一种换热装置的制作方法

本发明涉及热管换热设备技术领域，具体涉及一种换热装置。

背景技术：

当前节能已经成为能源行业的一个共同话题，而余热资源的回收和利用亦是节能的重点话题。作为耗能大户的发电企业，更是有大量的余热无法得到有效回收和利用，被白白浪费。其中，烟气热损失是各项热损失中最大的一项，一般在5%～8%之间，占锅炉总热损失的80%或更高。因此急需寻找一条科学的烟气回收途径，使烟气中的余热得到高效的回收利用，降低能耗，对我国实现节能减排与环保发展战略也具有着重要的现实意义。

目前，实现烟气余热回收的技术主要有：低温省煤器技术、低低温烟气处理技术、前置式液相介质空预器与低温省煤器组合技术、以及热管换热器技术。对比几种烟气余热回收技术，热管换热器的传热效率高，使用的寿命较长，而且能较好地解决低温露点腐蚀磨损带来的问题。

目前所使用的热管换热器的结构包括：冷媒箱体、热媒箱体、以及若干根热管，热管的上部位于冷媒箱体内，热管的下部位于热媒箱体内；所述热管的结构包括：管体，在管体的下端设置有用以封堵管体下管口的密封堵头，在管体的上端设置有能打开或封堵管体上管口的充质排空封头，所述充质排空封头由具有中心孔的封头圆板及设置于封头圆板中心孔处的充质排空管组成。

上述热管换热器中的热管的制造工序为：先将充质排空管与封头圆板装配焊接成充质排空封头，然后将密封堵头通过氩弧焊密封焊接于热管管体的下管口，使密封堵头封堵热管管体的下管口，然后再将充质排空封头的封头圆板通过氩弧焊密封焊接于热管管体的上管口，接着通过充质排空封头的充质排空管向热管管体内部充注工质并抽真空，待充注抽真空完成后，再对充质排空管进行焊接封口，完成对热管管体的上管口的密封，从而完成热管的制造。

热管换热器工作时，将高温烟气通入热媒箱体，同时将冷水通入冷媒箱体，通入热媒箱体内的高温烟气会与各热管的下部蒸发段进行换热，各热管的下部蒸发段内的工质受热后将沸腾或蒸发，由液体变为蒸汽，产生的蒸汽在热管内微小压差的作用下，向上流到位于冷媒箱体中的热管上部冷凝段、并通过热管上部冷凝段的管壁与冷媒箱体内的冷水进行换热，冷媒箱体内的冷水经换热后温度变高变成热水排出，而热管上部冷凝段内的蒸汽经换热后会重新冷凝成液体，并在重力作用下向下回流到热管下部蒸发段，重新与热媒箱体内的高温烟气进行换热蒸发，完成一次循环，通过热管内工质的不断重复蒸发与冷凝过程，从而实现热媒箱体内的高温烟气与冷媒箱体内的冷水之间的热量传递与交换。

目前所使用的热管换热器存在以下缺点：（1）换热效率差，热膨胀会使换热器失效；（2）当热管换热器的冷媒箱体故障时，热管换热器需整机停机，待冷媒箱体维修后才能重新开机，影响工作效率；（3）在热管制造过程中，对充质排空封头的充质排空管进行焊接封口，才能密封热管上管口的操作方式，导致工人劳动强度大，工作效率低，热管加工制造极其不便，进而影响热管换热器的加工制造效率；（4）热管换热器内的热管极易因振动而损坏失效，影响热管换热器的使用稳定性与使用安全性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供换热效率高、使用寿命长且加工制造方便的热管换热装置。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种换热装置，包括前端设置有进口且后端设置有出口的壳体，在壳体的前端进口设置有进烟喇叭口，在壳体的后端出口设置有出烟喇叭口，在壳体中由前至后依次间隔分布有若干个热管换热单元，每个热管换热单元由若干左右并排布置的热管换热模块组成；

每个热管换热模块的结构包括：由底框、顶框及立柱围成的框架，在框架内设置有隔板，隔板将框架内部分隔成位于壳体上方的上腔室、以及位于壳体内的下腔室，在隔板上由左至右依次间隔并排布置有若干热管管排，每排热管管排由若干根呈前后间隔穿设于隔板中的热管组成，每根热管的结构包括：管体，管体的上部位于上腔室中，在管体的上部套设有冷媒套管，冷媒套管的上下两端均与管体的外壁相密封，使冷媒套管与管体之间形成冷媒腔室，管体的下部位于下腔室中，在管体的下部外壁上沿其长度方向安装有螺旋开齿翅片，在管体的下端设置有用以封堵管体下管口的密封堵头，在管体的上端设置有能打开或封堵管体上管口的充质排空封头；每排热管管排中所有热管的冷媒腔室依次连通而形成冷媒流道，每排热管管排中的冷媒流道的一端接通进水集箱、另一端接通出水集箱；

顺着烟气流动方向，在第一排热管换热单元中的每个热管换热模块中的每排热管管排的迎烟侧竖向设置有一条能挡住该排热管管排中第一根热管迎烟面的防磨管屏。

进一步地，前述的一种换热装置，其中：在每个热管换热模块中的上腔室中设置有安装于框架上的上多孔定位板，上多孔定位板中的定位孔与框架内的热管一一对应，在每个热管换热模块中的下腔室中设置有安装于框架上的下多孔定位板，下多孔定位板中的定位孔也与框架内的热管一一对应，每根热管的上端向上穿过并固定于上多孔定位板的对应定位孔中、下端向下插入并固定于下多孔定位板的对应定位孔中；每排热管管排中的热管通过管夹限位固定于框架中，相邻热管管排之间通过管排定位支撑杆限位固定于框架中；并且每个热管换热单元中的相邻热管换热模块之间通过连接板相连接固定。

进一步地，前述的一种换热装置，其中：每个热管换热模块中的下多孔定位板安装于框架的底框顶部，在框架的底框底部设置有底部封板，下多孔定位板、底框及底部封板形成空腔，在空腔内填充有保温棉；每个热管换热模块中的上腔室通过侧封板及顶盖封闭，在上腔室中设置有位于各热管上方的隔热毯。

进一步地，前述的一种换热装置，其中：在每个热管换热单元的相邻热管换热模块之间设置有侧隔板，各侧隔板将壳体内部分隔成若干独立并行的换热通道，在每个热管换热单元的相邻热管换热模块之间间隙的正前方设置有能挡住该间隙并将烟气引流至该相邻热管换热模块中的引流板。

进一步地，前述的一种换热装置，其中：顺着冷媒流动方向，每个热管换热模块中的每排热管管排中位于冷媒流道首位或末位的冷媒腔室底部连接有排空管，在每排热管管排中位于冷媒流道末位的冷媒腔室底部连接有排液监视管。

进一步地，前述的一种换热装置，其中：每个热管换热模块中的立柱的结构包括：两段分别与底框及顶框相固定的柱体，在两段柱体的连接处套设有连接套管，连接套管的一端套在一段柱体的外部、并与该柱体相焊接固定，连接套管的另一端套在另一段柱体的外部、并与该柱体通过连接螺栓及连接螺母相连接固定，位于连接套管中的两段柱体之间留有热胀间隙。

进一步地，前述的一种换热装置，其中：在每个热管换热模块中的每根热管与隔板相接触的部位套设有保护套管。

进一步地，前述的一种换热装置，其中：充质排空封头的结构包括：盖帽及封头，封头的下端插入并固定于热管管体的上管口，封头的上端向上凸出于热管管体的上管口并设置有外螺纹，在盖帽的下表面设置有用以与封头的外螺纹相螺纹连接的内螺纹盲孔，盖帽通过内螺纹盲孔螺纹连接在封头的外螺纹上，并且当盖帽与封头螺纹连接时，盖帽的内螺纹盲孔孔壁与封头的上端面共同形成空腔，在封头中设置有将空腔与热管管体内部相连通的充质排空通道，在空腔内设置有直径大于充质排空通道的通道口且搁置于该通道口上的钢珠，在钢珠顶端与盖帽的内螺纹盲孔顶壁之间设置有弹性件，在盖帽的外侧壁上设置有连通空腔且对着钢珠的通孔；当转动盖帽而使盖帽相对封头向下移动时，盖帽能通过弹性件向下压紧钢珠，使钢珠向下压住并封堵充质排空通道的通道口。

进一步地，前述的一种换热装置，其中：沿充质排空通道的通道口边沿设置有一圈密封条，当转动盖帽而使盖帽相对封头向下移动时，盖帽能通过弹性件向下压紧钢珠，使钢珠向下紧压着密封条而封堵充质排空通道的通道口。

进一步地，前述的一种换热装置，其中：在盖帽的内螺纹盲孔的顶壁上设置有用以定位安装弹性件的弹性件定位孔，在充质排空通道的通道口处的封头上端面设置有用以定位安装钢珠的钢珠定位孔，弹性件为定位安装于弹性件定位孔中的弹簧。

通过上述技术方案的实施，本发明的有益效果是：（1）通过在热管外部设置螺旋开齿翅片，大大提高了换热效率；（2）通过在热管管体外部设置冷媒套管，使热管自带供冷媒流动换热用的冷媒腔室，安装热管换热器时无需另设冷媒箱体，当某一根热管的冷媒腔室故障时，热管换热器无需整机停机，只需在线更换或维修损坏的热管即可，提高了工作效率；（3）只需向上转动盖帽而使弹性件松开钢珠，便可以将工质经盖帽的通孔、盖帽与封头形成的空腔、以及封头的充质排空通道充注进热管内部；待工质充注完成后，只需再次转动盖帽而使盖帽相对封头向下移动，使盖帽通过弹性件向下压紧钢珠，使钢珠向下压住并封堵充质排空通道的通道口，即能完成对热管上管口的密封，操作十分方便，降低了工人劳动强度，提高了热管的加工制造效率，进而提高了热管换热器整体的加工制造效率；（4）通过上多孔定位板、下多孔定位板、管夹及管排定位支撑杆的设置，限制了热管的自由活动空间，避免了热管活动磨损，从而有效保护热管，延长了热管的使用寿命，进而延长了热管换热器整体的使用寿命；（5）可以在现场安装后排空充质，热管利用热烟气烟温排空，能排净有机介质和不凝性气体；（6）框架立柱预留热膨胀间隙，避免热膨胀损坏装置。

附图说明

图1为本发明所述的一种换热装置的结构示意图。

图2为图1俯视方向的结构示意图。

图3为图1中所示的d-d剖面的结构示意图。

图4为图3中所示的k部位的放大示意图。

图5为图1中隐去进烟喇叭口后的结构示意图。

图6为热管换热模块的结构示意图。

图7为图6中所示的a-a剖面的结构示意图。

图8为图6中所示的b-b剖面的结构示意图。

图9为图6中所示的c-c剖面的结构示意图。

图10为图9中所示的h部位的放大示意图。

图11为图9中所示的f部位的放大示意图。

图12为图6中所示的g部位的放大示意图。

图13为图6左视方向的结构示意图。

图14为图13中所示的e部位的放大示意图。

图15为图1俯视方向的结构示意图。

图16为图15中框架顶框的结构示意图。

图17为热管的结构示意图。

图18为图17中所示的m部位的放大示意图。

图19为图17中所示的n部位的放大示意图。

图20为图17中所示的p-p剖面的结构示意图。

图21为图17中所示的充质排空封头的结构示意图。

图22为图21中所示的封头的结构示意图。

图23为图21中所示的盖帽的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，所述的一种换热装置，包括前端设置有进口且后端设置有出口的壳体131，在壳体131的前端进口设置有进烟喇叭口132，在壳体131的后端出口设置有出烟喇叭口133，在壳体131中由前至后依次间隔分布有若干个热管换热单元，在本实施例中，在壳体131中由前至后依次间隔分布有两排热管换热单元134，每个热管换热单元134由若干左右并排布置的热管换热模块135组成，在本实施例中，每个热管换热单元134由五个左右并排布置的热管换热模块135组成；

在本实施例中，由于每个热管换热模块135的结构均相同，下面仅以其中一个热管换热模块135的结构为例进行说明，如图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16所示，热管换热模块135的结构包括：包括由底框111、顶框112、立柱113及斜撑130组成的框架，在本实施例中，在框架的顶框112中固定有加强撑杆138，通过加强撑杆138的设置，能防止顶框112在框架吊装过程中发生变形；在框架内设置有隔板114，隔板114将框架内部分隔成位于壳体131上方的上腔室115、以及位于壳体131内的下腔室116，在隔板114上由左至右依次间隔并排布置有若干热管管排，每排热管管排由若干根前后间隔穿设于隔板114中的热管117组成，每根热管117的结构包括：管体101，管体101的上部位于上腔室115中，在管体101的上部套设有冷媒套管102，冷媒套管102的上下两端均与管体101的外壁相密封，使冷媒套管102与管体101之间形成冷媒腔室103，管体101的下部位于下腔室116中，在管体101的下部外壁上沿其长度方向安装有螺旋开齿翅片106，在管体101的下端设置有用以封堵管体下管口的密封堵头107，在管体101的上端设置有能打开或封堵管体上管口的充质排空封头108；每排热管管排中所有热管117的冷媒腔室103依次连通而形成一条冷媒流道，每排热管管排中的冷媒流道的一端接通进水集箱118、另一端接通出水集箱；顺着烟气流动方向，在第一排热管换热单元134中的每个热管换热模块135中的每排热管管排的迎烟侧竖向设置有一条能挡住该排热管管排中第一根热管117迎烟面的防磨管屏136，通过防磨管屏136对烟气的阻挡，可以有效防止烟道内的烟气直接冲刷热管，减轻烟气对热管的磨损腐蚀，有效保护了热管，进而有效延长了换热器整体的使用寿命；

在本实施例中，在每个热管换热单元134的相邻热管换热模块135之间设置有侧隔板，各侧隔板将壳体内部分隔成若干独立并行的换热通道，在每个热管换热单元的相邻热管换热模块之间间隙的正前方设置有能挡住该间隙并将烟气引流至该相邻热管换热模块135中的引流板137，进入壳体131的高温烟气经引流板137引流至各换热通道后，进入壳体131的原来无序紊乱的烟气会变得有序，并且烟气的速度会变慢，进而提高了换热效率；

在本实施例中，在每个热管换热模块135中的在上腔室116中设置有安装于框架上的上多孔定位板120，上多孔定位板120中的定位孔与框架内的热管117一一对应，在每个热管换热模块135中的下腔室116中设置有安装于框架上的下多孔定位板121，下多孔定位板121中的定位孔也与框架内的热管117一一对应，每根热管117的上端向上穿过并固定于上多孔定位板120的对应定位孔中、下端向下插入并固定于下多孔定位板121的对应定位孔中；每根热管的中段通过不少于一个管夹122固定，每排热管管排中的热管117通过管夹122限位固定于框架中，相邻热管管排之间通过管排定位支撑杆123限位固定于框架中，并且每个热管换热单元134中的相邻热管换热模块135之间通过连接板相连接固定；通过上多孔定位板120、下多孔定位板121、管夹122、管排定位支撑杆123及连接板的设置，限制了热管的自由活动空间，避免了热管活动磨损，从而有效保护热管，延长了热管的使用寿命；

在本实施例中，每个热管换热模块135中的下多孔定位板121安装于框架的底框111顶部，在框架的底框111底部设置有底部封板124，下多孔定位板121、底框111及底部封板124形成空腔，在空腔内填充有保温棉125；每个热管换热模块135中的上腔室115通过侧封板及顶盖封闭，在上腔室115中设置有位于各热管117上方的隔热毯126，通过保温板及隔热毯的设置，能避免高温烟气及与高温烟气换热后的热水的热量逸散至外界，提高换热效率；

在本实施例中，顺着冷媒流动方向，每个热管换热模块135中的在每排热管管排中位于冷媒流道首位的冷媒腔室底部连接有排空管127，检修时能通过排空管将冷媒流道内的冷媒排尽，操作方便；在每排热管管排中位于冷媒流道末位的冷媒腔室底部连接有排液监视管128，通过排液监视管能实时观察冷媒的换热情况，提高设备的使用稳定性；

在本实施例中，由于每个热管换热模块135中的每个立柱113的结构均相同，下面仅以其中一根立柱113的结构为例进行说明，所述立柱113的结构包括：与顶框112相固定的上柱体1131、以及与底框111相固定的下柱体1132，在上柱体1131与下柱体1132的连接处套设有连接套管1133，连接套管1133的上端套在上柱体1131的下端外部、并与上柱体1131的下端外部相焊接固定，连接套管1133的下端套在下柱体1132的上端外部、并与下柱体1132的上端外部通过连接螺栓1134及连接螺母1135相连接固定，位于连接套管1133中的上柱体1131下端与下柱体1132上端之间留有热胀间隙，这样当框架在使用过程中受热膨胀时，框架能在立柱的连接处自由膨胀，避免框架因受热膨胀损坏，延长了框架的使用寿命，进而延长了换热器的使用寿命；在本实施例中，每个热管换热模块135中的每根热管117与隔板114相接触的部位套设有保护套管129，通过在冷热媒体分隔处的热管外部安装保护套管可以更好地保护热管，延长热管的使用寿命；

在本实施例中，由于每个热管换热模块135中的每根热管117中的每个充质排空封头108的结构均相同，下面仅以其中一个热管换热模块135中的其中一根热管117的充质排空封头108的结构进行说明，如图17、图18、图19、图20、图21、图22、图23所示，所述充质排空封头108的结构包括：盖帽1及封头2，封头2的下端固定安装于热管管体101的上管口，封头2的上端向上凸出于热管管体101的上管口并设置有外螺纹21，在盖帽1的下表面设置有用以与封头2的外螺纹相螺纹连接的内螺纹盲孔11，盖帽1通过内螺纹盲孔11螺纹连接在封头2的外螺纹21上，并且当盖帽1与封头2螺纹连接时，盖帽1的内螺纹盲孔11孔壁与封头2的上端面22共同形成空腔3，在封头2中设置有当封头2安装于热管管口时能将空腔3与热管管体101内部相连通的充质排空通道23，在空腔3内设置有直径大于充质排空通道23的通道口231且搁置于该通道口231上的钢珠4，在钢珠4顶端与盖帽1的内螺纹盲孔11顶壁之间设置有弹性件5，在盖帽1的外侧壁上设置有连通空腔3且对着钢珠4的通孔13，当转动盖帽1而使盖帽1相对封头2向下移动时，盖帽1能通过弹性件5向下压紧钢珠4，使钢珠4向下压住并封堵充质排空通道23的通道口231；

在本实施例中，沿充质排空通道23的通道口231边沿设置有一圈密封条6，当转动盖帽1而使盖帽1相对封头2向下移动时，盖帽1能通过弹性件5向下压紧钢珠4，使钢珠4向下紧压着密封条6而封堵充质排空通道23的通道口231，这样对充质排空通道的通道口的封堵效果更好，提高了热管的使用稳定性与使用安全性；在本实施例中，在盖帽1的内螺纹盲孔11的顶壁上设置有用以定位安装弹性件5的弹性件定位孔12，这样可以更方便准确地装配弹性件，提高装配效率；在本实施例中，弹性件5为定位安装于弹性件定位孔12中的弹簧，这件弹性件造价相对低廉，降低企业使用成本；在本实施例中，在充质排空通道23的通道口231处的封头上端面22设置有用以定位安装钢珠4的钢珠定位孔24；在本实施例中，盖帽1的外周为便于与扳手配合的多边形，这样可以更方便地操作盖帽，提高装配效率；在本实施例中，用以固定安装于热管管口的封头2下端部变径形成便于插入热管管口的阶梯状，这样可以更方便准确地将封头2安装于热管管口，进一步提高装配效率；

在热管制作时，先将密封堵头107通过氩弧焊密封焊接于热管管体101的下管口，使密封堵头107封堵热管管体101的下管口，然后再将充质排空封头108的封头2通过氩弧焊密封焊接于热管管体101的上管口，然后向上转动盖帽1而使弹簧松开钢珠4，接着将工质从盖帽1的通孔13充入空腔3，充入空腔3的工质会推开钢珠4而使钢珠4打开充质排空通道23的通道口231，此时使空腔3中的工质会经充质排空通道23充注到热管管体101中；待工质充注完成后，向下转动盖帽1而使盖帽1相对封头2向下移动，使盖帽1通过弹簧向下压紧钢珠4，使钢珠4向下紧压着密封条6而封堵充质排空通道23的通道口231，从而完成对热管管体101的上管口的密封，操作十分方便，降低了工人劳动强度，提高了热管的加工制造效率；在实际安装时，可以在现场安装后排空充质，热管利用热烟气烟温排空，能排净有机介质和不凝性气体；

工作时，先将冷水通入进水集箱118，通入进水集箱118内的冷水分流至各排热管换热单元134中的各热管换热模块135中的各排热管管排中的各冷媒流道中，同时将高温烟气经进烟喇叭口132通入壳体131，进入壳体131的高温烟气经各引流板137引流至各热管换热模块135中，流经各热管换热模块135的下腔室116的高温烟气会与下腔室116中各热管117的下部进行换热，各热管下部内的工质受热后将沸腾或蒸发，由液体变为蒸汽，产生的蒸汽在热管内微小压差的作用下，向上流到位于上腔室115的热管上部、并通过热管上部的管壁与冷媒流道内的冷水进行换热，冷媒流道内的冷水经换热后温度变高形成热水，各条冷媒流道内经换热后形成的热水一起汇入出水集箱119，再经出水集箱119排出；而热管上部内的蒸汽经换热后会重新冷凝成液体，并在重力作用下向下回流到热管下部，重新与下腔室116内的高温烟气进行换热蒸发，完成一次循环，通过热管内工质的不断重复蒸发与冷凝过程，从而实现流经下腔室116的高温烟气与流经冷媒流道的冷水之间的热量传递与交换。

本发明的优点是：（1）通过在热管外部设置螺旋开齿翅片，大大提高了换热效率；（2）通过在热管管体外部设置冷媒套管，使热管自带供冷媒流动换热用的冷媒腔室，安装热管换热器时无需另设冷媒箱体，当某一根热管的冷媒腔室故障时，热管换热器无需整机停机，只需在线更换或维修损坏的热管即可，提高了工作效率；（3）只需向上转动盖帽而使弹性件松开钢珠，便可以将工质经盖帽的通孔、盖帽与封头形成的空腔、以及封头的充质排空通道充注进热管内部；待工质充注完成后，只需再次转动盖帽而使盖帽相对封头向下移动，使盖帽通过弹性件向下压紧钢珠，使钢珠向下压住并封堵充质排空通道的通道口，即能完成对热管上管口的密封，操作十分方便，降低了工人劳动强度，提高了热管的加工制造效率，进而提高了热管换热器整体的加工制造效率；（4）通过上多孔定位板、下多孔定位板、管夹及管排定位支撑杆的设置，限制了热管的自由活动空间，避免了热管活动磨损，从而有效保护热管，延长了热管的使用寿命，进而延长了热管换热器整体的使用寿命；（5）可以在现场安装后排空充质，热管利用热烟气烟温排空，能排净有机介质和不凝性气体；（6）框架立柱预留热膨胀间隙，避免热膨胀损坏装置。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明要求保护的范围。