[發明專利]一種交叉壓扁旋流套管式換熱單元組件及其換熱器

有效

• 申請號: 202010155927.8
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111220004B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 孟繼安
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F28D7/14
• 分類號: F28D7/14;F28F1/02;F28F13/12;C02F11/13
• 代理公司: 寧波瑞元智產專利代理事務所(特殊普通合伙) 33351
• 代理人: 伊靈聰;俞越

本發明公開了一種交叉壓扁旋流套管式換熱單元組件及其換熱器，包括分別限制出內腔和外腔的內管和外管，該內管為由圓管分段交叉壓扁制得的交叉壓扁管結構；同時外腔內設置有用于引導旋轉流動的斜置外旋流件，該斜置外旋流件為外管的外壁向內凹陷而在對應的內壁上形成的第一凸起結構或者焊接在內管外壁上的旋流件。本發明制造簡便，通過交叉壓扁結構的內管能夠使得內、外腔形成多縱向渦流，同時斜置外旋流件能夠使得外腔內形成混合旋流，從而能夠有效防止偏流、沉積甚至因逐漸沉積而造成堵塞的現象，還可有效減緩結垢，實現泥泥長周期穩定高效換熱，從而獲得顯著節能經濟效益和環保社會效益。

技術領域

本發明涉及有機固廢處理設備技術領域，特別涉及一種交叉壓扁旋流套管式換熱單元組件及其換熱器。

背景技術

隨著我國城鎮化的不斷推進和環境保護要求的不斷提高，有機固廢特別是量大的城市污泥、生活垃圾和和餐廚餐余垃圾的處理處置越來越受到重視。有機固廢是指人類在生產生活等活動中產生的污染環境的固態、半固態有機廢物，有機固廢一般包括市政污泥、工業污泥、餐廚餐余垃圾、生活垃圾特別是濕垃圾、江河底泥、高濃度有機廢液、糞便等，將有機固廢制成泥漿，與城市污泥具有類似的化學物理性質，可以采用城市污泥相類似的處理處置工藝和技術。為了便于敘述，后續將有機固廢制成的泥漿，簡稱有機固廢泥或者污泥。在眾多的污泥處置技術中，需要將濕污泥加熱到較高溫度，如一種污泥濕式氧化處置工藝，需要將污泥加熱到150℃-370℃，濕污泥在高溫高壓的反應器中反應后再降溫脫水等處理。在濕污泥的加熱和降溫過程中，需要最大程度的將經反應器后高溫污泥的熱量回收用以加熱進入反應器前的污泥等，以達到節能而降低運行費用等目的。目前的濕污泥換熱器主要有多段管殼式換熱器套管式換熱器和板式換熱器，但由于濕污泥的高粘性、易粘結性、易沉淀分層和剪切變稀等特性，普遍存在污泥沉積和粘結在換熱壁面，甚至因污泥沉積和粘結換熱壁面而導致堵塞流道；盡管污泥預處理工藝中設置了雜物過濾工藝但依然不可避免有部分雜物殘留在污泥中，如毛發、塑料袋碎片、編織袋碎片、樹枝、樹葉等，這些雜物特別是纖維類雜物很容易堵塞換熱器流道；以及由于污泥沉積和粘接換熱壁面導致換熱性能很差和換熱性能較快明顯下降，輸送流動阻力大和輸送功耗大等問題。

對于污泥多段管殼式換熱器，在管程內的多個換熱管內的污泥流速十分不均，甚至只有少數的換熱管內有污泥流過而大多數換熱管內污泥極低速或者不流動、污泥逐漸粘結換熱管表面甚至堵塞部分換熱管，嚴重時堵塞換熱器。此外，即使污泥正常流速流過的換熱表面的換熱性能也很差，并在運行過程中換熱性能也因為污垢粘結換熱管壁面等因素很快會下降，而且輸送污泥的阻力不斷增加甚至經常出現堵塞使得整個污泥處理裝置不得不停運。相對于管程，在其殼程內由于存在折流渦區，污泥流動更為不均勻，污泥更容易沉積和堵塞，換熱性能更差。特別是對于反應前的污泥，其無論是換熱性能還是流動性能均特別差，其污泥偏流、沉積、粘結、堵塞的現象十分嚴重。另外，污泥中的部分雜物，如頭發、塑料袋、編織袋等，這些雜物特別是纖維類雜物很容易堵塞在換熱管的端頭，嚴重時堵塞換熱管導致污泥不能流過換熱管甚至堵塞整個換熱器。因此，采用管殼式換熱器難以實現泥-泥穩定換熱，而采用反應后的污泥與水等工藝介質換熱也很不穩定而且換熱性能很差。

對于污泥套管式換熱器，相比于污泥多段管殼式換熱器，無論是套管內和套管間的污泥流速的均勻性得到了一定的改善，但依然均存在明顯的不均勻流動，很容易產生污泥分層流動、沉積、粘結換熱管壁面等現象。在運行過程中，無論是套管間還是套管內，很快就會出現污泥分層流動、底部大量沉積、半管流動，直至堵塞換熱管的現象，換熱器換熱性能也比較差，而且污泥輸送的流動阻力也特別大，導致污泥輸送的功耗也比較大。另外，為了強化換熱，可在套管換熱器內設置擾流強化換熱件（如扭帶等），污泥中的部分雜物特別是纖維類雜物很容易堵塞在設置的擾流件上，嚴重時甚至堵塞整個換熱器。此外，由于套管式結構的原因，污泥套管式換熱器占地特別大，建造成本高，甚至有些情況無法進行設備布置等。

對于污泥板式換熱器，盡管一般采用寬流道設計，結構也相對緊湊，但上述污泥沉積、粘結甚至堵塞以及換熱性能差等問題同樣存在，特別是污泥中的雜物非常容易堵塞板式換熱器。