一种高效冷凝换热管的制作方法

本发明涉及冷凝换热管技术领域，特别涉及一种高效冷凝换热管。

背景技术：

换热管是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，应用广泛。天然气及其它的燃气燃料主要是碳(c)和氢(h)两元素结合而成的化合物，能保持完全燃烧，其主要燃烧产物为co2和h2o，是一种清洁的燃料。含在燃气中的氢(h)在燃烧时与氧结合成水。生成的水从燃烧时产生的热量(高位发热量)中吸收约10％的气化热而变成水蒸汽，与排出的烟气一道排出，造成能源的浪费。

此外，天然气等燃气燃料在燃烧排烟中含co2含量约为10～12％；nox含量约为60-80ppm，这些有害气体会促成酸雨产生或温室效应，诱发大气臭氧层的破环或影响臭氧生成。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种高效冷凝换热管，可以将燃气燃料燃烧中的水蒸汽的汽化热(潜热)释放回收，提高燃气燃料的发热率，并且还能大幅度降低燃气燃烧排烟中的co2、nox含量，缓解环境污染。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：一种高效冷凝换热管，包括：水管和冷凝换热器，所述的冷凝换热器位于水管内部，所述的水管下端设置有水管入口端，水管上端设置有水管出口端，所述的冷凝换热器包括换热器连接管头、换热器柔性连接管和多根冷凝换热器片，换热器连接管头与多根冷凝换热器片之间通过换热器柔性连接管相连接，所述的换热器连接管头伸出水管两端。

进一步地，所述的冷凝换热器片采用高压一次成型的奥氏体不锈钢无缝管制成，一次成型使其强度均匀，使用寿命长，不锈钢无缝管能够防止排烟结露的酸性腐蚀，提高耐用性。

进一步地，所述的冷凝换热器片为弯曲的波纹状柔性细管，柔性细管形变量大，可以很好的降低热应力影响，提高耐用性，波纹状能够提高与烟气的接触面积，更好的吸收热量。

进一步地，所述的冷凝换热器片内侧设置有随温度发生弹性形变的换热器内侧层，换热器内侧层随温度发生弹性形变，减小热应力的同时，通过形变可以清除换热器内外壁的附壁杂质，如水垢和沉积物等，使得装置具有自清洁能力。

进一步地，所述水管中的水流方向与冷凝换热器中的烟气方向相反，能够更好的对冷凝换热器中的烟气进行降温。

所述的冷凝换热器采用垂直设置，冷凝换热器内的烟气流向与冷凝物同向，冷凝物可一直冲刷冷凝换热器内部，保持换热器内壁清洁，具有自清洁能力，从而保持冷凝换热器长期使用时换热能力不衰减。

进一步地，所述冷凝换热器中的烟气温度范围为120℃～1500℃。

进一步地，所述冷凝换热器的厚度大于1.5mm，延伸率不小于45％，抗压强度不小于510mpa，屈服强度不小于230mpa，使得其耐压强度、形变强度符合要求。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明装置可以将燃气燃料燃烧中的水蒸汽的汽化热释放回收，提高燃气燃料的发热率，并且还能大幅度降低燃气燃烧排烟中的co2、nox含量，缓解环境污染。

附图说明

图1是本发明一种高效冷凝换热管的结构示意图；

图2是本发明中冷凝换热器结构示意图；

图3是本发明中冷凝换热器的主视图；

图4是利用本发明装置进行模拟仿真试验的试验图；

图5是模拟仿真试验得到的温度场变化性能结果图；

图6是模拟仿真试验得到的速度场变化性能模拟计算结果图；

图7是模拟仿真试验得到的烟气冷凝液体积分数分布图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1至图3所示，一种高效冷凝换热管，包括：水管1和冷凝换热器4，所述的冷凝换热器4位于水管1内部，所述的水管1下端设置有水管入口端2，水管1上端设置有水管出口端3，所述的冷凝换热器4包括换热器连接管头41、换热器柔性连接管42和多根冷凝换热器片43，换热器连接管头41与多根冷凝换热器片43之间通过换热器柔性连接管42相连接，所述的换热器连接管头41伸出水管1两端。

进一步地，所述的冷凝换热器片43采用高压一次成型的奥氏体不锈钢无缝管制成，一次成型使其强度均匀，使用寿命长，不锈钢无缝管能够防止排烟结露的酸性腐蚀，提高耐用性。

进一步地，所述的冷凝换热器片43为弯曲的波纹状柔性细管，柔性细管形变量大，可以很好的降低热应力影响，提高耐用性，波纹状能够提高与烟气的接触面积，更好的吸收热量。

进一步地，所述的冷凝换热器片43内侧设置有随温度发生弹性形变的换热器内侧层，换热器内侧层随温度发生弹性形变，减小热应力的同时，通过形变可以清除换热器内外壁的附壁杂质，如水垢和沉积物等，使得装置具有自清洁能力。

进一步地，所述水管1中的水流方向与冷凝换热器4中的烟气方向相反，能够更好的对冷凝换热器4中的烟气进行降温。

所述的冷凝换热器4采用垂直设置，冷凝换热器4内的烟气流向与冷凝物同向，冷凝物可一直冲刷冷凝换热器4内部，保持换热器内壁清洁，具有自清洁能力，从而保持冷凝换热器4长期使用时换热能力不衰减。

进一步地，所述冷凝换热器4中的烟气温度范围为120℃～1500℃。

进一步地，所述冷凝换热器4的厚度大于1.5mm，延伸率不小于45％，抗压强度不小于510mpa，屈服强度不小于230mpa，使得其耐压强度、形变强度符合要求。

下面结合本发明装置，以天然气燃烧产物的冷凝换热技术为例进行进一步的说明。

天然气的主要成份：ch4(甲烷)、c2h6(乙烷)、c3h8(丙烷)、c4h10(丁烷)、n2(氮气)，燃气中的氢(h)在燃烧时与氧结合成水，生成的水从燃烧时产生的热量(高位发热量)中吸收约10％的气化热而变成水蒸汽，与排出的烟气一道排出。

燃气的高位发热量-汽化热(潜热)＝低位发热量；

天然气中低位发热量为：9450kcal/nm³-950kcal/nm³＝8500kcal/nm³；

水在高温烟气中，吸热蒸发为水蒸汽，水蒸汽遇到通过冷空气或冷水的传热面，其温度被冷却至相应的水蒸气分压力对应的露点温度以下时，凝结成液态，同时释放汽化潜热(汽热值为539kcal/kg)。烟气在通过本发明的高效冷凝换热管时水蒸汽重新凝结为水，将其汽化热(潜热)释放出来，并加热交换器内的介质(冷水)。

一般情况下，天然气燃烧排烟中含co2含量约为10-12％；nox含量约为60-80ppm，这些有害气体促成酸雨产生或温室效应，诱发大气臭氧层的破环或影响臭氧生成。使用带有本发明的高效冷凝换热管的冷凝余热回收锅炉时，对这一环境污染有极大的缓解。

co2+h2o→h2co3；

nox+h2o→hno2+hno3；

在上式中可以看出：co2和nox在冷凝余热回收锅炉的尾部烟道中与冷凝结露的h2o结合生成对应的酸，并随着凝结水从排放管排出。而烟气中的有害成份co2和nox含量大大咸少,co2约减少40％，含量由原来的12％下降至6～7％；nox约减少至10ppm以下，从而降低空气中的co2和nox含量，保护环境。

冷凝换热器4包括多根冷凝换热器片43，正常工作状态下换热器的管内介质为高温烟气，管外水管1中介质为软化水，流动方向为逆流。

为了进一步的验证本发明设计的高效冷凝换热管的使用效果，对该装置进行模拟仿真试验，初始模拟计算时选择冷凝换热器片43进行分析。三维建模采用solidworks14.0，把薄壁模型简化成无厚度的耦合壁面，建立模型如图4所示：

计算网格划分选择采用四面体的非结构化网格，试验中计算全部的网格数量96万个左右，得到的温度场变化性能模拟计算结果如图5所示，得到的速度场变化性能模拟计算结果如图6所示，得到的烟气冷凝液体积分数分布图如图7所示。

通过对模拟结果进行分析可得：

1、通过温度场图结合烟气冷凝液体积图可以看出，本发明设计的高效冷凝换热管的换热效果良好，其内部烟气的温度迅速降温到冷凝温以下度，得以发生冷凝，从而使得换热加强。

2、得到的烟气出口温度为305.4426k，低于323k左右的露点温度。

3、通过速度矢量图可以看出烟气和水的流动状态为强烈扰动状态，说明其烟气流道和外形设计增加了对流换热强度。

4、通过冷凝液体积分数分布图可看出烟气流经距烟气入口大约200mm的位置开始产生冷凝，至烟气出口处时水蒸气已完全冷凝，烟气冷凝物的汽化潜热释放充分，该换热管冷凝换热效果非常好。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。