酸性气体全部溶解到冷凝水中，导致了冷凝水有一定腐蚀能力。如果使用普通的碳钢翅片管，则不用3年的时间整个冷凝节能器的翅片周围将被腐蚀殆尽，效率会逐渐下降，直至最后冷凝节能器漏水漏烟气，使用寿命比较低。锅炉尾部出口排烟温度过低会使换热器的壁温低于硫酸蒸汽的凝结点（称为酸露点），引起金属换热管受热面的严重腐蚀。  一般工程应用所选择的低温省煤器的最低壁温应超过烟气露点温度 10℃ 左右，从而达到防止低温结露腐蚀，从而导致金属材料的换热器只能回收约120℃以上排烟温度的锅炉烟气，不能充分利用排烟余热，限制了低温省煤器的应用范围；换热元件抗压性能差，再则现在的换热器由于金属换热管，体积大，导致换热器本身相对笨重，少则几吨，甚至几十吨的重量，锅炉后段要求较大的空间安装。

实用新型内容

本实用新型提供了一种节能环保、耐腐蚀性高、使用寿命长，占地面积小的非对称相变换热器。

为了达到上述设计目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种非对称相变换热器，主要包括换热器壳体及设于换热壳体内的换热元件，所述换热元件至少为一个，其换热元件由前板、后板及设于前板与后板之间的多个蜂窝翅片板组成，其前板上设有进水管道口及出水管道口，所述蜂窝翅片板由左翅板及右翅板组成，所述左翅板及右翅板分别设有导流区、蜂窝区及密封区，所述导流区包括与前板进水管道口、出水管道口对应的进水口及出水口，进水口的周围设置有多条导流槽，导流槽与蜂窝区的进水端相连通，蜂窝区的后端与出水口相连通，所述蜂窝区由多个均匀排布的外凸槽体组成，使蜂窝区的内端面形成一“波浪形”流道，每个外凸槽体的波峰上还开有过水孔，所述密封区沿蜂窝区及导流区的外周缘设置，且密封区的水平面要高于外凸槽体波谷水平面，左翅板与右翅板的密封区通过焊接后形成一中空腔体，多块蜂窝翅片板有序堆叠后通过焊接与前板及后板形成固定，相邻设置蜂窝翅片板的过水孔相连通，其周边通过点焊密封，经过组合后的多块蜂窝翅片板的内腔形成水流通道，其波浪形外壁形成烟气流道。

进一步，所述蜂窝区的外凸槽体为一种八角形结构，其相邻外凸槽体的直线边相互重合，多组外凸槽体组合后其斜线边的空隙形成烟气流道，其外凸槽体波浪形外壁与斜边空隙形成一种十字交叉形的烟气流道。

进一步，所述左翅板与右翅板在真空高温下通过铜或镍依次与前板及后板焊接密封。

本实用新型所述非对称相变换热器的有益效果是：采用了多块八角形蜂窝状模块化非对称流量板作为主要换热元件，从而使换热元件形成十字交叉的气体流道及液体流道，十字交叉的流道能使流体在较小的流速下产生湍流，形成较高的传热系数，换热元件的密封及拼接是在真空高温下通过铜或镍焊接密封，不仅确保了换热元件的防漏性，同时也确保了换热元件的抗压性。换热元件可采用模块化的形式根据实际需求进行组合，可有效节省占地空间，及适应不同规格的排热设备，也方便了使用者进行拆卸及维修。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型中左翅板或右翅板的结构示意图；

图3为本实用新型中蜂窝区的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获取的其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。

如图1所示本实用新型提供的一种非对称相变换热器，主要由换热器壳体及设于换热壳体内的换热元件组成，根据散热设备的排烟量大小可制定出非对称变相换热器的规格大小，换热器壳体内可以设置多个换热元件，每一个换热元件均包括有前板1、后板2及设于前板1与后板2之间的多个蜂窝翅片板3（于本实用新型中前板及后板为一种304不锈钢板，蜂窝翅片板由316L不锈钢制成），其前板1上设有进水管道口11及出水管道口12，所述蜂窝翅片板3由左翅板4及右翅板5组成，如图2、3所示所述左翅板4及右翅板5分别设有对应的导流区41、蜂窝区42及密封区43，所述导流区41包括与前板进水管道口11、出水管道口12对应的进水口411及出水口412，进水口411的周围设置有多条导流槽413，导流槽413与蜂窝区42的进水端相连通，蜂窝区42的后端与出水口412相连通，所述蜂窝区42由多个均匀排布的外凸槽体421组成，使蜂窝区的内端面形成一“波浪形”流道，每个外凸槽体421的波峰上还开有过水孔422，外凸槽体421为一种八角形结构，其相邻外凸槽体421的直线边相互重合，多组外凸槽体421组合后其斜线边的空隙形成烟气流道423，其外凸槽体421的波浪形外壁与斜边空隙形成一种十字交叉形的烟气流道，所述密封区43沿蜂窝区42及导流区41的外周缘设置，且密封区的水平面要高于外凸槽体421波谷水平面，左翅板4与右翅板5的密封区通过焊接后形成一中空腔体，多块蜂窝翅片3板有序堆叠后通过焊接与前板及后板形成固定，相邻设置蜂窝翅片板3的过水孔422相连通，其周边通过点焊密封，经过组合后的多块蜂窝翅片板3的内腔形成水流通道，其波浪形外壁形成烟气流道。

本实用新型换热元件的加工工艺，包括以下步骤：

S1.选材，选取304不锈钢作为前板及后板的加工基材，选取316L不锈钢作为左翅板、右翅板的加工基材；

S2.冲压成型，先将前板及后板冲压成平面结构，将左翅板、右翅板冲压成八角形的蜂窝波浪板；

S3.二次冲压及焊接，在真空高温环境下将对应的左翅板与右翅板重叠冲压形成一组蜂窝翅板固定在前板上，其边缝用铜或镍焊接密封，如此反复对左翅板及右翅板进行叠层冲压固定，其后端固定后板，在叠层过程中，相邻蜂窝翅板上的过水孔的周缘通过铜或镍进行焊接密封。

具体安装及使用：

根据排烟设备的最大排烟量设置换热壳体的大小，并在换热换热壳体内安装N个换热元件，其相邻的换热元件通过进水口与出水口保持连通，如图1中所示的换热元件的B面对应排烟设备的烟气流道进口，换热元件的A面为液体流道的进口/出口，需要换热时，向换热元件A面的进水口注入低温流体，通过蜂窝翅片板的进水口进入蜂窝翅片板的内腔流道，由于蜂窝翅片板采用了“凹凸”结构的波浪板纹，从而增大了流体在蜂窝翅片板中的换热面积，再由于蜂窝翅片板设有形成连通的过水孔，使蜂窝翅片板集群成连通，从而流体在蜂窝翅片板集群的内腔中形成湍流，保证了流体的平均温度，使换热出去的流体温度均一；烟气通过换热元件的B面进入换热元件，由于蜂窝翅片板采用八角形板块设计，其斜线间隔形成了缝隙烟气流道，烟气在蜂窝翅板外壁形成十字交叉形的湍流，起到更加全面的换热效果。

     由于换热元件采用的是304不锈钢和316L不锈钢作为装配基材，并且采用了真空高温冲压和真空高温铜或镍进行焊接密封，确保了换热元件的抗压性，根据压力测试和操作限制，换热元件流道在225摄氏度下的测试压力：24 bar，真空测试：0.00005 bar，当压力更低时还可承受更高的温度。

本设计不存在旁路，而且板片的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流。所以有较高的传热系数，一般认为是管壳式换热器的3~5倍。  完成同一换热任务，采用管壳式换热器和采用本设计的比较；本设计的换热面积仅为管壳式换热面积的1/3～1/4。

1)    对数平均温差大

流体在本钎焊板式换热器内的流动为湍流方式，其温差修正系数一般大于0.8，通常为0.95.

2)    占地面积小安装方便      

3)    钎焊板式换热器结构紧凑，与传统管式换热器比较：

同样流量下只需要1/10的换热面积，

同样换热面积只有1/10大小，

同样的流量压降只有5-10%的PHE，

4)    重量轻

钎焊板式换热器为紧凑高效的气体-液体换热器。在完成同样换热任务的情况下，板式换热器所需的换热面积比管壳式换热器的小、重量轻，仅为管壳式换热器重量的1/8~1/10，管式换热器的1/15~1/20。

5)    末端温差小

管壳式换热器在壳程中流动的流体和换热面交错并绕流，还存在旁流。而钎焊板式换热器的冷、热流体在板式换热器内的流动十字交叉于换热面，且无旁流；这样使得板式换热器的末端温差很小，本换热器末端温差为5℃.这对于回收低温位的热能是很有利的。

6)    污垢系数低

板式换热器的污垢系数比管壳式换热器的污垢系数小很多，其原因是流体的剧烈湍流，杂质不易沉积；板间通道的流通死区小；不锈钢制造的换热面光滑、且腐蚀附着物少；以及清洗容易。

7)    多种介质换热

8)    很容易改变换热面积或流程组合

以现场工况参数及要求，适当增加（或减少）模块或流程组合，即可达到需要增加（或减少）换热器的换热面积。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种非对称相变换热器，主要包括换热器壳体及设于换热壳体内的换热元件，其特征在于：所述换热元件至少为一个，其换热元件由前板、后板及设于前板与后板之间的多个蜂窝翅片板组成，其前板上设有进水管道口及出水管道口，所述蜂窝翅片板由左翅板及右翅板组成，所述左翅板及右翅板分别设有导流区、蜂窝区及密封区，所述导流区包括与前板进水管道口、出水管道口对应的进水口及出水口，进水口的周围设置有多条导流槽，导流槽与蜂窝区的进水端相连通，蜂窝区的后端与出水口相连通，所述蜂窝区由多个均匀排布的外凸槽体组成，使蜂窝区的内端面形成一“波浪形”流道，每个外凸槽体的波峰上还开有过水孔，所述密封区沿蜂窝区及导流区的外周缘设置，且密封区的水平面要高于外凸槽体波谷水平面，左翅板与右翅板的密封区通过焊接后形成一中空腔体，多块蜂窝翅片板有序堆叠后通过焊接与前板及后板形成固定，相邻设置蜂窝翅片板的过水孔相连通，其周边通过点焊密封，经过组合后的多块蜂窝翅片板的内腔形成水流通道，其波浪形外壁形成烟气流道。

2.根据权利要求1所述的非对称相变换热器，其特征在于：所述蜂窝区的外凸槽体为一种八角形结构，其相邻外凸槽体的直线边相互重合，多组外凸槽体组合后其斜线边的空隙形成烟气流道，其外凸槽体波浪形外壁与斜边空隙形成一种十字交叉形的烟气流道。

3.根据权利要求1所述的非对称相变换热器，其特征在于：所述左翅板与右翅板在真空高温下通过铜或镍依次与前板及后板焊接密封。