套管强化换热单元组件及旋流式高效套管式换热器的制作方法

本实用新型涉及换热器技术领域，更具体地，涉及一种旋流高效套管式换热器，特别是一种泥-泥高效换热的套管式换热器。

背景技术：

随着我国城镇化的不断推进和环境保护要求的不断提高，污水污泥的处理越来越受到重视。在众多的污泥处理技术中，需要将湿污泥加热到较高温度，如一种污泥湿式氧化处理工艺，需要将污泥加热到150℃-370℃，湿污泥在高温高压的反应器中反应后再降温滤水等处理。在湿污泥的加热和降温过程中，需要最大程度的将经反应器后高温污泥的热量回收以加热进入反应器前的污泥等，以达到节能而降低运行费用等目的。目前的湿污泥换热器主要有多段管壳式换热器、套管式换热器和板式换热器，但由于湿污泥的高粘性、易粘结性、易沉淀分层和剪切变稀等特性，普遍存在污泥偏流、沉积、粘结、堵塞、换热性能很差和换热性能较快明显下降，以及输送流动阻力大和输送功耗大等问题。

对于污泥多段管壳式换热器，在管程内的多个换热管内的污泥流速十分不均，甚至只有少数的换热管内有污泥流过而大多数换热管内污泥极低速或者不流动、污泥逐渐粘结换热管表面甚至堵塞部分换热管，严重时堵塞换热器。此外，即使污泥正常流速流过的换热表面的换热性能也很差，并在运行过程中换热性能也因为污垢粘结换热管壁面等因素很快会下降，而且输送污泥的阻力不断增加甚至经常出现堵塞使得整个污泥处理装置不得不停运。相对于管程，在其壳程内由于存在折流涡区，污泥流动更为不均匀，污泥更容易沉积和堵塞，换热性能更差。特别是对于反应前的污泥，其无论是换热性能还是流动性能均特别差，其污泥偏流、沉积、粘结、堵塞的现象十分严重，因此，采用管壳式换热器难以实现泥-泥稳定换热，而采用反应后的污泥与水等工艺介质换热也很不稳定而且换热性能很差。

对于污泥套管式换热器，相比于污泥多段管壳式换热器，无论是套管内和套管间的污泥流速的均匀性得到了一定的改善，但依然均存在明显的不均匀流动，很容易产生污泥分层流动、沉积、粘结换热管壁面等现象。在运行过程中，无论是套管间还是套管内，很快就会出现污泥分层流动、底部大量沉积、半管流动，直至堵塞换热管的现象。此外，套管间的污泥流动性较差也非常容易堵塞，换热器换热性能也比较差，而且污泥输送的流动阻力也特别大，导致污泥输送的功耗也比较大。另外，由于套管式结构的原因，污泥套管式换热器占地特别大，建造成本高，甚至有些情况无法进行设备布置等。

对于污泥板式换热器，尽管一般采用宽流道设计，结构也相对紧凑，但上述污泥沉积、粘结甚至堵塞以及换热性能差等问题同样存在。

综上，由于湿污泥的高粘性、易粘结性、易沉积分层和剪切变稀等特性，现有污泥换热器普遍存在污泥偏流、沉积、粘结、堵塞、换热性能很差和换热性能较快明显下降的问题，以及污泥输送流动阻力大和泵送功耗大的问题。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种套管强化换热单元组件，所述套管强化换热单元组件能够有效地改善污泥在换热单元中的流动和换热状态，有效地防止污泥偏流和沉积，有效地减缓污泥粘结换热表面，基本消除污泥堵塞换热流道的现象，从而显著提高换单元的换热性能和长周期运行可靠性，并有效降低污泥输送流阻和功耗。

本实用新型还旨在提出一种旋流高效套管式换热器。所述旋流高效套管式换热器可以获得显著的节能经济效益和环保社会效益。

根据本实用新型实施例的套管强化换热单元组件，包括：套内管，所述套内管内限定出用于流通污泥的内腔，所述内腔具有套内管进口和套内管出口；套外管，所述套外管外套在所述套内管上，所述套外管与所述套内管之间限定用于流通污泥的外腔，所述外腔与所述内腔相隔离，所述外腔具有套外管进口和套外管出口；套内管扭曲强化件，所述套内管扭曲强化件设在所述内腔内，所述套内管扭曲强化件构造成驱动污泥产生螺旋旋转流动；套管间扭曲强化件，所述套管间扭曲强化件设在所述外腔内，所述套管间扭曲强化件构造成驱动污泥产生螺旋旋转流动。

根据本实用新型实施例的套管强化换热单元组件，由于采用了所述的“套内管扭曲强化件”和“套管间扭曲强化件”，使得套内管内的换热流体和套管间的换热流体产生了“螺旋旋转流动”，使得流体不会产生偏流、沉积、粘结和堵塞现象，也同时显著地强化了换热过程，从而可以实现污泥与污泥的稳定且高效换热，而且在强化传热的同时其流动阻力还比较小，降低了污泥输送功耗，从而可以获得显著的热量回收和降低污泥加热能耗，以及显著降低污泥泵送功耗，获得显著的节能经济效益和环保效益。

在一些实施例中，所述套内管扭曲强化件和所述套管间扭曲强化件中的至少一个形成为单头螺旋扭曲带。

在一些实施例中，所述套内管扭曲强化件和所述套管间扭曲强化件中的至少一个形成为多头螺旋扭曲带。

在一些实施例中，所述套内管扭曲强化件和所述套管间扭曲强化件中的至少一个在所述套内管的轴向长度方向上连续设置。

在一些实施例中，所述套内管扭曲强化件和所述套管间扭曲强化件中的至少一个包括沿所述套内管的轴向上间隔开设置的多个扭曲带。

在一些实施例中，所述套内管扭曲强化件包括沿所述套内管的轴向上间隔开设置的多个扭曲带，每相邻两个所述扭曲带之间通过连接件相连。

根据本实用新型实施例的旋流高效套管式换热器，包括：所述的套管强化换热单元组件以及，用于对所述套管强化换热单元组件进行保温的保温件。

根据本实用新型实施例的旋流高效套管式换热器能够强化换热过程，实现了污泥与污泥间的长周期稳定、高效换热，并且在强化传热的同时还降低了污泥的流动阻力，降低了污泥输送功耗。由此，本实用新型实施例的旋流高效套管换热器不但可以获得显著的热量回收和降低污泥加热能耗、显著地降低污泥泵送功耗，还可以获得显著的节能经济效益和环保效益。

在一些实施例中，所述的旋流高效套管式换热器，还包括：外壳，所述套管强化换热单元组件设在所述外壳内，所述保温件填充在所述外壳内，所述套管强化换热单元组件设在所述保温件内。

在一些实施例中，所述套管强化换热单元组件为多个，多个所述套管强化换热单元组件依次首尾相连，其中，多个所述套管强化换热单元组件的所述套内管通过套内管连接件依次连通，多个所述套管强化换热单元组件的所述套外管通过套外管连接件依次连通。

具体地，多个所述套管强化换热单元组件沿蜿蜒方向依次排布。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的旋流高效套管式换热器的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的套管式强化换热单元组件的结构示意图；

图3是图2中套管式强化换热单元组件的横截面结构示意图；

图4是图2中套管式强化换热单元组件的局部三维结构示意图；

图5是本实用新型一个实施例套内管扭曲强化件的局部三维结构示意图；

图6是本实用新型另一个实施例套内管扭曲强化件的局部三维结构示意图；

图7是本实用新型实施例的套管间扭曲强化件的局部三维结构示意图。

附图标记：

100：旋流高效套管式换热器；

1：套管强化换热单元组件；

11：套内管；12：套外管；13：套内管扭曲强化件；131：扭曲带；131：连接件132；14：套管间扭曲强化件；15：套内管进口；16：套内管出口；17：套外管进口；18：套外管出口；19：端管板；

2：套内管进出口接管；21：套内管进口接管；22：套内管出口接管；

3：套外管进出口接管；31：套外管进口接管；32：套外管出口接管；

4：换热单元间连接件；41：套内管连接件；42：套外管连接件；

5：外壳；6保温件；

N：内腔；J：外腔。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面参考图1-图7描述根据本实用新型实施例的套管强化换热单元组件1的具体结构。

如图2所示，根据本实用新型实施例的套管强化换热单元组件1包括套内管11、套外管12、套内管扭曲强化件13和套管间扭曲强化件14。套内管11内限定出用于流通污泥的内腔N，内腔N具有套内管进口15和套内管出口16。套外管12外套在套内管11上，套外管12与套内管11之间限定用于流通污泥的外腔J，外腔J与内腔N相隔离，外腔J具有套外管进口17和套外管出口18。套内管扭曲强化件13设在内腔N内，套内管扭曲强化件13构造成驱动污泥产生螺旋旋转流动。套管间扭曲强化件14设在外腔J内，套管间扭曲强化件14构造成驱动污泥产生螺旋旋转流动。

可以理解的是，内腔N内设有套内管扭曲强化件13，使得流过内腔N的流体(以下简称“内流”)产生螺旋旋转流动，外腔J内设套管间扭曲强化件14，使得流过外腔J的流体(以下简称“外流”)产生螺旋旋转流动。套管强化换热单元组件1内的内流和外流所产生的这种螺旋旋转流动，使得流体不会产生偏流、沉积、粘接和堵塞现象，同时现显著强化了换热过程，从而实现了内流与外流的稳定高效换热。当换热流体为泥-泥时，套管强化换热单元组件1内的内流和外流所产生的这种“螺旋旋转流动”可使得换热流体不会产生偏流、沉积、粘结和堵塞现象，相比于常规的套管式换热单元，运行初期(1周左右)泥-泥换热可以增强80％以上，而实现相同泥-泥换热负荷的流动阻力可降低40％以上。

根据本实用新型实施例的套管强化换热单元组件1，由于采用了所述的“套内管扭曲强化件13”和“套管间扭曲强化件14”，使得套内管11内的换热流体和套管间的换热流体产生了“螺旋旋转流动”，使得流体不会产生偏流、沉积、粘结和堵塞现象，也同时显著地强化了换热过程，从而可以实现污泥与污泥的稳定且高效换热，而且在强化传热的同时其流动阻力还比较小，降低了污泥输送功耗，从而可以获得显著的热量回收和降低污泥加热能耗，以及显著降低污泥泵送功耗，获得显著的节能经济效益和环保效益。

在一些实施例中，如图2、图4所示，套内管扭曲强化件13和套管间扭曲强化件14中的至少一个形成为单头螺旋扭曲带。

在另一些实施例中，如图6所示，套内管扭曲强化件13和套管间扭曲强化件14中的至少一个形成为多头螺旋扭曲带。

需要说明的是，套内管扭曲强化件13和套管间扭曲强化件14形成为单头螺旋扭曲带或者多头螺旋扭曲带会使得套管强化换热单元组件1的换热性能和流阻性能出现不同，用户可以根据实际需要选择套内管扭曲强化件13和套管间扭曲强化件14的形式。

在一些实施例中，如图2-图4所示，套内管扭曲强化件13和套管间扭曲强化件14中的至少一个在套内管11的轴向长度方向上连续设置。

在一些实施例中，如图5-图7是所示，套内管扭曲强化件13和套管间扭曲强化件14中的至少一个包括沿套内管11的轴向上间隔开设置的多个扭曲带。这样可以进一步降低内流和外流的流动阻力，进一步降低流体泵送功耗。

在一些实施例中，如图5-图6所示，套内管扭曲强化件13包括沿套内管11的轴向上间隔开设置的多个扭曲带131，每相邻两个扭曲带131之间通过连接件132相连。可以理解的是，每相邻两个扭曲带131之间通过连接件132的连接方式有多种，例如，如图5所示，在有的实施例中，连接件132为多个，每相邻的两个扭曲带131之间设有一个连接件132，扭曲带131与连接件132之间可以通过焊接、铆接等等方式连接。又例如，如图6所示，在有的实施例中，连接件132为一个，多个扭曲带131沿连接件132轴向间隔开设置，每个扭曲带131与连接件132之间可以通过焊接、铆接等方式连接。上述两种连接方式仅是扭曲带131与连接件132的连接示意，并不是对二者连接方式的限制，任何能够使得二者连接的结构和方法均在本实用新型的保护范围之内。

在一些实施例中，如图2-图4所示，套内管扭曲强化件13通过焊接连接在套内管11内，由此，可以保证套内管扭曲强化件13与套内管11的连接强度。当然，套内管扭曲强化件13还可以利用其它方式连接在套内管11内，例如销接、螺栓连接等等。

在一些实施例中，如图3-图4、图7所示，套管间扭曲强化件14通过焊接连接在套内管11的外壁上，由此，可以保证套管间扭曲强化件14与套内管11内壁的连接强度。当然，套管间扭曲强化件14还可以利用其它方式连接在套内管11的外壁上，例如销接、螺栓连接等等。

在一些实施例中，如图2所示，套管强化换热单元组件1还包括端管板19，端管板19配合在套外管12的轴向两端用于支撑套内管11，且端管板19分别与套内管11和套外管12焊接连接。由此，可以提高套内管11的稳定性，并且保证内腔N和外腔J相隔离。当然，端管板19和套内管11及套外管12的连接方式还可以是铆接，螺栓连接等等。

下面参考图2-图7描述本实用新型具体实施例的套管强化换热单元组件1。

如图2-图3所示，本实施例的套管强化换热单元组件1包括套内管11、套外管12、套内管扭曲强化件13和套管间扭曲强化件14。套内管11内限定出用于流通污泥的内腔N，内腔N具有套内管进口15和套内管出口16。套外管12外套在套内管11上，套外管12与套内管11之间限定用于流通污泥的外腔J，外腔J与内腔N相隔离，外腔J具有套外管进口17和套外管出口18。套内管扭曲强化件13设在内腔N内，套内管扭曲强化件13构造成驱动污泥产生螺旋旋转流动。套管间扭曲强化件14设在外腔J内，套管间扭曲强化件14构造成驱动污泥产生螺旋旋转流动。

本实施例的套内管扭曲强化件13及套管间扭曲强化件14可以由多种形式：

示例1：如图4所示，本示例的套内管扭曲强化件13及套管间扭曲强化件14形成为单头螺旋扭曲带，套管间扭曲强化件14焊接连接在套内管11的外壁上，套内管扭曲强化件13焊接连接在套内管11的外壁上。

示例2：如图5所示，本示例的套内管扭曲强化件13包括多个扭曲带131和多个连接件132，每相邻两个扭曲带131通过一个连接件132连接。

示例3：如图6所示，本示例的套内管扭曲强化件13包括多个扭曲带131和一个连接件132，多个扭曲带131沿连接件132轴向间隔开设置。

示例4，如图7所示，本示例的套管间扭曲强化件14包括多个沿套内管11轴向间隔开设置的子扭曲带，每个子扭曲带通过焊接连接在套内管11的外壁上。

根据本实用新型实施例的旋流高效套管式换热器100，包括：前文所述的套管强化换热单元组件1以及，用于对套管强化换热单元组件1进行保温的保温件6。

可以理解的是，对于污泥-污泥换热，如果采用常规的套管式换热器，很容易产生污泥分层流动、沉积、粘结换热管壁面、甚至堵塞换热管的现象，且常规的套管式换热器的换热性能较差甚至几乎不能实现稳定换热。此外，由于流体沉积、粘结等因素造成流动阻力大，且由于换热性能差，需要的换热面积较大和污泥的流程长，由此，使得流体的流动阻力进一步增大，最终导致输送流体功耗特别大。不仅如此，采用常规的套管式换热器实现污泥-污泥换热，由于换热性能特别差以及套管式结构不紧凑的原因，换热器占地和成本都特别大，甚至有些情况无法进行设备布置等。也就是说，现有常规的套管式换热器，都难以实现污泥-污泥长周期稳定换热，更谈不上高效换热，其流动阻力也特别大，而且在运行过程中换热不断降低而流动阻力不断增加。相比于常规的套管式换热器，本实用新型实施例的旋流式高效套管式换热器，由于采用了前文所述的“套内管扭曲强化件13”和“套管间扭曲强化件14”，使得套内管11内的换热流体和套管间的换热流体产生了“螺旋旋转流动”，使得流体不会产生偏流、沉积、粘结和堵塞现象，也同时显著地强化了换热过程，从而可以实现污泥与污泥的稳定且高效换热，而且在强化传热的同时其流动阻力还比较小，降低了污泥输送功耗，从而可以获得显著的热量回收和降低污泥加热能耗，以及显著降低污泥泵送功耗，获得显著的节能经济效益和环保效益。

根据本实用新型实施例的旋流高效套管式换热器100能够强化换热过程，实现了污泥与污泥间的长周期稳定、高效换热，并且在强化传热的同时还降低了污泥的流动阻力，降低了污泥输送功耗。由此，本实用新型实施例的旋流高效套管换热器不但可以获得显著的热量回收和降低污泥加热能耗、显著地降低污泥泵送功耗，还可以获得显著的节能经济效益和环保效益。

在一些实施例中，旋流高效套管式换热器100还包括外壳5，套管强化换热单元组件1设在外壳5内，保温件6填充在外壳5内。由此，可以降低旋流高效套管式换热器100的热量损失。

在一些实施例中，套管强化换热单元组件1为多个，多个套管强化换热单元组件1依次首尾相连。多个套管强化换热单元组件1的套内管11通过套内管11连接件依次连通，多个套管强化换热单元组件1的套外管12通过套外管12连接件依次连通。

可以理解的是，单个套管强化换热单元组件1的换热量有限，因此为了实现大功率的热交换，需要将多个套管强化换热单元组件1连接以实现紧凑布置。如图1所示，套管强化换热单元组件1之间由换热单元间连接件4连接，换热单元间连接件4包括换套内管连接件41和套外管连接件42。为了便于结构设计等，通常是将多个套管强化换热单元组件1的内腔N连接成为一个总的套管内流体流动空间，套管内流体流动空间内流动有一种换热介质；而多个套管强化换热单元组件11的外腔J连接成为一个总的套管间流体流动空间，套管间流体流动空间内流动有另一种换热介质。换套内管连接件41和套外管连接件42的结构形式可以是法兰连接、焊接、螺纹连接或者快接等。由于通常为高温高压，有利地，连接形式法兰连接和/或焊接。在某些情况下，套外管连接件42可以直接采用焊接方式连接。

具体地，多个套管强化换热单元组件1沿蜿蜒方向依次排布。这里需要说明的是，蜿蜒方向依次排布的方案可以是单排反复折回排布，也可以是多排阵列反复折回排布。在此不对蜿蜒方向依次排布的方案做出具体限制，由此可以使得旋流高效套管式换热器100的结构更为紧凑，降低了建造成本。

下面参考图1描述本实用新型一个具体实施例的旋流高效套管式换热器100。

如图1所示，本实施例的旋流高效套管式换热器100包括外壳5、多个前文所述的套管强化换热单元组件1和用于对套管强化换热单元组件1进行保温的保温件6。套管强化换热单元组件1设在外壳5内，保温件6填充在外壳5内，套管强化换热单元组件设在保温件6内。套管强化换热单元组件1的结构已在前文做出详细描述在此不再赘述。

如图1所示，多个套管强化换热单元组件1沿蜿蜒方向依次排布。相邻的套管强化换热单元组件1之间由换热单元间连接件4连接，换热单元间连接件4包括换套内管连接件41和套外管连接件42。

如图1所示，位于最上方和最下方的套管强化换热单元组件1分别连接有套内管进出口接管2和套外管进出口接管3。具体而言，位于最上方的套内管进口15处连接有套内管进口接管21，套外管出口18处连接有套外管出口接管32；位于最下方的套内管出口16处连接有套内管出口接管22，位于最下方的套管强化换热单元组件1的套外管进口17处连接有套外管进口接管31。由此，实现了内腔N与外腔J中的流体沿相反的方向流动，提高了旋流高效套管式换热器100的换热效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。