[发明专利]渐缩流通面积换热器

说明书

本发明涉及一种化工、医药、暖通、纺织等领域的换热设备，尤其是以水蒸汽(或类似水蒸汽的气体)为热媒加热其它介质的管壳式换热器。

迄今为止，以水蒸汽为热媒加热其它介质的换热器的凝结水热量回收问题一直没有较经济合理的解决方法。对中、低压水蒸汽来说，如果将其凝结水从饱和温度冷却到50℃，约能回收20％的热量。但实际上凝结水的热量回收却不尽人意，主要存在以下问题：

其一，如果在同一台换热器中回收凝结水的热量，水蒸汽走管程，被加热介质走壳程，由于水蒸汽冷凝段与其凝结水冷却段的管程流通面积相同，凝结水的体积较其蒸汽的体积小得多，因而在冷却段换热管内的凝结水流速很低，管内流体膜传热系数小，故换热器冷却段总传热系数小。以水蒸汽加热水为例，其冷却段总传热系数约为300kcal/(m²·h·℃)。这意味着要回收20％的热量需增加约1倍的换热面积，设备投资增大。若水蒸汽走壳程，被加热介质走管程，由于壳程流通面积通常较管程的流通面积大，凝结水的流速更低，因此其热量的回收更不现实。

其二，如果将饱和温度下的凝结水引入另一台换热器使其继续冷却来回收热量，尽管可提高总传热系数，换热面积较上述情况的小，但由于增加了一台换热器及相应阀门管件等，必然增大设备投资及运行检修费用。

另外，对换热过程仅为冷凝传热(被加热介质仅吸收水蒸汽的汽化潜热不吸收凝结水热量)的换热器，由于水蒸汽不断的被冷凝，汽量逐渐减小，而流通通道面积不变，因而其流速降低，传热膜系数也随之降低。

本发明的目的是提供一种渐缩流通面积换热器，使水蒸汽在管程冷凝段后往返程仍保持有较高流速，并显著提高其凝结水在管程冷却段的流速，从而提高总传热系数，节省投资和能源，较经济合理地用单台换热器实现管程水蒸汽(或类似水蒸汽的气体)的冷凝及其凝结水(液)的冷却、壳程介质被加热的换热过程。

本发明的技术解决方案：

一种渐缩流通面积换热器，它主要由壳体、管箱、管板、换热管束、分程隔板、折流板、拉杆、定距管及支座等组成，换热管束由多根U形管组成，，管箱上设有水蒸汽进口管和凝结水出口管，管箱内设有分程隔板，壳体上设有被加热介质进口管与被加热介质出口管，壳体内也可设置分程隔板(必要时)，其特征在于换热管束的各U形管的弯曲平面均水平放置，换热管束内的管程水蒸汽冷凝段被分程隔板分隔为流通通道面积不同的双往返程(水蒸汽在U形管中从流入到流出称为1个往返程)或多往返程流通通道，后一往返程通道较前一往返程通道的流通面积为小；管程凝结水冷却段的管箱侧各U形换热管管口之间以单管或多管的出口和进口用围管圈依次相互连接连通，形成冷却段整体的单管或多管凝结水流通通道。

本发明的变流通面积换热器的优点：水蒸汽冷凝段后一往返程的流通面积的变小，使水蒸汽在由于冷凝而汽量减小的情况下，在后一往返程仍保持较高的流速；凝结水在冷却段只能在流通面积变小的单管或多管凝结水流通通道内流动，其流速显著提高。采用围管圈连接连通冷却段整体的单管或多管凝结水流通通道，可使换热管排列的间距与常用的管间距一致。通过水蒸汽冷凝段和凝结水冷却段流通面积的变小，可使换热器的总传热系数提高约60％，节省投资约10％～40％，节能约20％，可较经济合理地用单台换热器实现管程水蒸汽(或类似水蒸汽的气体)的冷凝及其凝结水(液)的冷却、壳程介质被加热的工艺过程。

以下结合附图及实施例，对本发明的变流通面积换热器作进一步描述：

图1为本发明的结构主视示意图；

图2为图1的结构俯视示意图；

图3为图1的结构左视B-B剖面示意图；

图4为图3的局部放大示意图；

图5为图4的C-C剖面示意图。