耐高温楦头管芯热交换器的制作方法

本发明属于热交换器技术领域，涉及一种应用于化工、冶炼等行业中的耐高温楦头管芯热交换器。

背景技术：

随着时代的发展，化工、冶炼行业等越来越重视节能环保问题。尤其是对于热风炉、熔炼炉等高温锅炉的炉口喷火温度可以达到1100-1500℃的设备来说，目前，传统的热能交换设备一般都没有如此耐高温的，无法直接装置于炉口直接交换热量，如此则造成大量热能的流失。现有技术中的热交换设备多采用金属材质制成，其耐高温度有限，通常低于1000℃。对于采用钢材或铝材等常规金属所制成的热交换设备，如果直接置于炉口上使用，一段时间之后就会直接将热交换设备熔化毁坏。而为了提升其耐高温性，有设计人员采用于金属材中加入如铬等稀有金属提升热交换设备的耐高温性，但此种材料价格昂贵，大批量生产时，成本过高。而现有技术中，常见的热交换设备的热能传递为如下两种结构：第一种结构为：高温炉喷出的喷火气流从交换管外经过，将高温热量经管壁传递到交换管管壁，而低温气流则从交换管内经过，并从管壁处吸收热量，从而达到热交换的效果，此种热交换结构的热能交换效率低，大量热量流失于空气中；另一种结构为：高温气流从交换管内经过将热量传递给管壁，由于流体在流经交换管时，通常会从阻力小的管体中心流过，靠近管壁处由于阻力较管体中心大，故高温气流经过时流速缓慢，传递的热量少，而从交换管外经过的低温气流从管壁处接收的热量非常有限；再加上由于上述两种炉口的超高温，热交换设备为了延长使用寿命，其安装时必须与炉口拉开距离，使得温度降低，如此进入热交换器中的高温气流本身温度就大大降低了，浪费了大量热量。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种耐高温楦头管芯热交换器，该热交换器中的热交换管中安装有楦头管芯使得低温气流均经楦头管芯与热交换管壁之间流过，高温气流从热交换管管壁外部刷流经过,将高温热量快速传递给热交换管壁,热交换管管壁高温热量快速与管内低温流体进行热交换，提高了热量的传递效率和利用率，由于该高效率的热交换，可以大量带走热交换器底部的热量，所以耐火耐温度可以达到1100-1500度,该结构为热交换器直接安装于炉口处提供了可能性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种耐高温楦头管芯热交换器，包括高温气流进口和烟气出口、以及位于高温气流进口和烟气出口之间的热交换腔，热交换腔靠近高温气流进口的一侧设有低温流体进口，热交换腔靠近烟气出口的一侧设有低温流体加热后排出口，热交换腔中安装有金属材质的热交换管，热交换管中固设有楦头管芯，楦头管芯具有锥形头部，该锥形头部安装于朝向低温流体流入的一端，楦头管芯位于热交换管的管体中心且楦头管芯外壁与热交换管管体之间留有流体通道。热风炉、熔炼炉中的高温火焰气流沿着高温气流进口进入热交换腔中，该高温气流沿着热交换管管壁刷流经过并将热量通过管壁直接传递给从楦头管芯与热交换管管壁之间的流体通道经过的低温气流，低温流体加热腔的出口与低温流体二次加热腔的入口之间通过回气腔联通，低温气流进入热交换腔中后进入热交换管中，由于热交换管中心装置了楦头管芯阻碍了低温气流从热交换管中心通过的路径，迫使所有低温气流沿着楦头管芯与热交换管之间的流体通道经过与管壁外侧的高温气流更近距离的进行热量交换，且锥形头部对低温气流的流动有导向和上下分流作用，减少了低温气流的四处散流，而高温流体则从热交换器管外经过被管内的低温气流大量带走了热量，大大降低了热交换器底部的热量，至少可以使得热交换器底部的温度降低300-400℃，这使得热交换器可以直接安装于炉口处，而不会被熔化毁坏。

进一步的，所述低温流体加热后排出口和低温流体进口呈上下结构位于热交换腔同侧，热交换腔包括低温流体加热腔和低温流体二次加热腔，低温流体加热腔中的楦头管芯的锥形头部朝向低温流体进口一端，低温流体二次加热腔中的楦头管芯的锥形头部与低温流体加热腔中的楦头管芯的尾部同侧对应排布，低温流体经低温流体进口进入低温流体加热腔中后沿着流体通道并从低温流体加热腔中楦头管芯的尾部流出至回气腔，回气腔联通低温流体加热腔的出口端和低温流体二次加热腔的入口端，回气腔中高温流体沿着低温流体二次加热腔中的楦头管芯的锥形头部的方向进入并沿着流体通道朝低温流体加热后排出口流动。上述低温流体加热腔位于底部靠近高温气流进口，低温二次加热腔则位于上部靠近烟气出口，两个加热腔中的楦头管芯则首尾对应分布，即当高温气流从低温流体加热腔经过后沿着低温流体二次加热腔的热交换管管壁经过，对位于上端加热腔中的低温流体进行二次加热，而后高温气流经烟气出口排出，而低温流体加热后经排出口排出，上述两个加热中楦头管芯首尾对应分布的结构，可以使得低温气流沿着下端加热腔中的楦头管芯尾部流出进入回气腔中，而由于上端加热腔中的楦头管芯的锥形头部的阻力小于下端加热腔中楦头管芯尾部的阻力，故会使得低温气流顺利进入低温流体二次加热腔中而不会导致低温气流大部分逆流的现象发生，有效二次利用热能，大大提升了热量利用率。

进一步的，所述热交换腔的低温流体加热后排出口和低温流体进口处分别设有流体进口罩和流体出口罩，流体进口罩和流体出口罩安装于热交换腔的同一侧，且流体进口罩和流体出口罩分别与低温流体加热腔入口端、低温流体二次加热出口端联通。流体进口罩和流体出口罩均为锥形罩结构。

进一步的，所述回气腔呈凸弧形结构，凸起部与低温流体加热腔和低温流体二次加热腔衔接处对应。回气腔中间的凸起部具有可供更多高温气体容纳的空间，由于气流主要汇集于上下两个加热腔的衔接处，故该结构设置合理实用。

进一步的，所述楦头管芯经支撑管悬置于热交换管中，支撑管位于楦头管芯的头部和尾部，支撑管沿热交换管内部通道的径向端面分布，支撑管上设有与楦头管芯适配的安装孔。楦头管芯通过支撑管悬置于热交换管中并留出流体通道。

进一步的，所述高温气流进口处由耐高温材质制成的烟道。该耐火烟道可以由耐火砖砌成。

采用上述方案，本发明中的热交换器可以直接装置在炉口喷火处，能承受喷火焰直接往热交换管喷刷交换，由于热交换管中楦头管芯结构的设置使得低温气流均由热交换管内管壁处经过，而管壁外侧经过的高温气流的热量则均被低温流体带走，热交换管中心处没有热量留存，故而热交换管的温度大大降低，能够承受炉口火焰的直接喷刷，根据设计本发明的热交换器能抗温到1100-1500度的高温。该热交换器对于高温锅炉的热量利用率大大提升了，达到了节能环保的目的，而且可以使得热风炉的设备体积缩小，产热功率能加大，产热速度能加快，节能效率能提高；对熔炼炉也是一样，将热交换器装置在熔炼炉喷火口处，将高温热量交换给净气流，净气流升到高温输送到炉膛内助燃烧，提高了燃烧率，提高了炉膛内部温度，同时也提高了熔解速度，也提高了产量，减少了能耗。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

附图说明

附图1为本发明具体实施例热交换器的结构示意图，图中箭头代表气流的流动方向；

附图2为本发明具体实施例热交换管和楦头管芯的安装结构示意图；

附图3为本发明具体实施例热交换器的壳体的结构示意图；

高温气流进口11、烟道12、烟气出口13、热交换腔2、低温流体加热腔21、低温流体进口211、流体进口罩212、低温流体二次加热腔22、低温流体加热后排出口221、流体出口罩222、回气腔23、凸起部231、热交换管3、楦头管芯31、锥形头部311、尾部312、流体通道32、支撑管33。

具体实施方式

本发明的具体实施例如图1-3所示是耐高温楦头管芯热交换器，包括高温气流进口11和烟气出口13、以及位于高温气流进口11和烟气出口13之间的热交换腔2，热交换腔2靠近高温气流进口11的一侧设有低温流体进口211，热交换腔2靠近烟气出口13的一侧设有低温流体加热后排出口221，热交换腔2中安装有金属材质的热交换管3，热交换管3中固设有楦头管芯31，楦头管芯31具有锥形头部311，该锥形头部311安装于朝向低温流体流入的一端，楦头管芯31位于热交换管3的管体中心且楦头管芯31外壁与热交换管3管体之间留有流体通道32。热风炉、熔炼炉中的高温火焰气流沿着高温气流进口11进入热交换腔2中，该高温气流沿着热交换管3管壁刷流经过并将热量通过管壁直接传递给从楦头管芯31与热交换管3管壁之间的流体通道32经过的低温气流，低温流体加热腔21的出口与低温流体二次加热腔33的入口之间通过回气腔23联通，低温气流进入热交换腔3中后进入热交换管3中，由于热交换管3中心装置了楦头管芯31阻碍了低温气流从热交换管3中心通过的路径，迫使所有低温气流沿着楦头管芯31与热交换管3之间的流体通道32经过与管壁外侧的高温气流更近距离的进行热量交换，且锥形头部311对低温气流的流动有导向和上下分流作用，减少了低温气流的四处散流，而高温流体则从热交换管3外经过被管内的低温气流大量带走了热量，大大降低了热交换器底部的热量，至少可以使得热交换器底部的温度降低300-400℃，这使得热交换器可以直接安装于炉口处，而不会被熔化毁坏。

低温流体加热后排出口221和低温流体进口211呈上下结构位于热交换腔2同侧，热交换腔2包括低温流体加热腔21和低温流体二次加热腔22，低温流体加热腔21中的楦头管芯31的锥形头部311朝向低温流体进口211一端，低温流体二次加热腔22中的楦头管芯31的锥形头部311与低温流体加热腔21中的楦头管芯31的尾部312同侧对应排布，低温流体经低温流体进口211进入低温流体加热腔21中后沿着流体通道32并从低温流体加热腔21中楦头管芯31的尾部312流出至回气腔23，回气腔23联通低温流体加热腔21的出口端和低温流体二次加热腔22的入口端，回气腔23中低温流体沿着低温流体二次加热腔22中的楦头管芯31的锥形头部311的方向进入并沿着流体通道32朝低温流体加热后排出口221流动。上述低温流体加热腔21位于底部靠近高温气流进口11，低温二次加热腔则位于上部靠近烟气出口13，两个加热腔中的楦头管芯31则首尾对应分布，即当低温气流从低温流体加热腔21中经过后沿着低温流体二次加热腔22的入口进入，而高温气流则沿着低温流体二次加热腔22中的热交换管3管壁流经时对位于上端加热腔中的低温流体进行二次加热，而后高温气流经烟气出口13排出，而低温流体加热后经排出口排出，上述两个加热中楦头管芯31首尾对应分布的结构，可以使得低温气流沿着下端加热腔中的楦头管芯31尾部312流出进入回气腔23中，而由于上端加热腔中的楦头管芯31的锥形头部311的阻力小于下端加热腔中楦头管芯31尾部312的阻力，故会使得低温气流顺利进入低温流体二次加热腔22中而不会导致低温气流大部分逆流的现象发生，有效二次利用热能，大大提升了热量利用率。

热交换腔2的低温流体加热后排出口221和低温流体进口211处分别设有流体进口罩212和流体出口罩222，流体进口罩212和流体出口罩222安装于热交换腔2的同一侧，且流体进口罩212和流体出口罩222分别与低温流体加热腔21入口端、低温流体二次加热出口端联通。流体进口罩212和流体出口罩222均为锥形罩结构。

回气腔23呈凸弧形结构，凸起部231与低温流体加热腔21和低温流体二次加热腔22衔接处对应。回气腔23中间的凸起部231具有可供更多高温气体容纳的空间，由于气流主要汇集于上下两个加热腔的衔接处，故该结构设置合理实用。

楦头管芯31经支撑管33悬置于热交换管3中，支撑管33位于楦头管芯31的头部和尾部312，支撑管33沿热交换管3内部通道的径向端面分布，支撑管33上设有与楦头管芯31适配的安装孔。楦头管芯31通过支撑管33悬置于热交换管3中并留出流体通道32。

高温气流进口11处由耐高温材质制成的烟道12。该耐火烟道12可以由耐火砖砌成。

本发明不局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。