热管和烟气换热器的制作方法

本发明涉及烟气回收、节能环保技术领域，具体涉及一种热管和烟气换热器。

背景技术：

燃煤电厂及非电高能耗行业的烟气排放温度较高，基于节能减排的目的，目前有多种烟气余热回收装置。其中，低温省煤器是燃煤电厂典型的尾部烟气余热回收装置，低温省煤器通常布置于燃煤电厂的空预器出口，电除尘器之前，可将120-150℃左右的烟气降温到90-100℃。回收后的烟气余热例如可用于加热低加系统凝结水，进而排挤用于加热给水的汽轮机抽气，降低汽轮机汽耗率，增加能源利用率。

现有的低温省煤器主要有管壳式换热器和相变换热器。相变换热器中一般采用热管换热器，包括多排热管，热管抽真空，并在内部充有相变介质，为了监测真空度，多排换热管相互之间连通，并设置真空压力表进行监测。

技术实现要素：

本发明提供一种热管，设于烟气换热器，所述热管的端部设有封住所述热管的管腔的密封部，所述密封部具有腔室，所述腔室内设有膜片，所述膜片分隔所述腔室为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室与所述热管的管腔连通；

所述第二腔室内能够充入流动介质，所述第二腔室还连接有显示管，所述膜片向所述第二腔室一侧变形时，所述流动介质在所述显示管内的液位发生变化。

可选地，所述密封部包括相扣合形成所述腔室的第一壳和第二壳，所述膜片紧固在所述第一壳和所述第二壳之间，所述显示管连接于所述第二壳的外侧，并连通至所述第二壳的内侧，以连通所述第二腔室。

可选地，所述密封部包括密封接头，所述密封接头密封连接所述热管的端部，所述密封接头中部设有螺纹孔；所述第一壳的外侧设有与所述螺纹孔匹配的螺纹接头，所述螺纹接头形成有贯通的流通孔，所述流通孔的一端连通所述第一壳的内侧，以连通所述第一腔室，所述螺纹接头插入所述密封接头后，所述流通孔的另一端连通所述热管的管腔。

可选地，所述显示管为毛细管。

可选地，所述热管包括与烟气换热的蒸发管段，所述蒸发管段的四周设有多个突出的销钉。

可选地，所述热管包括与冷却介质进行换热的冷凝管段，设置所述密封部的所述热管的端部，靠近所述冷凝管段。

本发明还提供一种烟气换热器，包括多根如上述任一项所述的热管；所述烟气换热器还包括多根与所述热管一一对应且可供冷却介质流通的套管；所述热管包括与冷却介质进行换热的冷凝管段，每根所述热管的所述冷凝管段对应插入一根所述套管。

可选地，所述烟气换热器包括多个并排设置的第一管道、多个并排设置的第二管道，一排所述套管设于对应的一个所述第一管道、一个所述第二管道之间；

至少部分所述第一管道、第二管道、所述套管配合形成蛇形空间流道，所述蛇形空间流道中相邻所述第一管道内、相邻所述第二管道、相邻两排所述套管内的冷却介质的流向相反。

可选地，所述蛇形空间流道包括多组相邻的第一管道组、多组相邻的第二管道组，所述第一管道组包括两个相邻所述第一管道，所述第二管道组包括两个相邻所述第二管道；所述第一管道组的一端相连通，另一端不连通，所述第二管道组的一端不连通，另一端相连通；一个所述第一管道组和一个所述第二管道组错开布置，仅共同连通一排所述套管。

可选地，所述第一管道组朝向第一方向的一端相连通，朝向相反的第二方向的另一端不连通；所述第二管道组朝向第二方向的一端相连通，朝向第一方向的另一端不连通。

可选地，多组所述第二管道组的两侧分别设有一个所述第一管道，或，多组所述第一管道组的两侧分别设有一个所述第二管道；位于两侧的两个所述第一管道或两个所述第二管道，分别设置冷却介质入口和冷却介质出口。

可选地，多个所述第一管道蛇形布置，多个所述第二管道均不直接连通，且所述第一管道由至少一个隔板分隔为互不连通的至少两段；或，多个所述第二管道蛇形布置，多个所述第一管道均不直接连通，且所述第二管道由至少一个隔板分隔为互不连通的至少两段。

可选地，所述热管的所述冷凝管段依次插入所述第一管道、所述套管，并贯穿所述第二管道，穿过所述第二管道的端部设有所述密封部。

可选地，所述热管的所述冷凝管段依次插入所述第一管道、所述套管；所述烟气换热器还包括多个沿所述第一管道长度方向延伸的密封条，相邻所述第一管道之间设有所述密封条，所述密封条的两侧分别与相邻两个所述第一管道的侧壁密封贴合。

可选地，还包括冷却段壳体，所述第一管道、所述第二管道、所述套管均置于所述冷却段壳体内，所述冷却段壳体的顶部设有顶盖。

可选地，所述热管的所述冷凝管段依次插入所述第一管道、所述套管；所述烟气换热器还包括两个固定板，所述固定板的侧边具有多个卡位，多个所述第一管道的端部一一对应地部分嵌入所述卡位。

可选地，所述烟气换热器包括纵横交错布置的多根所述热管，一纵排所述热管对应一个所述第一管道、所述第二管道；还包括夹持部，一横排的所述热管通过所述夹持部夹持固定。

可选地，所述热管包括与烟气换热的蒸发管段；所述烟气换热器还包括支撑件，所述支撑件包括支撑底板和支撑侧柱，所述蒸发管段的端部均插入所述支撑底板；所述夹持部的端部以及所述固定板的端部，均固定于所述支撑侧柱。

本发明中单根热管均安装有自带泄漏监测功能的密封部，则针对烟气换热器的多个热管，可以分别进行管内工质泄漏或管内真空度下降的在线观测，并可通过观测结果对泄漏的某一根或多根热管进行更换或对真空度下降的热管重新抽真空，无需针对所有热管进行排查，在提高烟气换热器换热效果、有效延长烟气换热器使用寿命的前提下，还能够提高检修效率。

附图说明

图1为本发明所提供烟气换热器一种具体实施例的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为图1中热管的示意图；

图4为图1中密封部和热管端部连接的结构示意图；

图5为图4中膜片产生变形后的示意图；

图6为图1中冷却介质在第一管道、第二管道、套管中的流动三维示意图；

图7为烟气换热器冷凝段的俯视图；

图8为图1中第一管道、第二管道、套管、热管的布置示意图，示出冷却介质的流动路径；

图9为第一管道、第二管道、套管、热管另一实施例中的布置示意图，示出冷却介质的流动路径；

图10为图1中密封条的示意图。

图1-10中附图标记说明如下：

101-冷凝段壳体；102-法兰盖；103-法兰；104-螺栓；

201-第一管道；202-第二管道；202a-隔板；203-套管；204-冷却介质入口；205-冷却介质出口；206-密封条；206a-弧形侧壁；207-连接管；

30-固定板；

401-支撑侧柱；402-支撑底板；

50-热管；501-销钉；50a-蒸发管段；50b-绝热管段；50c-冷凝管段；

60-密封部；601-第一壳；601a-连接边；602-第二壳；602a-延伸边；603a-螺栓；603b-螺母；604-毛细管；605-密封接头；606-螺纹接头；606a-流通孔；60a-流动介质；

70-对夹管板。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1-3，图1为本发明所提供烟气换热器一种具体实施例的结构示意图；图2为图1的左视图；图3为图1中热管的示意图。

本实施例中的烟气换热器，可以放置在烟道中，与烟气进行换热。烟气换热器包括多根热管50和与多根热管50对应设置的套管203，热管50的管腔抽为真空状态，其内注有液态的换热介质，可以是水，套管203内流通有冷却介质，也可以是水。如图1所示，热管50的上部管段插入套管203内，烟气从左至右进入到多根热管50的下部，高温烟气与热管50内的换热介质进行换热，换热介质吸热后蒸发形成蒸汽，并向上流动，进入到与套管203配合的上部管段，与冷却介质换热后，热管50内的换热介质冷凝后形成液态又重新流回到下部管段，从而能够继续与烟气进行换热。

如图3所示，基于热管50不同管段的作用，热管50与烟气进行换热的下部管段可定义为蒸发管段50a，热管50与套管203配合的上部管段可定义为冷凝管段50c，蒸发管段50a和冷凝管段50c之间的临界区域定义为绝热管段50b，图3中各段长度分别为l1、l2、l3，长度可以根据实际工况需求进行设定。如图1-3所示，蒸发管段50a的四周设有多个突出的销钉501，多个销钉501可以均布在蒸发管段50a的四周，销钉501在强化烟气扰动增强换热效果的同时，可以减少乃至避免灰尘沉积。

采用热管50做烟气换热器的换热元件，相较于常规烟气换热器的换热管，壁温可提高20-30度，有效防止烟气结露造成的烟气换热器低温腐蚀问题。另外，热管50内充注有能够相变的换热介质，换热介质存量有限，不容易与外侧冷却介质发生串漏，有利于上、下游设备的安全。

了解该烟气换热器的工作方式后，请继续结合图1，并参考图4、5，图4为图1中密封部60和热管50端部连接的结构示意图；图5为图4中膜片产生变形后的示意图。

该实施例中，热管50的两端封闭，图1中各热管50的上端部均设有密封部60，以封住热管50的管腔上端。如图4所示，密封部60具有腔室，腔室具体由第一壳601和第二壳602相扣合形成，该腔室内设有膜片607，膜片607可将腔室分隔为第一腔室和第二腔室，第一腔室与热管50的管腔连通，第二腔室内能够充入流动介质60a，且第二腔室还连通有一显示管，显示管具体可以是图4中所示的毛细管604，毛细管604连接在第二壳602的外侧，即图4所示的第二壳602的上部外侧，相较于第二壳602，第一壳601更靠近热管50的端部，显示管贯通第二壳602，其管腔连通第二壳602的内侧，即连通第二腔室。显示管可以粘结或熔接等方式固定于第二壳602，也可以一体成型于第二壳602。

由于第一腔室与热管50的管腔连通，这样，当热管50有泄漏或真空度降低时，热管50内的压力变大，相应地第一腔室的压力也变大，则膜片607会朝向对侧的第二腔室发生弹性变形，如图5所示，膜片607会向上顶起，此时第二腔室的体积会变小，迫使流动介质60a向显示管流动，显示管内流动介质60a的液位会上升，图5相较于图4，显示管的液位明显上升。则通过观察显示管内流动介质60a的液位变化，即可知晓对应的热管50是否存在泄漏、真空度降低的情况。显示管采用毛细管604，对于膜片607的变形反馈会更加精确，泄漏情况的掌握也会更加及时，当然，显示管的管腔管径稍大一些，也是可以的，只是精确度次于毛细管604。

可见，本实施例所提供的方案中，单根热管50均安装有自带泄漏监测功能的密封部60，则针对烟气换热器的多个热管50，可以分别进行管内工质泄漏或管内真空度下降的在线观测，并可通过观测结果，有针对性地对泄漏的某一根或多根热管50进行更换或对真空度下降的热管50重新抽真空，无需针对所有热管进行排查，在提高烟气换热器换热效果、有效延长烟气换热器使用寿命的前提下，还能够提高检修效率。

上述提及的密封部60包括相扣合的第一壳601和第二壳602，以形成腔室，一方面易于形成腔室，另一方面也便于将膜片607紧固在第一壳601和第二壳602之间，实现腔室的分隔。如图4所示，第一壳601、第二壳602的四周边缘可以延伸分别形成连接边601a、602a，二者扣合时，连接边601a、602a贴合，通过螺栓603a和螺母603b固定，膜片607的四周边缘可以压紧在贴合的连接边601a、602a之间。可以理解，腔室的形成和膜片607的固定也不限于这种方式，比如腔室由一体的壳体形成，膜片607粘接、压接等方式密封固定在壳体内也是可以的。

请继续参考图4，密封部60除了形成上述腔室的壳体外，还包括密封接头605，由密封接头605密封热管50的端部，密封接头605可以通过焊接、压接或者其他连接方式连接在热管50的端部。本实施例中，密封接头605的中部设有螺纹孔，第一壳601的外侧设有与螺纹孔匹配的螺纹接头606，螺纹接头606形成有贯通的流通孔606a，流通孔606a的一端连通第一壳601内侧，即连通第一腔室。装配时，可以将螺纹接头606螺纹拧紧到密封接头605的螺纹孔中，则流通孔606a的另一端可以与热管50的管腔连通，如此，第一腔室通过流通孔606a实现与热管50的管腔的连通，简单易行。

螺纹接头606可以一体成形在第一壳601的外侧，利于保证密封部60的密封性能，当然，螺纹接头606通过例如焊接、密封压接等方式固定在第一壳601的外侧也可以。实际上，密封接头605和第一壳601为一体结构同样可以，密封接头605直接设置一连通第一腔室和热管50管腔的流通孔606a即可，无需设置螺纹接头606、螺纹孔等部件，当然，将密封接头605和螺纹接头606分设，便于密封接头605和热管50的连接。

上述实施例中，热管50设置有密封部的端部，为靠近冷凝管段50c的端部，如图1所示，冷凝管段50c和套管203均位于上方，密封部60设于冷凝管段50c的一端便于观察，也有利于显示管的布置，当然，在基于能够显示液位变化的前提下，热管50设于另一端也是可以的，只是此时的显示管的底部应不低于第二腔室设置，以保证液位可以变化。

请继续参考图1、2，为便于描述，本文将烟气换热器中冷凝的结构部分定义为冷凝段，烟气换热器相应地包括冷凝段壳体101，套管203和热管50的冷凝管段50c都属于冷凝段的一部分，都位于冷凝段壳体101中。冷凝段壳体101包括四周侧壁，顶部设有顶盖，具体可以在冷凝段壳体101的侧壁顶面设置法兰103，顶盖为法兰盖102，法兰盖102与法兰103紧固以罩盖在冷凝段壳体101的顶部，法兰盖102与法兰103可通过螺栓104、螺母固定，当然，顶盖的结构不限于此。

具体地，烟气换热器的冷凝段还包括多个并排设置的第一管道201、多个并排设置的第二管道202，一个第一管道201和对应的一个第二管道202之间设有一排套管203，一排套管203与对应的第一管道201、第二管道202相互连通；一排套管203对应一排热管50，此时，热管50的端部可贯穿第二管道202，穿出的部分设置上述的密封部60，可以理解，密封部60设置在另一端时，热管50无需贯穿第二管道，插入到套管203即可。

请继续参考图6、7、8，图6为图1中冷却介质在第一管道201、第二管道202、套管203中的流动三维示意图；图7为烟气换热器冷凝段的俯视图，并半剖示出第一管道201，以便更直观地了解冷却介质的流动路径；图8为图1中第一管道、第二管道、套管、热管的布置示意图，示出冷却介质的流动路径。

本实施例中，如图6所示，第一管道201、第二管道202、套管203配合形成蛇形空间流道。具体地，可以将蛇形空间流道的管道进行分组，包括多组相邻的第一管道组a、多组相邻的第二管道组b，第一管道组a包括两个相邻第一管道201，第二管道组b包括两个相邻第二管道202，如图7所示，示出四组第一管道组a，三组第二管道组b，由于半剖的原因，管道组只显示出大致一半。

另外，第一管道组a朝向第一方向的一端相连通，朝向第二方向的另一端不连通，第一方向和第二方向相反，表现在图7中，即上端连通、下端不连通(结合图6)；第二管道组b朝向第一方向的一端不连通，朝向第二方向的另一端相连通，表现在图7中，即上端不连通(结合图6)，下端连通，即第一管道组a和第二管道组b端部的连通、不连通设置方式相反。相邻第一管道201、相邻第二管道202之间的连通可以通过连接管207实现，当然，第一管道组a和第二管道组b也可以一体形成，即一根管体弯折呈u型以分别形成两根第一管道201或第二管道202。

此外，第一管道组a和第二管道组b还沿管道的排列方向错开布置，仅共同连通一排套管203，如此，第一管道组a的一个第一管道201与第二管道组b的一个第二管道202共同连通一排套管203，另一个第一管道201与另一第二管道组b的一个第二管道202共同连通一排套管203，依次完成蛇形布置。

错开布置具体参考图7理解，最左侧第二管道组b左侧的第二管道201和最左侧第一管道组a的右侧第一管道201对应，最左侧第二管道组b右侧的第二管道201，和左数第二的第一管道组a的左侧第一管道201对应。

请继续参考图6、7，多组第二管道组b的两侧分别设有一个第二管道202，即烟气换热器冷凝段的两侧设有两个第二管道202，一个第二管道202设置冷却介质入口204，另一第二管道202设置冷却介质出口205。

如图6所示，冷却介质经冷却介质入口204从一侧作为输入管道的第二管道202进入，向下流向对应的一排套管203，然后进入第一组第一管道组a的一个第一管道201中，经由该第一管道201流向该第一管道组a中的另一第一管道201，然后再向上流入套管203，经由套管203流入第一组第二管道组b的一个第二管道202中，然后流入该第二管道组b的另一个第二管道202中，然后再重复如上循环，直至流向另一侧作为输出管道的第二管道202，并从冷却介质出口205流出。

如此，形成了蛇形空间流道，冷却介质在相邻两排套管203中的流动方向相反，在相邻第一管道201中的流动方向相反，在相邻第二管道202中的流动方向也相反，换热充分，换热效率得以提升。

上述方案中第一管道组a和第二管道组b端部的连通、不连通设置方式相反，可以理解，也可以相同。当然，相较而言，端部连通方式相反的设置，有利于冷却介质更为均匀、充分地按照所需的路径进行流动。以图7为例，最右侧的第二管道组b也可以是上端连通，此时，位于其下方的第一管道201冷却介质在经套管203向对应的第二管道202流动时，与相邻套管203、相邻第二管道201的流动路径也是相反，但是图7的设置方式，更能促进冷却介质充满相应的第二管道202和套管203。

可以理解，图6、7是一种具体的蛇形空间流道设置方式，也不限于此，只要部分设置为上述的蛇形空间流道即可。比如，可以在冷凝段的中部设置一第二管道202作为冷却介质的输入管道，然后该第二管道202的两侧按照上述的蛇形空间流道布置，则冷却介质经由输入管道向两侧流动，且均按照上述的蛇形空间流动方式流动，再从冷凝段的两侧流出，也是可以的。此外，本实施例中冷却介质入口204和冷却介质出口205设置在冷凝段上部的第二管道202，可知，冷却介质的入口、出口设置在冷凝段下部的第一管道201也可以，流动方向恰好相反。

需要说明的是，本实施例中设置多个第一管道201、第二管道202，与套管203配合形成蛇形空间流道，但并不限于此，可以设置上、下连接箱体，多排套管203都连通至上连接箱体、下连接箱体，也是可行的方案，当然，蛇形空间流道的布置方式使得管热效率得以提升，为优选的技术方案。另外，由于单独设置多个第一管道201，第一管道201都可以设置为圆形管道，从而满足耐中高压(一般指大于等于1.6mpa)的使用条件要求。

请继续参考图9，图9为第一管道201、第二管道202、套管203、热管50另一实施例中的布置示意图，示出冷却介质的流动路径。

图9中，多个第二管道202蛇形布置，且第二管道202的中部设有隔板202a，隔板202a将第二管道202分隔为互不连通的两段，另外，多个第一管道201均不直接连通，第一管道201两段封闭。如图9所示的流动路径，位于两侧的第二管道202分别连接有冷却介质入口204和冷却介质出口205，冷却介质从冷却介质入口204进入，流入第二管道202，在第二管道202被隔板202a分隔的一段中流动，并向下流入第一管道201，流入第一管道201的后段时，只能向上流动，进入第二管道202被隔板202a分隔的另一段，然后流入与之相邻的第二管道202，再重复类似的循环流路。

可见，该实施例中，相邻第一管道201、相邻第二管道202中的冷却介质的流动方向均相反，相邻两排套管203中冷却介质的流向也相反，以图7中左侧两排套管203为例，以箭头方向将一排套管203划分为前半排、后半排，则左侧第一排的套管203的前半排流向向下，后半排流向向上，左侧第二排套管203则是后半排流向向下，前半排流向向上，即不但相邻两排套管203的流向相反，一排套管203中不同区间的流向也相反，换热效果更好。

可以理解，不限于设置一个隔板202a不，也可以是多个，则冷却介质会在一排套管203内蛇形流动多次，也可以。另外，多个第一管道201蛇形布置，第一管道201由隔板分隔，而第二管道202互相之间不直接连通也可以。另外，冷却介质入口204、冷却介质出口205设置于两侧的第一管道201或者两侧的第二管道202均可以。

请继续参考图10，并结合图1理解，图10为图1中密封条206的示意图。

如图1所示，烟气换热器还包括多个沿第一管道201长度方向延伸的密封条206，密封条206的长度与第一管道201的长度大致相等，相邻第一管道201之间设有密封条206，密封条206的两侧分别与相邻两个第一管道201的侧壁密封贴合，这样，可以阻断烟气进入到烟气换热器的冷凝段中。如图10所示，密封条206的两侧呈内凹的弧形，形成内凹弧形侧壁206a，第一管道201为圆管状，则第一管道201的侧壁可以卡入对应的密封条206的内凹弧形侧壁206a内，一方面连接更为可靠，另一方面密封效果更好，当然，热管50的截面非圆形时，密封条206的卡位形状也可以做适应性的调整。通过密封条206隔绝烟气进入冷凝段，较为节省材料，且安装简单，可降低制造成本。此外，多个第一管道201通过密封条206与下部的烟气密封，则第一管道206易于拆卸，提高了维修和更换的便利性。

请继续参考图1、2，烟气换热器还包括两个固定板30，固定板30的侧边具有多个卡位，多个第一管道201的端部周壁的部分一一对应地嵌入卡位。如图1所示，固定板30的上侧边可以设置多个弧形卡位，则圆管状的第一管道201的端部的下部可嵌入在弧形卡位内，卡位可以是半弧形，则第一管道201端部的下半部分卡入卡位内，达到固定多个第一管道201的目的，组成模块。此种结构简单，加工成本低，也易于安装。

如图1、2所示，烟气换热器包括纵横交错布置的多排热管50，一纵排热管50对应一个第一管道201、第二管道202；还包括夹持部，一横排的热管50通过一夹持部夹持固定。夹持部具体可以包括两个对夹管板70，两个对夹管板70分别位于一横排热管50的两侧，卡合夹持一横排的热管50，可以卡合在横排热管50的中部，可以设置一个或以上的夹持部。两个对夹管板70与一横排热管50卡合后，可以将两个对夹管板70焊接固定，当然也可以通过紧固件固定。同样，对夹管板70朝向热管50的一侧可以为弧形卡位，以便于卡合圆管状的热管50。纵排的热管50已经插入对应的第一管道201、第二管道中202，横排再通过夹持部固定，则多排热管50在两个垂直方向上均得以定位，从而组成结构更为稳定的模块。

如图1所示，烟气换热器还包括支撑件，支撑件包括支撑底板402和多根支撑侧柱401，支撑件的顶部为环形支撑框体，热管50的蒸发管段50a位于多个支撑侧柱401围绕的空间内，蒸发管段50a的端部均插入支撑底板402。支撑底板402可以设置限位孔，热管50插入该限位孔内，限位孔的孔径设置，满足进行限位的同时，并不影响热管50的热胀冷缩。

另外，支撑件设置有支撑侧柱401时，上述夹持部的端部以及固定板30的端部，均可固定于支撑侧柱401，从而完成整个装置的固定。支撑件设置有支撑侧柱401，既起到支撑整个装置的作用，还预留较多的空间供烟气进入到烟气换热器下方的热管50的蒸发管段50a之间，便于换热的进行。可以理解，支撑件不限于此种结构，比如，也可以是设置有烟气入口的壳体，或者设置为网状框体等。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。