一种用于放射性烟气的模块化组合式水冷换热器的制作方法

本发明属于水冷换热器，具体涉及一种用于放射性烟气的模块化组合式水冷换热器。

背景技术：

1、军工、科研、实验及核电站等核设施在运行、维护过程中会产生大量的放射性废物，其中可燃废物占比较大(约占50％)，如塑料、橡胶、棉织品、木材、树脂、废油等，绝大部分固体可燃废物的平均比活度均在≤1×105bq/kg范围内。焚烧作为发展最早的放射性废物减容技术之一，非常适用于处理这些低水平的放射性固体废物，不仅可以实现大幅减容(减容比可达80～120)，同时还可以实现废物的无机化，有利于最终的处置。因此，放射性可燃固体废物焚烧技术被美国、法国、德国、日本等国家广泛使用，成为处理放射性废物的主要技术之一。

2、放射性可燃废物焚烧炉排出的烟气温度高达1000℃左右，需进行有效的冷却后才能进行净化和排放。水冷换热器是通用烟气处理系统中重要的冷却降温设备，该设备利用壳程冷却水对管程内的高温烟气进行降温，是一种大温差的管壳式水冷换热器，具有传热效率高，运行稳定的特点，在放射性废物焚烧处理等场合得到了广泛的使用。由于水冷换热器传热过程的主要热阻位于烟气侧，因此很难通过调整冷却水的流量、温度等参数对换热效果进行调节，当改变处理工况时，往往需要对换热器重新进行设计和制造，并不方便，且成本高、经济性差。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于放射性高温烟气的水冷器，设备结构简单，操作方便，具备较好的换热能力，同时能够根据不同的处理工况进行组合设计，从而达到设定的换热效果。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种用于放射性烟气的模块化组合式水冷换热器，用于核设施产生的放射性烟气的冷却，其中，包括换热组件和设置在所述换热组件外围的水冷外壳组件；所述水冷外壳组件用于在所述换热组件外围形成能够循环冷却水的冷却舱，带走所述所换热组件传递的热量；所述换热组件用于作为烟气流道，通过所述放射性烟气同时把所述放射性烟气的热量传递至所述冷却舱。

3、进一步，所述换热组件包括串联的螺旋换热组件和直管换热组件，所述螺旋换热组件和所述直管换热组件的数量和相互连接顺序能够根据实际情况进行调整。

4、进一步，所述螺旋换热组件的主体为圆筒状结构，在上游一端的开口上设有螺旋进口法兰，在下游一端的开口上设有螺旋出口法兰，在所述螺旋进口法兰和所述螺旋出口法兰之间的管体为螺旋段，所述螺旋段的外表面设有突起的螺旋环带，所述螺旋环带为空心结构，在所述螺旋换热组件内部形成螺旋流道。

5、进一步，所述直管换热组件的主体为圆筒状结构，在上游一端的开口上设有直管进口法兰，在下游一端的开口上设有直管出口法兰，在所述直管进口法兰和所述直管出口法兰之间的管体为直管段。

6、进一步，在所述螺旋换热组件和所述直管换热组件串联组成所述换热组件时，所述直管进口法兰用于与位于其上游的所述螺旋出口法兰相连，所述直管出口法兰用于与位于其下游的所述螺旋进口法兰相连。

7、进一步，所述换热组件还包括管程进出口组件，所述管程进出口组件的主体为圆筒状结构，在一端的开口上设有烟气进口法兰，在另一端的开口上设有烟气出口法兰，在所述烟气进口法兰和所述烟气出口法兰之间的管体为短管，还包括设置在所述短管上的第一壳程连接法兰。

8、进一步，所述换热组件的主体部分由串联的所述螺旋换热组件和所述直管换热组件构成，所述管程进出口组件共有两组，分别安装在所述换热组件的主体部分的上游一端和下游一端；所述管程进出口组件、所述螺旋换热组件和所述直管换热组件同轴布置；上游的所述管程进出口组件上的所述烟气进口法兰用于连接上游的外部设备的出口；下游的所述管程进出口组件上的所述烟气进口法兰用于连接构成所述换热组件的下游一端的出口法兰，所述换热组件的下游一端的出口法兰为所述螺旋出口法兰或所述直管出口法兰；上游的所述管程进出口组件上的所述烟气出口法兰用于连接构成所述换热组件的上游一端的进口法兰，所述换热组件的上游一端的进口法兰为所述螺旋进口法兰或所述直管进口法兰；下游的所述管程进出口组件上的所述烟气出口法兰用于连接下游的外部设备的进口；所述外部设备是指所述核设施中输送所述放射性烟气的设备。

9、进一步，所述管程进出口组件、所述螺旋换热组件和所述直管换热组件的各个法兰之间为通过设置密封件实现密封连接。

10、进一步，所述管程进出口组件、所述螺旋换热组件和所述直管换热组件均采用耐热钢材制造，使其能够在高温环境下使用；所述耐热钢材包括310s不锈钢。

11、进一步，所述水冷外壳组件包括壳程进出口组件和壳程组件，所述壳程进出口组件和所述壳程组件均为圆筒状结构；其中所述壳程进出口组件为两组，分别设置在所述壳程组件的上游一端开口和下游一端开口上；所述壳程进出口组件和所述壳程组件同轴布置；所述壳程组件套设在由串联的所述螺旋换热组件和所述直管换热组件构成的所述换热组件的主体部分的外围，所述壳程进出口组件套设在所述管程进出口组件的外围；所述水冷外壳组件与所述换热组件之间的间隙构成所述冷却舱，供所述冷却水循环流动。

12、进一步，所述壳程进出口组件的主体为圆筒状的进出口壳体，在所述进出口壳体一端的开口上设有管程连接法兰，还包括环形的连接板，所述管程连接法兰通过所述连接板与设置在所述短管上的所述第一壳程连接法兰密封连接，实现所述进出口壳体与所述管程进出口组件的密封连接；在所述进出口壳体的另一端的开口上设有第二壳程连接法兰，用于所述进出口壳体与所述壳程组件的密封连接。

13、进一步，在所述进出口壳体上还设有一个冷却水接管，用于所述冷却水在所述壳程进出口组件中的循环出入；所述冷却水接管的一端与所述进出口壳体连通，另一端用于连接外部的冷却水循环设备；设置在所述壳程组件的上游一端开口的所述壳程进出口组件，其上设置的所述冷却水接管位于所述壳程进出口组件的底部，所述冷却水由此进入所述壳程进出口组件中；设置在所述壳程组件的下游一端开口的所述壳程进出口组件，其上设置的所述冷却水接管位于所述壳程进出口组件的顶部，所述冷却水由此从所述壳程进出口组件中流出；所述冷却水接管的位置通过旋转所述壳程进出口组件的角度实现。

14、进一步，所述壳程组件的主体为圆筒状的壳程壳体，在所述壳程壳体上游一端开口设有进口连接法兰，在下游一端开口设有出口连接法兰；所述进口连接法兰用于与上游的所述壳程进出口组件的所述第二壳程连接法兰密封连接；所述出口连接法兰用于与下游的所述壳程进出口组件的所述第二壳程连接法兰密封连接；从而将所述壳程进出口组件和所述壳程组件连为一体。

15、进一步，所述管程进出口组件、所述壳程进出口组件和所述壳程组件的各个法兰之间为通过设置密封件实现密封连接。

16、进一步，进一步，所述壳程进出口组件和所述壳程组件均采用不锈钢制造。

17、本发明的有益效果在于：

18、1.本发明结构简单，换热组件(即设备管程)仅由管程进出口组件1、螺旋换热组件2和直管换热组件3三种类型的组件组成。

19、2.本发明利用含有螺旋换热组件2和直管换热组件3的多模块进行组合设计，从而达到设定的换热效果，能够满足不同的处理工况。该设备结构简单，操作方便，适应性好。

20、3.螺旋换热组件2主要利用螺旋段2-2进行高温烟气与冷却水的换热，形成贴近壁面的高速螺旋流体，一方面提高换热效率，降温速度快，减少设备体积长度，另一方面使壁面不容易积灰结渣，自清洁效果好，作为水冷器的主换热单元，能够设计为单位长度的组件，根据具体换热量的需求进行数量匹配。

21、4.直管换热组件3采用直管段3-2，其换热能力低于螺旋换热组件2，但优势为结构形式简单，阻力小，尺寸定制方便，可作为螺旋换热组件2的补充。

22、5.当确定工况及换热量需求后，通过选择一定数量的螺旋换热组件2，配合设定长度的直管换热组件3进行多模块的组合设计，从而达到设定的换热效果，操作也较为方便。

23、6.水冷外壳组件(即设备壳程)仅由壳程进出口组件4和壳程组件5两种类型的组件组成，其中壳程组件5的壳程壳体5-2长度根据管程设计结果定制即可，由于是简单的筒体结构，尺寸定制也较为方便。