[发明专利]一种气气高温换热器

说明书

本发明涉及一种气气高温换热器。其中，第一换热区中两侧气体流向为交叉流，低温气体在管内流动，管内设插件，管外设翅片，强化传热的同时可降低第二换热区管壁温度。第二换热区中换热管具有套管结构，高温气体在芯管内流动，低温气体在芯管与外管之间的环形区域内流动，两侧气体流向为逆流，高温气体从芯管流出后再次流入第二换热区，与低温气体的流向为交叉流，芯管内设置插件，环形区域内设置前疏后密型翅片，可显著降低芯管的壁面温度。高温气体从第一换热区一侧流入换热器，依次通过第一、第二换热区，将热量传递给低温气体。本发明可实现热量的高效梯级利用，显著提高换热器的换热效率并降低换热器的壁温，可应用于高温环境。

技术领域

本发明涉及一种在冶金、化工、能源和垃圾焚烧等领域使用，可承受高温条件的管壳式换热器，特别涉及一种气体参与换热的高温换热器。

背景技术

近年来，换热器的工作环境温度朝着高温高压的方向发展，如硫碘热化学制氢、乙烯裂解、高温高压氨的合成等工业中换热器的工作温度常常高于1000℃，这些生产过程都需要耐高温、耐高压、耐腐蚀的换热器来保证生产的效率和安全。

对于有气体参与换热的管壳式换热器，通常是利用在管内外壁面上设置翅片的方式来强化传热。近年来，不少国内外学者提出将内外翅片管换热器的结构用于换热器的强化传热，内外翅片管两侧具有较大的换热面积，强化了两侧的对流换热，提高了换热器的换热能力，但是现阶段的内外翅片管换热器也存在一些问题：一方面，内外翅片在使换热器传热强化的同时也会带来管壁温度的提高，对于高温条件下的换热，管壁温度过高会大大提高翅片的焊接难度和焊接成本，同时由于内翅片通常是通过钎焊的方式与管内壁面贴合，壁面温度过高也会使翅片与管壁面贴合的牢固性大大降低，甚至与管内壁面发生分离，使得换热器的换热性能下降，不能高效稳定运行；另一方面，内外翅片管相较于光管也会大大提高两侧流体的流动阻力，增加功耗，同时当高温气体含有灰尘时外翅片管也会存在积灰堵塞的风险。

发明内容

为了克服上述不足之处，本发明的目的是提供一种气气高温换热器，在换热器不同温度区域设置相应的强化换热器结构，实现热量的梯级利用，同时降低管壁温度，避免内翅片的高温焊接难题，降低内翅片焊接的难度和成本，控制两侧流体的流动阻力，使所得到换热器的换热效率和稳定性优于一般的管壳式换热器。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种气气高温换热器，包括一个壳体，连接于壳体上的管箱、管板、低温气体进口管和出口管、以及高温气体出口管，其特征在于，换热器分为第一换热区和第二换热区，第一换热区中两侧气体流向为交叉流，低温气体在管内流动，管内设置插件，管外设置翅片；第二换热区中换热管具有套管结构，高温气体在芯管内流动，低温气体在芯管与外管之间的环形区域内流动，两侧气体流向为逆流，高温气体从芯管内流出后再次进入第二换热区的壳侧区域，与低温气体的流向为交叉流，芯管内设置内插件，环形区域内设置内翅片。

所述的高温气体为高温烟气，低温气体是空气，高温气体依次流经第一换热区的壳侧、第二换热区的管侧和第二换热区的壳侧，低温气体依次流经第二换热区和第一换热区的管侧。

所述的第二换热区换热管外部设置翅片或者不设置翅片。

所述的高温气体温度比较低时，第一换热区设置一个管程，高温气体温度比较高时，第一换热区设置多个管程。

所述的内翅片纵向波纹数沿气体流动方向逐渐增加。

所述的第一换热区中的换热管、外翅片、内插件由耐高温材料制造，第二换热区中的外管、芯管、内翅片和内插件由普通材料制造，管板表面和壳体内壁设置隔热层。

所述的内翅片是纵向波纹型翅片或纵向平直翅片。

所述的内翅片上开孔或者开缝。

所述的外翅片是H型翅片、圆形翅片或整体型翅片。