专利名称：高效耐腐蚀热管换热器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于热能技术领域，尤其涉及一种高效耐腐蚀热管换热器。
背景技术：
目前，在余热回收系统中应用较多的热管换热器(例如空气预热器)一般为普通水-碳钢整体式热管换热器，其具有制作成本较低、结构简单、和换热效果好的优点，但也存在许多缺点，主要有1、水工质热管工作温度不宜太高，不能回收较高温度的烟气中的余热一般，水工质的工作温度至多只能达到250℃，此时的工作压力已高达4Mpa，若继续提高工作温度，不仅使工作压力迅速提高，危及系统的安全，而且使工作压力迅速提高，危及系统的安全，但工业应用中烟气温度通常会高于250℃，甚至达到400℃，对此温度范围的烟气余热回收，普通水-碳钢整体式热管是无能为力的。
2、工况不稳定，易造成换热器失效在实际应用中，工况不是稳定的，烟气超温经常发生，若长时间超温，会导致热管爆炸，前排热管失效的话则会连锁反应，后排热管也会逐渐爆裂，直至换热器完全失效。
3、与管壳材料相融性差经过一段时间的运行后，水工质与碳钢的相容性逐渐变差，水与碳钢会发生化学反应产生不凝性氢气，阻塞在热管的冷凝段，使得凝结换热效果急剧恶化。
4、由于结构的原因，影响各种参数采用水-碳钢整体式热管的换热器中只能单纯采用逆流或顺流布置，在把烟气降到同样的温度的前提下，采用顺流布置时对数温差小，换热面积大，成本很高；采用逆流布置，对数温差大，传热系数高，但管壁温度会很低。
5、使用中热管翅片会被积灰阻塞，从而影响产品的寿命采用普通水—碳钢整体式热管的换热器通常最低管壁温度仅有70℃左右，此时的管壁温度大大低于烟气露点温度，烟气中的酸露会集结在管壁上，同时灰尘也会粘结在翅片之间，时间一长，烟气侧低温段热管翅片会被积灰完全阻塞、管壁被酸腐蚀穿孔，造成热管报废。
发明目的本实用新型是为了克服现有技术存在的上述缺点而提供的一种高效耐腐蚀热管换热器，该热管换热器具有热回收稳定、结构布局灵活和使用寿命长的优点。
本实用新型采取的技术方案是高效耐腐蚀热管换热器，包括箱体、垂直设在箱体内的多个隔板和多支热管、设在箱体一侧的低温空气进口接管和低温烟气出口接管、以及设在箱体另一侧的高温空气出口接管和高温烟气进口接管；其特征在于，还包括一设在热管上下左右周围的至少一个防爆耐腐蚀元件，所述的每个防爆耐腐蚀元件是一个循环管段，其包括一上管、一下管、一高温端管和一低温端管；所述的高温端管包括蒸发段管和上升段管，所述的蒸发段管由两排蒸发管构成，其与上升段管之间采用一蒸发段上联箱连通；所述的上升段管的另一端与上管的一端连通；所述蒸发段管的另一端通过一蒸发段下联箱与下管的一端连通；所述的低温端管包括冷凝段管和下降段管，所述的冷凝段管由两排冷凝管构成，其与下降段管之间采用一冷凝段下联箱连通；所述的下降段管的另一端与下管的另一端连通；所述冷凝段管的另一端通过一冷凝段上联箱与上管的另一端连通。
上述高效耐腐蚀热管换热器，其中，所述的防爆耐腐蚀元件的蒸发段管的蒸发管和冷凝段管的冷凝管的布局相似，分别为前排的各蒸发管或冷凝管的投影位于后排两相邻的蒸发管或冷凝管之间；或者，后排的各蒸发管或冷凝管的投影位于前排两相邻的蒸发管或冷凝管之间。
上述高效耐腐蚀热管换热器，其中，所述的防爆耐腐蚀元件中构成蒸发段管的前排蒸发管与后排蒸发管的数量相同或不相同。
上述高效耐腐蚀热管换热器，其中，所述的和防爆耐腐蚀元件中构成冷凝段管的前排冷凝管与后排冷凝管的数量相同或不相同。
上述高效耐腐蚀热管换热器，其中，所述的防爆耐腐蚀元件的循环管段的上管上设有压力表。
上述高效耐腐蚀热管换热器，其中，所述的防爆耐腐蚀元件的循环管段中填充有耐高温的液态有机工质。
上述高效耐腐蚀热管换热器，其中，所述的耐高温的液态有机工质主要由烷酮构成。
上述高效耐腐蚀热管换热器，其中，所述的防爆耐腐蚀元件的循环管段上设有充液阀。
上述高效耐腐蚀热管换热器，其中，所述的蒸发段上联箱和冷凝段上联箱各由两端密封的管段构成，各管壁上方均设有一上通孔，其中蒸发段上联箱的上通孔与上升管通连，冷凝段上联箱的上通孔与上管通连；所述的蒸发段上联箱和冷凝段上联箱各管壁下方均设有至少两排下通孔，其中蒸发段上联箱的每排下通孔分别与各自对应的蒸发管通连，冷凝段上联箱的每排下通孔分别与各自对应的冷凝管通连。
上述高效耐腐蚀热管换热器，其中，所述的蒸发段下联箱和冷凝段下联箱各由两端密封的管段构成，各管壁下方均设有一下通孔，其中蒸发段下联箱的下通孔与下管通连，冷凝段下联箱的下通孔与下降管通连；所述的蒸发段下联箱和冷凝段下联箱各管壁上方均设有至少两排上通孔，其中蒸发段下联箱的每排上通孔分别与各自对应的蒸发管通连，冷凝段下联箱的每排上通孔分别与各自对应的冷凝管通连。
由于本实用新型采用了以上的技术方案，在换热器中加上至少一由循环管段构成的防爆耐腐蚀元件，并采用在循环管段中填充有耐高温的液态有机工质，因此，可以把烟气温度降到更低，而管壁温度高于酸露点，不会结酸露造成腐蚀和阻塞翅片，使用寿命延长。另外，将循环管段的蒸发段管和冷凝段管与上下管之间采用联箱连接，可以在换热器中随意布置；再，由于将循环管段的蒸发段管和冷凝段管采用双管结构，并可根据设计要求随意布置防爆耐腐蚀元件的数量，因此使工作区域稳定，尤其可以稳定工作在中温烟气(250℃～400℃)回收领域。
本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图进一步给出。
图1是本实用新型高效耐腐蚀热管换热器的主视图。
图2是图1的左视图。
图3是本实用新型高效耐腐蚀热管换热器中一个防爆耐腐蚀元件的结构示意图。
图4是图3的右视图。
具体实施方式
请参阅图1、图2。本实用新型高效耐腐蚀热管换热器，包括箱体1、设在箱体内的多个隔板2和多支热管3、设在箱体一侧的低温空气进口接管4和低温烟气出口接管5、以及设在箱体另一侧的高温空气出口接管6和高温烟气进口接管7。还包括至少一个防爆耐腐蚀元件8，所述的每个防爆耐腐蚀元件是一个循环管段，环绕设在热管上下左右周围。本实用新型可根据热管换热器的性能要求设置一个或多个防爆耐腐蚀元件。每个防爆耐腐蚀元件8包括一上管81、一下管82、一高温端管83和一低温端管84。
请参阅图3、图4。所述的高温端管83包括蒸发段管831和上升段管832。所述的蒸发段管位于高温烟气进口侧，所述的蒸发段管由两排蒸发管8311、8312构成，其与上升段管832之间采用一蒸发段上联箱91连通。每排蒸发管可以是一个，也可以为多个。所述的上升段管832的另一端与上管81的一端连通；所述蒸发段管的另一端通过一蒸发段下联箱92与下管82的一端连通。
所述的低温端管84包括冷凝段管841和下降段管842，冷凝段管841由两排冷凝管8411、8412构成，位于低温空气进口侧，该冷凝段管其与下降段管842之间采用一冷凝段下联箱94连通；所述的下降段管的另一端与下管82的另一端连通；所述冷凝段管841的另一端通过一冷凝段上联箱93与上管的另一端连通。
本实用新型高效耐腐蚀热管换热器中所述的防爆耐腐蚀元件的蒸发段管的蒸发管和冷凝段管的冷凝管的布局相似，前排各管与后排各管在投影关系上是错开排列。其中蒸发段管的蒸发管的布局是前排的各蒸发管8312的投影位于后排两相邻的蒸发管8311之间；或者说，后排的各蒸发管8311的投影位于前排两相邻的蒸发管8312之间。
冷凝段管的冷凝管的布局是前排的各冷凝管8411的投影位于后排两相邻的冷凝管8412之间；或者说，后排的各冷凝管8412的投影位于前排两相邻的冷凝管8411之间。
本实用新型高效耐腐蚀热管换热器中所述的防爆耐腐蚀元件中构成蒸发段管的前排蒸发管与后排蒸发管的数量可一样，也可不一样。本实施例选择前排蒸发管数量为6个，后排蒸发管的数量为5个。所述的和防爆耐腐蚀元件中构成冷凝段管的前排冷凝管与后排冷凝管的数量可一样，也可不一样。本实施例选择前排冷凝管的数量为6个，后排冷凝管的数量为5个。
为随时检测高效耐腐蚀热管换热器的防爆耐腐蚀元件中的压力，在每个防爆耐腐蚀元件的循环管段的上管上设有压力表101。
为增强本实用新型高效耐腐蚀热管换热器的防爆耐腐蚀效果，本实用新型采取在所述的防爆耐腐蚀元件的循环管段中填充有耐高温的液态有机工质。所述的耐高温的液态有机工质主要由烷酮构成。该耐高温的液态有机工质通过在防爆耐腐蚀元件的循环管段上设置的充液阀102向管内填充。
本实用新型高效耐腐蚀热管换热器中联箱的结构是所述的蒸发段上联箱91和冷凝段上联箱93各由两端密封的管段构成，各管段管壁上方均设有一上通孔，其中蒸发段上联箱的上通孔与上升管通连，冷凝段上联箱的上通孔与上管通连。在蒸发段上联箱91和冷凝段上联箱93各管段管壁下方均设有至少两排下通孔，每排下通孔的数量至少为1个。本实施例选择前排下通孔的数量为6个，后排下通孔的数量为5个。该蒸发段上连箱联箱的前排下通孔分别与各自对应的位于前排的各蒸发管通连，后排下通孔分别与各自对应的位于后排的各蒸发管通连。该冷凝段上联箱的前排下通孔分别与各自对应的位于前排的各冷凝管通连，后排下通孔分别与各自对应的位于后排的各冷凝管通连。
所述的蒸发段下联箱92和冷凝段下联箱94各由两端密封的管段构成，各管壁下方均设有一下通孔，其中蒸发段下联箱的下通孔与下管通连，冷凝段下联箱的下通孔与下降管通连。在蒸发段下联箱92和冷凝段下联箱94各管段管壁上方均设有至少两排上通孔，每排上通孔的数量至少为1个。本实施例选择前排上通孔的数量为6个，后排上通孔的数量为5个。该蒸发段下连箱联箱的前排上通孔分别与各自对应的位于前排的各蒸发管通连，后排上通孔分别与各自对应的位于后排的各蒸发管通连。该冷凝段下联箱的前排上通孔分别与各自对应的位于前排的各冷凝管通连，后排上通孔分别与各自对应的位于后排的各冷凝管通连。
本实用新型的工作原理是烟气从底部接管进入，首先通过防爆耐腐蚀元件的蒸发段，耐高温的液态有机工质经烟气加热由液态变成汽态，经上升管进入空气箱中的防爆耐腐蚀元件的冷凝段，蒸汽经冷空气冷却，变成液态，经下降管回到蒸发段，如此循环，完成将烟气中的热量传给空气的换热过程。烟气经过防爆耐腐蚀元件的蒸发段降温后进入普通热管段，在此段换热空间，完成对烟气余热回收的主要过程。
下面以两个实施例的比较可进一步看出本实用新型的优点和特征
(1)现有技术RH900型立式热管空气预热器的技术参数是
从上表可看出烟气出口段的热管管壁温度低至84℃，远远低于酸露点温度，在实际运行中，低工况时烟气流量小，入口温度较低，这样管壁温度更低，低温段腐蚀严重，翅片积灰堵塞，影响使用效果。而且由于烟气进口段管壁温度最高温度可达到301度，很容易造成超温爆管，甚至发生连锁反映，直至整台设备热管完全失效。
(2)采用本实用新型技术后的热管换热器的运行参数如下
从上表可以看出，采用本实用新型的技术方案后，换热面积增加了300M2，在同样的工况下，烟气入口段管壁温度大大降低，在222℃时耐高温的液态有机工质的饱和蒸汽压只有1.0MPa左右，热管的安全性得到保障，同时热管的烟气出口段管壁温度也达到115℃左右，高于烟气的露点温度，不会结露造成热管腐蚀实效，大大提高了整台热管设备的使用寿命。同时使烟气温度降至更低，回收了更多的热量。
本实用新型产生的技术效果是1、采用防爆耐腐蚀热管元件，在相同的工作温度下，管内饱和蒸汽压力远远低于采用水工质的热管元件，例如在400℃时，耐高温的液体有机工质的饱和蒸汽压只有2.7MPa左右，而水在此温度下已超过临界压力22.1MPa，防爆耐腐蚀元件可以高效稳定地运行在此温度范围的烟气回收中；2、采用耐高温液态作为热管工质，与碳钢有很好的兼容性，不会产生氢气和其他不凝结性的气体，从而避免了不凝型气体堵塞热管冷凝段的现象，使得热管的使用寿命大大提高；3、采用耐高温的液态有机工质的防爆耐腐蚀热管元件可以在热管换热器中同时顺流、逆流布置，这样大大降低了换热器的设计成本；4、在实际应用中，可以把烟气温度降低到120℃左右，而整台热管换热器的壁温始终高于酸露点温度(通常为105℃)，从而避免了因温度过低而造成低温腐蚀，使得热管换热器能回收更多的低品位热能，创造了更大的经济效益；5、可以方便的对旧的普通水—碳钢整体式热管换热器进行技术改造，加装采用耐高温的液态有机工质的防爆耐腐蚀热管元件，使热管换热器的适用的温度范围更广，使用寿命更长，而改造成本非常低。
权利要求1.高效耐腐蚀热管换热器，包括箱体、垂直设在箱体内的多个隔板和多支热管、设在箱体一侧的低温空气进口接管和低温烟气出口接管、以及设在箱体另一侧的高温空气出口接管和高温烟气进口接管；其特征在于，还包括一设在热管上下左右周围的至少一个防爆耐腐蚀元件，所述的每个防爆耐腐蚀元件是一个循环管段，其包括一上管、一下管、一高温端管和一低温端管；所述的高温端管包括蒸发段管和上升段管，所述的蒸发段管由两排蒸发管构成，位于高温烟气进口侧，该蒸发段管与上升段管之间采用一蒸发段上联箱连通；所述的上升段管的另一端与上管的一端连通；所述蒸发段管的另一端通过一蒸发段下联箱与下管的一端连通；所述的低温端管包括冷凝段管和下降段管，所述的冷凝段管由两排冷凝管构成，位于低温空气进口侧，该冷凝段管与下降段管之间采用一冷凝段下联箱连通；所述的下降段管的另一端与下管的另一端连通；所述冷凝段管的另一端通过一冷凝段上联箱与上管的另一端连通。
2.根据权利要求1所述的高效耐腐蚀热管换热器，其特征在于，所述的防爆耐腐蚀元件的蒸发段管的蒸发管和冷凝段管的冷凝管的布局相似，分别为前排的各蒸发管或冷凝管的投影位于后排两相邻的蒸发管或冷凝管之间；或者，后排的各蒸发管或冷凝管的投影位于前排两相邻的蒸发管或冷凝管之间。
3.根据权利要求2所述的高效耐腐蚀热管换热器，其特征在于，所述的防爆耐腐蚀元件中构成蒸发段管的前排蒸发管与后排蒸发管的数量相同。
4.根据权利要求2所述的高效耐腐蚀热管换热器，其特征在于，所述的防爆耐腐蚀元件中构成蒸发段管的前排蒸发管与后排蒸发管的数量不相同。
5.根据权利要求2所述的高效耐腐蚀热管换热器，其特征在于，所述的和防爆耐腐蚀元件中构成冷凝段管的前排冷凝管与后排冷凝管的数量相同。
6.根据权利要求2所述的高效耐腐蚀热管换热器，其特征在于，所述的和防爆耐腐蚀元件中构成冷凝段管的前排冷凝管与后排冷凝管的数量不相同。
7.根据权利要求1所述的高效耐腐蚀热管换热器，其特征在于，所述的防爆耐腐蚀元件的循环管段的上管上设有压力表。
8.根据权利要求1所述的高效耐腐蚀热管换热器，其特征在于，所述的防爆耐腐蚀元件的循环管段中抽真空，并填充有耐高温的液态有机工质。
9.根据权利要求8所述的高效耐腐蚀热管换热器，其特征在于，所述的耐高温的液态有机工质主要由烷酮构成。
10.根据权利要求1所述的高效耐腐蚀热管换热器，其特征在于，所述的防爆耐腐蚀元件的循环管段上设有充液阀。
11.根据权利要求1所述的高效耐腐蚀热管换热器，其特征在于，所述的蒸发段上联箱和冷凝段上联箱各由两端密封的管段构成，各管壁上方均设有一上通孔，其中蒸发段上联箱的上通孔与上升管通连，冷凝段上联箱的上通孔与上管通连；所述的蒸发段上联箱和冷凝段上联箱各管壁下方均设有至少两排下通孔，其中蒸发段上联箱的每排下通孔分别与各自对应的蒸发管通连，冷凝段上联箱的每排下通孔分别与各自对应的冷凝管通连。
12.根据权利要求1所述的高效耐腐蚀热管换热器，其特征在于，所述的蒸发段下联箱和冷凝段下联箱各由两端密封的管段构成，各管壁下方均设有一下通孔，其中蒸发段下联箱的下通孔与下管通连，冷凝段下联箱的下通孔与下降管通连；所述的蒸发段下联箱和冷凝段下联箱各管壁上方均设有至少两排上通孔，其中蒸发段下联箱的每排上通孔分别与各自对应的蒸发管通连，冷凝段下联箱的每排上通孔分别与各自对应的冷凝管通连。
专利摘要本实用新型公开了一种高效耐腐蚀热管换热器，包括箱体、设在箱体内的多个隔板和多支热管、设在箱体一侧的低温空气进口接管和低温烟气出口接管、以及设在箱体另一侧的高温空气出口接管和高温烟气进口接管；其特点是，还包括一设在热管上下左右周围的至少一个防爆耐腐蚀元件，每个防爆耐腐蚀元件是一个循环管段，其包括一上管、一下管、一高温端管和一低温端管；并在循环管段中填充耐高温的液态有机工质。因此，可以把烟气温度降到更低，而管壁温度高于酸露点，不会结酸露造成腐蚀和阻塞翅片。并具有布置灵活、工作区域稳定、使用寿命延长的优点。
文档编号F23L15/00GK2932111SQ20062004258
公开日2007年8月8日 申请日期2006年6月9日 优先权日2006年6月9日
发明者张子建, 刘辉, 孙全平 申请人:中国船舶重工集团公司第七一一研究所