U形热管换热元件及与静电除尘器一体化的U形热管换热器

摘要

U形热管换热元件及与静电除尘器一体化的U形热管换热器，所述U形热管换热元件由一个整体弯曲成型的180°的弯头和两个连续延伸的直段组成，所述U形热管换热器包括冷却工质进口集箱、热工质出口集箱以及连通冷却工质进口集箱和热工质出口集箱的多个冷却工质套管，还包括所述的多个U形热管换热元件作为热管，热管的上部插入冷却工质进口集箱，并插入冷却工质套管内，热管的两个直段顶端封焊并插入热工质出口集箱内；热管未插入冷却工质进口集箱内的部分为蒸发吸热段，插入冷却工质进口集箱内的部分为冷凝放热段；蒸发吸热段安装在静电除尘器的进口扩展段中段内部，冷凝放热段置于静电除尘器的进口扩展段中段烟道外上部；本发明适合火电厂、石油化工等大型装备的换热器结构。

说明书

技术领域

本发明涉及热管换热器技术领域，具体涉及一种U形热管换热元件及与静 电除尘器一体化的U形热管换热器。

背景技术

锅炉以及工业过程的烟气在流过受热面时，其热量分配受到一定的限制， 导致空气预热器出口及除尘器入口烟气温度偏高，为了使烟气中的热量得到充 分地利用，可以通过在除尘器入口段喇叭口前的烟气通道中设置余热回收装置 的方式来实现。但是，有些情况下，受空间所限，烟道布置极其紧凑，在空气 预热器和除尘器入口段喇叭口之间缺少烟道直段布置余热回收装置；有时虽然 设计有烟道直段，但是，由于烟道直段上方布置了脱硝反应器，余热回收装置 受到极大限制。有鉴于此，本专利提出将余热回收装置布置于除尘器入口段喇 叭口中间位置，通过吸收烟气热量降低烟气温度，可以有效地降低灰尘比电阻； 同时因为烟气温度的降低，烟气的体积流量也减少，同时进入静电除尘器的烟 气流速也降低，这2种效应都可以明显提高静电除尘器的除尘效率。

若将余热回收装置布置于静电除尘器的烟气入口段喇叭口中间，传统上一 般选用水管换热器，水管换热器管束也可以设计成H型、螺旋形、针形翅片、 板形翅片或耦合翅片等扩展受热面，结构紧凑，钢耗量低，但是水管换热器管 束中充满了液体工作介质，一旦因管束磨损和腐蚀减薄后发生水管换热器爆漏 后，整个系统中的液体工质泄露可能引起除尘器飞灰泄放阀堵塞的现象，导致 设备的非计划强迫停炉；而热管换热器即使发生爆漏，因热管内充填的工作液 体质量很少，且受烟气加热而迅速蒸发，不会造成静电除尘器飞灰泄放阀堵塞 的现象，避免了由此引起的非计划强迫停炉。

热管是一个高效率的传热元件，其传热过程利用了传热学中相变潜热的蒸 发吸热和冷凝放热的两个最强烈的过程，具有极高的导热性、良好的等温性、 冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度可控等一系列优点。热 管的工作原理：热管于蒸发吸热端吸收烟气热量，并将热量传递给管内工质， 工质吸热后沸腾或蒸发而转变为蒸汽，蒸汽在压力差的作用之下上升到冷凝放 热端，蒸汽在热管放热端凝结成液态放出热量，加热放热端外部的冷流体，而 管内蒸汽放热后的冷凝液通过重力作用回流到蒸发吸热端，由于内部已被抽成 真空或设置成一定压力，所以工质很容易蒸发和沸腾，热管的启动非常迅速。

但是，在长期使用中热管普遍为直管结构，在直管中充填工作液体，需要 两端封焊；直管结构的热管，管内工质传热极限固定，不能适应温度变化工况； 直管结构的热管，在换热器中呈悬臂梁状态，刚性小，只适应小型换热器，并 不适合火电厂、石油化工等大型装备的换热器结构；同时，单根直管结构的热 管，需要两端封焊，当换热器管束密集时，焊接工作量成倍增长，生产周期长， 限制了大形热管换热器的设计和制造生产，致使长期以来直热管只能适用于小 尺寸换热器，热管换热器的大型化受到极大限制。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种U形热管 换热元件及与静电除尘器一体化的U形热管换热器，适合火电厂、石油化工等 大型装备的换热器结构。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种U形热管换热元件，由一个整体弯曲成型的180°的弯头和两个连续 延伸的直段组成。其扩展受热面采用H型、螺旋形、针形翅片、板形翅片或耦 合翅片形。

与静电除尘器一体化的U形热管换热器，包括冷却工质进口集箱4、热工 质出口集箱1以及连通冷却工质进口集箱4和热工质出口集箱1的多个冷却工 质套管3，还包括将上述所述的多个U形热管换热元件作为热管2，所述热管2 的上部插入冷却工质进口集箱4，并插入冷却工质套管3内，所述热管2的两个 直段2-2顶端封焊并插入热工质出口集箱1内；热管2未插入冷却工质进口集箱 4内的部分为蒸发吸热段，插入冷却工质进口集箱4内的部分为冷凝放热段；所 述蒸发吸热段安装在静电除尘器的进口扩展段中段烟道内部，所述冷凝放热段 置于静电除尘器的进口扩展段中段烟道外上部。

所述热管2通过中间隔板5固定在静电除尘器的进口扩展段中段烟道内部。

所述热管2的180°弯头平面布置在垂直于烟气流通方向或平行于烟气流通 方向。

所述热管2的蒸发吸热段管外侧采用H型、螺旋形、针形翅片、板形翅片 或耦合翅片形扩展受热面。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明采用U型热管换热，U形热管在结构上等同于2根直热管，但系 统刚性增加，适合火电厂、石油化工等大型装备的换热器结构，而单根直热管 在换热器中呈悬臂梁状态，刚性小，只适应小型换热器。

2、本发明采用U型热管换热，与采用单根直热管相比，每根U型热管在 结构上等同于2根直热管，而只需要封焊2个管端，2根直热管需要封焊4个管 端，因此，管端封口焊接工作量减少一半。

3、本发明采用U形热管置于烟道当中可以根据流通截面的温度不均匀分布 调节U形热管两个直段中的蒸发传热极限，使之成为变传热极限的U形热管， 比单根直热管具有明显的传热安全性。

4、本发明U形热管换热器设置在静电除尘器的进口扩展段中段，一旦因磨 损或腐蚀而发生壁厚减薄而爆管，单根U形管爆漏并不影响整体换热器的长周 期安全运行，同时，即使发生爆漏，因U形管管内充填的工作液体质量很少， 且受烟气加热而迅速蒸发，不会造成像水管换热器爆漏后大量水泄露可能引起 除尘器飞灰泄放阀堵塞的现象，避免了由此引起的设备非计划强迫停炉。

5、本发明换热器布置于除尘器的进口扩展段中段，可以充分利用电除尘器 进口的烟道空间，不增加额外的占地空间。

6、本发明U型热管换热器取代了静电除尘器入口段喇叭口内均流板的作 用，起到均流、扩展换热、急冷降温的作用，可以有效地在降低排烟温度的同 时完成余热回收，具有降温节能和除尘增效的双重功能，并能实现长周期安全 高效运行。

7、本发明采用模块化设计，结构紧凑，便于安装与拆卸。

附图说明

图1是单只U形热管换热元件。

图2是本发明安装布置时的外形示意图。

图3是本发明中换热器的结构示意图。

图4是本发明换热器与静电除尘器一体化安装的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明一种U形热管换热元件，由一个整体弯曲成型的180 °的弯头2-1和两个连续延伸的直段2-2组成。其扩展受热面采用H型、螺旋形、 针形翅片、板形翅片或耦合翅片形。

如图2和图3所示，本发明与静电除尘器一体化的U形热管换热器，包括 冷却工质进口集箱4、热工质出口集箱1以及连通冷却工质进口集箱4和热工质 出口集箱1的多个冷却工质套管3，还包括将上述所述的多个U形热管换热元 件作为热管2，所述热管2的上部插入冷却工质进口集箱4，并插入冷却工质套 管3内，所述热管2的两个直段2-2顶端封焊并插入热工质出口集箱1内；热管 2未插入冷却工质进口集箱4内的部分为蒸发吸热段，插入冷却工质进口集箱4 内的部分为冷凝放热段；所述蒸发吸热段安装在静电除尘器的进口扩展段中段 烟道内部，所述冷凝放热段置于静电除尘器的进口扩展段中段烟道外上部。

作为本发明的优选实施方式，所述热管2通过中间隔板5固定在静电除尘 器的进口扩展段中段内部，实现烟气密封。

作为本发明的优选实施方式，所述热管2的180°弯头平面布置在垂直于烟 气流通方向或平行于烟气流通方向。

作为本发明的优选实施方式，所述热管2的蒸发吸热段管外侧采用H型、 螺旋形、针形翅片、板形翅片或耦合翅片形扩展受热面。

如图4所示，为本发明换热器与静电除尘器一体化安装的结构示意图，可 以充分利用电除尘器进口的烟道空间，不增加额外的占地空间。

本发明的工作原理为：热管2的蒸发吸热段安装在静电除尘器的进口扩展 段中段烟道内部，吸收烟气的热量，热量经由U型热管壁传递给热管内部工作 介质，工作介质吸收热量后温度升高蒸发成蒸汽，蒸汽在压差产生的作用力下 上升至冷凝放热段，U型热管中蒸汽冷凝并向外释放出汽化潜热，热管2外侧 的冷却工质套管3中充满冷却工质，在热管2上部进行对流换热，加热冷却工 质套管3中的冷却工质，蒸汽冷凝后依靠重力作用回到蒸发吸热段，如此循环 往复，将烟气中的热量源源不断的传递给冷却工质，使冷却工质得到加热，烟 气余热得到有效利用。