CN116839391B - 一种立式蒸发器 - Google Patents
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Abstract
本申请提供的包括一种立式蒸发器，包括上、下贯通的主体外壳，设置在主体外壳内的换热管，固装在主体外壳上的连管，主体外壳内设置有竖直的烟气通道，在烟气通道内设置设置换热管，换热管的上端固接连管，管热管的下端为自由端。在废烟气温度产生波动的时候换热管能够承受热胀冷缩产生的疲劳应力，避免换热管由于多次的热胀冷缩下管路与蒸发器内壁焊接处断裂的现象发生，保证换热效率的同时延长换热管的使用寿命。
Description
技术领域
本申请属于换热技术领域，涉及用于高温冶金废烟气处理的蒸发器，具体是一种立式蒸发器。
背景技术
目前国内绝大多数钢铁冶金行业的废烟气具有压力高、温度高、含有腐蚀性的硫、酸等物质，含有粉尘量大易爆等特点，在进入除尘装置之前必须经过降温才能排除以上安全隐患，使其安全且长周期稳定运行。通常高温冶金废烟气的温度在800℃至1000℃，最高时可达1600℃，由于高温冶金废烟气的温度波动范围较大，会造成换热管反复热胀冷缩，换热管与蒸发器内壁焊接处反复伸缩变形，容易损伤蒸发器，尤其是容易造成换热管与蒸发器内壁焊接处断裂。
经过检索，发现以下相近技术领域的现有技术：工业废气余热回收换热装置（CN103868377A），对比可知，对比文件与本专利申请要解决的核心技术问题不同，且采用的技术手段不同，可产生的技术效果也不同。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本申请提供一种立式蒸发器。
一种立式蒸发器，其特征在于：包括上、下贯通的主体外壳，设置在主体外壳内的换热管，固装在主体外壳上的连管，主体外壳内设置有竖直的烟气通道，在烟气通道内设置设置换热管，换热管的上端固接连管，管热管的下端为自由端。
通过采用上述技术方案，高温冶金废烟气由蒸发器底部的烟气入口进入主体外壳，通过主体外壳内的烟气通道竖向向上流动，最后由顶部的烟气出口流出，在主体外壳内设置有多条竖直的换热管，管热管方向与烟气流动方向一致，减小换热管受到烟气的冲击，换热管热胀冷缩的较大变形量在竖直方向上，换热管与蒸发器内壁一端连接、另一端不连接的方式，这样换热管下端的自由端获得伸缩空间，有效避免了焊接处反复受力造成的断裂。
优选的，所述换热管为横纵间隔的多根，横向并排的多根换热管上端连接到同一连管；多根连管纵向间隔设置。
通过采用上述技术方案，横纵间隔的多根换热管均匀间隔设置在蒸发器内部，保证对进入蒸发器的内各位置的高温冶金废烟气的换热效力，有效的进行换热处理。
优选的，所述换热管包括内管和外管，内管同轴设置在外管内部，内管的下端连通外管，内管与外管的上端不连通，内管的上端连接低温工质的输入连管，外管的上端连接高温工质输出连管。
通过采用上述技术方案，换热管是底部连通的双层管结构，低温工质从内管进入连通到外管，外管通过外壁与烟气换热，受热后的工质温度升高由液态转化为气态，从外管输出，内管和外管的实质保证工质的流动方向顺畅稳定，达到更好的换热效果。
优选的，所述连管两端分别连接上升集箱和下降集箱。
通过采用上述技术方案，下沉集箱用于存放及输送温度较低的液体工质，将液体工质输送给换热管，通过内层连管进入换热管的内管流动至换热管底部，换热管内的工质受热后转化为气态通过外管上升，将高温的气体工质输送到上升集箱，上升集箱和下降集箱分别连接多根连管，集中处理效率更高。
优选的，所述连管包括外层连管，以及同轴设置在外层连管内的内层连管，在外层连管内部的内层连管一端封闭设置，内层连管的另一端延伸至外层连管外部连接一下降集箱；外层连管接近下降集箱的一端封闭设置，外层连管的另一端连接设置在主体外壳外侧的上升集箱；内层连管连通换热管的内管，外层连管连通换热管的外管。
通过采用上述技术方案，连管分为内外双层管结构，分别连接换热管的内外双层管，相互配合，使高温工质和低温工质流向稳定顺畅，保证工作效率。
优选的，所述换热管下端均设置有封头，封头厚度大于换热管外壁的壁厚，封头设置为球面结构。
通过采用上述技术方案，换热管的下端为自由端，进入主体外壳的高温冶金废烟气会首先冲击换热管下端面，为了防止换热管损伤，采用加热、旋压的热封工艺形成封头，使封头厚度增大，具有更强的耐冲击性能，而且将封头设置为球面结构对高温冶金废烟气形成导流作用，减轻冲击力。
优选的，所述在换热管外同轴安装套管，套管外设置有翅片。
通过采用上述技术方案，在换热管外安装设置有翅片的套管，利用翅片与烟气接触面积增加换热面积，解决了换热管方向与烟气方向相同时换热面积小的问题。
优选的，所述翅片为连续设置的螺旋翅片。
通过采用上述技术方案，螺旋翅片的结构是连续平缓的弧面结构，这样在保证换热效率的同时，烟气中夹杂的灰渣随着温度降低而沉降，掉落在螺旋形翅片上的灰渣沿翅片弧面滑落不易积灰，积灰过多会影响换热结构的效率。
优选的，所述换热管的下端与主体外壳的下端之间留有间距。
通过采用上述技术方案，该间隙的距离大于换热管允许运行温度范围内产生的最大热胀的变形长度，保证在换热管受热伸长变形到大长度时，也不会顶在底部的结构的内壁上，有效防止损伤换热管。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、本申请的套管式蒸发器作为一种工业废烟气降温装置，在废烟气温度产生波动的时候换热管能够承受热胀冷缩产生的疲劳应力，而且能够承受大颗粒重金属粉尘的冲刷。
2、本技术方案通过换热管与蒸发器外形的排布设计，解决了高温烟气进入至蒸发器后、以及不同温度的烟气在批次处理时，蒸发器内部换热管由于多次的热胀冷缩下管路与蒸发器内壁焊接处断裂的现象发生，延长换热管的使用寿命。
3、本申请的立式蒸发器采用套管结构设置螺旋翅片，保证良好的换热效率，快速换热降低烟气温度，从而避免内部压力过大，蒸发器外壁具有良好的密封效果以保证内部易燃易爆介质废烟气不能泄漏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请的内部结构主视图。
图2是图1中的A部局部放大示意图。
图3是图1中的B部局部放大示意图。
图4是本申请中套管结构示意图。
图5是图1的内部结构右视图。
附图标记：1、下降集箱；2、内层连管；3、主体外壳；4、保温层；5、外层连管；6、上升集箱；7、换热管；701、内管；702、外管；703、封头；8、套管；801、翅片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
一种立式蒸发器，包括主体外壳3、换热管7、连管以及集箱，主体外壳3内设置有烟气通道，烟气通道内置有换热管7，换热管7通过连管外接集箱，换热工质通过换热反复转换形态，在集箱和换热管7内循环。
在主体外壳的内壁均匀设置有保温层4，防止内部的高温烟气的热量向主体外壳的外部流失，并且保护主体外壳免受烟气直接冲击。
主体外壳3为上、下贯通的圆柱筒形结构，在主体外壳3的底部设置有烟气入口，在主体外壳3的顶部设置有烟气出口，主体外壳3内的烟气通道竖直设置；高温冶金废烟气由蒸发器底部的烟气入口进入主体外壳3，竖向向上流动，最后由顶部的烟气出口流出；高温高压的冶金废烟气上升过程中温度及压力下降，烟气中夹杂的灰渣会脱离烟气下沉，多数灰渣掉落回底部定期清理排出；
在主体外壳3内设置有多根竖直的换热管7，管热管的设置方向与烟气流动方向一致，减小换热管7受到烟气的冲击；
换热管7的上端分别连接到连管，连管固装在主体外壳3上部，连管两端延伸至主体外壳3外部且分别外接有集箱，集箱设置在主体外壳3的外侧，集箱外接气包（附图中未显示气包的结构），气包可设置在主体外壳3的上方，气包用于存储工质，收集高温气态工质，换热后气液分离，降温液化后的工质送回蒸发器循环使用。连管固装在主体外壳3上部，流动到主体外壳3上部上部的烟气经过换热管7的换热温度已经大幅下降，而且压力下降，对于连管的冲击小不容易造成损伤，烟气从连管之间的空档流出。
换热管7下端均设置有封头703，换热管7下端为封闭的自由端，由于换热管7的热胀冷缩产生在长度方向上，通过换热管7与蒸发器内壁一端连接、另一端不连接的方式，换热管7的自由端能够伸缩，有效避免了双端连接在多次换热管7伸缩后使连接处断裂的现象发生。
在主体外壳3上部设置有多根水平方向设置的连管，连管之间的间距相同；每条连管下端均连接有多根换热管7，换热管7之间的间距相同。
换热管7的下端封头703与主体外壳3的下端留有间隙，该间隙的距离大于换热管7允许运行温度范围内产生的最大热胀长度。换热管7上端与主体外壳3位置相对固定，换热管7下端为自由端，形成了一端固定连接，一端可伸缩变形的换热管7安装结构。
本实施例采用的连管包括内层连管2和外层连管5双层结构，内层连管2同轴设置在外层连管5内部，在外层连管5内部的内层连管2一端封闭设置，内层连管2的另一端延伸至外层连管5外部，
内层连管2连接设置在主体外壳3外侧的下降集箱1，下降集箱1内存放及输送温度较低的液态工质；
外层连管5接近下降集箱1的一端封闭设置，外层连管5的另一端连接设置在主体外壳3外侧的上升集箱6，上升集箱6收集并输送温度较高的气态工质；
下降集箱1以及上升集箱6均为水平方向设置的圆柱筒体结构；
换热管7包括内管701和外管702双层结构，换热管7的内管701同轴设置在换热管7的外管702内部，内管701的下端与外管702连通，内管701的上端连接内层连管2，外管702的上端连通外层连管5，内管701的上端与外管702的上端互不连通；下降集箱1内较冷的液体工质通过内层连管2进入换热管7的内管701流动至换热管7底部，换热管7内的工质受热后转化为气态通过外管702上升，将高温的气体工质输送到上升集箱6。内管701的内径较小，且工质由中心下落形成向外周扩散的流动方向，气体工质从内管701的外侧上升。
高温高压的冶金废烟气从蒸发器底部进入后会直接冲击换热管7的底部，为了增强换热管7的耐冲击性能，换热管7的外管702底部封头703设置为圆弧结构，且封头703采用加厚结构。在外管702的下端位置采用加热、旋压的热封工艺形成封头703，使封头703厚度大于管子壁厚，具有更强的耐冲击性能。
在换热管7外同轴安装套管8，套管8外设置有翅片801，增加换热管7与烟气接触的换热面积，提升换热效力，本实施例的侧翅片801采用围绕套管8外壁的螺旋形结构，翅片801径向垂直设置在套管8上增大接触面积，而连续翅片801为连续弧面结构，保证换热效率的同时，螺旋形翅片801上的灰渣沿翅片801弧面滑落不易积灰。
本实施例的套管8下端为通孔，换热管7封头703伸出套管8下端。
实施例2
在外壳主体上部外侧设置有两组或多组集箱，每一组集箱头包括上升集箱6和下降集箱1，该两组集箱上、下错位设置，两组集箱分别连接有多根连管，与上层集箱连接的连管以及与下层集箱连接的连管依次间隔设置，从而在主体壳体上相邻的连管均依次上、下错位设置；
每根连管均连接有多根换热管7，所有换热管7的上端位置根据连管位置设定，而换热管7的下端与主体外壳3的下端之间的间距尺寸相同，换热管7的下端封头703与主体外壳3的下端之间的间距大于换热管7允许运行温度范围内产生的最大热胀长度，防止换热管7损伤。
实施例3
每根套管8的下端均设置有封头703，套管8封头703采用加厚结构，套管8封头703位置进一步保护换热管7封头703，阻隔高温冶金废烟气直接冲击换热管7，套管8的封头703也设置有球面结构。
实施例4
套管8的翅片801结构选择其他形式，如连续设置、分段错位设置或阵列式排布设置的片状结构翅片801，片状结构的翅片801可设置为竖直方向，或与竖直方向设置有倾斜角度便于灰渣下落。
描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。
Claims (5)
1.一种立式蒸发器，其特征在于：包括上、下贯通的主体外壳(3)，设置在主体外壳(3)内的换热管(7)，固装在主体外壳(3)上的连管，主体外壳(3)内设置有竖直的烟气通道，在烟气通道内设置换热管(7)，换热管(7)的上端固接连管，换热管(7)的下端为自由端，所述换热管(7)的下端与主体外壳(3)的下端之间留有间距；
所述换热管(7)包括内管(701)和外管(702)，内管(701)同轴设置在外管(702)内部，内管(701)的下端连通外管(702)，内管(701)与外管(702)的上端不连通，内管(701)的上端连接低温工质的输入连管，外管(702)的上端连接高温工质输出连管；
所述连管两端分别连接上升集箱(6)和下降集箱(1)；所述连管包括外层连管(5)，以及同轴设置在外层连管(5)内的内层连管(2)，在外层连管(5)内部的内层连管(2)一端封闭设置，内层连管(2)的另一端延伸至外层连管(5)外部连接一下降集箱(1)；外层连管(5)接近下降集箱(1)的一端封闭设置，外层连管(5)的另一端连接设置在主体外壳(3)外侧的上升集箱(6)；内层连管(2)连通换热管(7)的内管(701)，外层连管(5)连通换热管(7)的外管(702)。
2.根据权利要求1所述的立式蒸发器，其特征在于：所述换热管(7)为横纵间隔的多根，横向并排的多根换热管(7)上端连接到同一连管；多根连管纵向间隔设置。
3.根据权利要求1所述的立式蒸发器，其特征在于：所述换热管(7)下端均设置有封头(703)，封头(703)厚度大于换热管(7)外壁的壁厚，封头(703)设置为球面结构。
4.根据权利要求1所述的立式蒸发器，其特征在于：在换热管(7)外同轴安装套管(8)，套管(8)外设置有翅片(801)。
5.根据权利要求4所述的立式蒸发器，其特征在于：所述翅片(801)为连续设置的螺旋翅片(801)。
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| CN217844901U (zh) * | 2022-05-31 | 2022-11-18 | 西子清洁能源装备制造股份有限公司 | 一种余热锅炉防结露自清灰蒸发器 |
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