专利名称：高温换热器的制作方法
高温换热器
技术领域：
本发明涉及一种高温换热器，尤其是指一种使介质间进行热量交换的高温换热器。
背景技术：
高温换热器是一种可用于对大流量高温烟气进行冷却、热量回收的设备。 比如，在钢铁行业彩色涂层钢板生产线设备中，经由喷涂固化室内喷涂工艺过程
产生的气体中混有大量对环境有害的可燃性物质(例如苯、酚类化合物及树脂等物质)，如
果直接排向大气将对周边环境造成极大危害，不符合大气排放标准及有关环保的要求，并
且在石油、煤炭等不可再生资源日趋枯竭的今天，将上述大量含有可燃性物质的气体不加
利用直接排放不符合国家有关节能的要求，与钢铁行业节能减排的大政方针背道而驰，因
此在有害气体排向大气之前需要进行无害化处理，通常是将有害气体收集引出后加入一定
比例的煤气，混合后进入焚烧炉内进行燃烧，大部分有害物质燃烧过程中发生化学反应形
成无害物质，使燃烧后的气体符合有关大气排放标准，产生的高温烟气(约80(TC左右)进
入高温换热器管程进行热量回收，与来自鼓风机的新鲜空气进行热能交换，新鲜空气经过
高温换热器的换热管管间，即高温换热器壳程，使新鲜空气温度被逐级加热到65(TC左右以
符合喷涂工艺的固化需求。高温烟气经过高温换热器与新鲜空气热交换后温度逐级降低到
20(TC左右。高温新鲜空气进入喷涂室用于钢板喷涂工艺，产生的有害气体再加入煤气后进
入焚烧炉内进行燃烧，燃烧后形成高温烟气后再进入高温换热器进行热量回收加热新鲜空气。 该设备的主要功能是利用喷涂室产生的对环境有害的可燃性废气，混合煤气进 入焚烧炉内进行燃烧，以消除对环境有害的物质，符合环保排放标准，从而实现项目的环保 功能；产生的高温烟气用来加热进入喷涂固化室内的新鲜空气，以满足喷涂工艺要求，从而 实现项目的节能功能。请参阅中国专利第03222630. 6号、第02264464. 4号及第02258139. 1号，业界常
用的高温换热器制造技术是换热器包括外壳，外壳的两端分别焊接有管板，管板之间连接 有换热管，管板上对应换热管的管口设有管孔，换热管的两端分别穿过管孔焊接于管板上； 外壳两端分别接有进烟接口和出烟接口 ；外壳的两端壁上分别有空气进口和出口，所述进 烟接口、换热管、出烟接口形成管程通道，所述外壳、空气进口、换热管管间、空气出口形成 壳程通道，高温烟气自进烟接口进入流经管程通道与自空气进口进入流经壳程通道的新鲜 空气通过换热管管壁进行热交换。这些现有技术将高温换热器的前管板直接暴露于高温烟 气中承受高温烘烤，从而使前管板容易开裂变形，甚至出现换热管与前管板拉脱等现象，严 重的发展到设备无法正常运转。 因此，确有必要提供一种能克服上述缺陷的换热器设备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种运行可靠的高温换热器。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案一种高温换热器，其包括换热器本体 及分别连接于换热器本体前、后方的管程进口部件与管程出口部件，所述换热器本体至少 包括高温段，高温段包括壳体、位于壳体前部的前管板、位于壳体后部且平行于前管板的后 管板及位于壳体内的换热管，所述前管板及后管板上分别对应换热管开设有管孔，所述换 热管与管孔相配合，换热管的后端与后管板相焊接，换热管的前端穿过前管板的管孔并向 前突伸，并且前管板与换热管未固定连接而可相对滑移，所述管程进口部件及管程出口部 件与换热管相通，所述换热管之间的区域称为管间，所述换热器本体的前、后部分别设有与 管间相通的壳程出口部件及壳程进口部件，所述突伸于前管板前方的换热管的管间填充有 隔热材料。 与现有技术相比，本发明高温换热器具有如下有益效果该高温换热器通过于前 管板前方的换热管的管间设有隔热材料，使前管板不直接暴露在高温烟气中承受高温烟气 的烘烤，从而延长使用寿命。
图1是本发明高温换热器的具体实施方式
的整体结构侧视示意图。
图2是图1所示高温换热器的整体结构俯视示意图。 图3是图l所示高温换热器的局部剖示示意图，其主要体现高温段的壳体、高温段 的前管板及管程进口部件的箱体之间的位置关系。 图4是图3所示高温换热器的高温段的壳体、高温段的前管板、挡板及管程进口部 件的箱体之间位置关系的从前向后视角的平面示意图。
具体实施方式
请参阅图1至图4所示，一种高温换热器，可用于彩色涂层钢板生产线中对高温烟 气进行热量回收，其包括换热器本体1及分别连接于换热器本体1前后方的管程进口部件 2与管程出口部件8。 换热器本体1包括底座3、高温区换热器4、低温区换热器5及连接高温区换热器 4与低温区换热器5的中间连接体6及膨胀节16，以及安装于底座3上支撑高温区换热器 4、低温区换热器5及中间连接体6的支撑机构10。 高温区换热器4位于换热器本体1的前部，其包括位于前方的高温段41及位于高 温段41后方与高温段41相通的中温段42，所述低温区换热器5位于换热器本体1的后部 与高温区换热器4的中温段42相通，所述高温段41 、中温段42及低温区换热器5均设有壳 体，壳体的前后部均连接有管板，管板之间连通有换热管，换热管的两端设有管口 ，管板上 对应换热管的管口设有管孔，换热管与管孔相配合，所述中温段42及低温区换热器5的换 热管的两端管口直接与管板相焊接。另外，高温区换热器4的换热管13所使用的材质比低 温区换热器5的换热管所使用的材质更耐高温。所述换热管之间的区域称为管间。所述高 温段41、中温段42之间以及中温段42与低温区换热器5之间分别由中空的中间连接体6 与膨胀节16相连接。所述中间连接体6与高温区换热器4的换热管及低温区换热器5的 换热管相连通，但所述中间连接体6与高温区换热器4及低温区换热器5的管间均不相通， 中间连接体6的侧壁上开设有便于维修的人孔15。
换热器本体1的前端(即高温段41的前端)具有烟气进口，所述换热器本体1的 后端(即低温区换热器5的后端)具有烟气出口 。 高温段41的壳体的前后部分别连接有前管板12和位于前管板12后方且平行于 前管板的后管板。高温段41的壳体后部设有与后管板相连的膨胀节16。高温段41的壳体 的前部设有套筒410，所述前管板12与套筒410之间以活塞滑动的方式连接，即当该前管 板12受到换热管13的推力或拉力时可以相对于壳体向前或向后滑动，从而实现吸收热膨 胀的功能，具体请参阅图3及图4所示。高温段41的换热管13的后端管口直接与高温段 41的后管板相焊接，换热管13的前端穿过高温段41的前管板12的管孔并向前突伸出一 段距离。所述前管板12与换热管13未焊接在一起，所述突伸于前管板12前方的换热管的 管间填充有隔热材料127，在前管板12与高温烟气之间建起一堵隔热墙，避免前管板12直 接暴露于高温烟气中承受高温烟气的烘烤，并且也起到密封前管板12与换热管13之间间 隙的作用。所述隔热材料127的前方遮挡有挡板125，挡板上125对应换热管13也开设有 管孔，所述换热管13的前端穿过挡板的管孔，从而可避免高温烟气直接冲刷隔热材料127。 所述挡板125分成数块子挡板，从而分散挡板125所承受的冷热应力，延长使用寿命。前管 板12的四周设有密封滑块120，所述密封滑块120抵靠于套筒410的内壁上而与套筒410 之间形成活塞机构而可相对滑移。所述密封滑块120包括焊接于前管板12四周的垂直前 管板12的横板121，每一横板121的前后两端相对平行设有竖板122U23，竖板122、123之 间设有密封材料124，所述竖板122、 123与前管板12相平行，且位于后端的竖板123与横板 121相焊接，位于前端的竖板122未与横板121相焊接，而是通过螺栓螺母126将前后竖板 122、123锁固在一起并夹持两者之间的密封材料124，从而形成密封结构，所述密封材料与 套筒410的内壁相抵靠且可相对滑动而形成滑动连接。所述密封滑块120于前管板12的 下方设有支撑前管板12于套筒410上的支撑装置128，所述支撑装置128设有焊接在横板 121上的滚轮或滑块等，从而与套筒410之间可相对移动，请参图4所示。本实施方式中套 筒410的钢板厚度比与套筒410相连的包围换热管13的壳体的钢板的厚度大，以提高其刚 度，防止其在与前管板12的滑动过程中变形。中温段42的壳体设有与其后管板相连的膨 胀节，对应的换热管具有与后端管板相连的膨胀管。高温段41、中温段42之间设有中空的 中间连接体6，所述中间连接体6的前端通过膨胀节与高温段41的后管板相连接，后端与 中温段42的前管板相连接。所述高温段41的壳体设有向上开口且与高温段41的管间相 通的壳程出口部件11，所述高温段41、冲温段42的壳体下部设有连通高温段41、中温段42 管间的壳程底箱18，所述壳程底箱18对应于高温段41、中温段42之间的中间连接体6的 位置也设有膨胀节。所述中温段42的壳体上部设有与中温段42的换热管管间相通的壳程 顶箱7。 上述低温区换热器5的前管板与中间连接体6的后端连接，中间连接体6的前端 通过膨胀节与中温段42的后管板相连形成通路。低温区换热器5的后方设有管程出口部 件8，管程出口部件8的前端与低温区换热器5的后管板相连，管程出口部件8的后端设有 烟气排出口，所述低温区换热器5的上部靠近管程出口部件8侧设有向上开口且与低温区 换热器5的管间相通的壳程进口部件9，所述低温区换热器5的上部靠近中间连接体6侧设 有与低温区换热器5的管间相通的壳程顶箱7，所述低温区换热器5的壳程顶箱7与中温段 42的壳程顶箱7相连通，所述壳程顶箱7上也设有膨胀节。
上述高温段41、中温段42、低温区换热器5的壳体内还设有与管板平行的支撑换 热管的支撑板，所述支撑板上设有容换热管穿过的通孔，起到支撑换热管的功能。所述低温 区换热器5的壳体下部设有连通低温区换热器5的换热管管间的壳程底箱50。所述支撑板 及管板的下方设有支撑换热器本体1的支撑机构IO，所述支撑机构10包括有数个支座，所 述支座可以按照膨胀方向的需求设置成滚动支座或固定支座。 上述壳程进口部件9、低温区换热器5的管间、壳程底箱50、壳程顶箱7、中温段42 的管间、壳程底箱18、高温段41的管间及壳程出口部件11连通形成壳程通道。上述高温段 41、中温段42的换热管、两个中间连接体6及低温区换热器5的换热管连通形成管程通道。
上述管程进口部件2位于换热器本体1的前方与换热器本体1的烟气进口相通， 即与换热器本体1的换热管相通。该管程进口部件2包括有箱体20及连接于箱体20 —侧 的方接圆23，所述箱体20包括前端板24、两侧板21、22、底板27及顶板28，所述方接圆23 连接于箱体20的一侧板22上。所述方接圆23的开口为管程进口部件2的高温烟气入口， 即高温换热器的高温烟气入口。所述箱体20的后端与高温段41的套筒410之间以活塞滑 动的方式连接，即高温段41的壳体与管程进口部件2之间可以相对前后滑移，从而实现吸 收热膨胀及设备冷热应力的功能，具体请参阅图3所示，所述箱体20的两侧板21、22及底 板27、顶板28的后端内侧壁设有一圈密封滑块200，所述密封滑块200抵靠于套筒410外 壁上而与套筒410之间形成活塞机构而可相对滑移。所述密封滑块200是于两侧板21、22 及底板27、顶板28的后端内侧壁分别设有前后两块平行于前管板12的竖板201、202，两竖 板之间设有密封材料204，位于前端的竖板201与箱体20的两侧板21、22及底板27、顶板 28焊接在一起，位于后端的竖板202未与箱体20相焊接，而是通过螺栓螺母206将前后两 竖板201、202锁固在一起并夹持两者之间的密封材料204，从而形成环状密封结构。所述密 封滑块200的密封材料204与壳体套筒410的外壁相抵靠且可相对滑动而形成活塞机构。 所述箱体20的前端板24、两侧板21、22、底板27及顶板28的内外侧分别焊有内筋板及外 筋板210，所述内筋板及外筋板210可提高箱体20的结构强度。所述侧板21上设有便于维 修的人孔211。所述方接圆23的开口端设有与系统的焚烧炉(未图示)的高温烟气出口相 连接的法兰24。所述管程进口部件2的前部下方安装有起支撑作用的固定支座25，以限制 管程进口部件2受热后整体向前移动。管程进口部件2的后部下方安装有起支撑管程进口 部件2的滚动支座26，以使管程进口部件2受热时可向换热器本体1方向膨胀。所述箱体 20的内侧安装有由内筋板进行固定的保温材料或耐热材料等。所述箱体20的材料可以是 碳钢、不锈钢、钛材以及其它金属材料。所述换热器本体1及管程进口部件2、管程出口部件 8的外表面可包覆保温材料，以更好的节约热能，所述保温材料可以是保温棉等。
当高温换热器工作时，焚烧炉内的高温烟气从管程进口部件2的高温烟气入口进 入高温换热器，依次流经管程进口部件2、管程通道、管程出口部件8，从管程出口部件8的 烟气排出口排出；外界新鲜空气由鼓风机经低温区换热器5的壳程进口部件9的开口进入， 流经壳程通道后从高温段41的壳程出口部件11的开口排出进入系统的喷涂室(未图示) 用于喷涂固化需要。在上述过程中新鲜空气与高温烟气分别经低温区换热器5、高温区换热 器4换热后，(实际上新鲜空气与高温烟气是通过换热管的管壁进行热交换)，新鲜空气温 度上升到65(TC左右，以符合喷涂工艺的要求，高温烟气从高温烟气入口处的80(TC左右下 降到烟气排出口处的20(TC左右，以达到回收热能的目的。
在高温换热器工作的过程中，高温段41的换热管13承受很高的温度，因此可能出 现较大的膨胀量，由于高温段41的前管板12与高温段41的壳体之间以活塞滑动的方式连 接，从而可使两者沿前后方向相对滑移，实现对高温段41的前管板12的冷热应力吸收。高 温段41的换热管13穿设于前管板12的管孔中且未与前管板12焊接，从而使换热管13与 前管板之间可相对滑移，实现对换热管13热膨胀的吸收。另外，由于高温段41的壳体与管 程进口部件2之间以活塞滑动的方式连接，从而可使两者沿前后方向相对滑移，实现对换 热器本体1与管程进口部件2整体热膨胀的吸收。并且由于高温区换热器4包括了通过中 间连接体6和膨胀节相连的高温段41、中温段42，从而使热膨胀的吸收更加合理。更重要 的是在高温段41的前管板12前的换热管的管间填充隔热材料127，从而于前管板12前设 置一道隔热墙，避免前管板12直接受高温烟气烘烤，改善前管板12的工作环境，提高使用 寿命，使高温换热器有比较长期的工作稳定性和可靠性。 以上介绍的是本发明的较佳的实施方式，本发明也可以采用其他实施方式，比 如 高温段41的后管板与壳体之间的连接或者中温段42的管板与壳体之间的连接也 可以采用活塞滑动的方式连接。 高温段41的前管板12与换热管13也可采用焊接或胀接等固定连接方式。 高温段41的后管板与换热管13之间或者中温段42的管板与换热管之间也可不
焊接而采用与换热管间填充隔热材料的方式，从而使换热管可抽出清洗更换。 后管板与壳体之间也以活塞滑动的方式连接，从而使高温段的前、后管板与换热
管13可以一起从壳体中抽出，便于清洗及维修。 所述隔热材料的前方也可以不设挡板125。 管程进口部件2也可以没有箱体20而直接于换热器本体1的前端连接方接圆23， 方接圆23的开口端设有与系统的焚烧炉(未图示)的高温烟气出口相连接的法兰24。
换热器本体1也可以包括如两段、四段等多段换热器。
高温区换热器4也可以具有一段或者两段以上。 换热器本体1也可以为业界现有的一段式结构，比如只有高温段41、中温段42及 低温区换热器5三段中的一段，即换热器本体1仅具有前后两块管板，前、后管板之间连通 有换热管，换热管的前端穿设至前管板的前方，前管板前方的换热管的管间填充有隔热材 料，换热器本体1的前端为烟气进口，后端为烟气出口，换热器本体1的壳体的后部设有与 换热管的管间相通的壳程进口部件9，换热器本体1的壳体的前部设有与换热管的管间相 通的壳程出口部件ll。 当然本发明并不仅限于上述几种实施方式，此处不再一一赘述。
权利要求
一种高温换热器，其包括换热器本体及分别连接于换热器本体前、后方的管程进口部件与管程出口部件，其特征在于所述换热器本体至少包括高温段，高温段包括壳体、位于壳体前部的前管板、位于壳体后部且平行于前管板的后管板及位于壳体内的换热管，所述前管板及后管板上分别对应换热管开设有管孔，所述换热管与管孔相配合，换热管的后端与后管板相焊接，换热管的前端穿过前管板的管孔并向前突伸，并且前管板与换热管未固定连接而可相对滑移，所述管程进口部件及管程出口部件与换热管相通，所述换热管之间的区域称为管间，所述换热器本体的前、后部分别设有与管间相通的壳程出口部件及壳程进口部件，所述突伸于前管板前方的换热管的管间填充有隔热材料。
2. 如权利要求1所述的高温换热器，其特征在于所述前管板与壳体之间以活塞滑动的方式连接。
3. 如权利要求1所述的高温换热器，其特征在于所述后管板与壳体相焊接。
4. 如权利要求1所述的高温换热器，其特征在于所述隔热材料的前方遮挡有挡板，挡板上对应换热管开设有管孔，换热管的前端穿过挡板的管孔。
5. 如权利要求4所述的高温换热器，其特征在于所述挡板包括数块子挡板。
6. 如权利要求1所述的高温换热器，其特征在于所述换热器本体包括底座及安装于底座上支撑换热器本体的支撑机构。
7. 如权利要求6所述的高温换热器，其特征在于所述支撑机构包括有数个支座，所述支座具有滚动支座及固定支座。
8. 如权利要求1所述的高温换热器，其特征在于所述管程进口部件与换热器本体之间以活塞滑动的方式连接。
9. 如权利要求1至8任一项所述的高温换热器，其特征在于所述换热器本体包括高温段、中温段、低温区换热器及连接高温段与中温段、中温段与低温区换热器的中间连接体，所述中温段、低温区换热器均具有壳体、位于壳体两端的管板及位于壳体内的换热管，所述管程进口部件位于高温段的前方，管程出口部件位于低温区换热器的后方，壳程进口部件位于低温区换热器的壳体上，壳程出口部件位于高温段的壳体上。
10. 如权利要求1至8任一项所述的高温换热器，其特征在于所述前管板的四周设有密封滑块，所述壳体的前部设有套筒，所述密封滑块抵靠于套筒的内壁上且可相对滑移而于密封滑块与套筒之间形成活塞机构，从而实现前管板与壳体之间以活塞滑动的方式连接。
全文摘要
本发明公开了一种高温换热器，其包括换热器本体及分别连接于换热器本体前、后方的管程进口部件与管程出口部件，所述换热器本体至少包括高温段，高温段包括壳体、位于壳体前部的前管板、位于壳体后部且平行于前管板的后管板及位于壳体内的换热管，所述前管板及后管板上分别对应换热管开设有管孔，所述换热管与管孔相配合，所述管程进口部件及管程出口部件与换热管相通，所述换热管之间的区域称为管间，所述换热器本体的前、后部分别设有与管间相通的壳程出口部件及壳程进口部件，所述换热管穿过前管板的管孔向前突伸，所述突伸于前管板前方的换热管的管间设有隔热材料，使前管板不直接暴露在高温烟气中承受高温烘烤，从而提高可靠性。
文档编号F28D7/10GK101726199SQ20081019554
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月16日 优先权日2008年10月16日
发明者陆华, 陆静, 顾安生 申请人:昆山市三维换热器有限公司