一种壳管式三相换热器
阅读说明：本技术 一种壳管式三相换热器 (Shell and tube type three-phase heat exchanger ) 是由 谷军强 其他发明人请求不公开姓名 于 2019-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种壳管式三相换热器,包括中空的换热器壳筒体板、管板、端盖板、轴向设置的高低温区换热分隔板、相区分隔上板和相区分隔下板、保温充填材料层,所述高低温区换热分隔板将所述换热器壳筒体板内部分隔成相互连通的低温换热区和高温换热区,所述低温换热区和高温换热区内分别轴向设有缸套水换热管与烟气换热管,所述缸套水换热管两端分别与缸套冷却介质进水腔和缸套冷却介质出水腔相连通,所述烟气换热管两端分别与烟气进气腔和烟气出气腔相连通。本发明采用分品位梯级分流传热,能够同时将缸套冷却介质余热和烟气余热依次传递给用户侧载热介质,可实现余热资源的高效利用。(The invention relates to a shell-and-tube three-phase heat exchanger which comprises a hollow heat exchanger shell and cylinder plate, a tube plate, an end cover plate, a high-low temperature region heat exchange separation plate, a phase region separation upper plate, a phase region separation lower plate and a heat insulation filling material layer, wherein the high-low temperature region heat exchange separation plate, the phase region separation upper plate, the phase region separation lower plate and the heat insulation filling material layer are axially arranged, the high-low temperature region heat exchange separation plate separates the interior of the heat exchanger shell and cylinder plate into a low-temperature heat exchange region and a high-temperature heat exchange region which are mutually communicated, a cylinder sleeve water heat exchange tube and a flue gas heat exchange tube are axially arranged in the low-temperature heat exchange region and the high-temperature heat exchange. The invention adopts the fractional grade step fractional flow heat transfer, can simultaneously and sequentially transfer the cylinder sleeve cooling medium waste heat and the flue gas waste heat to the heat-carrying medium at the user side, and can realize the high-efficiency utilization of waste heat resources.)
技术领域
本发明涉及一种换热器，特别是涉及一种壳管式三相换热器。
背景技术
节能与环保是当代全球关注的重要课题，我国是最大的发展中国家，人均能源占有量很匮乏，节约能源并为后代保护资源势在必行。余热资源是指具有一定温度的排气、排液和高温待冷却的物料所包含的热能，目前条件下有可能回收和重复利用而尚未回收利用的那部分能量，主要有烟气余热、冷却介质余热、废气废水余热等。余热资源不仅取决于能量本身的品位，还取决于生产发展情况和科学技术水平。
煤矿瓦斯发电机组余热主要有三部分，其一是中冷水余热，其余热品位较低(≤50℃)，余热量占比较小(≤5％)，不适合采用传热技术开发利用；其二是瓦斯发电机缸套冷却介质，其余热品位在80℃以上，可直接采用传热技术利用；其三是瓦斯发电机组高温烟气余热(≥450℃)，更适合采用传热技术回收利用。回收的热量可用于煤矿自身的生产和生活用热，如洗澡用水(水温约40℃)、进风井口防冻供热(进风温度≥2℃)与建筑采暖供热需求(室内温度≥18℃)等。
目前，煤矿瓦斯发电机组缸套冷却介质余热采用水-水板式换热器回收利用，而烟气余热多采用烟气蒸汽锅炉方式回收利用后，再通过汽-水换热器才能制备成热水热源。上述回收方式存在如下几个问题：需设置两套换热装置，系统复杂；烟气余热锅炉烟气出口温度一般控制在150℃以上，余热利用不充分；烟气余热蒸汽仍需二次换热，换热损失较大。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，在充分研究和掌握瓦斯发电机组余热产生机理与规律的基础上，提出一种壳管式三相换热器，以采用分品位梯级分流传热技术，通过三相式换热装置，将瓦斯发电机组的缸套冷却介质余热和烟气余热依次传递给用户侧载热介质，从而实现余热资源的高效利用。
为实现上述目的，本发明提供了一种壳管式三相换热器，包括中空的换热器壳筒体板、设置在所述换热器壳筒体板两端的管板、设置在所述管板外侧的端盖板、轴向设置在所述换热器壳筒体板内的高低温区换热分隔板、轴向设置在管板与端盖板之间的相区分隔上板和相区分隔下板、填充在所述相区分隔上板和相区分隔下板之间的保温充填材料层，所述相区分隔下板分别与两侧的管板和端盖板之间形成缸套冷却介质进水腔和缸套冷却介质出水腔，所述相区分隔上板分别与两侧的管板和端盖板之间形成烟气进气腔和烟气出气腔，所述高低温区换热分隔板将所述换热器壳筒体板内部分隔成相互连通的低温换热区和高温换热区，所述低温换热区一侧与高温换热区一侧的换热器壳筒体板上分别设有用户侧热载体入口管与用户侧热载体出口管，所述低温换热区和高温换热区内分别轴向设有缸套水换热管与烟气换热管，所述缸套水换热管两端分别与缸套冷却介质进水腔和缸套冷却介质出水腔相连通，所述烟气换热管两端分别与烟气进气腔和烟气出气腔相连通，所述缸套冷却介质进水腔、缸套冷却介质出水腔、烟气进气腔及烟气出气腔外侧分别设有缸套冷却介质入口管、缸套冷却介质出口管、烟气入口管及烟气出口管。
优选地，所述烟气出气腔内底部设有烟气凝露水排水管。
优选地，所述端盖板为圆心在近管板一侧的弧形。
优选地，所述低温换热区和高温换热区内均交错设有热载体流道分隔板。
优选地，所述烟气出气腔内设有锌块。
优选地，所述缸套冷却介质入口管、缸套冷却介质出口管、烟气入口管及烟气出口管均设置在所述端盖板上。
优选地，所述用户侧热载体入口管与用户侧热载体出口管均设置在远离低温换热区和高温换热区连通一端的换热器壳筒体板上。
基于上述技术方案，本发明的优点是：
1、本发明的壳管式三相换热器采用高温水-高温烟气-水三相同时且直接换热方式，降低了烟气排出温度，提高系统换热效率，余热利用更充分，换热设备占地面积小；
2、壳管式三相换热器集瓦斯发电机组的缸套冷却介质余热回收和烟气余热回收两套系统为一体，大大简化回收装置和回收工艺流程，大幅度降低设备和工程的投资成本；
3、通过壳管式三相换热器回收的余热可直接使用，无需设置二次换热设备，降低换热损失，从而进一步提升余热利用率；
4、本发明的壳管式三相换热器换热设备结构形式简单，使用寿命长，维护和维修成本低；
5、本发明的壳管式三相换热器无需消耗任何能源，无运行成本，经济效益高。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为壳管式三相换热器结构示意图；
图2为壳管式三相换热器截面示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明利用多相传热原理提出一种新型的壳管式三相换热器，采用分品位梯级分流传热，通过三相换热器将瓦斯发电机组的缸套冷却介质余热和烟气余热依次传递给用户侧载热介质，可用于煤矿防冻、采暖和洗浴等用热，从而实现余热资源的高效利用。如图1～图2所示，其中示出了本发明的一种优选实施方式。
具体地，本发明的壳管式三相换热器包括中空的换热器壳筒体板5、设置在所述换热器壳筒体板5两端的管板12、设置在所述管板12外侧的端盖板11、轴向设置在所述换热器壳筒体板5内的高低温区换热分隔板3、轴向设置在管板12与端盖板11之间的相区分隔上板13和相区分隔下板18、填充在所述相区分隔上板13和相区分隔下板18之间的保温充填材料层14。
如图1所示，所述相区分隔下板18分别与两侧的管板12和端盖板11之间形成缸套冷却介质进水腔21和缸套冷却介质出水腔22，所述相区分隔上板13分别与两侧的管板12和端盖板11之间形成烟气进气腔19和烟气出气腔20，所述高低温区换热分隔板3将所述换热器壳筒体板5内部分隔成相互连通的低温换热区和高温换热区，所述低温换热区一侧与高温换热区一侧的换热器壳筒体板5上分别设有用户侧热载体入口管1与用户侧热载体出口管2，所述低温换热区和高温换热区内分别轴向设有缸套水换热管4与烟气换热管6。
所述缸套水换热管4两端分别与缸套冷却介质进水腔21和缸套冷却介质出水腔22相连通，所述烟气换热管6两端分别与烟气进气腔19和烟气出气腔20相连通，所述缸套冷却介质进水腔21、缸套冷却介质出水腔22、烟气进气腔19及烟气出气腔20外侧分别设有缸套冷却介质入口管10、缸套冷却介质出口管9、烟气入口管8及烟气出口管7。
由于烟气温度降到了其凝露点以下，在烟气出气腔20内出现凝露水，所以在烟气出气腔20内底部设有烟气凝露水排水管16。由于凝露水腐蚀性严重，本发明在烟气出气腔20内部设置了锌块17，可减缓金属腐蚀程度。
优选地，所述端盖板11为圆心在近管板12一侧的弧形，所述缸套冷却介质入口管10、缸套冷却介质出口管9、烟气入口管8及烟气出口管7均设置在所述端盖板11上，便于接水管或气管。为降低流速强化换热，所述低温换热区和高温换热区内均交错设有热载体流道分隔板15。优选地，所述用户侧热载体入口管1与用户侧热载体出口管2均设置在远离低温换热区和高温换热区连通一端的换热器壳筒体板5上，以获得较大的换热区域距离，增加换热时间，强化换热。
如图2所示，在壳管式三相换热器工作时，用户侧低温热水(≧45℃)从壳管式三相换热器下部的用户侧热载体入口管1进入壳管式三相换热器的低温换热区(壳筒体下部)内，经热载体流道分隔板15导流，流经缸套水换热管4外侧与缸套水换热管4内侧的缸套冷却介质(≧80℃)进行水-水传热，使用户侧热水得热升温，再进入壳管式三相换热器的高温换热区(壳筒体上部)内。同时瓦斯发电机组缸套水失热降温，再回瓦斯发电机组缸套冷却装置起冷却作用，进入壳管式三相换热器的高温换热区(壳筒体上部)内的用户热水(≧55℃)，经热载体流道分隔板15导流，流经烟气换热管6外侧与烟气换热管6内侧的高温烟气(≧450℃)进行烟气-水传热，使用户侧热水再次得热升温，获取用户所需的供热热源(≧65℃)，同时烟气失热降温，理论上，烟气温度至少可降至75℃。
本发明的壳管式三相换热器采用高温水-高温烟气-水三相同时且直接换热方式，降低了烟气排出温度，提高系统换热效率，余热利用更充分，换热设备占地面积小；壳管式三相换热器集瓦斯发电机组的缸套冷却介质余热回收和烟气余热回收两套系统为一体，大大简化回收装置和回收工艺流程，大幅度降低设备和工程的投资成本；通过壳管式三相换热器回收的余热可直接使用，无需设置二次换热设备，降低换热损失，从而进一步提升余热利用率；本发明的壳管式三相换热器换热设备结构形式简单，使用寿命长，维护和维修成本低；本发明的壳管式三相换热器无需消耗任何能源，无运行成本，经济效益高。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
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