一种高温U形管式换热器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高温U形管式换热器，包括管箱，所述管箱的两侧设有冷侧介质进口和冷侧介质出口，所述管箱内设有若干U型换热管，所述U型换热管的两端固定在热侧管板上，所述热侧管板安装在热侧介质进口和热侧介质出口的下方，U型换热管的两端与热侧介质进口和热侧介质出口相连通，在U型换热管与热侧介质进口连通的高温段的管壁上设有翅片，并且该高温段与热侧介质进口的连接处设有保温棉。本实用新型专利技术采用U形换热管式结构，有效的解决了换热过程中的热膨胀问题；并针对高温传热段中冷热侧传热性能不匹配的问题，在结构设计中强化了冷侧传热性能。

A High Temperature U-tube Heat Exchanger

The utility model discloses a high-temperature U-shaped tube heat exchanger, which comprises a tube box. The two sides of the tube box are provided with cold-side medium inlet and cold-side medium outlet, and several U-shaped heat exchanger tubes are arranged in the tube box. The two ends of the U-shaped heat exchanger tube are fixed on the heat-side tube plate, the heat-side tube plate is installed under the heat-side medium inlet and the heat-side medium outlet, and the two ends and the heat-side of the U-shaped heat exchanger tube are fixed on the heat-side The inlet of the medium is connected with the outlet of the medium on the hot side, and fins are arranged on the wall of the high temperature section where the U-shaped heat exchanger pipe is connected with the inlet of the medium on the hot side, and the connection between the high temperature section and the inlet of the medium on the hot side is provided with insulating cotton. The utility model adopts a U-shaped heat exchanger tube structure, which effectively solves the problem of thermal expansion in the heat transfer process, and strengthens the heat transfer performance of the cold side in the structural design aiming at the mismatch of the heat transfer performance of the cold side and the hot side in the high-temperature heat transfer section.

【技术实现步骤摘要】
一种高温U形管式换热器
本技术涉及一种高温U形管式换热器，属于高温气气热交换领域。
技术介绍
随着《中华人民共和国大气污染防治法》的出台，工业有机废气治理越来越受到重视。在各种废气治理工艺中，废气焚烧处理是一类常用的无害化处理方法，在废气焚烧处理过程中，为减少能源消耗，废气中的有机物(VOCs)氧化产生的高温烟气往往需要通过换热器，与新鲜空气或者其他介质进行热交换，从而回收热量来达到系统自身的热量平衡。为提高VOCs分解率，使燃烧后的气体满足有关废气排放标准，焚烧处理过程一般在控制在较高温度区间内（一般800℃以上），排放的高温烟气温度也往往在750℃以上。从换热器的角度来讲，烟气温度在700℃以上的传热方式包括辐射传热和对流传热两方面作用，传热效率非常高，而700℃以下则主要以对流传热为主。如果直接进行高温余热回收，冷热侧介质传热温差大，传热推动力强，可以同时利用辐射传热和对流传热两种传热方式，会大幅降低换热器的传热面积，对控制换热器的成本无疑是有利的，但高温余热回收对换热器的技术要求非常高，限于设备要求，有些情况下不得不采取在热烟气中兑入冷风，从而降低对换热器的温度要求，但此类操作方式也存在显而易见的问题，经过降温后的烟气与冷介质的温差下降后降低其传热推动力和换热效率，引起换热器的传热面积和设备成本上升。在国内现有换热器中，能长期有效应用于700℃以上高温工况下的设备很少，主要是换热器结构设计的问题换热材质选用的问题，在高温工况下由于金属材料强烈的热膨胀作用以及材料强度下降，换热器在结构方面未充分考虑，换热管的热膨胀应力无法得到充分释放，常常出现管板拉裂变形，换热管膨胀变形，焊缝在高温下被拉裂的现象，从而影响换热器的使用寿命，严重时甚至换热器无法正常运行。综上所述，现有高温传热设备大多存在结构设计方面的缺陷。因此，如何对现有的高温传热设备加以改良，使之能够在高温工况下长期稳定运行，以达到降低设备成本，节能减排的目的，成为了本领域技术人员的重要课题。
技术实现思路
为解决现有高温传热设备中存在的问题，本技术提供了一种U形管式换热器，该换热器采用U形换热管式结构，有效的解决了换热过程中的热膨胀问题；并针对高温传热段中冷热侧传热性能不匹配的问题，在结构设计中强化了冷侧传热性能。本技术采取的技术方案是：一种高温U形管式换热器，包括管箱，所述管箱的两侧设有冷侧介质进口和冷侧介质出口，所述管箱内设有若干U型换热管，所述U型换热管的两端固定在热侧管板上，所述热侧管板安装在热侧介质进口和热侧介质出口的下方，U型换热管的两端与热侧介质进口和热侧介质出口相连通，在U型换热管与热侧介质进口连通的高温段的管壁上设有翅片，并且该高温段与热侧介质进口的连接处设有保温棉。优选的，在该换热器中，热侧介质走管内。热介质进口风道处设有保温棉用于隔热，经热侧管板进入换热管，换热管采用U形结构设计，一端固定焊接于管板上，另一侧可自由伸缩，换热管根据热侧工况温度分为两段，700℃以上设定为高温段，采用翅片式结构设计，700℃以下为低温段，采用光滑管。优选的，换热管采用U形结构形式，在高温工况下通过一端固定焊接于管板上，另一侧可自由伸缩的U形结构设计，在换热管强度下降的情况下，可充分释放换热管高温热膨胀应力，从而有效的防止管板拉裂变形，换热管膨胀变形等问题；因换热管直接承受高温，为防止氧化，其材质优选为最高许用温度高达1200℃的S31008不锈钢。优选的，考虑到在高温段换热过程中（热介质700℃以上的），热介质传热主要包含包括辐射传热和对流传热两方面作用，并且辐射传热要强于对流传热，而700℃以下则主要以对流传热为主，所以高温段冷热侧介质传热系数是不平衡的，而低温段（两侧介质均低于700℃）中两侧均以对流传热为主，传热相对平衡。故在本技术中换热管采用分段式结构设计，在高温直管段设计为翅片式结构，在管外冷介质通道设置翅片强化冷侧传热，在低温弯管和直管段均采用光滑管，有效平衡两侧传热性能，从而进一步提高了换热器整体的传热效率。优选的，冷侧介质走管外，流经管箱和U形换热管之间的截面，冷侧介质进口和冷侧介质出口均设有膨胀节，能够很好地消除金属的热应力，有效解决管箱和风道部分由于温度升高所导致的焊缝拉裂问题，使高温U形管式换热器长时间稳定运行。本技术的有益效果如下：1、本技术结构新颖，通过换热器热侧走管内的结构设计和设置隔热保温棉，该设备中出热侧管板和换热管之外，其他部件均可采用普通不锈钢材质，大幅降低设备成本；2、本技术利用U形管结构设计和优化材质选择，可以充分释放换热管高温热膨胀应力，从而有效的防止管板拉裂变形，换热管膨胀变形等问题，在1200℃以内的高温工况下依然可以稳定可靠运行；3、本技术通过换热过程中分段式结构设计强化弱侧传热，有效平衡两侧传热性能，从而进一步提高了换热器整体的传热效率。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1为本技术设备结构示意图；其中：1-热侧介质进口，2-热侧管板，3-保温棉，4-U形换热管，5-冷侧介质出口，6-管箱，7-膨胀节，8-热侧介质出口，9-冷侧介质进口。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。如图1所示，一种高温U形管式换热器，在该换热器中，热侧介质走管内，冷侧介质走管外。热介质从热侧介质进口1进入换热器，进口风道处设有保温棉3用于隔热，经热侧管板2进入U形换热管4，最后由热侧介质出口8排出。热介质走管内的设计方式可使换热器中大部分部件均不接触高温烟气，可根据具体工况选用S30408甚至碳钢等材料，有效降低对材料特性的要求，大幅降低设备成本；另外由于保温棉的隔热作用，除热侧管板采用S31008不锈钢之外，进口法兰和风道同样不直接接触高温烟气，可选用普通不锈钢。热介质在换热管内与冷侧介质进行热交换，换热管采用U形结构形式，其进出口与均管板全焊接，防止冷热介质相互串气；在高温工况下通过其一侧固定，另一侧可自由伸缩的U形结构设计，在换热管强度下降的情况下，可充分释放换热管高温热膨胀应力，从而有效的防止管板拉裂变形，换热管膨胀变形等问题；因换热管直接承受高温，为防止氧化，其材质优选为最高许用温度高达1200℃的S31008不锈钢。另外，考虑到在高温段和低温段换热过程中传热方式的显著差别，在本技术中在高温直管段设计为翅片管结构，在管外冷介质通道设置翅片强化冷侧传热，平衡冷热侧传热性能，翅片管的长度根据高温段换热面积具体设计；其余的低温段均采用光滑管，通过高温段翅片结构设计提高了换热器总传热系数。冷介质由冷侧介质进口9进入换热器，流经管箱6和U形换热管4之间的截面，完成热交换过程后由冷侧介质出口5排出。因为冷介质较低的温度，冷侧进出口法兰风道，管箱（除高温侧管板）均可采用普通不锈钢材质，无需设保温棉隔热。其进出口均设有膨胀节7，在冷介质温度升高的情况下，利用其自由伸缩的弹性补偿性能，能有效解决管箱和风道部分的焊缝拉裂问题，使高温U形管式换热器长时间稳定运行。以上显示和描述了本技术的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温U形管式换热器，包括管箱，所述管箱的两侧设有冷侧介质进口和冷侧介质出口，其特征在于所述管箱内设有若干U型换热管，所述U型换热管的两端固定在热侧管板上，所述热侧管板安装在热侧介质进口和热侧介质出口的下方，U型换热管的两端与热侧介质进口和热侧介质出口相连通，在U型换热管与热侧介质进口连通的高温段的管壁上设有翅片，并且该高温段与热侧介质进口的连接处设有保温棉。

【技术特征摘要】
1.一种高温U形管式换热器，包括管箱，所述管箱的两侧设有冷侧介质进口和冷侧介质出口，其特征在于所述管箱内设有若干U型换热管，所述U型换热管的两端固定在热侧管板上，所述热侧管板安装在热侧介质进口和热侧介质出口的下方，U型换热管的两端与热侧介质进口和热侧介质出口相连通，在U型换热管与热侧介质进口连通的高温段的管壁上设有翅片，并且该高温段与热侧介质进口的连接处设有保温棉。2.根据权利要求1所述的一种高温U形管式换热器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锦涛，钱荣忠，黄斌，朱国富，杨西，吴昊，
申请(专利权)人：南京宜热纵联节能科技溧阳有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32