一种管式超高温气体冷却器制造技术

本发明专利技术公开一种管式超高温气体冷却器，包括壳体，在壳体的一端设置有气体进口，在壳体的另一端设置有气体出口，在壳体内部沿其轴向设置有阶梯换热模块；所述阶梯换热模块是由若干个筒状换热模块首尾连接而成，且从气体进口至气体出口，筒状换热模块的外径逐渐增大，在最接近气体进口的筒状换热模块的前端设置有中心导流体；所述筒状换热模块包括前挡板、后挡板和网状筒，网状筒连接在前挡板和后挡板之间；在前挡板和后挡板之间且位于网状筒的外侧设置有换热毛细管组，换热毛细管组包括若干根毛细螺旋管和岐管，所述毛细螺旋管连接在相邻两组岐管之间，毛细螺旋管呈渐开线形式布置。本发明专利技术紧凑高效，作为冷却器可做到高效降温。

【技术实现步骤摘要】
一种管式超高温气体冷却器
本专利技术涉及换热器领域，尤其涉及气体冷却换热设备和工业余热回收设备，具体地说是涉及一种管式超高温气体冷却器。
技术介绍
在工业生产中，常常会产生大量工业气体，按照温度品位，工业余热一般分为600℃以上的高温余热，300～600℃的中温余热和300℃以下的低温余热三种。由于资源日益紧张，对于节能和环保越来越重视，多种新型节能加热、燃烧设备等逐渐发展完善，且采用新型耐火纤维等优质保温材料后使得散热损失明显下降。对于燃烧设备则采用先进的燃烧装置强化了燃烧，降低了不完全燃烧量，空燃比也趋于合理。然而降低排烟热损失和回收烟气余热的技术仍进展不快，工业上的大量高温炉灶排出烟气温度很高，热能损失严重。为了进一步提高加热炉的热效率，达到节能降耗的目的，回收烟气余热也是一项重要的节能途径。工业上通常采用换热设备来冷却废气并回收其中的余热，其中常用的有热管余热回收器、间壁式换热器、中间载体式换热器和节能陶瓷换热器等。对于几种不同的换热设备，其适用的工况和条件不同，因此也具有其不同的优缺点。在常用的换热设备中，间壁式换热器主要有管式、板式及同流换热器等几类，其中管式换热器虽然热效率较低，平均在26％～30％，紧凑性和金属耗材等方面也逊色于其它类型换热器，但它具有结构坚固、适用弹性大和材料范围广的特点，是工业余热回收中应用最广泛的热交换设备。热管式换热器应用较为广泛，其功率稳定且换热效率较好，但热管换热器由于钢水的化学不相容性而严重影响了其寿命，对于高温高速余热热管换热器的性能十分不稳定，且寿命也显著下降，而且一种热管换热器只能针对地回收一个温度范围内的余热。节能陶瓷换热器由于抗腐蚀能力极好而开始运用到高温气体换热中，但由于其材料为陶瓷，因此存在着易碎和不易密封的缺点。
技术实现思路
基于上述技术问题，本专利技术提供一种管式超高温气体冷却器。本专利技术所采用的技术解决方案是：一种管式超高温气体冷却器，包括壳体，在壳体的一端设置有气体进口，在壳体的另一端设置有气体出口，在壳体内部沿其轴向设置有阶梯换热模块；所述阶梯换热模块是由若干个筒状换热模块首尾连接而成，且从气体进口至气体出口，筒状换热模块的外径逐渐增大，在最接近气体进口的筒状换热模块的前端设置有中心导流体；所述筒状换热模块包括前挡板、后挡板和网状筒，在前挡板和后挡板的中心均设置有中心孔，中心孔的直径与网状筒的直径相等，网状筒连接在前挡板和后挡板之间，在前挡板和后挡板之间还设置有拉杆；在前挡板和后挡板之间且位于网状筒的外侧设置有换热毛细管组，换热毛细管组包括若干根毛细螺旋管和岐管，所述岐管沿筒状换热模块的轴向布设，岐管的一端封堵，另一端与入口分流环管或出口分流环管连接；岐管按照与筒体轴心的距离不同，共划分成若干组，每组岐管在以轴心为圆心的同心圆上均匀布置；相邻两组岐管，其中一组岐管与入口分流环管连接，另一组岐管与出口分流环管连接，入口分流环管和出口分流环管均设置在筒状换热模块的后挡板外侧；所述毛细螺旋管连接在相邻两组岐管之间，毛细螺旋管呈渐开线形式布置；所有筒状换热模块上的入口分流环管均与液体入口总管相连通，所有筒状换热模块上的出口分流环管均与液体出口总管相连通。优选的，所述壳体包括直筒段和锥形段，中心导流体呈流线型结构，其设置于直筒段内，所述阶梯换热模块设置于锥形段内。优选的，所述壳体的内部为壳程，壳程的热流体经中心导流体导流后以70至80度的角度穿过毛细螺旋管进行换热。优选的，所述阶梯换热模块中，相邻两个筒状换热模块之间通过支撑环固定连接，在支撑环的两端设置有周向凸缘，在周向凸缘、前挡板和后挡板上设置有螺孔，支撑环通过螺钉分别连接前方筒状换热模块的后挡板与后方筒状换热模块的前挡板。优选的，所述毛细螺旋管的外径为1mm，管壁厚度为0.04mm。优选的，所述毛细螺旋管是由INCONEL718材料加工制成的。本专利技术的有益技术效果是：本专利技术使用小口径螺旋管与歧管连接的形式，采用模块化阶梯状设计，小口径螺旋管使用渐开线式布管，使用中心导流体有效减小壳程阻力；整体设备具有紧凑高效的特点，作为冷却器可做到高效降温，而用于工业余热回收领域有效提高了回收余热的热效率，同时具有寿命高、耐腐蚀、适用温度范围广的特点。当管程冷流体使用制冷剂时，本专利技术可将1000℃的超高温气体冷却至80℃左右，换热效率和传热系数高；在提高了换热器的使用寿命的同时对余热的回收率也有较大程度的提高。同时通过新型集管式布管方式，有效降低了换热器管程压降。下面对本专利技术中所进行的具体结构设计及所带来的效果进行说明：1)使用INCONEL718材料的小口径螺旋管作为换热管，采用渐开线式的小口径螺旋管布管方式，小口径螺旋管采用顺时针螺旋结构，减小单根小口径螺旋管长度的同时降低管程压降。2)采用模块化结构设计，从气体进口到气体出口各个模块中歧管的布管圆直径由小变大，整体为阶梯状，而壳程为锥形设计，更适于气体流动。3)渐开线形小口径螺旋管钎焊连接歧管，歧管固定在挡板结构上，采用网状筒支撑设计，增加气体湍流的同时减轻设备重量。4)采用管式三级分流的设计，从环管分流至歧管再到小口径螺旋管，每个模块都连接有进出口环管。5)壳体内部前端安装的中心导流体为流线型设计，减小垂直进入的空气阻力，同时使进入的气体到达小口径螺旋管层时流向为与小口径螺旋管呈70至80度，使换热更加充分。6)采用等直径网状筒连接前后挡板的设计，同时相邻筒状换热模块之间采用支撑环连接，便于设备装拆的同时使结构稳定性更优。7)每根小口径管的外径为1mm，管壁厚度为0.04mm；合理调节两层歧管间的间距，使多根小口径管的长度相近。附图说明下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术管式超高温气体冷却器的整体结构图；图2为本专利技术中阶梯换热模块的结构示意图；图3为本专利技术各筒状换热模块中毛细螺旋管的布置示意图；图4为本专利技术中其中一个筒状换热模块的结构原理示意图；图5为本专利技术中相邻两个筒状换热模块的连接结构示意图；图6为本专利技术中冷热流体的流动方向示意图。具体实施方式结合附图，一种管式超高温气体冷却器，包括壳体1，在壳体1的一端设置有气体进口2，在壳体1的另一端设置有气体出口3，在壳体1的内部沿其轴向设置有阶梯换热模块。所述阶梯换热模块是由若干个筒状换热模块首尾连接而成，且从气体进口至气体出口，筒状换热模块的外径逐渐增大，在最接近气体进口的筒状换热模块的前端设置有中心导流体4。所述筒状换热模块包括前挡板5、后挡板6和网状筒7，在前挡板5和后挡板6的中心均设置有中心孔，中心孔的直径与网状筒的直径相等，网状筒连接在前挡板和后挡板之间，在前挡板和后挡板之间还设置有拉杆8。在前挡板5和后挡板6之间且位于网状筒的外侧设置有换热毛细管组，换热毛细管组包括若干根毛细螺旋管9和岐管10，所述岐管10沿筒状换热模块的轴向布设，岐管的一端封堵，另一端与入口分流环管11或出口分流环管12连接。岐管按照与筒体轴心的距离不同，共划分成若干组，每组岐管在以轴心为圆心的同心圆上均匀布置；相邻两组岐管，其中一组岐管与入口分流环管11连接，则另一组岐管与出口分流环管12连接，入口分流环管和出口分流环管均设置在筒状换热模块的后挡板外侧。所述毛细螺旋管9连接在相邻两组岐管之间，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管式超高温气体冷却器，其特征在于：包括壳体，在壳体的一端设置有气体进口，在壳体的另一端设置有气体出口，在壳体内部沿其轴向设置有阶梯换热模块；所述阶梯换热模块是由若干个筒状换热模块首尾连接而成，且从气体进口至气体出口，筒状换热模块的外径逐渐增大，在最接近气体进口的筒状换热模块的前端设置有中心导流体；所述筒状换热模块包括前挡板、后挡板和网状筒，在前挡板和后挡板的中心均设置有中心孔，中心孔的直径与网状筒的直径相等，网状筒连接在前挡板和后挡板之间，在前挡板和后挡板之间还设置有拉杆；在前挡板和后挡板之间且位于网状筒的外侧设置有换热毛细管组，换热毛细管组包括若干根毛细螺旋管和岐管，所述岐管沿筒状换热模块的轴向布设，岐管的一端封堵，另一端与入口分流环管或出口分流环管连接；岐管按照与筒体轴心的距离不同，共划分成若干组，每组岐管在以轴心为圆心的同心圆上均匀布置；相邻两组岐管，其中一组岐管与入口分流环管连接，另一组岐管与出口分流环管连接，入口分流环管和出口分流环管均设置在筒状换热模块的后挡板外侧；所述毛细螺旋管连接在相邻两组岐管之间，毛细螺旋管呈渐开线形式布置；所有筒状换热模块上的入口分流环管均与液体入口总管相连通，所有筒状换热模块上的出口分流环管均与液体出口总管相连通。...

【技术特征摘要】
1.一种管式超高温气体冷却器，其特征在于：包括壳体，在壳体的一端设置有气体进口，在壳体的另一端设置有气体出口，在壳体内部沿其轴向设置有阶梯换热模块；所述阶梯换热模块是由若干个筒状换热模块首尾连接而成，且从气体进口至气体出口，筒状换热模块的外径逐渐增大，在最接近气体进口的筒状换热模块的前端设置有中心导流体；所述筒状换热模块包括前挡板、后挡板和网状筒，在前挡板和后挡板的中心均设置有中心孔，中心孔的直径与网状筒的直径相等，网状筒连接在前挡板和后挡板之间，在前挡板和后挡板之间还设置有拉杆；在前挡板和后挡板之间且位于网状筒的外侧设置有换热毛细管组，换热毛细管组包括若干根毛细螺旋管和岐管，所述岐管沿筒状换热模块的轴向布设，岐管的一端封堵，另一端与入口分流环管或出口分流环管连接；岐管按照与筒体轴心的距离不同，共划分成若干组，每组岐管在以轴心为圆心的同心圆上均匀布置；相邻两组岐管，其中一组岐管与入口分流环管连接，另一组岐管与出口分流环管连接，入口分流环管和出口分流环管均设置在筒状换热模块的后挡板外侧；所述毛细螺旋管连接在相邻两组岐管之间，毛细螺旋管呈渐...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋文春，邵珠文，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37