烟气取热器的制作方法

本发明涉及换热技术领域，具体涉及一种烟气取热器。

背景技术：

低低温电除尘技术在我国近几年的燃煤机组超低排放改造以及新建机组中得到了大规模的推广与应用，低温省煤器作为一种具体的烟气换热器，不仅能够实现烟气余热的有效回收利用，同时布置在电除尘器前也能够有效提高除尘效率和实现协同捕集烟气中的三氧化硫，是一种非常符合国家政策的烟气取热与节能环保技术。

目前存在一种热管烟气降温器，该热管烟气降温器包括壳体，壳体内设有多根装设工质的真空热管，每根热管的上部外套有套管，所有的套管的上端均连通上部联箱，下端均连通下部联箱，冷却水流入上部联箱，并流向各套管，继而处于套管内壁和对应的热管外壁之间，吸收热管上部的工质热量，工质放热后冷凝再流向热管下部的蒸发段，继续吸收烟气的热量，吸热后的冷却水则从下部联箱流出。然而，该方案的换热效率难以进一步提升。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种烟气取热器，包括换热模块，所述换热模块包括多排换热管组件，一排所述换热管组件包括沿第一方向依次排列的多根换热管组件；一根所述换热管组件包括一根热管和一根外套管，每根所述热管的一部分插入对应的所述外套管，所述外套管的两端与所述热管封闭连接，冷却水可流通于所述外套管内壁与对应所述热管外壁之间；每一排所述换热管组件中，多根所述外套管所述第一方向依次上下交替连通。

可选地，所述热管和所述外套管的两端气密焊接。

可选地，所述外套管的两端为挤压成型的圆锥收口结构，所述圆锥收口结构的内径等于或略大于所述热管的外径。

可选地，所述换热模块还包括进口管、出口管，每一排所述换热管组件包括分别位于所述第一方向两端的端部换热管组件，多排所述换热管组件中位于一端的所有端部换热管组件的外套管均连通于所述进口管，位于另一端的所有端部换热管组件的外套管均连通于所述出口管。

可选地，所述烟气取热器包括换热部，所述换热部包括至少一排所述换热模块，每一排所述换热模块包括至少一个所述换热模块；每一排所述换热模块中换热模块沿与所述第一方向垂直的第二方向排列，多排换热模块沿所述第一方向排列。

可选地，烟气沿所述第一方向流动，且流动方向与冷却水在一排所述换热管组件中的整体流动方向相反。

可选地，所述烟气取热器还包括进口总管和出口总管；所述换热部包括多排换热模块，最前排的所有所述换热模块的所述进口管均连通于所述进口总管，最后排的所有所述换热模块的所述出口管均连通于所述出口总管，相邻排换热模块中，一者的所述进口管和另一者的所述出口管一一对应连通；或，所述换热部包括一排所述换热模块，所有所述换热模块的所述进口管均连通于所述进口总管，所有所述换热模块的所述出口管均连通于所述出口总管。

可选地，所述热管和所述外套管倾斜设置。

可选地，倾斜的角度为0-15度。

可选地，所述换热模块还包括多个槽型隔板，每个所述槽型隔板沿第一方向延伸；一排所述换热管组件的多根所述热管贯穿对应的一个所述槽型隔板，所述热管位于所述槽型隔板以下的部分为其蒸发段。

可选地，所述烟气取热器还包括智慧控制单元，所述智慧控制单元实时收集所述烟气取热器的运行数据，并与设定的基准数据进行对比分析，当经智能计算后判断出当前的运行数据与预设的基准数据出现较大偏差时，发出设备故障预警。

可选地，所述烟气取热器还包括检测所述热管的冷凝段的温度的在线测温单元。

本发明烟气取热器中换热模块包括多排换热管组件，每一排换热管组件的外套管依次上下交替连通，如此每一排换热管组件都可形成蛇形的迷宫式流道，相邻换热管组件的外套管内冷却水流向相反，从而可以有效提高换热能力。

附图说明

图1为本发明所提供烟气取热器一种具体实施例的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1中a部位的放大图。

图4为图1中一根换热管组件的示意图；

图5为图1中壳体上部换热部的示意图；

图6为图5中一个换热模块上部的示意图；

图7为图5中b部位的放大图。

图8为工质在竖直布置的热管内流动的示意图；

图9为工质在倾斜布置的热管内流动的示意图。

图1-9中的附图标记说明如下：

101-进口烟箱；102-壳体；103-出口烟箱；

20-清灰单元；

30-换热模块；301-进口管；302-出口管；303-换热管组件；303a-外套管；303ba-液膜；303b-热管；303b1-冷凝段；303b2-蒸发段；303b3-翅片；304-槽型隔板；305-连接管；306-放水管；307-排水管；

40-在线测温单元；

50-智慧控制单元；

601-进口总管；602-出口总管；

70-连接管；

80-尘流均布单元。

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1-2，图1为本发明所提供烟气取热器一种具体实施例的结构示意图；图2为图1的俯视图；图3为图1中a部位的放大图；图4为图1中一根换热管组件303的示意图。

如图1所述，烟气取热器包括壳体102和位于壳体102两端的进口烟箱101和出口烟箱103，烟气经进口烟箱101进入壳体102内，并从出口烟箱103流出。进口烟箱101、壳体102、出口烟箱103至少一者可以设置清灰单元20，以清理烟气中颗粒物的沉积。

烟气取热器可以设置在烟气余热的烟气通道上，用于回收烟气余热，为此，烟气取热器包括换热部，换热部包括至少一个换热模块30，如图2所示的换热部包括十个换热模块30。换热模块30则包括多排换热管组件303，一排换热管组件303包括多根依次排列的换热管组件303，本文将一排换热管组件303的排列方向定义为第一方向，该方向可以是如图2所示的直线方向，也可以不是直线。如图4所示，一根换热管组件303包括一根热管303b和一根外套管303a，每根热管303b的一部分插入对应的外套管303a，同时外套管303a的两端与热管303b封闭连接，如图3所示，外套管303a内壁和对应热管303b的外壁之间形成冷却腔，冷却水可流通于该冷却腔。如图4所示，热管303b长度大于外套管303a的长度，热管303b的下部位于烟气取热器的壳体102内，热管303b的上部位于壳体102之上。在壳体102上设置清灰单元20时，不仅可以清除壳体20上的积灰，还可以清除热管303b上的积灰。

再看图3，热管303b的上部几乎都插入于外套管303a内，插入外套管303a内的热管303b部分可定义为冷凝段303b1，位于壳体102内用于和高温烟气换热的部分可定义为蒸发段303b2，为了提高蒸发段303b2的换热效率，还在蒸发段303b2的外壁设置多个翅片303b3。

可进一步参考图5、6理解，图5为图1中壳体102上部换热部的示意图；图6为图5中一个换热模块30上部的示意图。

图6中换热模块30的视角下，仅示出一排换热管组件303的上部，未示出热管303b的下部，本实施例中，每一排换热管组件303中，多根外套管303a沿换热管组件303的排列方向依次上下交替连通。即每一排换热管组件303中，一根外套管303a，其上端和相邻一根外套管303a的上端连通，其下端和相邻另一根外套管303a的下端连通，位于两端的外套管303a，则上、下端连接方式为，一端和相邻外套管303a的对应端连通，另一端作为冷却水的进口或出口。如此，一排换热管组件303中多根外套管303a并排设置，并且同时通过上、下交替连通的方式形成串联，图6中显示为一排换热组件形成了蛇形流道，相邻外套管303a中的冷却水流向相反，外套管303a中的箭头表示冷却水的流向。相邻外套管303a的上端或下端具体可以通过连接管305连通。

如此设置，换热模块30包括多排换热管组件303，每一排换热管组件303形成蛇形的迷宫式流道，相邻换热管组件303的外套管303a内冷却水流向相反，提高相对温差，从而可以有效提高换热能力。

此外，如图1所示，烟气从左至右进入、离开烟气取热器，冷却水则可从右至左流入、流出换热部，即烟气的流动方向和冷却水的整体流通方向完全相反，冷却水相对烟气呈逆流状态，从而进一步提高综合换热能力。

如图2所示，换热模块30还包括进口管301、出口管302，每一排换热管组件303包括分别位于两端的端部换热管组件303，多排换热管组件303中位于一端的所有端部换热管组件303的外套管303a均连通于进口管301，位于另一端的所有端部换热管组件303的外套管303a均连通于出口管302。这样，一根进口管301即可向一个换热模块30的所有排换热管组件303提供冷却水，所有排换热管组件303中外套管303a内的冷却水又通过一根出口管302流出。这样一个换热模块30仅需设置一根进口管301和一根出口管302，便于控制冷却水进出的同时，还可以大幅节省材料，当然，每一排采用单独的进、出管控制也可以。

请继续参考图3，热管303b和外套管303a的两端优选地通过气密焊接实现密封连接，此种密封连接方式可靠、易于实现。当然，也可以采用其他方式实现密封连接，比如设置密封件等。如图3所示，具体地，外套管303a的两端可以为挤压成型的圆锥收口结构，圆锥收口结构的内径等于或略大于热管303b的外径，这样外套管303a和热管303b初步套接后容易预定位，且由于套接后圆锥收口结构与热管303b外壁紧密贴合或存在小间隙，易于对连接位置实施焊接操作。

另外，请参考图7，图7为图5中b部位的放大图。

如图6所示，由于一排换热管组件303是上下依次交替连通，则一排换热管组件303的下端，间隔不连通，此时，可以设置一根细管作为放水管306，将下端不连通的相邻两根外套管303a进行连通，由于放水管306较细，直径远小于下端的连接管305，不影响工作时冷却水的蛇形流向。但当设备停止工作及需要对热管303a内部的存水进行放水时，一排的所有外套管303a的下端通过放水管306、连接管305形成位于下端的一条水路，有利于将外套管303a内的存水彻底排出。图7中示出有排水管307和控制排水管307排水口通断的排水阀。

请继续参考图2，换热部包括至少一排换热模块30，每一排换热模块30包括至少包括一个换热模块30，一排换热模块30沿换热模块30中多排换热管组件303的排列方向分布。图2中，换热部包括两排左右分布的换热模块30，一排包括五个上下分布的换热模块30，每个换热模块30中的多排换热管组件303也是上下分布，且分布有十六排换热管组件303，图6中，每排换热管组件303则包括十四根换热管组件303，当然这些数量设置仅是具体示例，可以根据具体的换热需求、设置空间等因素确定具体的换热部组成规格。图2中，多排换热模块30的排列方向与烟气流向一致，两排换热模块30左右分布，烟气、冷却水进出都是左右方向；每一排换热模块30的换热模块30排列方向则与烟气流向垂直，上述排列方向均位于水平面内，可知沿竖直面内分布也可以。

如图2所示，本实施例中的烟气取热器还可以包括进口总管601和出口总管602，最前排换热模块30的进口管301均连通于进口总管601，最后排换热模块30的出口管302均连通于出口总管602，这里最前和最后指的是换热部两端的换热模块排。另外，相邻排换热模块30中，一者的进口管301和另一者的出口管302一一对应连通，具体可以通过图2中所示的连接管70直接连通，当然，只有一排换热模块30时，则该排换模块30两端的所有进口管301、出口管302，分别连通进口总管601、出口总管602即可。

如此设置，则实现了整个换热部通过一根进口总管601和一根出口总管602即可实现冷却水的流入和流出，虽然，一排换热模块30位于端部的多个外套管303a可以同时连接到进口总管601、出口总管602，但本实施例的设置方式有利于各换热模块30的增减、维修、冷却水的进出控制。比如，当图2中下方两个串联的换热模块30任一出现故障后，可以关停进口总管601、出口总管602和该两个换热模块30的通路，其余换热模块30依然可以正常工作。

请继续参考图6，并结合图8、9，图8为工质在竖直布置的热管303b内流动的示意图；图9为工质在倾斜布置的热管303b内流动的示意图。

换热管组件303倾斜设置，即热管303b和外套管303a均倾斜设置。如前所述，本实施例中换热管组件303的热管303b包括冷凝段303b1和蒸发段303b2，冷凝段303b1位于外套管303a内，烟气和下方的蒸发段303b2接触，热管303b内具有工质且热管303b内保持真空，蒸发段303b2在与高温烟气接触后，将热量传递给工质，工质吸热，并在真空气氛下迅速蒸发相变为蒸汽，在上下压差作用下自动向上方的冷凝段303b1上升，流动到上方的冷凝段303b1后，通过管壁将热量不断传递给冷却水而放热，工质冷凝为液态又向下留回到蒸发段303b2。热管303b每根独立设置，其蒸发段303b2处于烟气当中，存在被烟气中的颗粒磨损的情况，当某根蒸发段303b2被烟气颗粒磨穿时，热管303b内部的工质会泄漏到烟气当中，但由于冷却水被处于烟气上方的冷凝段303b1隔离在其管外侧，不会造成冷却水源源不断地往烟气中泄漏，可减少乃至避免冷却水的泄漏，有利于实现零泄漏。另外，上述吸热后的冷却水可以输送到需要的场合，达到降低烟温以及回收烟气余热的目的，降温后的烟气则最终从出口烟箱103流出流向下游设备。

如图8所示，当热管303b和外套管303a竖直设置时，热管303b内的工质从冷凝段303b1回流时，在热管303b内形成的液膜303ba相对均匀地分布在热管303b的环周内壁，会引起较大的热阻。如图9所示，本实施例中热管303b和外套管303a均倾斜设置时，工质在冷凝后向下流动过程中，基于重力作用，液膜303ba会更集中在倾斜的一侧，即是贴合倾斜的较低侧的内壁流动，如图9所示，即液膜303ba会更集中在靠近右侧的冷凝段303b1内壁流动，占据的内壁面积较小，从而减少热阻，换热效果更佳。

当然，倾斜角度不必过大，作为优选的方案，倾斜的角度可以为0-15度，即大于0度小于等于15度，倾斜角度是与铅垂面的夹角。如此既可以达到减少热阻的目的，又兼顾工质蒸发后形成的蒸汽的升腾能力。当然，倾斜角度这里具体不做限制，可以根据实际工程项目的场地条件灵活调整。另外，图6中示出的换热管组件303向右倾斜，可知，向任意方向倾斜都可以，比如向左，或者垂直纸面向内或向外倾斜也都可以。

请结合图1和图3理解，换热模块30还包括多个槽型隔板304，槽型隔板304沿第一方向延伸，槽型隔板304的开口朝上，每排换热管组件303的多根换热管组件303的热管303b均贯穿一个槽型隔板304，以图2为视角，定义一排换热管组件303中多根换热管组件303的排列方向为第一方向，即图2的左右方向，多排换热管组件303的排列方向为第二方向，即图2中上下方向，则槽型隔板304的延伸方向与一排换热管组件303的排列方向相同，而多个槽型隔板304是沿第二方向分布，可见，一个槽型隔板304将一排的换热管组件303组装在一起，使得一排换热管组件303成为整体。同时，相邻槽型隔板304可以密封连接，比如气密焊接固定，如图3所示，相邻槽型隔板304的侧壁贴合焊接固定，这样，所有的槽型隔板304连接为一体，可以将整个换热模块30进行上下分隔，烟气可以流动于槽型隔板304之下，换热模块30的所有外套管303a位于槽型隔板304之上，如图3所示，热管303b位于槽型隔板304以上的部分基本为冷凝段303b1。

此时，烟气只能在槽型隔板304的下方经过，无法穿越到槽型隔板304的上方，而位于其上方的冷却水也就无法穿越到槽型隔板304的下方，下方即烟气侧；此外，冷却水被密封在热管303b的外套管303a内部，实际工作时冷却水无法穿越外套管303a到达槽型隔板304，也无法进入到烟气当中。因而，本实施例中烟气取热器换热部的气水分离更加安全，具有双重隔离功能，正常运行时更易于确保冷却水不会泄漏到烟气当中。

以上槽型隔板304为一种具体示例，可以理解，直接设置一层整体式隔板也可以，多根热管303b穿过隔板并密封连接也可以。但显然，多个槽型隔板304的设置一方面可提高其结构强度，还更易于和换热管组件303的连接，先形成一排整体式的换热管组件303，再将多排换热管组件303通过槽型隔板304的焊接而固定为一个模块，即换热模块30。

如图1所示，本实施例中烟气取热器还设置有智慧控制单元50，可以实时收集烟气取热器的运行数据，并与设定的基准数据进行对比分析，当经智能计算后判断出当前的运行数据与预设的基准数据出现较大偏差时，发出设备故障预警，并可以短信或微信等移动方式推送预警信息给运维人员及时处理。上述的运行数据具体可以包括锅炉负荷、烟气量、scr/空预器/烟气取热器的吹灰频率、烟气取热器的进出口烟温、冷却水的进出口水温、进出口压差及热管303b的冷凝段303b1端部的壁温等。该智慧控制单元50可以与全厂监控管理系统对接，实现烟气取热器全生命周期管理的控制。可见，该智慧控制单元50以及相应的数据监测单元，实现将大数据、互联网+、物联网与在线监测及故障诊断技术相结合，实现设备深度节能运行与健康管理。

请继续参考图1，烟气取热器还设置有在线测温单元40，可对热管303b的运行温度进行在线检测和数据分析处理，具体地，可检测热管303b的冷凝段303b1端部的温度，热管303b在一定真空度下，其端部的温度变化一定，当温度发生了较大的变化偏差，则表明真空度改变，从而可以监测到热管303b是否发生故障。可见，设置在线测温单元40，可随时掌握热管303b工作状况，及时指导设备的运行管理与维护工作，确保设备的正常使用效果。

如图1所示，本方案中烟气取热器还可以设有尘流均布单元80，尘流均布单元80布置于进口烟箱101内，有利于实现烟气的均流，从而均匀地流向换热部的热管303b的下部，提高换热效率。

尘流均布单元90可由多向折板组件构成，并与若干三角翼进行复合设计。其中，多向折板主要根据计算机数值模拟结果按照一定的间距、角度相互交叉地焊接成一体，三角翼则是倾斜焊接在靠烟气出口端的折板上。当烟气经过尘流均布单元80后，多向折板可实现对烟气流场在整个烟道截面的均匀分布，有利于提高换热效果，而三角翼可对粉尘颗粒浓度在烟气换热器入口空间内实现均匀分配，防止粉尘浓度局部过高导致烟气换热器的冲刷磨损。尘流均布单元80的多向折板组件以及三角翼可采用耐磨损合金材质制作。另外，在特殊狭小的应用场合，尘流均布单元80也可采用多孔板或多孔板与导流板相结合的结构，同样可实现气流均布。

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。