一种带热管的柴油机烟气热量换热装置
技术领域
本实用新型属于洞库柴油机设备技术领域，具体涉及一种带热管的柴油机烟气热量换热装置。
背景技术
柴油发电机是保证地下洞库电力安全的重要措施，但柴油机排放的高温烟气不仅会加大洞库的红外征候，而且烟气中的热量直接排放也会造成能源浪费。目前地下洞库柴油机烟气均是直接排放，带来各种不利影响因素。
现有技术已经实现对柴油机烟气余热的利用，如中国发明专利CN201610472872.7公开了一种钻井平台柴油机余热利用装置，该装置包括换热器，换热器设有废弃烟气输入端、废弃烟气输出端、换热介质输入端和换热介质输出端；换热器为浮头式列管换热器，包括管箱、管箱内的管束和管板，换热介质输入端和换热介质输出端分别与管束两端连接。该发明通过换热管将柴油机烟气余热用于将换热管内流动的原油加热，实现便于原油运输，并对柴油机烟气余热回收利用的目的。但是该柴油机余热利用装置不适用于空间较狭小的洞库柴油机的烟气换热。
综上，设计一种安装便捷、低成本、高效的柴油机烟气热量换热装置，并使之适用于地下洞库环境，解决现有地下洞库柴油机烟气直接排放带来的诸多不利影响，具有非常重要的意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决上述问题和现有技术的不足，提供一种带热管的柴油机烟气热量换热装置，该装置安装简便快速、换热效率高、占用空间小，能够实现柴油机烟气中热量的高效回收利用。
本实用新型的技术方案是通过以下措施实现是：一种带热管的柴油机烟气热量换热装置，所述烟气热量换热装置包括烟管、外套水管和若干热管，所述烟管为烟气管道的一部分；所述外套水管设置在烟管外部，两端与烟管之间密封，形成一个封闭空间，外套水管上设置冷却水进水短管和出水短管；在所述烟管的径向截面上，所述若干热管呈辐射状固定于烟管上，热管的吸热段位于烟管内部，热管的放热段位于所述外套水管与烟管之间，用于使烟气热量传递给所述外套水管中的冷却水；所述烟气热量换热装置两端设有焊接的法兰，用于多个所述烟气热量换热装置相互串联连接。
所述热管通过热管外套固定于所述烟管上，所述热管外套通过所述烟管管壁上的开孔垂直焊接于烟管管壁上，所述热管下部加热段穿过所述热管外套进入所述烟管内部，并密封固定住。
所述热管在烟管的径向截面呈辐射状排列，热管相对于水平面的安装倾斜角度为30°-50°，且均设置在所述烟管的上半截面上，有利于提高热管的换热效率。
所述热管在烟管的轴向呈层状排列，每层设置的热管数目为4-6根，每层热管之间的间距为0.4-0.6米。
优选的，所述热管在烟管的一层单截面上的数目是4根，所述4根热管的安装角度分别是30°、50°、130°、150°,有利于综合提高换热效率及减小烟气流动阻力。
优选的，所述热管为重力式热管。
所述外套水管的管径与所述烟管的管径之差在50-100mm之间，与现行采用保温材料的烟管的保温材料厚度相当，有利于在狭小的空间替换现行采用保温材料的烟管设备。
所述烟气热量换热装置两端的外套水管与烟管之间采用封堵盲板焊接密封。
所述进水短管设置在所述烟气热量换热装置烟气出口一端，所述出水短管设置在所述烟气热量换热装置烟气进口一端。
优选的，所述进水短管和出水短管的中心轴与临近法兰的外侧面之间的距离为所述每层热管之间的间距的3/5，与临近热管所在截面之间的距离为所述每层热管之间的间距的2/5。
所述烟气热量换热装置为整体焊接制作，考虑到制作成本及现场安装的便利性，所述烟气热量换热装置的单个长度范围为3-5米。
所述烟气热量换热装置可根据烟管布设长度施行串联，所述烟气热量换热装置端头焊接的法兰可通过法兰螺栓与其他所述烟气热量换热装置紧固连接，多个所述进水短管可连接成一根总进水管，多个所述出水短管可连接成一根总出水管，所述总出水管与其他用热设备连接，可实现烟气热量的高效利用。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
(1)本实用新型的烟气热量换热装置采用高效的热管作为换热元件，在管道中采用辐射状层状排布，冷却水作为换热介质，同时配合外套水管在外层包裹住烟管，可实现热管和烟管同时向冷却水进行热交换，该装置换热效率高，无需外力驱动，可靠耐用，大大减少了后续维修工作量。
(2)本实用新型的烟气热量换热装置的总体外径与现行带保温材料的烟管外径相当，便于在狭小空间内替换现行烟管，无需设立额外的占用空间。
(3)本实用新型的烟气热量换热装置可以多个串联连接，换热后的冷却水通过总出水管连接其他用热设备，如热泵机组或淋浴设备等，可大大提高总体换热效果、降低烟气排放温度，实现烟气热量的高效利用。
附图说明
图1本实用新型的一种带热管的柴油机烟气热量换热装置的结构示意图。
图2本实用新型的一种带热管的柴油机烟气热量换热装置的A-A剖面图。
图中，1-烟管，2-外套水管，3-热管，4-热管外套，5-进水短管，6-出水短管，7-封堵盲板，8-法兰，9-法兰螺栓。
具体实施方式
本实施例的一种带热管的柴油机烟气热量换热装置，如图1、图2所示，包括烟管1、外套水管2和若干热管3，烟管1为烟气管道的一部分；外套水管2设置在烟管1外部，外套水管2的长度与烟管1的长度相同，外套水管2的两端与烟管1之间封闭，使外套水管2与烟管1之间形成一个封闭空间；外套水管2上设置冷却水进水短管5和出水短管6，用于引入冷却水作为烟气热量换热介质；热管3呈辐射状固定于烟管1上，热管3的吸热段位于烟管1内部，热管3的放热段位于外套水管2与烟管1之间的空间部位，用于使高温烟气的热量迅速地通过热管3传递到外套水管2中流动的冷却水中；外套水管2两端设置有焊接的法兰8，可用于两个装置之间相互连接实现串联延长的功能。
其中，热管3采用重力式热管，热管3通过热管外套4固定于烟管1上，热管外套4通过烟管1管壁上的开孔垂直焊接于烟管1管壁上，热管3下部加热段穿过热管外套4进入烟管1内部，并密封固定住。
根据热管换热原理并考虑重力影响因素，热管3在烟管1的径向呈辐射状排列，本实施例中，热管3相对于水平面的安装倾斜角度为30°和50°，单一截面上设置的热管3数目为4根，且均设置在烟管1的上半截面上，4根热管在本实用新型的烟气热量换热装置的一个单截面上对称安装，从水平面按顺时针方向计算，4根热管的安装角度为30°、50°、130°、150°，热管3在烟管1的一个单截面上呈辐射状排列有利于提高热管3的换热效率，并减少占用空间。
综合考虑本实用新型的烟气换热装置的换热效率及烟气流动阻力，热管3在烟管1的轴向呈层状排列，每层热管之间的间距为0.5米。
在本实施例中，由于地下洞库柴油机所排放的烟气热量高，外套水管2的管径与烟管1的管径之差为100mm，与现行采用保温材料的烟管的保温材料厚度相当，有利于在狭小的空间替换现行采用保温材料的烟管设备。外套水管2与烟管1之间充满冷却水，烟管1中的高温烟气可同时通过热管3和烟管1向冷却水进行换热，换热效率较高。
本实用新型的烟气热量换热装置两端的外套水管2与烟管1之间采用封堵盲板7焊接密封。进水短管5设置在本实用新型的烟气热量换热装置的烟气出口一端，出水短管6设置在本实用新型的烟气热量换热装置的烟气进口一端，冷却水与烟气流动方向相反，有利于提高换热效率。
本实施例的一种烟气热量换热装置的进水短管5和出水短管6的中心轴与临近法兰8的外侧面之间的距离为每层热管3之间的间距的3/5，进水短管5和出水短管6的中心轴与临近热管3所在截面之间的距离为每层热管3之间的间距的2/5。
本实用新型的烟气热量换热装置为整体焊接制作，考虑到制作成本及现场安装的便利性，本实施例的一种烟气热量换热装置的单个长度为3米。
根据地下洞库柴油机烟气管道的实际需求，本实施例将多个本实用新型的烟气热量换热装置相互连接串联起来，形成更长的烟道和换热装置。每两个烟气热量换热装置之间通过端头焊接的封堵盲板7和法兰8进行连接并达到密闭的效果，法兰8之间通过法兰螺栓9紧固连接。多个进水短管5相互连接成一根总进水管，多个出水短管6相互连接成一根总出水管，并将总出水管与其他用热设备(如热泵机组和淋浴设备等)连接，大大降低烟气排放温度的同时实现了柴油机烟气中热量的高效回收利用。
实施时，通过工厂化整体焊接制作本实施例的一种烟气热量换热装置，首先在烟管1管壁上开孔，然后将热管外套4焊接于烟管1管壁上，再将热管3密封固定在烟管1上，最后外套水管2安装于烟管1外部，两端焊上封堵盲板7、法兰8及冷却水进水短管5和出水短管6，最后经试压合格后即可完成该烟气热量换热装置的整体制作。将制作好的该烟气热量换热装置根据地下洞库柴油机烟气排气管道的布设长度，将多个该装置通过端头的法兰8用法兰螺栓9紧固连接，并将多个进水短管5相互连接成一根总进水管，多个出水短管6相互连接成一根总出水管，将总出水管与热泵机组和淋浴设备等连接。使用时，打开总进水管阀门和总出水管阀门，使本实用新型的烟气热量换热装置中充满冷却水，并将被烟管1中的高温烟气加热的水输送到其他用热设备，实现了整个烟气管道的热量交换，并实现高温烟气热量的高效回收利用。
