一种湿热气体换热器

1.本发明涉及一种湿热气体专用的换热器，主要涉及从湿热空气中热量和水回收技术领域。


背景技术：

2.换热设备是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其它许多工业部门广泛使用的一种设备。在化工企业中，换热设备的投资约占总投资的10％～20％；在炼油企业中，约占总投资的35％～40％。受世界性能源危机的影响，为了降低能耗，伴随着工业生产中对换热器需求量的迅速增加，对换热器的性能要求也越来越高。
3.近年来，尽管在某些领域应用了结构紧凑的高效换热设备，例如：波纹板换热器、板翅式换热器、螺旋板换热器等，但在换热设备中，管壳式换热器仍占据着主导地位，它的高度可靠性和广泛适应性，是其它高效换热器所不能替代的。许多工艺过程都具有高温、高压、高真空、高腐蚀等特点，而管壳式换热器具有选材范围广、换热表面清洗方便、适应性强、处理能力大、以及耐高温、耐高压等优点，所以管壳式换热器仍被广泛应用于化工、炼油、石油化工、制药、核电以及其它许多工业中。
4.目前的管壳式换热器基本上都是进行换热方面进行研究，但是对于湿热气体的换热以及水回收并没有相关的研究，因此本发明对现有的换热器进行了改进，使其进行换热的同时，进行水的回收。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种湿热气体换热器，该换热器能够在换热的同时，对湿热气体中的水进行回收。
6.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种湿热气体换热器，所述换热器包括高温换热器和低温换热器，湿热气体先后经过高温换热器和低温换热器，高温换热器和低温换热器都包括上下管板和设置在管板之间的换热管，所述换热管中流动经过冷源，所述湿热气体横向冲刷换热管进行换热；所述低温换热器的下管板是水箱结构，所述水箱结构上面开口，其他面封闭，所述水箱结构下表面设置供换热管穿过的管孔，所述水箱结构下表面设置排水管。
7.作为改进，高温换热器和低温换热器包括上集箱和下集箱，上集箱和下集箱与上下管板连接，用于对冷源进行分流和汇流。
8.作为改进，所述湿热气体在水平流道中流动，所述换热管竖直设置在水平流道中。
9.作为改进，高温换热器的气体出口设置温度传感器，用于检测出口的气体温度，通过检测的气体温度控制进入高温换热器换热管的冷源流量，如果检测的高温换热器出口气体的温度低于设定数值，控制器控制减少进入高温换热器换热管的冷源流量，如果检测的高温换热器气体的温度高于设定数值，控制器控制增加进入高温换热器换热管的冷源流量。
10.作为改进，沿着气体的流动方向，低温换热器的换热管分布密度越来越大。
11.作为改进，沿着气体的流动方向，低温换热器的换热管分布密度越来越大的幅度不断增加。
12.与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：1、本发明将换热器分为两部分，分别是高温部分换热器和低温部分换热器，可以利用换热器输出不同的温度的冷源，满足不同的需求。同时也能将换热以及水的回收分开，使得高温部分集中进行换热，低温部分在回收水的同时进行低温换热，输入低温热源，保证热量的充分回收以及水的充分回收，提高换热以及水的回收效率。
13.2、本发明将下游冷却管的分布密度进行变化，从而使得整体上水的分布均匀，避免冷却管上水的分布有的干涸，有的太多，从而保证管子的使用寿命以及水的充分冷凝回收。
附图说明
14.图1为本发明的湿热气体换热器结构示意图。
15.图2为本发明的高温换热器的结构示意图。
16.图3为本发明的低温换热器的结构示意图。
17.图4是本发明低温换热器下管板的结构示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
19.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
20.如图1-3所示，一种湿热气体换热器，所述换热器包括高温换热器1和低温换热器2，湿热气体先后经过高温换热器1和低温换热器2。如图2所示，高温换热器包括上管板11和下管板12以及设置在上下管板之间的换热管13，所述换热管中流动经过冷源，所述湿热气体横向冲刷换热管13，与换热管中的冷源进行换热；如图3所示，低温换热器2包括上管板21、下管板22以及设置在上下管板之间的换热管23，所述换热管23中流动经过冷源，所述湿热气体横向冲刷换热管23，与换热管中的冷源进行换热。
21.如图3-4所示，所述低温换热器2的下管板22是水箱结构，所述水箱结构包括底板以及从底板的边部向上延伸的竖直板27，所述水箱结构的上面开口，其它面封闭，所述水箱结构的底板设置供换热管穿过的管孔，所述水箱结构下表面设置排水管26。
22.本发明将换热器分为两部分，分别是高温部分换热器和低温部分换热器，可以利用换热器输出不同的温度的冷源，满足不同的需求。同时也能将换热以及水的回收分开，使得高温部分集中进行换热，低温部分在回收水的同时进行低温换热，输入低温热源，保证热量的充分回收以及水的充分回收，提高换热以及水的回收效率。
23.作为优选，换热管13和换热管23中的冷源是同一种流体。流体通过分流机构分别进入换热管13和换热管23。
24.作为优选，换热管13和换热管23中的冷源是不同流体。通过加热不同流体，满足不同的换热需要。
25.作为优选，高温换热器和低温换热器的上下管板都是长方形。
26.作为改进，如图2所示，高温换热器包括上集箱14和下集箱15，上集箱14和下集箱15与上下管板连接，或者上下管板分别构成上集箱14和下集箱15的下部面和上部面，用于对冷源进行分流和汇流。
27.作为改进，如图3所示，低温换热器包括上集箱24和下集箱25，上集箱24和下集箱25与上下管板连接，或者上管板成上集箱24的下部面，下管板的底板构成下集箱25的上部面，用于对冷源进行分流和汇流。
28.作为优选，如图3所示，低温换热器中的排水管从管板的下表面穿过下集箱，从下集箱的下部面穿出。
29.作为改进，所述湿热气体在水平流道中流动，所述换热管竖直设置在水平流道中。
30.作为改进，高温换热器的气体出口设置温度传感器，用于检测出口的气体温度，通过检测的气体温度控制进入高温换热器换热管的冷源流量，如果检测的高温换热器出口气体的温度低于设定数值，控制器控制减少进入高温换热器换热管的冷源流量，如果检测的高温换热器气体的温度高于设定数值，控制器控制增加进入高温换热器换热管的冷源流量。
31.通过自动控制的方式，使得高温换热器输出的气体温度保持在露点以上，避免形成水的冷凝。作为优选，温度设定数值高于气体的露点温度5-8摄氏度。
32.作为改进，当检测到高温换热器中有冷凝水形成时，减少进入换热管的冷源数量，同时增加湿热空气的进入高温换热器的数量。通过增加热源以及减少冷源数量，使得冷凝水蒸发，进入低温换热器。
33.作为改进，可以通过红外方式检测冷凝水的形成。
34.作为改进，沿着气体的流动方向，低温换热器的换热管分布密度越来越大。本发明将低温换热器换热管的分布密度进行变化，从而使得整体上水的分布均匀，避免换热管上水的分布有的干涸，有的太多，从而保证换热管的使用寿命以及水的充分冷凝回收。
35.作为改进，沿着气体的流动方向，低温换热器的换热管分布密度越来越大的幅度不断增加。上述设置能够进一步满足冷凝水分布均匀。
36.所述低温换热器的换热管的密度按照如下规律进行变化：换热管在气体流动方向上分布的总长度为l，最下游位置的密度是m
下
，距离最下游位置距离为l位置的分布密度m规律如下：m＝b*m
下
+c*m
下
*（（l-l）/l）a，1.079《a《1.111，0.996《b+c《1.012，0.828《b《0.833。
37.随着l/l增加，a逐渐增加。
38.1.089《a《1.095，b+c=1，0.830《b《0.831。
39.上述优化的公式是通过大量的实验和数值模拟得到的，能够使得换热管达到最优化的分布，能够最优化的保证管子的使用寿命以及水的充分冷凝回收，更加满足本技术发明需要。
40.作为改进，沿着空气的流动方向，低温换热器的换热管耐腐蚀性能越来越好。主要是下游温度低，可能导致冷却水分布过多，因此通过增加下游的换热管耐腐蚀性能，能够使
得整体抗腐蚀性能增加，进一步降低成本，提高使用寿命。
41.通过高温换热管和低温换热管的分开，可以使得高温换热器和低温换热器的换热管单独的更换。例如，低温换热器腐蚀性能导致冷却管寿命短，因此更换频率高，通过高温和低温分开，避免整体更换，提高效率。
42.虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

技术特征：
1.一种湿热气体换热器，所述换热器包括高温换热器和低温换热器，湿热气体先后经过高温换热器和低温换热器，高温换热器和低温换热器都包括上下管板和设置在管板之间的换热管，所述换热管中流动经过冷源，所述湿热气体横向冲刷换热管进行换热；所述低温换热器的下管板是水箱结构，所述水箱结构上面开口，其他面封闭，所述水箱结构下表面设置供换热管穿过的管孔，所述水箱结构下表面设置排水管。2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，高温换热器和低温换热器包括上集箱和下集箱，上集箱和下集箱与上下管板连接，用于对冷源进行分流和汇流。3.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述湿热气体在水平流道中流动，所述换热管竖直设置在水平流道中。4.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，高温换热器的气体出口设置温度传感器，用于检测出口的气体温度，通过检测的气体温度控制进入高温换热器换热管的冷源流量，如果检测的高温换热器出口气体的温度低于设定数值，控制器控制减少进入高温换热器换热管的冷源流量，如果检测的高温换热器气体的温度高于设定数值，控制器控制增加进入高温换热器换热管的冷源流量。5.如权利要求3所述的换热器，其特征在于，沿着气体的流动方向，低温换热器的换热管分布密度越来越大。6.如权利要求5所述的换热器，其特征在于，沿着气体的流动方向，低温换热器的换热管分布密度越来越大的幅度不断增加。

技术总结
本发明提供了一种湿热气体换热器，所述换热器包括高温换热器和低温换热器，湿热气体先后经过高温换热器和低温换热器，高温换热器和低温换热器都包括上下管板和设置在管板之间的换热管，所述换热管中流动经过冷源，所述湿热气体横向冲刷换热管进行换热；所述低温换热器的下管板是水箱结构，所述水箱结构上面开口，其他面封闭，所述水箱结构下表面设置供换热管穿过的管孔，所述水箱结构下表面设置排水管。本发明将换热器分为两部分，可以输出不同的温度的冷源，同时也能将换热以及水的回收分开，保证热量的充分回收以及水的充分回收。保证热量的充分回收以及水的充分回收。保证热量的充分回收以及水的充分回收。


技术研发人员：张冠敏 冷文龙 柏超 邱燕 魏民 冷学礼 范明秀 张井志
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/9/20