[发明专利]一种交叉压扁旋流套管式换热单元组件及其换热器

说明书

本发明公开了一种交叉压扁旋流套管式换热单元组件及其换热器，包括分别限制出内腔和外腔的内管和外管，该内管为由圆管分段交叉压扁制得的交叉压扁管结构；同时外腔内设置有用于引导旋转流动的斜置外旋流件，该斜置外旋流件为外管的外壁向内凹陷而在对应的内壁上形成的第一凸起结构或者焊接在内管外壁上的旋流件。本发明制造简便，通过交叉压扁结构的内管能够使得内、外腔形成多纵向涡流，同时斜置外旋流件能够使得外腔内形成混合旋流，从而能够有效防止偏流、沉积甚至因逐渐沉积而造成堵塞的现象，还可有效减缓结垢，实现泥泥长周期稳定高效换热，从而获得显著节能经济效益和环保社会效益。

技术领域

本发明涉及有机固废处理设备技术领域，特别涉及一种交叉压扁旋流套管式换热单元组件及其换热器。

背景技术

随着我国城镇化的不断推进和环境保护要求的不断提高，有机固废特别是量大的城市污泥、生活垃圾和和餐厨餐余垃圾的处理处置越来越受到重视。有机固废是指人类在生产生活等活动中产生的污染环境的固态、半固态有机废物，有机固废一般包括市政污泥、工业污泥、餐厨餐余垃圾、生活垃圾特别是湿垃圾、江河底泥、高浓度有机废液、粪便等，将有机固废制成泥浆，与城市污泥具有类似的化学物理性质，可以采用城市污泥相类似的处理处置工艺和技术。为了便于叙述，后续将有机固废制成的泥浆，简称有机固废泥或者污泥。在众多的污泥处置技术中，需要将湿污泥加热到较高温度，如一种污泥湿式氧化处置工艺，需要将污泥加热到150℃-370℃，湿污泥在高温高压的反应器中反应后再降温脱水等处理。在湿污泥的加热和降温过程中，需要最大程度的将经反应器后高温污泥的热量回收用以加热进入反应器前的污泥等，以达到节能而降低运行费用等目的。目前的湿污泥换热器主要有多段管壳式换热器套管式换热器和板式换热器，但由于湿污泥的高粘性、易粘结性、易沉淀分层和剪切变稀等特性，普遍存在污泥沉积和粘结在换热壁面，甚至因污泥沉积和粘结换热壁面而导致堵塞流道；尽管污泥预处理工艺中设置了杂物过滤工艺但依然不可避免有部分杂物残留在污泥中，如毛发、塑料袋碎片、编织袋碎片、树枝、树叶等，这些杂物特别是纤维类杂物很容易堵塞换热器流道；以及由于污泥沉积和粘接换热壁面导致换热性能很差和换热性能较快明显下降，输送流动阻力大和输送功耗大等问题。

对于污泥多段管壳式换热器，在管程内的多个换热管内的污泥流速十分不均，甚至只有少数的换热管内有污泥流过而大多数换热管内污泥极低速或者不流动、污泥逐渐粘结换热管表面甚至堵塞部分换热管，严重时堵塞换热器。此外，即使污泥正常流速流过的换热表面的换热性能也很差，并在运行过程中换热性能也因为污垢粘结换热管壁面等因素很快会下降，而且输送污泥的阻力不断增加甚至经常出现堵塞使得整个污泥处理装置不得不停运。相对于管程，在其壳程内由于存在折流涡区，污泥流动更为不均匀，污泥更容易沉积和堵塞，换热性能更差。特别是对于反应前的污泥，其无论是换热性能还是流动性能均特别差，其污泥偏流、沉积、粘结、堵塞的现象十分严重。另外，污泥中的部分杂物，如头发、塑料袋、编织袋等，这些杂物特别是纤维类杂物很容易堵塞在换热管的端头，严重时堵塞换热管导致污泥不能流过换热管甚至堵塞整个换热器。因此，采用管壳式换热器难以实现泥-泥稳定换热，而采用反应后的污泥与水等工艺介质换热也很不稳定而且换热性能很差。

对于污泥套管式换热器，相比于污泥多段管壳式换热器，无论是套管内和套管间的污泥流速的均匀性得到了一定的改善，但依然均存在明显的不均匀流动，很容易产生污泥分层流动、沉积、粘结换热管壁面等现象。在运行过程中，无论是套管间还是套管内，很快就会出现污泥分层流动、底部大量沉积、半管流动，直至堵塞换热管的现象，换热器换热性能也比较差，而且污泥输送的流动阻力也特别大，导致污泥输送的功耗也比较大。另外，为了强化换热，可在套管换热器内设置扰流强化换热件（如扭带等），污泥中的部分杂物特别是纤维类杂物很容易堵塞在设置的扰流件上，严重时甚至堵塞整个换热器。此外，由于套管式结构的原因，污泥套管式换热器占地特别大，建造成本高，甚至有些情况无法进行设备布置等。

对于污泥板式换热器，尽管一般采用宽流道设计，结构也相对紧凑，但上述污泥沉积、粘结甚至堵塞以及换热性能差等问题同样存在，特别是污泥中的杂物非常容易堵塞板式换热器。