高溫管式換熱器的製作方法

2023-05-13 13:44:41 1

專利名稱：高溫管式換熱器的製作方法
技術領域：
高溫管式換熱器
技術領域：
本實用新型涉及一種高溫管式換熱器，尤其是指一種使介質間進行熱量交 換的高溫管式換熱器。背景技術：
高溫換熱器是一種可用於對大流量高溫煙氣進行冷卻、熱量回收的設備。 比如，在鋼鐵行業彩色塗層鋼板生產線設備中，經由噴塗固化室內噴塗工 藝過程產生的氣體中混有大量對環境有害的可燃性物質(例如苯、酚、樹脂等 物質)，如果直接排向大氣將對周邊環境造成極大危害，不符合大氣排放標準 及有關環保的要求，並且在石油、煤炭等不可再生資源日趨枯竭的今天，將上 述大量含有可燃性物質的氣體不加利用直接排放不符合國家有關節能的要求， 與鋼鐵行業節能減排的大政方針背道而馳，因此在有害氣體排向大氣之前需要 進行無害化處理，通常是將有害氣體收集引出後加入一定比例的煤氣，混合後 進入焚燒爐內進行燃燒，大部分有害物質燃燒過程中發生化學反應形成無害物
質，使燃燒後的氣體符合有關大氣排放標準，產生的高溫煙氣(約80(TC左右) 進入高溫換熱器管程進行熱量回收，與來自鼓風機的新鮮空氣進行熱能交換， 新鮮空氣經過高溫換熱器的換熱管管間，即高溫換熱器殼程，使新鮮空氣溫度 被逐級加熱到650。C左右以符合噴塗工藝的固化需求。高溫煙氣經過高溫換熱 器與新鮮空氣熱交換後溫度逐級降低到30(TC左右。高溫新鮮空氣進入噴塗室 用於鋼板噴塗工藝，產生的有害氣體加入煤氣後再進入焚燒爐內進行燃燒，循 環往復。
該設備的主要功能是利用噴塗室產生的對環境有害的可燃性廢氣，混合 煤氣進入焚燒爐內進行燃燒，以消除對環境有害的物質，符合環保排放標準， 從而實現項目的環保功能；產生的高溫煙氣用來加熱進入噴塗固化室內的新鮮 空氣，以滿足噴塗工藝要求，從而實現項目的節能功能。
請參閱中國專利第03222630.6號、第02264464.4號及第02258139.1號， 業界常用的高溫換熱器製造技術是換熱器包括外殼，外殼的兩端分別焊接有 管板，管板之間連接有換熱管，管板上對應換熱管的管口設有管孔，換熱管的
兩端分別穿過管孔焊接於管板上；外殼兩端分別接有進煙接口和出煙接口；外 殼的兩端壁上分別有空氣進口和出口，所述進煙接口、換熱管、出煙接口形成 管程通道，所述外殼、空氣進口、換熱管管間、空氣出口形成殼程通道，高溫 煙氣自進煙接口進入流經管程通道與自空氣進口進入流經殼程通道的新鮮空 氣通過換熱管管壁進行熱交換。這些現有技術將高溫換熱器的管板焊固於外殼 上，換熱管的溫差應力無法得到充分釋放，因此管板容易被拉裂變形、換熱管 易膨脹變形，甚至出現換熱管與管板拉脫等現象，嚴重的發展到設備無法正常 運轉。
申請人意識到上述製造技術的不足，並作了如下改良 請參閱中國專利第200620074662.4號，申請人將第一高溫段的前、後端 管板中至少一塊管板與外殼之間以活塞滑動的方式連接，通過將管板與外殼之 間以可作相對自由滑動的活塞運動，從而使換熱管的溫差應力得到較好的釋 放，使高溫換熱器可較長時間的穩定、可靠運行。然而，在實際使用過程中， 由於殼程中空氣的流向，第 一高溫段中的上部換熱管較下部換熱管的溫度高， 導致上部換熱管對前端管板的應力較下部換熱管的大，因此前端管板存在上下 傾斜的問題，並且由於管板與外殼間活塞滑動時存在摩擦力以及其他因素的影 響，從而導致前端管板上部、下部、四角、中間等各部分所承受的應力不同， 該高溫換熱器經過較長時間的運行後仍然存在局部開裂的可能，比如前端管板 上端兩角及上部中間因所承受的應力較大，可能比較容易開裂，從而一定程度 上影響高溫換熱器的使用壽命。
因此，確有必要提供一種能克服上述缺陷的換熱器設備。
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題在於提供一種運行可靠的高溫管式換熱器。
為解決上述問題，本實用新型採用如下技術方案 一種高溫管式換熱器， 其包括換熱器本體及分別連接於換熱器本體前、後方的管程進口部件與管程出 口部件，所述換熱器本體包括殼體、位於殼體前端與殼體相連接的前端管板、 位於前端管板後方且平行於前端管板並與殼體相連接的後端管板及位於殼體 內連通前端管板與後端管板的換熱管，所述管程進口部件及管程出口部件與換 熱管相通，所述換熱管之間的區域稱為管間，所述換熱器本體的前、後部分別
設有與管間相通的殼程出口部件及殼程進口部件，所述前端管板與殼體之間以 活塞滑動的方式連接並且包括數塊拼合在一起的子管板。
與現有技術相比，本實用新型高溫管式換熱器具有如下有益效果該高溫
管式換熱器通過將前端管板與殼體之間以活塞滑動的方式連接並且包括數塊 拼合在一起的子管板，從而很好的分散消除應力，使高溫管式換熱器工作穩定、 運行可靠。

圖1是本實用新型高溫管式換熱器的具體實施方式
的整體結構側視示意圖。
圖2是圖1所示高溫管式換熱器的整體結構俯^L示意圖。
圖3是圖1所示高溫管式換熱器的局部剖示示意圖，其主要體現第一高溫 段的殼體、第 一 高溫段的前端管板及管程進口部件的箱體之間的位置關係。
圖4是圖3所示高溫管式換熱器的第一高溫段的殼體、第一高溫段的前端 管板及管程進口部件的箱體之間位置關係的從前向後視角的平面示意圖。
圖5是圖1所示高溫管式換熱器的換熱管與管板焊接的剖示示意圖。
具體實施方式
請參閱圖1至圖5所示， 一種高溫管式換熱器，可用於彩色塗層鋼板生產 線中對高溫煙氣進行熱量回收，其包括換熱器本體1及分別連接於換熱器本體 1前後方的管程進口部件2與管程出口部件8。
換熱器本體1包括底座3、高溫區換熱器4、低溫區換熱器5及連接高溫 區換熱器4與低溫區換熱器5的中間連接體6及膨脹節，以及安裝於底座3上 支撐高溫區換熱器4、低溫區換熱器5及中間連接體6的支撐機構10。
高溫區換熱器4位於換熱器本體1的前部，其包括位於前方的第一高溫段 41及位於第一高溫段41後方與第一高溫段41相通的第二高溫段42,所述低 溫區換熱器5位於換熱器本體1的後部與高溫區換熱器4的第二高溫段42相 通，所述第一、二高溫段41、 42及低溫區換熱器5均設有殼體，殼體的前後 兩端均連接有管板，管板之間連通有換熱管13，換熱管13的兩端設有管口， 管板上對應換熱管13的管口設有管孔與換熱管13的管口相焊接(參圖5所 示)，其中高溫區換熱器4的換熱管13所使用的材質比低溫區換熱器5的換熱 管13所使用的材質更耐高溫。所述換熱管13之間的區域稱為管間。所述第一、
二高溫段41 、 42之間以及第二高溫段42與低溫區換熱器5之間分別由中空的 中間連接體6與膨脹節14相連接。所述中間連接體6與高溫區換熱器4的換 熱管及低溫區換熱器5的換熱管相連通，但所述中間連接體6與高溫區換熱器 4及低溫區換熱器5的管間均不相通，中間連接體6的側壁上開設有便於維修 的人孔15。
換熱器本體1的前端(即第一高溫-敝41的前端)具有煙氣進口，所述換 熱器本體1的後端(即低溫區換熱器5的後端)具有煙氣出口 。
第一高溫段41的殼體的前後兩端分別連接有前端管板12和位於前端管板 12後方且平行於前端管板的後端管板14。第一高溫段41的殼體後部設有與後 端管板14相連的膨脹節16,對應的換熱管具有與所述後端管板14相連的膨 脹管17。第一高溫段41的殼體的前部設有套筒410，所述前端管板12與套筒 410之間以活塞滑動的方式連接，即當該前端管板12受到換熱管13的推力或 拉力時可以相對於殼體向前或向後滑動，從而實現吸收熱膨脹的功能，具體請 參閱圖3及圖4所示。前端管板12包括數塊拼合在一起的子管板，本實施方 式中前端管板分成上下兩部分，即由上下兩塊子管板拼合而成。所述上下兩塊 子管板相拼合的位置分別焊接有與子管板相垂直的拼合板129,兩塊拼合板 129貼靠在一起且可相對移動。拼合板129之間可使用雲母等潤滑材料加以潤 滑及增加拼合板間的密封性。前端管板12的四周i殳有密封滑塊120,所述密 封滑塊120抵靠於套筒410的內壁上而與套筒410之間形成活塞機構而可相對 滑移。所述密封滑塊120包括焊接於前端管板12四周的垂直前端管板12的橫 板121,每一橫板121的前後兩端相對平行設有豎板122、 123，豎板122、 123 之間設有密封材料124，所述豎板122、 123與前端管板12相平行，且位於後 端的豎板123與橫板121相焊接，位於前端的豎板122未與橫板121相焊接， 而是通過螺栓螺母126將前後豎板122、 123鎖固在一起並夾持兩者之間的密 封材料124,從而形成密封結構，所述密封材料與套筒410的內壁相抵靠且可 相對滑動而形成滑動連接。所述密封滑塊120於前端管板12的下方設有支撐 前端管板12於套筒410上的支撐裝置128，所述支撐裝置128設有焊接在橫 板121上的滾輪或滑塊，從而與套筒410之間可相對移動，請參圖4所示。本 實施方式中套筒410的鋼板厚度比與套筒410相連的包圍換熱管13的殼體的 鋼板的厚度大，以提高其剛度，防止其在與前端管板12的滑動過程中變形。
第二高溫段42的殼體設有與其後端管板相連的膨脹節，對應的換熱管具有與 後端管板相連的膨脹管。第一、二高溫段41、 42之間設有中空的中間連接體 6,所述中間連接體6的前端通過膨脹節與第一高溫段41的後端管板14相連 接，後端與第二高溫段42的前端管板相連接。所述第一高溫段41的殼體設有 向上開口且與第一高溫段41的管間相通的殼程出口部件11,所述第一、二高 溫段41、 42的殼體下部設有連通第一、二高溫段41、 42管間的殼程底箱18, 所述殼程底箱18對應於第一、二高溫段41、 42之間的中間連接體6的位置也 設有膨脹節。所述第二高溫段42的殼體上部設有與第二高溫段42的換熱管管 間相通的殼程頂箱7。
上述低溫區換熱器5的前端管板與中間連接體6的後端連接，中間連接體 6的前端通過膨脹節與第二高溫段42的後端管板相連形成通路。低溫區換熱 器5的後方設有管程出口部件8,管程出口部件8的前端與低溫區換熱器5的 後端管板相連，管程出口部件8的後端設有煙氣排出口，所述低溫區換熱器5 的上部靠近管程出口部件8側設有向上開口且與低溫區換熱器5的管間相通的 殼程進口部件9，所述低溫區換熱器5的上部靠近中間連接體6側設有與低溫 區換熱器5的管間相通的殼程頂箱7，所述低溫區換熱器5的殼程頂箱7與第 二高溫段42的殼程頂箱7相連通，所述殼程頂箱7上也設有膨脹節。
上述第一高溫段41、第二高溫段42、低溫區換熱器5的殼體內還設有與 管板平行的支撐換熱管13的支撐板，所述支撐板上設有容換熱管13穿過的通 孑L，起到支撐換熱管的功能。所述低溫區換熱器5的殼體下部設有連通低溫區 換熱器5的換熱管管間的殼程底箱50。所述支撐板及管板的下方設有支撐換 熱器本體1的支撐機構10，所述支撐機構10包括有數個支座，所述支座可以 按照膨脹方向的需求設置成滾動支座或固定支座。
上述殼程進口部件9、低溫區換熱器5的管間、殼程底箱50、殼程頂箱7、 第二高溫段42的管間、殼程底箱18、第一高溫段41的管間及殼程出口部件 ll連通形成殼程通道。上述第一、二高溫段41、 42的換熱管、兩個中間連接 體6及低溫區換熱器5的換熱管連通形成管程通道。
上述管程進口部件2位於換熱器本體1的前方與換熱器本體1的煙氣進口 相通，即與換熱器本體1的換熱管13相通。該管程進口部件2包括有箱體20 及連接於箱體20 —側的方接圓23 ，所述箱體20包括前端板24、兩側板21 、
22、底板27及頂板28，所述方接圓23連接於箱體20的一側板22上。所述 方接圓23的開口為管程進口部件2的高溫煙氣入口，即高溫管式換熱器的高 溫煙氣入口。所述箱體20的後端與第一高溫段41的套筒410之間以活塞滑動 的方式連接，即第一高溫l殳41的殼體與管程進口部件2之間可以相對前後滑 移，從而實現吸收熱膨脹及設備應力的功能，具體請參閱圖3所示，所述箱體 20的兩側板21、 22及底板27、頂板28的後端內側壁i殳有一圈密封滑塊200， 所述密封滑塊200抵靠於套筒410外壁上而與套筒410之間形成活塞機構而可 相對滑移。所述密封滑塊200是於兩側板21、 22及底板27、頂板28的後端 內側壁分別設有前後兩塊平行於前端管板12的豎板201、 202,兩豎板之間設 有密封材料204,位於前端的豎板201與箱體20的兩側板21、 22及底板27、 頂板28焊接在一起，位於後端的豎板202未與箱體20相焊接，而是通過螺栓 螺母206將前後兩豎板201 、 202鎖固在一起並夾持兩者之間的密封材料204， 從而形成環狀密封結構。所述密封滑塊200的密封材料204與殼體套筒410的 外壁相抵靠且可相對滑動而形成活塞機構。所述箱體20的前端板24、兩側板 21、 22、底板27及頂板28的內外側分別焊有內筋板及外筋板210,所述內筋 板及外筋板210可提高箱體20的結構強度。所述側板21上設有便於維修的人 孔211。所述方接圓23的開口端設有與系統的焚燒爐(未圖示)的高溫煙氣 出口相連接的法蘭24。所述管程進口部件2的前部下方安裝有起支撐作用的 固定支座25,以限制管程進口部件2受熱後整體向前移動。管程進口部件2 的後部下方安裝有起支撐管程進口部件2的滾動支座26，以使管程進口部件2 受熱時可向換熱器本體1方向膨脹。所述箱體20的內側安裝有由內筋板進行 固定的保溫材料或耐熱材料等。所述箱體20的材料可以是碳鋼、不鏽鋼、鈦 材以及其它金屬材料。所述換熱器本體1及管程進口部件2、管程出口部件8 的外表面可包覆保溫材料，以更好的節約熱能，所述保溫材料可以是保溫棉等。 當高溫管式換熱器工作時，焚燒爐內的高溫煙氣從管程進口部件2的高溫 煙氣入口進入高溫管式換熱器，依次流經管程進口部件2、管程通道、管程出 口部件8，從管程出口部件8的煙氣排出口排出；外界新鮮空氣由鼓風機經低 溫區換熱器5的殼程進口部件9的開口進入，流經殼程通道後從第一高溫段 41的殼程出口部件11的開口排出進入系統的噴塗室(未圖示)用於噴塗固化 需要。在上述過程中新鮮空氣與高溫煙氣分別經低溫區換熱器5、高溫區換熱
器4換熱後，(實際上新鮮空氣與高溫煙氣是通過換熱管的管壁進行熱交換)， 新鮮空氣溫度上升到650。C左右，以符合噴塗工藝的要求，高溫煙氣從高溫煙 氣入口處的800。C左右下降到煙氣排出口處的300。C左右，以達到回收熱能的 目的。
在高溫管式換熱器工作的過程中，第一高溫段41的換熱管13承受很高的 溫度，因此可能出現較大的膨脹量，由於第一高溫段41的前端板管12與第一 高溫段41的殼體之間以活塞滑動的方式連接，從而可使兩者沿前後方向相對 滑移，實現對第一高溫段41的換熱管13熱膨脹的吸收。另外，由於第一高溫 段41的殼體與管程進口部件2之間以活塞滑動的方式連接，從而可使兩者沿 前後方向相對滑移，實現對換熱器本體l與管程進口部件2整體熱膨脹的吸收。 並且由於高溫區換熱器4包括了通過中間連接體6和膨脹節相連的第一、二高 溫段41、 42,從而使熱膨脹的吸收更加合理。更重要的是將第一高溫段41的 前端管板12設計成由上下兩塊子管板拼合的形式，使前端管板12所承受的應 力得到很好地分散消除，從而使高溫管式換熱器受熱後整體受力趨於平衡，使 高溫管式換熱器的總體膨脹量大大減小，從而改善系統因熱膨脹而導致出現管 板變形、換熱管和管板拉脫、管路變形等現象，使換熱器有比較長期的工作穩 定性和可靠性。
以上介紹的是本實用新型的較佳的實施方式，本實用新型也可以採用其他 實施方式，比如
第一高溫段41的後端管板14與殼體之間的連接或者第二高溫段42的管 板與殼體之間的連接也可以採用活塞滑動的方式連接。
前端管板的子管板的排列也可以釆用兩塊子管板左右排列拼合；或者四 塊子管板上下、左右排列拼合；或者三塊子管板呈上部兩塊左右排列及下部一 塊拼合在一起；等等。
後端管板與殼體之間也以活塞滑動的方式連接，從而使第一高溫段的前、 後端管板與換熱管可以一起從殼體中抽出，便於清洗及維修。
後端管板的結構也可以與前端管板的結構相同，並且後端管板與殼體之間 以活塞滑動的方式連接。
管程進口部件2也可以沒有箱體20而直接於換熱器本體1的前端連接方 接圓23，方接圓23的開口端設有與系統的焚燒爐(未圖示)的高溫煙氣出口
相連接的法蘭24。
換熱器本體1也可以包括如兩段、四段等多段換熱器。 高溫區換熱器也可以具有一段或者兩段以上。
換熱器本體1也可以為業界現有的一段式結構，即換熱器本體1僅具有前 後兩塊管板，管板之間連接有換熱管13，換熱器本體1的前端為煙氣進口， 後端為煙氣出口 ，換熱器本體1的殼體的後部設有與換熱管13管間相通的殼
程進口部件9，換熱器本體1的殼體的前部設有與換熱管13管間相通的殼程
出口部件11。
當然本實用新型並不僅限於上述幾種實施方式，此處不再——贅述。
權利要求1. 一種高溫管式換熱器，其包括換熱器本體及分別連接於換熱器本體前、後方的管程進口部件與管程出口部件，所述換熱器本體包括殼體、位於殼體前端與殼體相連接的前端管板、位於前端管板後方且平行於前端管板並與殼體相連接的後端管板及位於殼體內連通前端管板與後端管板的換熱管，所述管程進口部件及管程出口部件與換熱管相通，所述換熱管之間的區域稱為管間，所述換熱器本體的前、後部分別設有與管間相通的殼程出口部件及殼程進口部件，其特徵在於:所述前端管板與殼體之間以活塞滑動的方式連接並且包括數塊拼合在一起的子管板。
2. 如權利要求1所述的高溫管式換熱器，其特徵在於所述前端管板包括 呈上下或左右排列拼合在一起的兩塊子管板。
3. 如權利要求1所述的高溫管式換熱器，其特徵在於所述前端管板包括 呈上下、左右排列拼合在一起的四塊子管板。
4. 如權利要求1所述的高溫管式換熱器，其特徵在於所述前端管板包括 呈上部兩塊左右排列及下部一塊拼合在一起的三塊子管板。
5. 如權利要求1至4任一項所述的高溫管式換熱器，其特徵在於所述前端 管板的四周設有密封滑塊，所述殼體的前部設有套筒，所述密封滑塊抵靠於套 筒的內壁上且可相對滑移而於密封滑塊與套筒之間形成活塞機構，從而實現前 端管板與殼體之間以活塞滑動的方式連接。
6. 如權利要求5所述的高溫管式換熱器，其特徵在於所述前端管板的下 方設有支撐管板於套筒上的支撐裝置。
7. 如權利要求5所述的高溫管式換熱器，其特徵在於所述後端管板與殼 體之間也以活塞滑動的方式連接。
8. 如權利要求1至4任一項所述的高溫管式換熱器，其特徵在於所述拼合 在一起的子管板之間可相對移動。
9. 如權利要求8所述的高溫管式換熱器，其特徵在於所述子管板相拼合 的位置分別焊接有與子管板相垂直的拼合板，所述拼合板貼靠在一起。
10. 如權利要求9所述的高溫管式換熱器，其特徵在於所述拼合板之間設 有潤滑材料。
專利摘要本實用新型公開了一種高溫管式換熱器，其包括換熱器本體及分別連接於換熱器本體前、後方的管程進口部件與管程出口部件，所述換熱器本體包括殼體、位於殼體前端與殼體相連接的前端管板、位於前端管板後方且平行於前端管板並與殼體相連接的後端管板及位於殼體內連通前端管板與後端管板的換熱管，所述管程進口部件及管程出口部件與換熱管相通，所述換熱管之間的區域稱為管間，所述換熱器本體的前、後部分別設有與管間相通的殼程出口部件及殼程進口部件，所述前端管板與殼體之間以活塞滑動的方式連接並且包括數塊拼合在一起的子管板，從而很好的分散消除應力，使高溫管式換熱器工作穩定、運行可靠。
文檔編號F28D7/10GK201203369SQ20082011178
公開日2009年3月4日 申請日期2008年5月9日 優先權日2008年5月9日
發明者華 陸, 靜 陸, 顧安生 申請人:崑山市三維換熱器有限公司