[发明专利]波纹板冷凝式换热器

说明书

技术领域

本发明涉及强化传热技术领域，尤其涉及一种波纹板冷凝式换热器。

背景技术

天然气作为一种优质、高效、清洁的燃料，广泛应用于工业生产、城市交通和居民生活等方面，已成为目前工业锅炉和工业炉窑的主要燃料。由于天然气的成分主要甲烷气体，其燃烧后的烟气含有大量的水蒸气，容积比高达20％左右。通常可以把干烟气与一定量水蒸汽的混合物称为湿烟气，根据燃烧计算，每立方米天然气燃烧后产生的水蒸汽量达到1.652kg/m3汽化潜热达到4130kJ/m3。但是目前国内的燃气锅炉和工业炉窑由于结构上的限制及其他因素，排烟温度一般达到200℃以上，烟气中的相当一部分显热和水蒸气的凝结潜热没有得到利用就排入大气，造成了较大的浪费，燃气锅炉的热效率仅为90％左右。随着我国天然气供需矛盾的突出和价格的不断上升，高效利用天然气，降低使用成本变得非常迫切，其中高效回收燃烧天然气的烟气中的低温余热显得尤为重要，不仅要回收利用烟气的显热，更重要的是回收烟气中水蒸气的潜热，使烟气温度降低到水蒸气露点以下，回收凝结过程放出凝结潜热。

同时，在工农业生产中，有含有大量水分的物料需要干燥，许多食品、药品化学品需要用热空气进行干燥。热空气干燥物品后，吸收物料中大量的水蒸气成为饱和湿气体状态后，通常温度在80～120℃左右废气排入大气，根据湿废气的计算，温度在60℃时处于饱和状态，水蒸汽的容积分额达到30％，造成了较大热污染和能源的浪费；但是随着节能技术的发展，可以采用热泵技术来回收废气的余热，将排气温度降到接近大气温度，回收湿废气中大部分的显热和凝结潜热，提高整个干燥系统的能源利用率。

回收低温湿气体的显热和潜热通常需要将湿气体温度降到其水蒸汽的露点温度以下才能实现。为了提高气体侧的换热系数，普遍采用翅片管换热器，将传统的翅片管换热器直接应用湿气体回收其显热和凝结潜热时，当湿气体与低于露点温度的壁面换热时，在换热面将产生凝结液，但由于结构上的不足和气流直接冲刷，凝结液不能及时分离出去，很快回流到主流中去，而此时主流的温度有可能远高于露点温度，这样凝结液就会再蒸发到主流中去，使主流温度下降，结果凝结潜热没有回收到，直接影响整体换热器的换热效率，因此只有当主流温度降也降低到露点温度以下后，才能真正回收凝结潜热，进一步即使主流温度降到露点温度以下，在主流气体中凝结的微小颗粒凝结液，也需要高效气液分离装置将湿气体中的液滴快速除去。本发明的波纹板冷凝式换热器能要克服传统翅片管换热器的这种不足之处，利用波纹换热板的结构特点，对热湿气体换热过程能起到高效换热和气液分离的双重效果，即使主流湿气体的温度高于水蒸气的饱和温度，只要换热壁面的低于当地水蒸气的饱和温度，换热过程中产生的凝结液将附着在波纹板表面，不易被气体冲刷带走且在重力作用下能快速排除，这样就有效回收凝结潜热。

另外凝结换热机理的研究表明，液膜导热热阻是凝结换热热阻的主要部分，液膜层的面积越大、越厚，热阻也就越大，因而强化冷凝的关键是尽可能减小冷凝液的液膜厚度，而减小冷凝液的液膜厚度务必兼顾以下两个因素：一是在换热表面形成特殊的扩展表面，改变液膜的表面张力分布，冷凝液在表面张力的作用下堆积在形成于扩展表面的凹槽部位，凹槽的传热量虽被削弱(减弱)，但扩展表面的尖锐部位的液膜的厚度变得很薄，传热效果显著改善，总体的换热性能得到有效提高；二是设法提高扩展表面的排液速度，避免扩展表面被冷凝液堵塞，其原理是采用尖锐扩展表面以减小表面张力对液滴产生的滞留作用，或者利用槽道引导冷凝液积聚以增加重力对液滴脱离的作用，从而加速液滴的脱离。正是基于该研究，业界一直致力于对冷凝换热器用的换热管表面结构进行探索，使冷凝换热的换热系数进一步提高，并且既可高效换热又能节约能源。

综上所述，显著提高冷凝换热效率的根本在于减小冷凝液膜的厚度，只有冷凝液膜厚度变得很薄，传热效果才能显著改善；同时，冷凝换热产生的冷凝液能够及时排出，总体的换热性能才能得到有效提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了能够提高热湿气体冷凝换热效果，快速气液分离、排液，提高整体的换热效率，有效回收热湿气体的显热和凝结热，本发明提供一种波纹板冷凝式换热器。