气体换热器的制作方法

本发明总体上涉及气体换热器，更具体地涉及石化、电力等行业用于烟气换热的气体换热器，例如加热炉烟气余热回收用空气预热器和用于催化重整装置的催化剂再生系统中的烟气空冷器。

背景技术：

气体换热器用于相对高温的气体与相对低温的气体之间的换热。在石化、电力等行业中经常采用的气体换热器例如有空气预热器和烟气空冷器。空气预热器通常用于加热炉烟气余热回收，其中空气在被用于燃烧之前通过空气预热器与高温烟气进行热交换，从而被预热。烟气空冷器例如用于催化重整装置的催化剂再生系统中。在诸如空气预热器和烟气空冷器之类的气体换热器中都存在一个问题，即烟气中含有诸如hcl、cl2、so2等酸性气体组分，在烟气冷却过程中，要防止烟气冷凝而产生酸露点腐蚀。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种有利于克服露点腐蚀的气体换热器。

根据本发明的一个方面，提供了一种气体换热器，其包括壳体和设置在壳体内的多个换热管，所述多个换热管形成用于具有第一温度的第一气体的流动通道，所述多个换热管与壳体之间的空间形成用于具有第二温度的第二气体的流动通道。所述多个换热管包括至少一个复合换热管，该复合换热管在其至少一端具有由同轴布置的内管和外管构成的复合结构，所述内管和外管之间形成第一间隙。所述壳体在与所述至少一端对应的侧部具有内层安装板和外层安装板，该内层安装板和外层安装板之间形成第二间隙，所述外管密封地安装至所述内层安装板，所述内管延伸超出所述外管和内层安装板而密封地安装至所述外层安装板并与形成于所述外层安装板上的通孔连通。

所述气体换热器可以为空气预热器或烟气空冷器。

优选地，所述复合换热管的所述内管和外管均具有扁平形状的横截面。

在一些实施例中，所述内层安装板和外层安装板之间的第二间隙中可以填充有保温材料。

在一些实施例中，所述内管和外管之间的第一间隙与所述内层安装板和外层安装板之间的第二间隙可以相互连通。

在其中所述第一温度低于所述第二温度的实施例中，优选，所述复合换热管仅在其入口端具有所述复合结构，所述外管从换热管的入口端延伸至出口端，并且所述内管的长度小于所述外管的长度。这种情况下，优选地，所述复合换热管可以包括沿第二气体的流动方向排布的若干个复合换热管，并且沿着所述流动方向，该若干个复合换热管中的所述内管的长度逐渐增大。

所述壳体在与所述多个换热管的出口端对应的侧部可以仅包括单层安装板，所述多个换热管的出口端密封地连接至该单层安装板并与形成于该单层安装板上的通孔连通。

在其中所述第一气体为空气，所述第二气体为烟气的实施例中，优选所述内管和外管之间的第一间隙与所述用于第一气体的流动通道相互连通。

在其中所述第一温度高于所述第二温度的实施例中，优选，所述复合换热管仅在其出口端具有所述复合结构，所述内管从换热管的入口端延伸至出口端，所述外管的长度小于所述内管的长度。这种情况下，优选地，所述复合换热管包括沿第二气体的流动方向排布的若干个复合换热管，并且沿着所述流动方向，该若干个复合换热管中的所述外管的长度逐渐减小。

在其中所述第一气体为烟气，所述第二气体为空气的实施例中，优选所述内管和外管之间的第一间隙与所述用于第二气体的流动通道相互连通。

根据本发明的另一个方面，提供一种气体换热器，其包括壳体和设置在壳体内的多个换热管，所述多个换热管形成用于具有第一温度的第一气体的流动通道，所述多个换热管与壳体之间的空间形成用于具有第二温度的第二气体的流动通道。所述多个换热管包括若干个复合换热管，每个复合换热管至少在其一端具有由同轴布置的内管和外管构成的复合结构，所述内管和外管之间形成第一间隙。所述内管和外管中的一者从复合换热管的一端延伸至另一端，所述内管和外管中的另一者的长度小于所述一者的长度，并且沿着所述第二气体的流动方向，所述内管和外管中的所述另一者的长度逐渐变化。

优选，所述壳体在与所述复合换热管的所述一端对应的侧部具有内层安装板和外层安装板，该内层安装板和外层安装板之间形成第二间隙，所述外管密封地安装至所述内层安装板，所述内管延伸超出所述外管和内层安装板而密封地安装至所述外层安装板并与形成于所述外层安装板上的通孔连通。

在其中所述第一温度低于所述第二温度的实施例中，所述复合换热管可以仅在其入口端具有所述复合结构，所述外管从换热管的入口端延伸至出口端，并且沿着所述第二气体的流动方向，该若干个复合换热管中的所述内管的长度逐渐增大。在其中所述第一气体为空气，所述第二气体为烟气的情况下，优选所述内管和外管之间的第一间隙与所述用于第一气体的流动通道相互连通。

在所述第一温度高于所述第二温度的实施例中，所述复合换热管可以仅在其出口端具有所述复合结构，所述内管从换热管的入口端延伸至出口端，并且沿着所述第二气体的流动方向，该若干个复合换热管中的所述外管的长度逐渐减小。在其中所述第一气体为烟气，所述第二气体为空气的请下，优选所述内管和外管之间的第一间隙与所述用于第二气体的流动通道相互连通。

根据本发明实施例，在气体换热器中采用了复合换热管，该复合换热管在其至少一端具有由同轴布置的内管和外管构成的复合结构，其中内管和外管之间形成间隙。该间隙有利于阻隔换热管内外介质之间的传热，防止换热管管壁温度低于酸露点温度，避免发生酸露点腐蚀，从而使得气体换热器可以长周期安全平稳运行。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为根据本发明第一实施例的气体换热器的垂直于换热管轴向的截面图；

图2为图1所示气体换热器的平行于换热管轴向的截面图；

图3为局部剖视图，放大示出了用于图2所示气体换热器的复合换热管；

图4为沿图3中箭头a的方向观察到的结构的示意图；

图5和图6分别为图3所示复合换热管在位置b-b和位置c-c处截取的示意性截面图；

图7和图8分别示出了图3所示的复合换热管的两种变型；

图9为根据本发明第二实施例的气体换热器；

图10为局部剖视图，放大示出了用于图9所示气体换热器的复合换热管；

图11和图12分别示出了图10所示的复合换热管的两种变型。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

下面结合图1至图8详细介绍根据本发明第一实施例的气体换热器100。

图1为气体换热器100的垂直于换热管轴向(图中所示x方向)的截面图；图2为图1所示气体换热器的平行于换热管轴向的截面图。如图所示，气体换热器100包括壳体110和设置在壳体10内的多个换热管120。多个换热管120例如可以如图1所示地成阵列排布，但是本发明不限于此，特别是不限于图所示的特定阵列排布。

温度不同的两种气体分别在多个换热管120以及壳体110与换热管120之间的空间流动，从而通过换热管的管壁进行热交换。例如，在图2所示的示例中，空气沿x方向(图2中从左向右方向)流动通过换热管120，高温烟气沿y方向(图2中从上向下方向)流动通过换热管120与壳体110之间的空间。气体换热器100例如可以用作空气预热器或烟气空冷器。

图2所示示例中，换热管120为复合换热管。然而，应该理解的是，气体换热器100中还可以包括不同于上述结构的复合换热管的其它换热管，例如单管构成的单管换热管。

图3为局部剖视图，放大示出了复合换热管120。如图3中更加清楚地示出的，复合换热管120在一端(对应于图2中换热管的入口端)具有由同轴布置的内管121和外管122构成的复合结构，该内管121和外管122之间形成间隙120a。在一些示例中，内管121的外壁或者外管122的内壁上可以形成凸起，以支撑外管或内管，从而保持所述间隙120a。

相应地，壳体110在与复合换热管120的入口端对应的侧部具有内层安装板111和外层安装板112，该内层安装板111和外层安装板112之间形成间隙110a。复合换热管120的外管122密封地安装至内层安装板111，例如通过焊接。内管121延伸超出外管122和内层安装板111而安装至外层安装板112，并与形成于外层安装板112上的作为空气入口的通孔连通。优选地，内管121例如通过焊接密封地安装至外层安装板112。

当换热管的管内走冷空气，而管外走热烟气时，在靠近换热管的冷空气入口端，管内空气温度最低，换热管外壁温度易于低于酸露点温度，容易在换热管外壁发生酸露点腐蚀；随着逐渐靠近换热管的出口端，管内空气温度逐渐升高，换热管外壁温度趋于升高，而较不易发生酸露点腐蚀。

根据本实施例，在图2所示示例中，复合换热管120的入口端具有复合结构，其中的内管121和外管122之间形成间隙120a，该间隙内可以充满空气，由于间隙内的空气流动性差并逐渐被热烟气加热，所以在入口端处复合换热管120外壁(外管管壁)的温度较高，有利于防止换热管管壁温度低于酸露点温度，避免发生酸露点腐蚀，从而使得气体换热器可以长周期安全平稳运行。作为替代或补充，间隙120a中可以完全或者部分地填充保温材料，例如在内管外包裹保温毡，以利于进一步地防止酸露点腐蚀。

此外，尤其有利的一点在于，气体换热器100中，壳体110在与换热管120的入口端对应的侧部提供了包括内层安装板111和外层安装板112的双层安装板结构。内层安装板111和外层安装板112之间形成间隙110a。类似于内管121与外管122之间的间隙120a，间隙110a中也可以充满空气。由于该间隙110a内空气流动性差并逐渐被热烟气加热，所以相比于壳体110采用单层安装板与换热管连接的情况，双层安装板结构使得内层安装板111温度较高。这有利地防止换热管的冷空气入口端与壳体安装板的连接处(例如焊缝)由于安装板的散热/传热而温度低于酸露点温度，有效地防止该连接处的酸露点腐蚀，从而使得气体换热器可以长周期安全平稳运行。类似地，作为替代或补充，间隙110a中也可以完全或部分地填充保温材料，以利于进一步地防止酸露点腐蚀。

图4为沿图3中箭头a的方向观察到的结构的示意图。图5和图6分别为图3所示复合换热管在位置b-b和位置c-c处截取的示意性截面图。如图2至图6所示，复合换热管120的外管122从入口端延伸至出口端；内管121的长度小于外管122的长度，也就是说，内管121没有延伸至换热管120的出口端，而位于外管122的内部。

在如图所示的优选示例中，换热管120具有扁平形状的横截面。具体地，内管121和外管122均具有扁平形状的横截面。优选，所述扁平形状的横截面具有3～100的纵横比。具有扁平形状横截面的换热管能够显著提高换热效率，但是同时也使得换热管局部部位更容易发生酸露点腐蚀。在具有扁平形状横截面的换热管上结合采用由内外管构成的复合结构，以及结合壳体的双层安装板结构，既有利于提高气体换热器的整体换热效率，又能有效防止酸露点腐蚀。

当换热管的管内走冷空气，而管外走热烟气时，优选地，如图2所示，若干个复合换热管120沿烟气的流动方向排布，并且沿着烟气的流动方向，该若干个复合换热管120中的内管121的长度逐渐增大。这是考虑到，沿烟气流动方向，流经换热管120表面的烟气温度逐渐降低，换热管的表面温度也相应地沿烟气流动方向逐渐降低。与复合换热管120中采用相同长度的内管121相比，这种沿着烟气流动方向逐渐增长的内管排布方式一方面能够有效地防止发生酸露点腐蚀，另一方面能够尽量提高换热管管壁的换热效率，避免不必要的内管部分对换热管换热效率的损害。

图3所示的示例中，复合换热管120的内管121和外管122之间的间隙120a与壳体110的内层安装板111和外层安装板112之间的间隙110a是相互连通的。此外，间隙120a与换热管120内用于空气的流动通道也可以是连通的。这在换热管内走空气的情况下尤其有利，因为相比于烟气，空气中夹带的灰尘较少；此时，保持间隙120a甚至间隙110a与换热管内的空气流动通道连通，可以省去为分隔这些间隙而采用的密封结构，简化结构，减小安装气体换热器时的工作量。

当然，本发明并不限于上述连通的结构。图7和图8示出了可用于气体换热器100的两种复合换热管的变型。图7所示变型中，在复合换热管120的设置有复合结构的端部(例如入口端)处，外管122和内管121之间可以通过密封件或密封材料123a来密封，从而将间隙120a与间隙110a相互分隔开。类似地，图8所示变型中，在复合换热管120的内管121的位于外管122内的端部处，可以通过密封件或密封材料123b将外管122和内管121之间密封，从而件间隙120a与换热管120内的气体流动通道分隔开。在换热管走烟气的情况下，分隔间隙120a与换热管内的气体流动通道，有利于防止灰尘堵塞。或者，尽管没有示出，但是可以理解，可以结合上述两种变型，在内管121的两端均设置密封件或密封材料，例如可以便于在间隙120a中填充其它传热介质。另外，上述提供空间的分隔的变型，对于确保换热管内气体压力可能是有利的。

返回参照图2，壳体110在与复合换热管120的出口端对应的侧部可以设置单层安装板113，外管122在出口端处密封地连接至该单层安装板113。然而，应该理解的是，本发明并不限于复合换热管的不具有复合结构的一端与壳体连接的具体结构。例如，壳体110在与换热管120的出口端对应的侧部可以设置有类似的双层安装板，并且换热管120的出口端(本实施例中即为外管的出口端)同时连接至内层安装板和外层安装板。

接下来，将参照图9和图10介绍根据本发明第二实施例的气体换热器200。气体换热器200包括壳体210和设置在壳体210内的多个换热管220。图9所示示例中，换热管220为复合换热管。然而，应该理解的是，气体换热器200中还可以包括不同于上述结构的复合换热管的其它换热管。

与第一实施例中不同，如图9所示，在第二实施例中，烟气(沿图中从左向右方向)流动通过换热管220，空气(沿图中从上向下方向)流动通过换热管220与壳体210之间的空间。

当换热管的管内走热烟气，而管外走冷空气时，在靠近换热管的烟气入口端，管内烟气温度最高，换热管内壁温度最高，不易发生酸露点腐蚀；随着靠近换热管的烟气出口端，管内烟气温度逐渐降低，换热管内壁温度趋于降低，容易发生酸露点腐蚀。

根据第二实施例，如图9和图10所示，复合换热管220在其一端(对应于图9中换热管的出口端)具有复合结构，该复合结构由同轴布置的内管221和外管222构成，该内管221和外管222之间形成间隙220a。

该间隙220a内可以充满空气，由于间隙内的空气流动性差并逐渐被热烟气加热，所以在出口端处复合换热管220内壁(内管管壁)的温度较高，有利于防止换热管管壁温度低于酸露点温度，从而避免发生酸露点腐蚀。作为替代或补充，间隙220a中可以完全或者部分地填充保温材料，例如在内管外包裹保温毡，以利于进一步地防止酸露点腐蚀。

如图9和图10所示，壳体210在与复合换热管220的具有复合结构的一端对应的侧部可以具有内层安装板211和外层安装板212，该内层安装板211和外层安装板212之间形成间隙210a。复合换热管220的外管222密封地安装至内层安装板211，例如通过焊接。内管221延伸超出外管222和内层安装板211而安装至外层安装板212，并与形成于外层安装板312上的作为空气入口的通孔连通。优选地，内管221例如通过焊接密封地安装至外层安装板212。

间隙210a中可以充满空气。由于该间隙210a内空气流动性差并逐渐被热烟气加热，所以相比于壳体210采用单层安装板与换热管连接的情况，双层安装板结构使得内层安装板211温度较高。这有利地防止换热管的冷空气入口端与壳体安装板的连接处(例如焊缝)由于安装板的散热/传热而温度低于酸露点温度，有效地防止该连接处的酸露点腐蚀，从而使得气体换热器可以长周期安全平稳运行。类似地，作为替代或补充，间隙210a中也可以完全或部分地填充保温材料，以利于进一步地防止酸露点腐蚀。

作为替代，壳体210在与复合换热管220的具有复合结构的一端对应的侧部也可以仅具有单层安装板，复合换热管220的外管222密封地连接至该单层安装板。

在图9和图10所示示例中，复合换热管220的内管221从入口端延伸至出口端；外管222的长度小于内管221的长度，也就是说，外管222没有延伸至换热管220的入口端。

当换热管的管内走热烟气，而管外走冷空气时，优选地，如图9所示，若干个复合换热管220沿空气的流动方向排布，并且沿着空气的流动方向，该若干个复合换热管220中的外管222的长度逐渐减小。这是考虑到，沿空气流动方向，流经换热管220表面的空气温度逐渐升高，换热管的表面温度也相应地沿空气流动方向逐渐升高。与复合换热管220中采用相同长度的外管222相比，这种沿着空气流动方向逐渐缩短的外管排布方式一方面能够有效地防止发生酸露点腐蚀，另一方面能够尽量提高换热管管壁的换热效率，避免不必要的外管部分对换热管换热效率的损害。

图11和图12分别示出了图10所示的复合换热管的两种变型。如图11所示变型中，在复合换热管220的设置有复合结构的端部(例如出口端)处，外管222和内管221之间可以通过密封件或密封材料223a来密封，从而将间隙220a与间隙210a相互分隔开。类似地，图12所示变型中，在复合换热管220的外管222的延伸离开出口端的端部处，可以通过密封件或密封材料223b将外管222和内管221之间密封，从而件间隙220a与换热管220内的气体流动通道分隔开。在换热管走烟气的情况下，分隔间隙220a与换热管内的气体流动通道，有利于防止灰尘堵塞。或者，尽管没有示出，但是可以理解，可以结合上述两种变型，在外管222的两端均设置密封件或密封材料，例如可以便于在间隙220a中填充其它传热介质。另外，上述提供空间的分隔的变型，对于确保换热管内气体压力可能是有利的。

返回参照图9，壳体210在与复合换热管220的入口端对应的侧部可以设置单层安装板213，外管222在入口端处密封地连接至该单层安装板213。然而，应该理解的是，本发明并不限于复合换热管的不具有复合结构的一端与壳体连接的具体结构。

尽管以上示出和描述的复合换热管仅在其一端具有由同轴布置的内管和外管构成的复合结构，但是本发明并不限于此，根据本发明实施例的气体换热器中采用的复合换热管中的一个或多个可以在其两端/整个长度上均具有上述复合结构。

以上以空气和烟气为例，对根据本发明实施例的气体换热器进行说明；然而，应该理解的是，本发明并不限于这两种气体，而是可以适用于各种不同的气体，特别是含有酸性组分的高温气体。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。