[实用新型]一种高效碟环式换热器

说明书

技术领域

本实用新型涉及工业上进行热交换的装置，更具体涉及一种高效碟环式换热器。

背景技术

换热器是冶炼烟气制酸和化工系统硫酸生产中的重要设备，负责将转化后高温气体的热量传给未转化低温气体，使低温气体温度达到触媒的反应温度。高温气体的温度也被降到420℃左右，进入下一段转化。通过热量的交换实现整个过程的自热平衡。

目前工业上普遍使用的换热器，根据折流板的形式不同，分为圆缺式、碟环式、双肩式等等。

最常用的是圆缺式换热器，该类型换热器在硫酸生产中应用的最多，该产品技术成熟，应用时间长，很容易查到大量实验数据、和计算公式，很多设计公司都喜欢采用。但通过长期生产实践，发现该类型设备在换热效率、设备压力损耗等方面存有很多这些问题。具体而言，圆缺式换热器主要存有下述缺点：1.折流板为圆缺式，在折流板附近有一定量的滞流区，该处气体不流动，降低了设备的换热效率增加了压力降。2.圆缺式折流板限制了气体进出口的方位，增加了工艺配置的难度，经常需要增加管道长度，增加占地面积，使工程造价加大。随着制酸装置单系列大型化的发展，这些问题愈加突出，设计新型的高效换热器成为十分紧迫的问题。

而现有的碟环式换热器也存在很多缺陷，如换热管的布置截面或呈等三角形布置，或呈同心圆布置。该种排列方式有很多不足。三角形排列很容易引起气体短路现象。同心圆排列会有部分换热管相互重叠，气体流入时产生涡流，降低效率。

在换热管的管束区的中心和外侧周围没有足够的气体留存通道，导致换热气体在环形板和碟形板之间进行换热时，存在了更多的滞留区，有效的错流面积减少，传热效率低，无价值的压力损耗很多。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的在于提供一种高效碟环式换热器，其采用碟环式折流板和独特的换热管排列方式，而取得较高的换热效率和相对低的压力降，以避免前述现有换热器存在的上述缺点。

相应地，本实用新型提供一种高效碟环式换热器，包含有环形板、碟形板和纵向分布的换热管，其重点在于：该换热管为圆环状分布，该换热管分布的中心区域设有中央空腔，位于外围的换热管和该换热器的侧壁之间形成有外围空腔。

其中，该换热管为同心变径圆等节距排列，相邻的换热管之间的距离相等。

该高效碟环式换热器包含有进出气口，该进出气口处设置有气室，该气室和该外围空腔相连通，起到换热器膨胀节的作用。

本实用新型发明人从生产实际出发，根据传热原理，通过对传热效率、压力降等工艺性能的分析研究，采用流路分析技术和先进的管束设计方法，使换热器的传热效率、压力降等工艺性能有了进一步的优化，并确定了设备结构设计方法，建立了相应的传热理论和压力降计算数学模型，开发研制出了本实用新型所述的“高效碟环式换热器”。该高效碟环式换热器其壳程折流板设计为环形板和碟形板，两板交替安装。传热管分布采用先进的“同心变径圆等节距排列法”，即换热管分布在变径的同心圆上，相邻的各圈上的换热管之间的距离相等。气体错流通过管束时，各换热管均无短路现象，提高了换热效率，避免了管束自身对设备管口方位的限制。本实用新型可以取得较高的换热效率和相对低的压力降。

与普通圆缺式换热器相比，在传热系数相同时，压力降可减少23~28％，在压力降相同时，传热系数可提高30~50％。同时由于提高了传热系数{从圆缺式的18W/(m²·℃)提高到21~27W/(m²·℃)}，使传热面积减少了15~30％。

更具体而言，本实用新型所述高效碟环式换热器具有以下优点：

1.换热管采用同心变径圆等节距螺线形排列，使每根换热管均具有良好的换热条件。当气体错流通过管束时，各换热管均无短路现象，有利于提高换热效果，避免管束自身对设备管口方位的限制。

2.管束区的中心和外侧圆周均留有较合适的气体通道，即设置中央空腔和外围空腔，使进入壳程的气体在流动过程中充分换向，降低无价值的压力损耗。气体错流通过管束时滞流区也减少，换热管有效错流面积加大，提高了传热效率。

3.由于中央空腔的设置，即在中心不布管，所以上、下管板刚度大，对于大直径的换热器，管板厚度可以减薄。

4.由于折流板为碟形和环形，壳程气体进出口的位置可以设在任意角度，工艺配置紧凑。

5.壳程进出气口处设置气室，该气室既可以使气体分布均匀，又可以代替普通换热器中的膨胀节。