一种套管式余热回收换热器的制作方法

1.本实用新型涉及换热器技术领域，具体涉及一种用于工业余热回收的套管式换热器。


背景技术：

2.随着经济的快速发展和城市化进程，我国的能源消费总量也呈上升趋势。关于冶金、建材、化工等行业是中国能源终端消费的主要行业，占中国能源消费总量的30％以上。但是，这些能源密集工业部门的能源利用平均效率低于40％。废热回收是提高热效率、降低工业过程能耗的有效途径，而提高热、冷介质之间的换热行为是实现更高效热回收的根本步骤。多种形式的水-气、气-固换热器等在余热回收领域得到了应用，然而较低的回收效率仍限制了它们的应用。
3.目前现有技术采用的余热回收换热器主要有管式换热器、板式换热器、气-固式直接换热器、金属泡沫填式充换热器等。其中常见的管式换热器和板式换热器换热系数较低；而气-固式直接换热器由于气体和固体直接接触，冷却介质可能与热固体发生反应，这限制了它的进一步利用；金属泡沫填式充换热器常常堵塞现象十分严重，无法实现大范围的应用。
4.综上所述，现有技术还有待于进一步改进。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种套管式余热回收换热器，其在使用过程中不存在堵塞现象，并且换热效率得到了显著提高，也有效避免了冷介质反应的现象。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案:
7.一种套管式余热回收换热器，其包括壳体、位于壳体内的换热单元以及安装在所述壳体的两端的前法兰端盖和后法兰端盖，在所述的壳体上设置有接口，所述的接口处安装有冷流体入口管，所述的冷流体入口管的底端垂直连接有入口总集管；
8.所述的换热单元包括冷流体入口集管、冷流体分管和热流体分管，所述的冷流体入口集管设置有若干根，若干根冷流体入口集管间隔均匀的排布成一列，每根冷流体入口集管的顶端连接在所述的入口总集管上；
9.在每根冷流体入口集管上从上至下依次设置若干根与其垂直的所述的冷流体分管，每根冷流体分管从壳体的前端横向伸入壳体的后端，位于壳体后端的冷流体分管连接有冷流体出口集管，所述的冷流体出口集管连接有出口总集管，所述的出口总集管连接有冷流体出口管；
10.在每根冷流体分管的外壁上缠绕有呈螺旋状的绕流翅片；
11.在每根冷流体分管的中部套置所述的热流体分管，且每根热流体分管与冷流体分管之间存在一定的间隙，所述的热流体分管的数量与冷流体分管的数量相匹配；
12.在壳体内焊接有用于对所述的热流体分管进行支撑的支撑板。
13.作为本实用新型的一个优选方案，所述的支撑板上设置有若干个小孔，所述的支撑板的顶端和底端分别焊接在壳体内的顶部和底部，每根热流体分管横穿过与其在同一高度上的小孔。
14.作为本实用新型的另一个优选方案，每根冷流体分管的直径为2～10mm。
15.进一步优选，所述的冷流体入口集管与入口总集管、冷流体分管之间通过激光焊的方式进行连接。
16.进一步优选，所述的出口总集管和冷流体出口管位于壳体外。
17.进一步优选，所述的前法兰端盖与壳体、后法兰端盖与壳体均通过螺栓连接在一起，在所述的前法兰端盖与壳体之间还设置有垫片，在所述的前法兰端盖上设置有烟气入口，在所述的后法兰端盖上设置有烟气出口。
18.进一步优选，所述的支撑板平行设置有2～4块。
19.与现有技术相比，本实用新型带来了以下有益技术效果：
20.(1)本实用新型提出了一种套管式余热回收换热器，其冷流体分管、热流体分管采用套管式的排布方式，可有效提高换热效率；
21.(2)本实用新型冷流体分管为毛细管结构，同时在冷流体分管的外壁缠绕有螺旋状的绕流翅片，可以提高换热单元整体的传热性能。
22.(3)本实用新型冷流体分管采用分管-集管-总集管的布置方式，提高了冷流体管程换热效率的同时，降低了冷流体侧的压降。
23.(4)在壳体内设置支撑板，一方面可以起到对热流体分管进行支撑的作用，另一方面可以隔阻高温流体，使高温气体通过管内流动。
附图说明
24.下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
25.图1为本实用新型换热器整体结构示意图；
26.图2为本实用新型换热器装配剖面图；
27.图3为冷热流体管束整体图；
28.图4为绕流翅片示意图；
29.图中：
30.1、烟气入口，2、前法兰端盖，3、垫片，4、冷流体入口集管，5、入口总集管，6、冷流体入口管，7、冷流体分管，8、热流体分管，9、接口，10、壳体，11、冷流体出口管，12、出口总集管，13、后法兰端盖，14、烟气出口，15、绕流翅片，16、支撑板。
具体实施方式
31.本实用新型提出了一种套管式余热回收换热器，为了使本实用新型的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本实用新型做进一步说明。
32.结合图1和图2所示，本实用新型一种套管式余热回收换热器，包括壳体10、换热单元、前法兰端盖2及后法兰端盖13，壳体10的形状优选为长方形柱体结构，在壳体的前端通过前法兰端盖与其连接密封，壳体的后端通过后法兰端盖13与其连接密封，优选在前法兰端盖与壳体10之间设置垫片3，以增强其密封性。优选前法兰端盖与壳体、后法兰端盖与壳
体均通过螺栓连接在一起。
33.在前法兰端盖2上设置烟气入口1，如烟气入口1形状为圆孔状，设置有多个，高温烟气从烟气入口1进入壳体内，在后法兰端盖13上设置烟气出口14，高温烟气从烟气出口14排出。
34.在壳体10上设置有用于安装冷流体入口管6的接口9，也设置有用于安装冷流体出口管的接口，如图1所示，用于安装冷流体入口管的接口的位置在壳体的顶面，用于安装冷流体出口管的接口位置在壳体的底面，从该冷流体入口管6通入冷流体。
35.冷流体从冷流体入口管6的顶端流向底端后，首先进入与冷流体入口管垂直布置的入口总集管5，相当于入口总集管5与壳体的前端面相互平行，冷流体进入入口总集管3中进一步分散开，由于入口总集管5又连接有多根冷流体入口集管4，冷流体入口集管4设置若干根，其数量可根据实际需要进行合理选择，如本实用新型图3所示，优选为10～30根。
36.若干根冷流体入口集管间隔均匀的排布成一列，每根冷流体入口集管的顶端连接在所述的入口总集管上。
37.在每根冷流体入口集管4上从上至下依次设置若干根与其垂直的冷流体分管，本实用新型优选冷流体分管的数量为50～300根。
38.每根冷流体分管7从壳体的前端横向伸入壳体的后端，且长度小于壳体的长度，保证冷流体分管7位于壳体内，位于壳体后端的冷流体分管连接有冷流体出口集管，冷流体出口集管连接有出口总集管12，出口总集管连接有冷流体出口管11。
39.如图4所示，在每根冷流体分管的外壁上缠绕有呈螺旋状的绕流翅片15，用于提高热流体管程的绕流以提高整体传热性能。
40.在每根冷流体分管的中部套置热流体分管8，且每根热流体分管与冷流体分管之间存在一定的间隙，所述的热流体分管的数量与冷流体分管的数量相匹配；缠绕有绕流翅片的冷流体分管可一起装入热流体分管中，且保证其与热流体分管之间还存在一定的间隙。
41.为了便于对热流体分管进行支撑，在壳体内焊接支撑板16，支撑板16的形状如长方形，其上下端恰好焊接在壳体内的顶壁和底壁上，在支撑板16上通过布置若干个小孔，将热流体分管穿过小孔对其进行支撑，因此，小孔的位置应当与热流体分管在一条直线上，即小孔所在高度与热流体分管所在高度是一致的，按照此原理，在支撑板上布置其它小孔，使得每根热流体分管均穿过各自对应的小孔，来实现对热流体分管的支撑，为此，支撑板还可以优选设置2块、3块或4块，支撑板越多，对热流体分管的支撑作用越好，但是，支撑板的数量也不能过多，因此本实用新型优选2～4块，支撑板除了对热流体分管进行支撑之外，还起到挡板的作用，即阻挡高温烟气不经过换热器单元直接从烟气出口排出。
42.优选的，每根冷流体分管的直径为2～10mm，冷流体入口集管与入口总集管、冷流体分管之间通过激光焊的方式进行连接。出口总集管12和冷流体出口管11位于壳体外。
43.本实用新型采用套管式的组合方式，将冷热流体管组合在一起，有效提高了换热效率，冷流体管采用冷流体分管-冷流体入口集管-入口总集管的布置方式，提高了冷流体管程换热效率的同时，降低了冷流体侧的压降。
44.下面对本实用新型套管式余热回收换热器的安装方法做详细说明。
45.上述换热器的安装方法，具体包括以下步骤：
46.第一步、通过缠绕-焊接的方式将绕流翅片与冷流体分管连接；
47.第二步、将焊接有绕流翅片的单根冷流体分管装入热流体分管内，即相当于热流体分管套置在冷流体分管外面，将每根热流体分管穿过小孔，整体通过支撑板进行固定，同时将热流体分管管壁与隔板焊接在一起；
48.第三步、从壳体引出入口总集管后，通过激光焊的方式将冷流体分管与冷流体入口集管焊接，然后再焊接入口总集管与冷流体入口管，出口总集管与冷流体出口管。
49.第四步、组装壳体的前法兰端盖和后法兰端盖，并通过螺纹进行连接。
50.经过上述安装后的套管式余热回收换热器，在实际使用时，向冷流体分管和热流体分管中通入相应的冷流体和热流体，将高温烟气从前法兰端盖上的烟气入口通入，冷热流体通过套管的方式进行换热，其中冷流体分管具有流程管径细，流速快的特点，通过在冷流体分管的外壁设置绕流翅片以提高换热效率。经换热计算和模拟，相同工况下本实用新型换热器可实现换热系数是管壳式换热器的8倍以上。同时其重量仅为管壳式换热器的1/5，体积仅为管壳式换热器的1/10。此外，本实用新型换热器在减小设备占地面积的同时有效提高了烟气余热回收的效率，采用套管形式进行换热，避免了烟气中杂质的堵塞，也不存在换热介质同换热体反应的现象，大大提高了换热器的综合应用性能。
51.本实用新型中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
52.尽管本文中较多的使用了诸如烟气入口1、前法兰端盖2、垫片3、冷流体入口集管4等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
53.需要进一步说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型的精神所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。