[发明专利]一种管式高效换热器

说明书

本发明提供了列管式换热管填装新型填料，显著提升传热效率的高效换热器简单改装方法。开发并验证了新型球形丝网填料和内舌弓环形填料是最具开发潜力换热器强化传的高效填料，在优化工艺条件下其对流传热系数和换热量可比空管提高200％左右。根据强化传热性能的评价准则(PEC)综合评价结果，可以得出当雷诺数小于7000时，内径25mm单管中填充内径20mm内舌弓环形填料和内径25mm的内舌弓环形填料与内径25mm球形丝网填料组合的综合传热性能显著优于线圈内插物。本发明对于高效换热器的研发及现有管式换热器换热效率的提升具有重要的指导意义和应用价值，符合简单方便、经济高效的应用要求。

技术领域

本发明涉及新型扰流元件与列管式换热器组合强化传热性能的高效节能装备开发，适用于单相或多相流体对流传热、蒸汽冷凝对流传热，属于热交换技术领域。

背景技术

换热器在化工投资中占用相当大的比重，提高换热器热性能有助于减少设备投资、充分利用回收和利用余热、节能降耗、节省空间和建筑承重。据统计，在热电厂中，如果将锅炉也作为换热设备，则换热器的投资约占整个电厂总投资的70％左右，在一般的石油化工企业中，换热器的投资要占全部投资的40％-50％，在现代石油化工企业中约占30％-40％，在制冷空调系统的四大部件中有两件是换热器。列管式换热器是工业换热的常用设备，管式换热器具有选材范围广、换热表面清洗方便、适应性强、处理能力大、以及耐高温、耐高压等优点，在换热设备中占据主导地位。换热过程强化是高效节能装备开发的主要方向之一。在无功强化技术中，管式换热器的内外管增加翅片可以提高换热效果，但是带翅片的换热管加工复杂，易结垢影响换热效率，且难清洗。为了克服这些缺点，有很多类似翅片的内插物替代翅片内置于换热管内。在换热器中已有放入圆盘形薄片、螺旋线、纽带螺旋片、金属网、螺旋刷、静态混合器、交叉锯齿带、梯形带、绕花丝、扁铁、麻花铁、星型等多种内插物以提高换热效率的研究和发明，这些内插物实际是因为增加了流体扰动而达到强化换热效果的，且大部分存在结构复杂、结垢不易清洗和换热效率提高不大的缺点，只有纽带和螺旋线内插物，其结构简单、强化换热效果明显。但是，安装内插物的工业换热器实际应用很少。

发明内容

针对以上不足，本发明提供了一种以自己的专利产品多孔空心球形金属丝网填料和内舌弓环形填料作为新型扰流元件，装填于管式换热器内管中(所装填料内插物的外径小于换热管的内径)，提升普通列管式换热器换热效率而形成高效节能换热器装备。

通过单相对流强化传热和蒸汽冷凝对流强化传热实验证明球形丝网填料和内舌弓环形填料这两种新型扰流元件强化传热效果显著，最高可将换热系数提高到空管的三倍左右。球形丝网填料的多孔空心体球形结构，多向同性，可以明显的扰动流体，也可通过球表面分流冷凝液很大程度避免了壁流导致的液膜传热阻力，可大幅提高换热系数，同时填料可以通过与管壁的很好接触传递热量增加换热面积。单管实验结果表明在层流区域球形丝网填料具有显著强化换热作用；内舌形弓环形填料特殊的内舌结构不但可以大幅增加换热面积，而且内舌结构可以大大强化扰流，以及分流冷凝液减少壁流液膜厚度，在各种情况下均具有更明显换热强化作用。

与线圈内插物相比，球形丝网填料在层流区域表现为强化传热更明显，而内舌弓环形填料在整个流体流动状态下强化传热更明显。实验表明球形丝网填料带来的流体阻力比较大(可通过孔眼或球的直径调节或混装调节优化)，而内舌弓环形填料的流体阻力与线圈内插物相近。因此，单独的球形丝网填料或内舌弓环形填料或其混装物均可以显著提高综合换热系数，具有比线圈等内插物更好的应用效果。多孔空心金属球形丝网和内舌弓环形填料可分别直接放置在管内，也可以用一根金属丝串联；多孔空心金属球形和内舌弓环形填料分别连续串在一起，也可以间隔串在一起，间隔距离范围为0-5倍多孔空心金属球形和内舌弓环形填料外径；另外多孔空心金属球形和内舌弓环形填料可同时直接装配在同一根管体内，也可以用金属线串在一起放置，相邻多孔空心金属球形和内舌弓环形填料个数的比例范围是5∶1-1∶5，这些配装及混装形式均具有显著提升换热效率的效果。