換熱管進出口同溫差插入式空氣預熱器的製作方法

2023-06-01 06:37:26 1

專利名稱：換熱管進出口同溫差插入式空氣預熱器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及空氣預熱器，尤其涉及應用於化工、冶金、能源動力、建材等工業領域的插入式空氣預熱器。
背景技術：
插入件式空氣預熱器多用於煙氣-空氣換熱，在化工、冶金、能源動力、建材等工 業領域的熱風爐、加熱爐、工業爐窯、鍋爐等餘熱利用及空氣預熱中有著廣泛的應用，它可 充分回收餘熱和提供純淨的高溫空氣，節約大量能源。現有插入件空氣預熱器結構簡單、選 材方便，但其靠煙氣入口的前排換熱管由於受到換熱管前空間的直接輻射，溫度比其他管 要高，並導致了各排換熱管的熱膨脹不一，當一根換熱管損壞時，整個預熱器都將報廢。為解決上述問題，傳統的方法有三種一是靠煙氣入口處的換熱管選擇耐高溫的 合金管材；二是用支架將管組吊掛起來，使其下部懸空；三是採用平衡杆的支承方式，使之 可以受熱向上膨脹。近年來還發展了兩種方法一是使高溫煙氣入口處的前1 2排管子 的直徑大於管束其餘的管子，這樣一來，在同樣管長下其流通阻力就會小些，通過的空氣自 然多一些，因而管壁受到的冷卻就大一些；二是採用彎管結構，彎管在一定程度上可以分別 地補償各根管子的熱膨脹。上述方法雖然可以部分解決插入件空氣預熱器各排換熱管熱膨 脹不一的問題，但需要使用昂貴的耐高溫合金材料或結構比較複雜的懸掛裝置或複雜的換 熱管結構，這造成插入件式空氣預熱器造價昂貴、壽命低，影響空氣預熱器的總體性能。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種可減小換熱管之 間的管壁溫差、使各排換熱管內被加熱的空氣具有相同進出口溫差、具有最優綜合換熱效 果的換熱管進出口同溫差插入式空氣預熱器。為解決上述技術問題，本實用新型採用以下技術方案一種換熱管進出口同溫差插入式空氣預熱器，包括風箱和多排換熱管，所述風箱 上端設有冷空氣入口，風箱下端設有熱空氣出口，風箱一側設有煙氣入口，風箱另一側設有 煙氣出口，所述多排換熱管均勻布置於風箱內並連通冷空氣入口與熱空氣出口，所述換熱 管內設置有插入件，所述插入件由直段和螺旋段組成，所述直段置於換熱管的入口段，所述 螺旋段置於換熱管的出口段。從煙氣入口一側至煙氣出口一側，各排換熱管中插入件的直段長度佔總長的百分 比逐漸減少。所述冷空氣入口位於靠近煙氣出口的一側。所述熱空氣出口位於靠近煙氣入口的一側。所述熱空氣出口位於靠近煙氣入口的一側。與現有技術相比，本實用新型的優點在於本實用新型的換熱管進出口同溫差插入式空氣預熱器中的插入件由直段和螺旋段組成，當流體流入換熱管時，流動熱邊界層有一個從零開始增長到匯合於換熱管中心線的過程，在換熱管的入口段，其熱邊界層較薄，局部表面傳熱係數比換熱管中下部的充分發 展段高，將插入件的直段置於換熱管的入口段，充分利用了管道入口段熱邊界層較薄，局部 表面傳熱係數較大的特點，使換熱管壓降增加較小的基礎上具有良好的換熱性能，同時，插 入件的直段使得換熱管的水力直徑減小，從而導致換熱係數有所增大，並且壓力損失也不 大；在換熱管的出口段熱邊界層較厚，將插入件的螺旋段置於換熱管的出口段，使得流體 產生一個切向速度分量，其流動速度增大，尤其是靠近換熱管壁面處，使壁面處剪切應力增 大、由二次流導致的流體混合增強，換熱效果得到增強；通過調整各排換熱管內插入件的螺 旋段長度，可以控制換熱管內空氣的流動速度，從而可以控制換熱管的管壁溫差，及以被加 熱空氣在換熱管進出口處的溫差，使插入件式空氣預熱器的造價降低、壽命延長、總體性能 提高。從煙氣入口一側至煙氣出口一側，各排換熱管中插入件的直段長度佔總長的百分比 逐漸減少，由於插入件的直段越長，換熱管流通阻力就越小，因而靠近煙氣高溫側的換熱管 通過的空氣流量大，管壁受到的冷卻就大一些；而靠近煙氣低溫側的換熱管通過的空氣流 量小，管壁受到的冷卻就小一些，從而達到控制換熱管的管壁溫差、控制被加熱的空氣具有 相同的進出口溫差的目的；換熱管具有相同的壁溫，換熱管的材料選型便於統一，可以減少 耐高溫材料的使用，降低空氣預熱器的材料成本，同時也可以提高空氣預熱器的整體壽命。 同時，可避免煙氣入口高溫側因管內溫度高而造成換熱管的燒壞，還可避免煙氣出口低溫 側因溫度過低帶來的露點腐蝕問題。本實用新型的換熱管進出口同溫差插入式空氣預熱器 流動阻力小、製造成本低、使用壽命長，總體換熱性能好，可實現空氣預熱器高效穩定的運 行。

圖1是本實用新型的立體結構示意圖；圖2是本實用新型的主剖視圖；圖3是本實用新型的左視圖；圖4是本實用新型的俯視圖；圖5是本實用新型中設有插入件的換熱管的結構示意圖；圖6是本實用新型中插入件的結構示意圖。圖中各標號表示1、風箱；2、換熱管；3、插入件；11、冷空氣入口 ；12、熱空氣出口 ；13、煙氣入口 ； 14、煙氣出口 ；15、連接板；31、直段；32、螺旋段。
具體實施方式
圖1至圖6示出了本實用新型的一種換熱管進出口同溫差插入式空氣預熱器，該 預熱器包括風箱1和多排換熱管2。風箱1上端設有冷空氣入口 11，風箱1下端設有熱空 氣出口 12，風箱1 一側設有煙氣入口 13，風箱1另一側設有煙氣出口 14，風箱1內設有上、 下兩塊連接板15，並通過兩塊連接板15將煙氣出入口與空氣出入口隔開。本實施例中，換 熱管2共設有4排，每排6根，4排換熱管2均勻布置於風箱1內，各換熱管2的上、下兩端 分別與一連接板15連接固定，並且換熱管2連通冷空氣入口 11與熱空氣出口 12，換熱管2內設置有插入件3，插入件3由直段31和螺旋段32組成，直段31置於換熱管2的入口段， 螺旋段32置於換熱管2的出口段，當流體流入換熱管2時，流動熱邊界層有一個從零開始 增長到匯合於換熱管2中心線的過程，在換熱管2的入口段，其熱邊界層較薄，局部表面傳 熱係數比換熱管2中下部的充分發展段高，將插入件3的直段31置於換熱管2的入口段， 充分利用了管道入口段熱邊界層較薄，局部表面傳熱係數較大的特點，使換熱管2壓降增 加較小的基礎上具有良好的換熱性能，同時，插入件3的直段31使得換熱管2的水力直徑 減小，從而導致換熱係數有所增大，並且壓力損失也不大；在換熱管2的出口段熱邊界層較 厚，將插入件3的螺旋段置於換熱管2的出口段，使得流體產生一個切向速度分量，其流動 速度增大，尤其是靠近換熱管2壁面處，使壁面處剪切應力增大、由二次流導致的流體混合 增強，換熱效果得到增強；通過調整各排換熱管2內插入件3的螺旋段 長度，可以控制換熱 管2內空氣的流動速度，從而可以控制換熱管2的管壁溫差，及以被加熱空氣在換熱管2進 出口處的溫差，使插入式空氣預熱器的造價降低、壽命延長、總體性能提高。本實施例中，從煙氣入口 13 —側至煙氣出口 14 一側，各排換熱管2中插入件3的 直段31長度佔總長的百分比逐漸減少，冷空氣入口 11位於靠近煙氣出口 14的一側，熱空 氣出口 12位於靠近煙氣入口 13的一側，由於插入件3的直段31越長，換熱管2流通阻力 就越小，因而靠近煙氣入口 13處的高溫側的換熱管2通過的空氣流量大，管壁受到的冷卻 就大一些；而靠近煙氣出口 14處的低溫側的換熱管2通過的空氣流量小，管壁受到的冷卻 就小一些，從而達到控制換熱管2的管壁溫差、控制被加熱的空氣具有相同的進出口溫差 的目的；換熱管2具有相同的壁溫，其材料選型便於統一，可以減少耐高溫材料的使用，降 低空氣預熱器的材料成本，同時也可以提高空氣預熱器的整體壽命。同時，可避免煙氣入口 13高溫側因管內溫度高而造成換熱管的燒壞，還可避免煙氣出口 14低溫側因溫度過低帶 來的露點腐蝕問題。本實用新型的換熱管進出口同溫差插入式空氣預熱器流動阻力小、制 造成本低、使用壽命長，總體換熱性能好，可實現空氣預熱器高效穩定的運行。本實用新型的換熱管進出口同溫差插入式空氣預熱器通過換熱管2實現煙氣與 空氣的熱量交換，使用時，高溫煙氣從風箱1 一側的煙氣入口 13進入風箱1，並流經換熱管 2對換熱管2加熱，冷空氣從風箱1上端的冷空氣入口 11進入換熱管2內，冷空氣流經換 熱管2時被換熱管2加熱，被加熱的空氣匯總於風箱1的下部，最後從熱空氣出口 12排出， 溫度降低後的煙氣從風箱1另一側的煙氣出口 14排出。換熱管2內插有由直段31和螺旋 段32組合而成的插入件3，沿煙氣流動方向，換熱管2內插入件3的直段31不斷減短而螺 旋段32不斷增長，可以達到控制換熱管2的管壁溫差、控制被加熱的空氣具有相同的進出 口溫差的目的。本實用新型可使各排換熱管2具有相同的壁溫及各換熱管2的空氣進出口 溫差相同，可避免煙氣入口 13高溫側因管內溫度高而造成換熱管的燒壞，還可避免煙氣出 口 14低溫側因溫度過低帶來的露點腐蝕問題，從而降低空氣預熱器製造成本，延長其使用 壽命ο上述只是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型作任何形式上的限制。雖 然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本實用新型。任何熟悉本領域 的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案範圍的情況下，都可利用上述揭示的技術內容 對本實用新型技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因 此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化 及修飾，均應落在本實用新型技術方案保護的範圍內。
權利要求一種換熱管進出口同溫差插入式空氣預熱器，包括風箱(1)和多排換熱管(2)，所述風箱(1)上端設有冷空氣入口(11)，風箱(1)下端設有熱空氣出口(12)，風箱(1)一側設有煙氣入口(13)，風箱(1)另一側設有煙氣出口(14)，所述多排換熱管(2)均勻布置於風箱(1)內並連通冷空氣入口(11)與熱空氣出口(12)，所述換熱管(2)內設置有插入件(3)，其特徵在於所述插入件(3)由直段(31)和螺旋段(32)組成，所述直段(31)置於換熱管(2)的入口段，所述螺旋段(32)置於換熱管(2)的出口段。
2.根據權利要求1所述的換熱管進出口同溫差插入式空氣預熱器，其特徵在於從煙 氣入口(13) —側至煙氣出口(14) 一側，各排換熱管(2)中插入件(3)的直段(31)長度佔 總長的百分比逐漸減少。
3.根據權利要求1或2所述的換熱管進出口同溫差插入式空氣預熱器，其特徵在於 所述冷空氣入口(11)位於靠近煙氣出口(14)的一側。
4.根據權利要求1或2所述的換熱管進出口同溫差插入式空氣預熱器，其特徵在於 所述熱空氣出口(12)位於靠近煙氣入口(13)的一側。
5.根據權利要求3所述的換熱管進出口同溫差插入式空氣預熱器，其特徵在於所述 熱空氣出口(12)位於靠近煙氣入口(13)的一側。
專利摘要本實用新型公開了一種換熱管進出口同溫差插入式空氣預熱器，包括風箱和多排換熱管，所述風箱上端設有冷空氣入口，風箱下端設有熱空氣出口，風箱一側設有煙氣入口，風箱另一側設有煙氣出口，所述多排換熱管均勻布置於風箱內並連通冷空氣入口與熱空氣出口，所述換熱管內設置有插入件，所述插入件由直段和螺旋段組成，所述直段置於換熱管的入口段，所述螺旋段置於換熱管的出口段。從煙氣入口一側至煙氣出口一側，各排換熱管中插入件的直段長度佔總長的百分比逐漸減少。該換熱管進出口同溫差插入式空氣預熱器可減小換熱管之間的管壁溫差、使各排換熱管內被加熱的空氣具有相同進出口溫差、具有最優綜合換熱效果。
文檔編號F28F13/02GK201652410SQ20102018989
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月14日 優先權日2010年5月14日
發明者姜建榮, 姜昌偉, 童永清, 鄧鵬 申請人:杭州美寶爐窯工程有限公司;長沙理工大學