一种三段式热管旋流换热器的制作方法

本发明涉及烟气湿法脱硫节能减排用换热器技术领域，具体涉及一种三段式热管旋流换热器。

背景技术：

目前，我国大气污染问题十分严峻，灰霾、光化学烟雾和酸雨等复合型大气污染问题仍较突出。加大对大气环境的综合整治力度刻不容缓，国家陆续出台节能减排政策，强化了对燃煤电厂、燃煤工业锅炉等重点行业对大气污染物的控制，并将烟气脱白列入了治理日程。全国多个省市相继提出“锅炉应采取烟温控制及其他有效措施消除石膏雨、有色烟羽等现象”的要求。

白烟，是指在电力、石油化工、垃圾焚烧等行业的燃烧加热工艺后段，经过脱硫后，进入烟囱排放到大气环境中去时温度急剧降低，从110降到50，烟气含水量急剧增加，基本达到饱和状态且含有大量小液滴，这样的湿烟气经传统烟囱直接排放到大气中，在烟囱出口处和环境低温空气相遇，就会迅速降到露点以下冷凝，产生大量雾滴，产生视觉上的烟囱“冒白烟”现象，白烟会对周围居民生活造成困扰，影响环境感观，严重的还会在烟囱周边一定范围内形成“烟囱雨”、“石膏雨”污染环境，还造成了水资源的浪费。

要消除烟雨，就要改善烟气排放的温度和湿度，使烟气在环境空气中扩散过程中始终不会变为饱和状态，湿烟气中的水蒸气不会凝结、析出。降温减湿、冷凝除水、加热烟气升温是烟气消白最有效的工艺路径，而目前常规湿法脱硫后混合烟气温度50度左右，含有大量的饱和水蒸气，进一步降低脱硫塔内混合气的温度，阻止水蒸气形成机制，彻底消除出口烟气中水气，因此研发大型低温高效换热器是必备设备之一。但是目前所使用的换热器均存大容量低温烟气在换热效率低的缺点。

目前市场有一种超导热体的高效传热元件，该高效传热远件称为热管，它是利用全封闭真空管内部工质的连续相变蒸发与凝结来完成热量的持续转移，自身并不产生热量，具有很高的导热性及良好的等温性。重力热管的结构包括：管体，管体的一端通过第一封头封闭，管体的另一端设置有第二封头，在第二封头的中心设置有注液排空孔，在液注排空孔处设置有排空接管，管体上被第一封头所封闭的一端为封头端，在管体内注有工质。热管具有应对温度灵敏度好、传热快速等特点，因而亟需发明一种利用热管传热特点且换热效率高的热管换热器。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种换热效率高的三段式热管旋流换热器。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：所述的一种三段式热管旋流换热器，包括：机架，在机架上设置有相对独立并行的冷流体管体与热流体箱体，冷流体箱体与热流体箱体之间不接触且留有空间，在冷流体箱体的进口设置有口径顺着流体流动方向逐渐增大的冷流体进喇叭口，在冷流体箱体的出口设置有口径顺着流体流动方向逐渐减小的冷流体出喇叭口，在热流体箱体的进口设置有口径顺着流体流动方向逐渐增大的热流体进喇叭口，在热流体箱体的出口设置有口径顺着流体流动方向逐渐减小的热流体出喇叭口，在热流体箱体与冷流体箱体之间沿流体流动方向设置有若干换热单元，每个换热单元由若干根热管组成，每根热管的一端伸入热流体箱体、另一端伸入冷流体箱体，每根热管被冷流体管体与热流体箱体分隔成位于热流体箱体内的热管蒸发段、位于热流体箱体与冷流体箱体之间的热管绝热段、以及位于冷流体箱体内的热管冷凝段。

进一步地，前述的一种三段式热管旋流换热器，其中：冷流体箱体的进口与热流体箱体的出口位于同侧，冷流体箱体的出口与热流体箱体的进口位于同侧。

进一步地，前述的一种三段式热管旋流换热器，其中：在热管与冷流体箱体侧壁相接触的部位、以及热管与热流体箱体侧壁相接触的部位分别套设有保护套管，热管的中段通过各保护套管与对应的流体箱体密封焊接相固定。

进一步地，前述的一种三段式热管旋流换热器，其中：热管的两端均不与对应的流体箱体相固定。

进一步地，前述的一种三段式热管旋流换热器，其中：热管呈倾斜状安装于热流体箱体与冷流体箱体上。

进一步地，前述的一种三段式热管旋流换热器，其中：在热流体箱体与冷流体箱体之间沿流体流动方向至少设置有两个换热单元，相邻换热单元之间留有一定间距。

进一步地，前述的一种三段式热管旋流换热器，其中：在热流体箱体的进口处还设置有筛网。

进一步地，前述的一种三段式热管旋流换热器，其中：在热流体进喇叭口的进口、热流体出喇叭口的出口、冷流体进喇叭口的进口、冷流体出喇叭口的出口处分别设置有管道补偿器。

进一步地，前述的一种三段式热管旋流换热器，其中：：在热流体箱体的侧壁上设置有若干检查孔与清洗孔。

进一步地，前述的一种三段式热管旋流换热器，其中：在冷流体箱体与热流体箱体之间还连接有若干加强角钢，每根加强角钢的两端分别与冷流体箱体的外壁及热流体箱体的外壁相固定。

通过上述技术方案的实施，本发明的有益效果是：

（1）在运行过程中当单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时，也只是单根热管失效，而不会发生冷热流体的掺杂，安全可靠性高，可适用于易燃、易爆、腐蚀等流体的换热场合；

（2）热管换热器的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的实现冷、热流体的完全逆流换热；同时冷热流体均在热管外流动，由于热管外流动的换热系数远高于热管内流动的换热系数，用于温度较低的热能的回收非常经济；

（3）对于含杂物较多的流体，利用在进口中处设置的筛网可以解决换热器的磨损堵塞问题；

（4）对带有腐蚀性的流体进行降温时，通过调节热管冷凝段与蒸发段的传热面积来调整热管管壁温度，使热管尽可能避开最大的腐蚀区域，热管换热器耐低温腐蚀性能好，在同样流体温度条件下，壁温较高，结构紧凑、体积小、重量轻，侧阻力小；

（5）热管斜置可以在有限的空间内最大限度的利用热管容积，进一步提高传热效率；热管被冷流体箱体与热流体箱体分隔成热管蒸发段、热管绝热段与热管蒸发段，使得热管内汽液转化充分，进一步提高了换热效率；

（6）换热效率高，结构稳定性好，使用寿命长，使用安全性高；

（7）此结构热管换热器占地面积小，适应温度广，可广泛用于大流量流体余热回收，还可根据需要冷却、加热各种不同的流体；

（8）热流体经过热管换热器降温冷却后通过喷淋装置喷入脱硫塔内与烟气混合，降低了烟气温度，阻止了混合气中水蒸气的生成，最大限度地降低了出口烟气含湿量，消除了白烟生成机制，同时也减少了脱硫补水，节约了水资源；另一方面经过热管换热器降温冷却后流体能与烟气混合接触充分，进一步提高了脱硫效率。

附图说明

图1为本发明所述的一种三段式热管旋流换热器的结构示意图。

图2为图1的左视方向的结构示意图。

图3为图1中所示的a-a剖面的结构示意图。

图4为图3中所示的h部位的放大示意图。

图5为图3中所示的c-c剖面的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，所述的一种三段式热管旋流换热器，包括：机架1，在机架1上设置有相对独立并行的冷流体箱体2与热流体箱体3，冷流体箱体2与热流体箱体3之间不接触且留有一定间距，在冷流体箱体2的进口设置有口径顺着流体流动方向逐渐增大的冷流体进喇叭口4，在冷流体箱体2的出口设置有口径顺着流体流动方向逐渐减小的冷流体出喇叭口5，在热流体箱体3的进口设置有口径顺着流体流动方向逐渐增大的热流体进喇叭口6，在热流体箱体3的出口设置有口径顺着流体流动方向逐渐减小的热流体出喇叭口7，，当流体经过冷流体进喇叭口4与热流体进喇叭口6分别通过对应流体箱体时，流体的流速会减缓，从而延长冷流体箱体2内的流体与热流体箱体3内的流体之间的换热时间，使冷流体箱体2内的流体与热流体箱体3内的流体能充分换热，进而提高换热效率；当各流道内经过换热后的流体经过对应的冷流体出喇叭口5与热流体出喇叭口7时，流体的流速会加快，使得换热后的流体能快速排出换热器，进一步提高换热效率；在热流体箱体3与冷流体箱体2之间沿流体流动方向设置有若干换热单元，每个换热单元由若干热管8组成，每根热管8的一端伸入热流体箱体3、另一端伸入冷流体箱体2，每根热管8被冷流体管体2与热流体箱体3分隔成位于热流体箱体内的热管蒸发段、位于热流体箱体与冷流体箱体之间的热管绝热段、以及位于冷流体箱体内的热管冷凝段；在本实施例中，冷流体箱体2的进口与热流体箱体3的出口位于同侧，冷流体箱体2的出口与热流体箱体3的进口位于同侧，这样冷流体箱体2内的冷流体与热流体箱体3内的热流体呈逆流方式进行换热，换热更充分；

在本实施例中，在热管8与冷流体箱体2侧壁相接触的部位、以及热管8与热流体箱体3侧壁相接触的部位分别套设有保护套管9，热管8的中段通过各保护套管9与对应的流体箱体密封焊接相固定，通过保护套管可以更好地保护热管，延长热管的使用寿命，进而延长换热器整体的使用寿命；在本实施例中，热管8的两端均不与对应的流体箱体相固定，这样热管的两端可以自由膨胀，使得热管的膨胀不会对换热器整体造成产生损害，进一步延长了换热器整体的使用寿命；在本实施例中，热管8呈倾斜状安装于热流体箱体3与冷流体箱体2上，这种热管斜置方式，可以加长热管的有效长度，提高换热效率；

在本实施例中，相邻换热单元之间留有一定间距，这样能使流体在箱体内流动时更有节奏，进一步提高换热效率；在本实施例中，在热流体箱体3的进口处还设置有筛网10，这样可以阻挡热流体中的块状物杂质进入热流体箱体内，从而防止因热流体内的块状物杂质进入换热器内而造成堵塞与冲击损坏热管情况的发生，进一步保护了换热器，延长了换热器整体的使用寿命；在本实施例中，在热流体进喇叭口6的进口、热流体出喇叭口7的出口、冷流体进喇叭口4的进口、冷流体出喇叭口5的出口处分别设置有管道补偿器11，这样可以更好地保护换热器整体，进一步延长换热器整体的使用寿命；在本实施例中，在热流体箱体3的侧壁上设置有若干检查孔12与清洗孔13，通过检查孔12与清洗孔13可以方便对热流体箱体3进行维修；在本实施例中，在冷流体箱体2与热流体箱体3之间还连接有若干加强角钢14，每根加强角钢14的两端分别与冷流体箱体2的外壁及热流体箱体3的外壁相固定，通过加强角钢可以有效增强换热器整体的强度，延长换热器的使用寿命；

在实际使用时，冷流体箱体2内流动的冷介质一般为冷水。

工作时，将脱硫浆液以一定的压力切向进入热流体箱体进喇叭口6，使脱硫浆液从热流体进喇叭口6切向进入热流体箱体3，在脱硫浆液通过热流体进喇叭口6的过程中，遇到喇叭壁后被迫作回转运动，在后续给料的推动下，以及在自身重力的共同作用下，沿器壁螺旋向前运动，同时浆液的流速会变慢，同时将冷水也以一定的压力切向进入冷流体进喇叭口4，使冷水从冷流体进喇叭口4切向进入冷流体箱体2，在冷水经过冷流体进喇叭口4的过程中，同样遇到喇叭壁后被迫作回转运动，在后续给料的推动下，并在自身重力的共同作用下，沿器壁螺旋向前运动，同时冷水的流速也会变慢；冷、热流体在各自的箱体中相向而行，与热管充分接触传热，完成热量传递交换；

在脱硫浆液经过热流体箱体3的过程中，脱硫浆液在热流体箱体3内会发生不规则旋流、并与热流体箱体3内的各热管8的蒸发段进行换热，热管8蒸发段内的工质受热后将沸腾或蒸发，由液体变为蒸汽，产生的蒸汽在热管内微小压差的作用下，先向上流入热管绝热段，再经执业管绝热段向上流到位于冷流体箱体2中的热管冷凝段、并通过热管冷凝段的管壁与冷流体箱体2内也发生不规则旋流的冷水进行换热，冷水经换热后温度变高，而热管冷凝段内的蒸汽经换热后会重新冷凝成液体，并在重力作用下沿管壁经热管绝热段向下回流到热管蒸发段，重新与热流体流道内的脱硫浆液进行换热蒸发，完成一次循环，通过热管内工质的不断重复蒸发与冷凝过程，从而实现热流体箱体3内的脱硫浆液与冷流体箱体2内的冷水之间的热量传递与交换；

脱硫浆液经热管换热后温度变低并从热流体出喇叭口6排出，在浆液经过热流体出喇叭口6的过程中，浆液的流速会变快；而冷水经热管换热后会变成热水并从冷流体出喇叭口5排出，在热水经过冷流体出喇叭口5的过程中，热水的流速也会变快。

本发明的优点是：

（1）在运行过程中当单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时，也只是单根热管失效，而不会发生冷热流体的掺杂，安全可靠性高，可适用于易燃、易爆、腐蚀等流体的换热场合；

（2）热管换热器的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的实现冷、热流体的完全逆流换热；同时冷热流体均在热管外流动，由于热管外流动的换热系数远高于热管内流动的换热系数，用于温度较低的热能的回收非常经济；

（3）对于含杂物较高的流体，利用在进口中处设置的筛网可以解决换热器的磨损堵塞问题；

（4）对带有腐蚀性的流体进行降温时，通过调节热管冷凝段与蒸发段的传热面积来调整热管管壁温度，使热管尽可能避开最大的腐蚀区域，热管换热器耐低温腐蚀性能好，在同样流体温度条件下，壁温较高，结构紧凑、体积小、重量轻，侧阻力小；

（5）热管斜置可以在有限的空间内最大限度的利用热管容积，进一步提高传热效率；热管被冷流体箱体与热流体箱体分隔成热管蒸发段、热管绝热段与热管蒸发段，使得热管内汽液转化充分，进一步提高了换热效率；

（6）换热效率高，结构稳定性好，使用寿命长，使用安全性高；

（7）此结构热管换热器占地面积小，适应温度广，可广泛用于大流量流体余热回收，还可根据需要冷却、加热各种不同的流体；

（8）热流体经过热管换热器降温冷却后通过喷淋装置喷入脱硫塔内与烟气混合，降低了烟气温度，阻止了混合气中水蒸气的生成，最大限度地降低了出口烟气含湿量，消除了白烟生成机制，同时也减少了脱硫补水，节约了水资源；另一方面经过热管换热器降温冷却后流体能与烟气混合接触充分，进一步提高了脱硫效率。