一种换热器及其使用方法与流程

1.本发明涉及热量交换装置技术领域，尤其涉及一种换热器及其使用方法。


背景技术：

2.高温设备排出的烟气具有较高的温度，烟气中含有大量的热能，如果不加以回收利用，烟气中的大部分余热会被烟气带走，造成资源的浪费。因此烟气换热器的应用，可以有效的利用能源，实现节能减排的效果。
3.目前常用于工业的烟气余热回收换热器有多种，如翅片管换热器、壳管式换热器、板壳式换热器等，现有的烟气换热器结构单一，长时间使用后，换热效果差，满足不了工业需要。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供一种换热器，包括水平设置的筒状换热器壳体，所述换热器壳体内设有密闭的蒸汽腔，所述蒸汽腔内水平设有u型的烟气管和换热管，所述烟气管的进烟口和出烟口以及所述换热管的介质入口和介质出口均延伸出所述蒸汽腔，所述换热器壳体底部竖直设有蒸汽入口。
5.优选的，所述换热器壳体的下方沿中线处对称设有两个蒸汽入口，两个蒸汽入口之间的距离为所述换热器壳体长度的二分之一。
6.优选的，所述换热管为环绕成筒状的蛇形管，通过环形的管板连接于所述换热器壳体上，所述烟气管设于所述换热管的中心处，两端分别连接于所述换热器壳体的两端。
7.优选的，所述换热器壳体的一端通过第二连接法兰密封可拆卸连接换热管固定环，所述换热管固定环的形状与所述管板一致，但仅供所述换热管的介质入口和介质出口密封穿过，并可将所述换热管连同管板从所述换热器壳体内水平抽出。
8.优选的，所述换热器壳体的一端通过第一连接法兰密封可拆卸连接烟气汇集管，所述烟气汇集管与所述烟气管连接固定，并可将所述烟气管从所述换热器壳体内水平抽出。
9.优选的，所述烟气汇集管内设有档板，所述档板将所述烟气汇集管的内腔分割成密闭的烟气流入区和烟气流出区，所述烟气流入区分别连通所述进烟口和进烟管，所述烟气流出区分别连通所述出烟口和出烟管。
10.优选的，所述烟气管包括呈u型连通的进烟区、转烟区和出烟区，所述进烟区和出烟区均由散热管节和直通管节交替密封连接形成，所述转烟区由密封的圆柱管节形成，所述散热管节和圆柱管节的侧壁均设有针刺状的空心散热凸起。
11.优选的，所述散热管节包括第一平面侧壁和第一圆弧侧壁，所述进烟区和出烟区上的散热管节呈镜像设置，两个第一平面侧壁互相靠近，所述第一圆弧侧壁的外径与所述圆柱管节的外径一致。
12.优选的，所述直通管节密封插接在所述散热管节内，包括第二平面侧壁和第二圆
弧侧壁，所述进烟区和出烟区上的直通管节呈镜像设置，两个第二平面侧壁互相靠近，所述第二圆弧侧壁的内径小于所述第一圆弧侧壁的内径。
13.本发明提供了一种换热器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s100、单换热器工作模式：蒸汽锅炉将蒸汽从换热器的蒸汽入口竖直通入蒸汽腔内，蒸汽腔内的冷凝水通过蒸汽入口回流至蒸汽锅炉，重新被加热后再次通入蒸汽腔内形成蒸汽循环；待加热的介质从换热管的介质入口水平通入换热管内，在蒸汽腔内与蒸汽进行热交换，升温后从介质出口流出；高温烟气从烟气管的进烟口水平通入烟气管，在蒸汽腔内与蒸汽进行热交换，降温后从出烟口流出；步骤s200、多换热器串联工作模式：多个换热器水平和/或竖直串联进行换热，最上层以下的换热器壳体上增设蒸汽出口，蒸汽出口与上层换热器壳体的蒸汽入口对接，最下层的换热器壳体的蒸汽入口连通蒸汽锅炉，蒸汽由下至上通入各个换热器的蒸汽腔内，进行总体蒸汽循环；各个换热器中换热管的介质入口和介质出口彼此串联，待加热的介质从一个介质入口进入一个换热管后，依次流经各个换热管最后从一个介质出口流出，形成总加热介质循环；下层换热器的烟气管出烟口连通上层换热器烟气管的进烟口，最下层各个换热器的烟气管进烟口汇总进入总进烟口，最上层各个换热器的烟气管出烟口汇总进入总出烟口，形成总体烟气循环。
14.与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：1、本发明具有复合换热效果，蒸汽在蒸汽腔内与换热管内待加热的介质发生热交换，高温烟气通过u型的烟气管与蒸汽发生热交换，实现烟气与蒸汽的交叉流动传热，极大的提高了换热效率；2、本发明中的烟气管以及换热管与换热器壳体采用可拆卸连接方式，使烟气管和换热管可以方便的从换热器壳体内整体抽出，便于更换和检修；3、本发明的烟气管采用散热管节、直通管节和圆柱管节共同形成u型的烟气流通结构，使烟气管的结构更灵活，便于分段拆装和检修，同时散热管节和圆柱管节上设置散热凸起，可以增加烟气管的换热面积，大幅度调高高温烟气与蒸汽之间的换热效率；4、本发明可以串联使用，满足不同工艺的使用需求；综上所述，本发明提供的换热器，换热效率高，拆装维修方便，安装使用灵活，工艺适用性宽，能满足不同工艺条件下的使用需求。
附图说明
15.图1为本发明的立体结构示意图；图2为本发明的内部结构示意图；图3为本发明的爆炸视图；图4为烟气管和烟气汇集管的连接状态示意图；图5为散热凸起的结构示意图；图6为本发明串联使用时，顶层以下换热器的立体结构示意图；图7为本发明串联使用时，烟气管和烟气汇集管的连接状态示意图；图8为本发明串联使用时，各个换热管的连接状态示意图；图9为本发明串联使用时，各个换热器的连接状态示意图。
16.附图标记说明：1、换热器壳体，11、蒸汽入口，12、蒸汽出口，13、蒸汽腔，2、烟气管，21、进烟口，22、出烟口，23、进烟区，24、转烟区，25、出烟区，26、散热管节，261、第一平面侧壁，262、第一圆弧侧壁，27、直通管节，271、第二平面侧壁，272、第二圆弧侧壁，28、圆柱管节，29、散热凸起，3、烟气汇集管，31、进烟管，32、出烟管，33、档板，331、烟气流入区，332、烟气流出区，31、进烟管，32、出烟管，4、换热管，41、介质入口，42、介质出口， 5、管板，6、第一连接法兰，7、第二连接法兰。
具体实施方式
17.下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
18.同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
19.实施例1结合附图1至3，本实施例提供了一种换热器，包括水平设置的筒状换热器壳体1，所述换热器壳体1内设有密闭的蒸汽腔13，所述蒸汽腔13内水平设有u型的烟气管2和换热管4，所述烟气管2的进烟口21和出烟口22以及所述换热管4的介质入口41和介质出口42均延伸出所述蒸汽腔13，所述换热器壳体1底部竖直设有蒸汽入口11。换热器壳体1包括但不限于圆筒状，多棱形筒状，本实施例中选用了等边多棱形筒状；烟气管2和换热管4可采用任意适宜的方式固定在壳体1内。
20.优选的，所述换热器壳体1的下方沿中线处对称设有两个蒸汽入口11，两个蒸汽入口11之间的距离为所述换热器壳体1长度的二分之一。设置两个蒸汽入口11，可以提高蒸汽的循环速率和温度分布均匀程度，进一步提高换热效率。
21.优选的，所述换热管4为环绕成筒状的蛇形管，通过环形的管板5连接于所述换热器壳体1上，圆筒状结构可以增加换热管4的换热面积，提高换热效果，所述烟气管2设于所述换热管4的中心处，两端分别连接于所述换热器壳体1的两端。换热管4围绕烟气管2设置，可以提高换热效率。
22.本实施例的工作过程和工作原理如下，蒸汽锅炉将蒸汽从蒸汽入口11竖直通入蒸汽腔13内，蒸汽腔13内的冷凝水通过蒸汽入口11回流至蒸汽锅炉，重新被加热蒸发后再次通入蒸汽腔13内形成蒸汽循环；待加热的介质从介质入口41水平通入换热管4，在蒸汽腔13内与蒸汽进行热交换，升温后从介质出口42水平流出；高温烟气从进烟口21水平进入u型的烟气管2，在蒸汽腔13内对蒸汽进行加热，高温烟气降温后从出烟口22水平流出。
23.本实施例中，蒸汽在蒸汽腔13内与换热管4内待加热的介质发生热交换，高温烟气通过u型的烟气管2与蒸汽发生热交换，实现烟气与蒸汽的交叉流动传热，极大的提高了换热效率。
24.实施例2结合附图1至3，本实施例提供了一种换热器，在实施例1的基础上，优化了烟气管2以及换热管4与换热器壳体1的连接方式，使烟气管2和换热管4可以方便的从换热器壳体1上拆卸，便于更换和检修。具体技术方案如下。
25.所述换热器壳体1的一端通过第二连接法兰7密封可拆卸连接换热管固定环，所述换热管固定环的形状与所述管板5一致，但仅供所述换热管4的介质入口41和介质出口42密封穿过，并可将所述换热管4连同管板5从所述换热器壳体1内水平抽出。换热管4为可拆卸结构，将第二连接法兰7上的螺丝拆卸后即可通过换热管固定环将换热管4从换热器壳体1中整体抽出，使得维修、维护变得更为便捷。
26.所述换热器壳体1的一端通过第一连接法兰6密封可拆卸连接烟气汇集管3，所述烟气汇集管3与所述烟气管2连接固定，并可将所述烟气管2从所述换热器壳体1内水平抽出。烟气管2为可拆卸结构，将第一连接法兰6上的螺丝拆卸后即可通过烟气汇集管3将烟气管2从换热器壳体1中整体抽出，使得维修、维护变得更为便捷。
27.优选的，所述烟气汇集管3内设有档板33，所述档板33将所述烟气汇集管3的内腔分割成密闭的烟气流入区331和烟气流出区332，所述烟气流入区331分别连通所述进烟口21和进烟管31，所述烟气流出区332分别连通所述出烟口22和出烟管32。烟气汇集管3一方面起到固定并抽取烟气管2的作用，另一方面起到烟气导流的作用，将进入进烟管31内的高温烟气导入烟气管2中，然后将换热冷却后的烟气从烟气管2中导出至出烟管32中。
28.实施例3结合附图1至5，本实施例提供了一种换热器，在实施例1的基础上进一步优化了烟气管2的结构，使其具备高效的换热效果。具体技术方案如下，如图2所示，所述烟气管2包括呈u型连通的进烟区23（图2中箭头向左的黑线区域）、转烟区24（图2中弧形的黑线区域）和出烟区25（图2中箭头向右的黑线区域），如图2和图4所示，所述进烟区23和出烟区25均由散热管节26和直通管节27交替密封连接形成，所述转烟区24由密封的圆柱管节28形成，所述散热管节26和圆柱管节28的侧壁均设有针刺状的空心散热凸起29（如图5所示）。散热管节26和圆柱管节28上的散热凸起29，可以通过铸造工艺进行铸造成型，散热凸起29可以增加散热管节26和圆柱管节28的换热面积，大幅度调高高温烟气与蒸汽之间的换热效率。散热管节26和直通管节27交替形成进烟区23和出烟区25，使烟气管2的结构更灵活，便于分段拆装和检修。
29.优选的，所述散热管节26包括第一平面侧壁261和第一圆弧侧壁262，所述进烟区23和出烟区25上的散热管节26呈镜像设置，两个第一平面侧壁261互相靠近，所述第一圆弧侧壁262的外径与所述圆柱管节28的外径一致。
30.优选的，所述直通管节27密封插接在所述散热管节26内，包括第二平面侧壁271和第二圆弧侧壁272，所述进烟区23和出烟区25上的直通管节27呈镜像设置，两个第二平面侧壁271互相靠近，所述第二圆弧侧壁272的内径小于所述第一圆弧侧壁262的内径。
31.进烟区23和出烟区25上的散热管节26和直通管节27镜像设置，使进烟区23和出烟区25共同形成一个近似圆柱的结构，并且该圆柱的最大外径与圆柱管节28的外径一致，能够使烟气管2内高温烟气的热量向四周均匀传导，进一步高传热效率。
32.实施例4
结合附图1至9，本实施例提供了一种换热器的使用方法，包括以下步骤：步骤s100、单换热器工作模式：蒸汽锅炉将蒸汽从换热器的蒸汽入口11竖直通入蒸汽腔13内，蒸汽腔13内的冷凝水通过蒸汽入口11回流至蒸汽锅炉，重新被加热后再次通入蒸汽腔13内形成蒸汽循环；待加热的介质从换热管4的介质入口41水平通入换热管4内，在蒸汽腔13内与蒸汽进行热交换，升温后从介质出口42流出；高温烟气从烟气管2的进烟口21水平通入烟气管2，在蒸汽腔13内与蒸汽进行热交换，降温后从出烟口22流出；步骤s200、多换热器串联工作模式：多个换热器水平和/或竖直串联进行换热，如图6和图9所示，最上层以下的换热器壳体1上增设蒸汽出口12，蒸汽出口12与上层换热器壳体1的蒸汽入口11对接，最下层的换热器壳体1的蒸汽入口11连通蒸汽锅炉，蒸汽由下至上通入各个换热器的蒸汽腔13内，进行总体蒸汽循环；如图8所示，各个换热器中换热管4的介质入口41和介质出口42彼此串联，待加热的介质从一个介质入口41进入一个换热管4后，依次流经各个换热管4最后从一个介质出口42流出，形成总加热介质循环；如图7所示，下层换热器的烟气管2出烟口22连通上层换热器烟气管2的进烟口21，最下层各个换热器的烟气管2进烟口21汇总进入总进烟口，最上层各个换热器的烟气管2出烟口22汇总进入总出烟口，形成总体烟气循环。
33.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。