專利名稱：具有除塵功能的管殼式換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種換熱器，本發(fā)明也涉及一種除塵器，具體地說是一種同 時具有換熱和除塵功能的換熱器。
(二)
背景技術(shù)：
煤作為燃料，約占我國能源消費結(jié)構(gòu)的76%。煤在工業(yè)鍋爐、化工、建材、
冶金等行業(yè)的各種爐窯中燃燒后，會產(chǎn)生大量含有固體粉塵顆粒的廢氣和余熱，
這不僅造成能源的浪費，也對周圍環(huán)境產(chǎn)生污染。
我國有幾十萬臺中小型鍋爐及相當(dāng)數(shù)量的工業(yè)爐窯，其中很大一部分鍋爐和
爐窯缺乏空氣預(yù)熱和除塵裝置。據(jù)測試，鍋爐的實際運行效率一般只有50%-67%，
而對一些典型爐窯的熱效率進(jìn)行測試的結(jié)果表明，加熱爐30%-55%，鍛造爐10%，
熔化爐15%-40%,玻璃搪瓷窯6%-23%，燒成窯23%-47%?？梢钥闯觯@些鍋爐和
爐窯的效率很低，造成極大的能源浪費，同時也對環(huán)境帶來嚴(yán)重的廢熱和粉塵污染。
要解決這個問題， 一般需要在含塵煙道道上同時安裝余熱回收換熱器和粉 塵分離器。對于企業(yè)來說，這無疑會大大增加投資成本和運行成本。尤其是粉塵 分離器，由于不能產(chǎn)生直接的經(jīng)濟效益，使企業(yè)的投資積極性大為降低。
為了能較好地兼顧環(huán)保、節(jié)能和企業(yè)自身的經(jīng)濟效益，專利申請?zhí)枮?94115818.7的專利文件中，公開了一種"渦旋除塵熱交換方法及裝置；專利申 請?zhí)枮?3228230. X的專利申請文件中公開了一種"管道式除塵熱管換熱器"。 其中前者是在離心式除塵分離器的內(nèi)壁加設(shè)換熱盤管，換熱器的有效傳熱面積受 到很大限制；后者是利用傾斜的熱管外翅片進(jìn)行除塵，這種方法存在塵粒的二次 攜帶和翅片集灰積垢的可能。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種兼有換熱器與除塵雙重功能，使在大量回收工業(yè) 余熱獲得經(jīng)濟效益的同時，不需要另行投資購買、安裝除塵設(shè)備就可以實現(xiàn)除塵 和保護(hù)環(huán)境目標(biāo)的具有除塵功能的管殼式換熱器。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的 它包括一個換熱器殼體，位于殼體中心的一根中心管，位于殼體兩端的上、 下管板，連接于上、下管板之間的傳熱管束，兩個管板分別與上、下封頭相接， 在兩個管板之間設(shè)置有連續(xù)螺旋折流板，傳熱管束平行穿過折流板，兩端分別固 定在上、下管板上，在管束外圍設(shè)置有除塵分離襯筒，襯筒和殼體之間有作為塵 粒的沉降空間的間距，塵粒沉降空間沿軸向分層設(shè)置2-5個水平環(huán)形集塵盤，對 應(yīng)于每個集塵盤、在殼體上均布有排塵 L，排塵孔通過除塵引出管與集塵環(huán)管相 連。
本發(fā)明還可以包括
1、 所述的除塵分離襯筒是一軸向分段、周向均布開設(shè)圓孔帶或豎直狹縫帶 的多孔圓筒，圓孔帶或豎直狹縫帶開設(shè)在殼程進(jìn)口接管、分層集塵盤的下方。
2、 所述的集塵盤為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)緣與除塵分離筒的外壁相切，其外緣與 換熱器殼體的內(nèi)壁面相切。
3、 所述的連續(xù)螺旋折流板是由多個周期的螺旋片對接點焊連接而成，每個 周期的螺旋片沿中心管軸向上升一個螺距，螺旋片首尾相接，形成連續(xù)的正螺旋 面，螺旋面是左旋或右旋。
4、 管程的進(jìn)、出口接管分別設(shè)置在下封頭和上封頭上。
5、 管程的進(jìn)、出口接管均設(shè)置在下封頭上，兩者之間通過設(shè)置在下封頭內(nèi)
的隔板隔離。
在這種螺旋折流板管殼式換熱器內(nèi)，螺旋折流板環(huán)繞中心管外緣成螺旋狀 連續(xù)展開，其內(nèi)、外緣分別與中心管外壁和分離襯筒內(nèi)壁相切，形成連續(xù)的螺旋
形通道，使氣體在通道中產(chǎn)生連續(xù)的螺旋流動，由此產(chǎn)生的離心力使氣體連續(xù)不 斷的改變流動方向，從而加強了氣體的縱向混合，對換熱有利。螺旋流動產(chǎn)生的 二次流強烈沖刷管束，使換熱得到強化的同時，也使換熱器更加不容易結(jié)垢。另 外，由于殼側(cè)氣體的流動方向變化是連續(xù)的，不存在突變流動，因此可以使流動 壓降顯著減小?？傊?，換熱器采用連續(xù)螺旋折流板后，可以在很大程度上消除傳 統(tǒng)弓形折流板換熱器所具有的流動阻力大、存在流動死區(qū)、換熱效率低、易結(jié)垢、 容易引起管束振動等缺點。與此同時，由于塵粒的密度遠(yuǎn)大于氣體的密度，因此， 塵粒在隨氣體流動的過程中，會在離心力的作用下向螺旋形流道的外緣聚集，并
通過分離襯筒上的狹縫(或小孔)進(jìn)入沉降區(qū)，從而達(dá)到除塵的目的。另外，氣 體中的塵粒也會在慣性力的作用下而與流道中的傳熱管壁面、折流板壁面、中心 管壁面、分離襯筒壁面等發(fā)生碰撞，進(jìn)而導(dǎo)致塵粒的沉降。這些塵粒也會在離心 力的作用下向外移動進(jìn)入沉降區(qū)，使換熱器的除塵效率得到進(jìn)一步提髙。
所述的換熱器可以是氣-氣換熱器，也可以是氣-水換熱器。當(dāng)為氣-氣換熱 器時，換熱器的管程和殼程均采用單流程布置，這時管程的進(jìn)、出口分別設(shè)置在 下封頭和上封頭上；當(dāng)為氣-水換熱器時，換熱器的管程采用雙流程布置，這時 管程的進(jìn)、出口均設(shè)置在下封頭上。
所述的換熱器殼程進(jìn)、出口接管是這樣布置的上側(cè)的進(jìn)口接管和下側(cè)的出 口接管均穿過殼體和除塵分離襯筒，并與二者通過焊接連接，接管的外側(cè)母線與 除塵分離襯筒相切。含塵氣體從上部進(jìn)氣管沿切向進(jìn)入除塵分離襯筒內(nèi)，然后沿 螺旋形通道向下流動，在最下部的螺旋折流板端部沿切向進(jìn)入出口接管，流出換 熱器。在此方案中，中心管的兩端是堵死的。這樣的進(jìn)出口設(shè)計既有利于減少流 動阻力，也有利于使主流氣體更好地沿?fù)Q熱器通道產(chǎn)生螺旋流動，提高除塵效果。
與現(xiàn)有換熱器相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1、 本發(fā)明通過結(jié)構(gòu)上的合理設(shè)計使換熱器兼顧有除塵功能，降低了設(shè)備的. 投資成本，較好地實現(xiàn)了提高經(jīng)濟效益和保護(hù)環(huán)境的有機結(jié)合；
2、 本發(fā)明大大提高了換熱器的換熱效率，且使換熱器的殼程阻力降低； 3、本發(fā)明既適合于氣-氣換熱器，也適合于氣-水換熱器。
(四)


圖1是本發(fā)明的氣-氣除塵換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的氣-水除塵換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是圖1的A-A剖視圖； 圖4是圖2的B-B剖視圖； 圖5是除塵分離襯筒的展開圖； 圖6是圖5的局部放大圖； 圖7是螺旋折流片展開圖。
(五)
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
結(jié)合圖1-圖4，具有除塵功能的管殼式換熱器的組成包括一個換熱器殼體 4，位于殼體中心的一根中心管12，位于殼體兩端的上、下管板11、 2，連接于 上、下管板之間的傳熱管束7，兩個管板分別與上、下封頭9、 1相接，在兩個 管板之間設(shè)置有連續(xù)螺旋折流板13，傳熱管束平行穿過折流板，兩端分別固定 在上、下管板上，在管束外圍設(shè)置有除塵分離襯筒6，襯筒和殼體之間有作為塵 粒的沉降空間的間距，塵粒沉降空間沿軸向分層設(shè)置3個水平環(huán)形集塵盤5，對 應(yīng)于每個集塵盤、在殼體上均布有排塵孔，排塵孔通過除塵引出管19與集塵環(huán) 管3相連，引出管上設(shè)置有排塵閥門14。同時結(jié)合圖5-6，所述的除塵分離襯筒 是一軸向分段、周向均布開設(shè)圓孔帶或豎直狹縫帶21的多孔圓筒，圓孔帶或豎 直狹縫帶開設(shè)在殼程進(jìn)口接管、分層集塵盤的下方。所述的集塵盤為環(huán)形結(jié)構(gòu)， 其內(nèi)緣與除塵分離筒的外壁相切，其外緣與換熱器殼體的內(nèi)壁面相切。連續(xù)螺旋 折流板是由多個周期的螺旋片對接點焊連接而成，每個周期的螺旋片沿中心管軸 向上升一個螺距，螺旋片首尾相接，形成連續(xù)的正螺旋面，螺旋面是左旋或右旋。
在換熱器殼體4內(nèi)，螺旋折流板13環(huán)繞中心管12成螺旋狀展開，其內(nèi)、 外緣分別與中心管12的外壁和除塵分離襯筒6的內(nèi)壁相切。傳熱管7保持與中 心管12同軸平行地穿過螺旋折流板13上的管孔，兩端分別固定在上、下管板 11和2上，兩個管板又分別與上、下封頭9、 l相接。在管束外圍設(shè)置有除塵分 離襯筒6，除塵分離襯筒6保持與中心管12同軸平行，將換熱器內(nèi)部空間分隔 成內(nèi)部管束空間和外側(cè)環(huán)形塵粒的沉降空間，塵粒沉降空間分層設(shè)置有水平環(huán)形 集塵盤5，在殼體與集灰盤相應(yīng)位置均布有除塵引出管19，除塵引出管19又與 集塵環(huán)管3相連。
換熱器可以是圖1所示的氣-氣換熱器，也可以是如圖2所示的氣-水換熱 器。當(dāng)為氣-氣換熱器時，換熱器的管程和殼程均采用單流程布置，這時管程的 進(jìn)、出口接管17、 10分別設(shè)置在下封頭1和上封頭9上；當(dāng)為氣-水換熱器時， 換熱器的管程采用雙流程布置，這時管程的進(jìn)、出口接管17、 IO均設(shè)置在下封 頭1上，兩者之間通過設(shè)置在下封頭l內(nèi)的隔板18予以隔離。
如圖5-6所示，除塵分離襯筒6是由矩形薄金屬板沿縱向分段、橫向均勻 開設(shè)矩形除塵狹縫21和與殼程進(jìn)出口接管8、 15相連的孔20、 22，然后巻制焊 接而成。除塵分離襯筒6同軸安裝在中心管12和換熱器殼體4之間，換熱器殼
程上側(cè)的進(jìn)口接管8和下側(cè)的出口接管15均穿過殼體4和除塵分離襯筒6，且 接管的外側(cè)母線與除塵分離襯筒相切，并通過焊接固定連接。
工作時，高溫含塵氣體從上部進(jìn)氣管8沿切向進(jìn)入除塵分離襯筒6內(nèi)，然 后沿由中心管12、螺旋折流板13和除塵分離襯筒6構(gòu)成的螺旋形通道向下流動。 在此過程中，高溫氣體在把熱量傳遞給待預(yù)熱的冷流體(空氣或水)的同時，也 使塵粒在離心力和慣性力的作用下向螺旋形流道的外緣聚集，并通過分離襯筒6 上的狹縫(或小孔)21進(jìn)入沉降區(qū)，堆積在由集塵盤5、,分離襯筒6和換熱器殼 體4構(gòu)成的環(huán)形集塵腔內(nèi)，從而達(dá)到除塵的目的。經(jīng)過冷卻和除塵的氣體在螺旋 形流道的末端，沿切向進(jìn)入換熱器下部的管程出口接管15,流出換熱器。當(dāng)待 預(yù)熱的工質(zhì)是空氣，則冷空氣由管程入口接管17進(jìn)入由下封頭1和下管板2構(gòu) 成的入口水室，然后流過傳熱管7內(nèi)側(cè)，與殼側(cè)的高溫氣體完成熱量交換，最后 經(jīng)由上管板11和上封頭9構(gòu)成的出口水室及出口接管10流出換熱器。當(dāng)待預(yù)熱 的工質(zhì)是水，則冷水由管程入口接管17進(jìn)入由下封頭1、下管板2和隔板18構(gòu) 成的入口水室，然后流經(jīng)一半數(shù)量的傳熱管7內(nèi)側(cè)，與殼側(cè)的高溫氣體完成熱量 交換，經(jīng)由上管板11和上封頭9構(gòu)成的出口水室后，又返回另一半數(shù)量的傳熱 管內(nèi)側(cè)與殼側(cè)的高溫氣體進(jìn)行熱量交換，最后經(jīng)由下封頭l、下管板2和隔板18 構(gòu)成的出口水室及出口接管IO流出換熱器。
如圖7所示給出了制作一個螺距長度的螺旋折流片展開圖。為了敘述方便， 定義螺旋折流板外徑為D、螺距為H、板寬為c;中心管外徑為d;螺旋折流片 展開圖外半徑為R、內(nèi)半徑為r、切角為《;螺旋折流片展開圖外緣長度為a、 內(nèi)緣長度為b。實際加工時，先按下列各式計算相關(guān)參數(shù)-
<formula>complex formula see original document page 7</formula>
根據(jù)計算得到的R、 r和"值，按如圖5所示的展開圖用金屬板制作螺旋片 坯料，然后將每一板片對接焊接連成一體，套在一外徑為d的定位導(dǎo)桿上一次拉 伸成型，再按節(jié)距截取，制成螺旋折流板片。將數(shù)片拉伸成型的螺旋片疊放在一 起，安裝到特制的加工模具上，先用銑刀劃窩定位，然后用長鉆頭鉆出所需尺寸 的管孔，進(jìn)而完成螺旋折流板單片的加工。將加工好的穿孔螺旋片首尾點焊連接， 安裝到換熱器上就構(gòu)成所需要的連續(xù)螺旋折流板13。螺旋面可以是左旋的，也 可以是右旋的。
權(quán)利要求
1、一種具有除塵功能的管殼式換熱器，它包括一個換熱器殼體，位于殼體中心的一根中心管，位于殼體兩端的上、下管板，連接于上、下管板之間的傳熱管束，兩個管板分別與上、下封頭相接，其特征是在兩個管板之間設(shè)置有連續(xù)螺旋折流板，傳熱管束平行穿過折流板，兩端分別固定在上、下管板上，在管束外圍設(shè)置有除塵分離襯筒，襯筒和殼體之間有作為塵粒的沉降空間的間距，塵粒沉降空間沿軸向分層設(shè)置2-5個水平環(huán)形集塵盤，對應(yīng)于每個集塵盤、在殼體上均布有排塵孔，排塵孔通過除塵引出管與集塵環(huán)管相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有除塵功能的管殼式換熱器，其特征是所 述的除塵分離襯筒是一軸向分段、周向均布開設(shè)圓孔帶或豎直狹縫帶的多孔圓 筒，圓孔帶或豎直狹縫帶開設(shè)在殼程進(jìn)口接管、分層集塵盤的下方。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有除塵功能的管殼式換熱器，其特征是所 述的集塵盤為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)緣與除塵分離筒的外壁相切，其外緣與換熱器殼 體的內(nèi)壁面相切。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有除塵功能的管殼式換熱器，其特征是所 述的連續(xù)螺旋折流板是由多個周期的螺旋片對接點焊連接而成，每個周期的螺 旋片沿中心管軸向上升一個螺距，螺旋片首尾相接，形成連續(xù)的正螺旋面，螺 旋面是左旋或右旋。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1-4任何一項所述的具有除塵功能的管殼式換熱器，其特征是管程的進(jìn)、出口接管分別設(shè)置在下封頭和上封頭上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1-4任何一項所述的具有除塵功能的管殼式換熱器，其特征是管程的進(jìn)、出口接管均設(shè)置在下封頭上，兩者之間通過設(shè)置在下封頭 內(nèi)的隔板隔離。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種具有除塵功能的管殼式換熱器。它包括殼體，位于殼體中心的一根中心管，位于殼體兩端的上、下管板，連接于上、下管板之間的傳熱管束，兩個管板分別與上、下封頭相接，在兩個管板之間設(shè)置有連續(xù)螺旋折流板，傳熱管束平行穿過折流板，兩端分別固定在上、下管板上，在管束外圍設(shè)置有除塵分離襯筒，襯筒和殼體之間有作為塵粒的沉降空間的間距，塵粒沉降空間沿軸向分層設(shè)置2-5個水平環(huán)形集塵盤，對應(yīng)于每個集塵盤、在殼體上均布有排塵孔，排塵孔通過除塵引出管與集塵環(huán)管相連。本發(fā)明使換熱器兼顧有除塵功能，降低了設(shè)備的投資成本，實現(xiàn)了提高經(jīng)濟效益和保護(hù)環(huán)境的有機結(jié)合；大大提高了換熱器的換熱效率，且使換熱器的殼程阻力降低。
文檔編號F28D7/10GK101196381SQ200810063820
公開日2008年6月11日 申請日期2008年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日
發(fā)明者孫中寧, 曹夏昕, 閻昌琪 申請人:哈爾濱工程大學(xué)