橢圓管換熱器的製造方法
2023-05-15 17:44:06
橢圓管換熱器的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種橢圓管換熱器，包括受熱面管子和連接受熱面管子的金屬板，所述受熱面管子的截面為橢圓形，該橢圓形的長軸：短軸≥1.2。所述金屬板與受熱面管子的長軸平行。所述相鄰受熱面管子的中心距L1與連接相鄰受熱面管子的金屬片的寬度L2之比為1.5-9。本實用新型橢圓管換熱器結構簡單、合理，具備如下的優點：1.有效減少煙氣與受熱面管子的接觸面積，從而降低煙氣中氣相存在的鹼金屬成分在受熱面表面發生凝聚而造成沾汙的機率，達到提高換熱器使用壽命的目的。2.增加換熱器管子傾斜度，可以減少換熱器管表面積灰，從而提高換熱器的換熱性能。
【專利說明】橢圓管換熱器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種橢圓管換熱器，屬於換熱器【技術領域】。
【背景技術】
[0002]我國現已成為世界第一的能源生產國和消費國，近十年煤炭在能源結構中所佔比重一直在70%左右，並預計將持續至本世紀中葉。近年來，隨著煤炭資源的更為廣泛的開發和利用，在燃用一些煤種時出現鍋爐受熱面粘結的問題。從2010年起，中國電力行業開始逐步認識到這些煤種的特有屬性，並發現煤中鹼金屬類物質對鍋爐受熱面有嚴重粘結傾向。以燃用新疆地區該類煤種的鍋爐為例，2009年新疆部分電廠如紅巖池電廠、烏魯木齊熱電廠開始摻燒準東高鈉煤，在摻燒過程中發現鍋爐受熱面粘結嚴重，屏過、高過、高再、低再、低過管壁附有大量灰顆粒；2010年，隨著準東煤的使用範圍擴大，粘結引發的電廠停產也越來越普遍；2011年大南湖電廠試運行期間燃用鄯善沙爾湖煤，僅僅運行幾天，對流受熱面粘結嚴重，迫使電廠放棄沙爾湖煤重新組織煤源。由此可見，粘結問題已嚴重阻礙了這類煤炭資源的銷售與開採，增加了電廠的發電成本。
[0003]目前，僅新疆煤炭預測資源量就超過2萬億噸，約佔全國煤炭資源總量的41%，位居全國之首，加之新疆煤炭資源具有稟賦條件好、煤層開發成本低等特點，因此為開發利用此類煤炭資源，迫切需要可以長期燃用此類煤質的鍋爐。
[0004]鍋爐受熱面的粘結問題，又可細分為粘汙和結渣兩類。而且，從生成機理上講粘汙和結渣有本質的區別。粘汙是指低於灰熔點的灰顆粒向對流受熱面表面的積聚。灰顆粒溫度低於灰熔點變硬失去了粘性，自身是不會粘結在受熱面上的，因此，粘汙發生的過程中一定伴隨著粘結劑的產生。粘汙又可分為兩種類型:高溫粘結性粘汙與低溫灰沉積。高溫粘汙形成於某一溫度範圍內，一般產生於屏式過熱器、對流過熱器、對流再熱器上；低溫灰沉積則主要出現在溫度低於酸露點的管壁上，如低溫省煤器和空氣預熱器，它是由酸液與飛灰凝聚而成。結渣與粘汙不同，它是指熔融或半熔融狀態灰顆粒接觸到溫度較低受熱面時的凝固收縮聚集，通常發生在水冷壁及屏過底部。
[0005]對於受熱面的結渣而言，目前控制結渣的技術措施已很成熟，且判別煤灰結渣的方法也已明確，因此通過合理的組織爐內燃燒、選取合適的爐膛熱負荷、控制爐膛出口煙溫即可很好的控制水冷壁與屏底結渣。
[0006]對於受熱面的粘汙問題，一般認為在燃料中鈉鉀等鹼金屬鹽在析出過程中接觸到溫度較低的受熱面時發生冷凝，並聚集在管子表面，由於聚集的鹼金屬鹽有一定的粘度，因此煙氣中的細灰顆粒由於質量小動量弱就會被吸附，這一過程即形成了粘汙。目前，世界範圍內還都沒有找到根治這一問題的解決方法，已公開的一些方法包括:
[0007]1.使用液態化學添加劑:研究表明，在爐內噴入液態化學添加劑將有助於對以蒸汽形式存在的鹼金屬鹽的捕捉。然而，僅在試驗臺上進行此類液態化學添加劑的噴入已經非常昂貴，因此該辦法難於推廣應用到工程中去。
[0008]2.採用吹灰器吹灰:由於粘汙的形成伴隨粘性物質附著在管子外壁，吹灰器投運時，會阻止當時煙氣中固體顆粒被吸附的程度，但一旦吹灰器吹灰結束，則阻礙粘汙的效果就失去了。因此吹灰器更適合吹掃浮灰，而對除去管外形成的粘汙層效果有限。另一方面，若長期連續不斷的吹灰，則會提高能耗，降低機組效率。同時，高溫高壓蒸汽持續不斷的衝刷管子外壁，也會對受熱面管子的壽命產生不利影響。
[0009]3.與其他燃料混合摻燒:研究表明，摻燒其他鹼金屬鹽含量低的燃料或灰、沙等物質會稀釋鹼金屬鹽蒸汽的濃度，可以起到延緩粘汙的效果。通過摸索不同摻燒燃料的摻燒比例，可對燃用高鹼金屬鹽含量的煤有很好的減輕受熱面粘汙效果。然而，對於部分沒有摻燒條件的機組如坑口電廠等，則難於採用摻燒方法。此外，儘管煤灰等物質中的矽鋁酸鹽含量較高，且矽鋁酸鹽可以與鹼金屬不可逆的反應生成鹼金屬矽鋁酸鹽，然而，煤灰的分析結果表明，由於煤粉鍋爐的燃燒溫度較高，矽鋁酸鹽均轉化為不適合吸收鹼金屬的惰性結構。
[0010]4.加防護蓋板:已有試驗研究表明，通過在前排受熱面管外加設防護蓋板，可以在一定程度上緩解該區域受熱面的粘汙問題，然而，這一方法所能延長的時間非常有限，並非長久的辦法。
[0011]以上因素均限制了含鹼金屬成分燃料的利用，使這類煤炭資源難於大規模開採使用。
實用新型內容
[0012]本實用新型的目的在於:提供一種管子截面為橢圓形的換熱器，有效減少換熱器面向煙氣側的凸起高度，能大幅減少粘汙發生的機率，達到提高換熱器使用壽命的目的；同時還有效減少煙氣中攜帶粉塵與換熱器的接觸面積並增加換熱器管子傾斜度以減少換熱器積灰，從而提聞換熱器的換熱性能。
[0013]本實用新型的目的是通過下述技術方案來實現:一種橢圓管換熱器，包括受熱面管子和連接受熱面管子的金屬板，所述受熱面管子的截面為橢圓形，該橢圓形的長軸:短軸^ 1.2。
[0014]作為一種優選方式，所述金屬板與受熱面管子的長軸平行。
[0015]作為進一步優選方式，所述相鄰受熱面管子的中心距LI與連接相鄰受熱面管子的金屬片的寬度L2之比為1.5-9。
[0016]作為進一步優選方式，所述受熱面管子上設有鰭片結構，該鰭片的截面積與管子截面積之比為0.5-5。
[0017]作為優選方式之一，所述受熱面管子為內螺紋結構。
[0018]作為優選方式之二，所述受熱面管子為光管結構。
[0019]與現有技術相比，本實用新型的有益效果:本實用新型橢圓管換熱器結構簡單、合理，具備如下的優點:
[0020]1.有效減少煙氣與受熱面管子的接觸面積，從而降低煙氣中氣相存在的鹼金屬成分在受熱面表面發生凝聚而造成沾汙的機率，達到提高換熱器使用壽命的目的。
[0021]2.增加換熱器管子截面隨煙氣流動方向的傾斜度，從而減少換熱器管表面積灰，從而提聞換熱器的換熱性能。【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型橢圓管換熱器中受熱面管子的結構示意圖；
[0023]圖2是本實用新型橢圓管換熱器的俯面結構示意圖；
[0024]圖3是本實用新型實施例2的結構示意圖。
[0025]圖中:1-受熱面管子， 2-金屬板，3-鰭片板。
【具體實施方式】
[0026]下面結合具體實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0027]本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了相互排斥的特質和/或步驟以外，均可以以任何方式組合，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換，即，除非特別敘述，每個特徵之一系列等效或類似特徵中的一個實施例而已。
[0028]如圖1-3所示，本實用新型橢圓管換熱器包括受熱面管子I和連接受熱面管子I的金屬板2，所述受熱面管子I的截面為橢圓形，該橢圓形的長軸:短軸> 1.2。通過對比在煙氣流動狀態下不同表面粗燥度的管子上煤灰顆粒的堆積角，發現其堆積角所對應的堆積高度與圓管半徑之間的關係。同時為不因管子截面形狀的改變而增加受熱面管子數量，需考慮橢圓形截面管的截面周長與被替代的圓形截面管的截面周長相近。此外，為了保證管內工質的流量不因管子截面形狀的改變大幅調整，需要使橢圓形截面管的截面面積與被替代的圓形截面管的截面面積相近。所述金屬板2與受熱面管子I的長軸平行；通過參考現有鍋爐受熱面管間距並考慮預防受熱面發生煤中鹼金屬成分引起的沾汙過程所採用的如吹灰等措施所需布置空間，需要設定合適的管間節距。管子間距太小，吹灰器等裝置不易布置，而過大的管間距勢必造成同樣空間的受熱面布置減少，對鍋爐的結構來說並不經濟。因此所述相鄰受熱面管子I的中心距LI與連接相鄰受熱面管子I的金屬板2的寬度L2之比為 1.5-9。
[0029]當所述受熱面管子I上設有鰭片結構時，此時煙氣流動方向與受熱面管子軸向方向垂直或接近垂直，通過核算不同區域受熱面管內工質在該受熱面所對應的煙氣環境中的傳熱特性，可以得出鰭片與受熱面管截面積的取值範圍，基於此確定鰭片的截面積與管子截面積之比為0.5-5。而對於煙氣流動方向與受熱面管子軸向方向平行或接近平行時，不加設鰭片結構。
[0030]實施例1:
[0031]結合圖1和圖2說明本實施方案，一種管子截面為橢圓形的換熱器結構，包括截面為橢圓形的受熱面管子I和連接受熱面管子的金屬板2。所述受熱面管子I為內螺紋結構。所述橢圓形的長軸長度為短軸長度的1.3倍。橢圓截面管間在長軸延長線處採用金屬板相連，煙氣流動方向與受熱面管子軸向方向平行。相鄰受熱面管子的中心距LI與連接相鄰管子間的金屬的片寬度L2之比為3。
[0032]實施例2:
[0033]結合圖3說明本實施方案，一種管子截面為橢圓形的換熱器結構，與實施例1不同處僅為管外包含鰭片板3，管子橢圓形截面的長軸長度為短軸長度的5倍，所述受熱面管子I為光管結構。鰭片板3的面積SI為管子I的截面積S2的0.5倍，煙氣流動方向與受熱面管子軸向方向垂直或更接近於垂直。
[0034]在使用時，煙氣流動方向既可以與受熱面管子的軸向平行或接近，如圖1和圖2(圖2為圖1的俯視圖)，又可與受熱面管子的軸向方向垂直或近似垂直(如圖3)，且煙氣流動方向與受熱面管子的軸向垂直或近於垂直時，管外可加設片鰭片結構。
[0035]在管子的形狀特性上，通過對比在煙氣流動狀態下不同表面粗燥度的管子上煤灰顆粒的堆積角，發現其堆積角所對應的堆積高度與圓管半徑之間的關係。同時為不因管子截面形狀的改變而增加受熱面管子數量，需考慮橢圓形截面管的截面周長與被替代的圓形截面管的截面周長相近。此外，為了保證管內工質的流量不因管子截面形狀的改變而有所調整，需要使橢圓形截面管的截面面積與被替代的圓形截面管的截面面積相近。
[0036]通過對含鹼金屬成分煤種的試燒試驗可知，燃料中的鹼金屬成分會在燃燒過程中釋放，並以氣態形式存在於高溫煙氣中。由於採用了橢圓形的截面形狀，無論煙氣流動方向與管子軸向的關係如何，在與傳統的圓形截面管相比時，均能有效減少換熱器管子面向煙氣側的凸起高度，可減少煙氣與受熱面管子的接觸面積，從而降低煙氣中氣相存在的鹼金屬成分在受熱面表面發生凝聚而造成沾汙的機率，達到提高換熱器使用壽命的目的。由於同樣的原因，在採用橢圓形截面管受熱面後，可以減少換熱器管表面積灰，從而提高換熱器的換熱性能。
[0037]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種橢圓管換熱器，包括受熱面管子(I)和連接受熱面管子(I)的金屬板(2)，其特徵在於:所述受熱面管子(I)的截面為橢圓形，該橢圓形的長軸:短軸> 1.2。
2.如權利要求1所述的橢圓管換熱器，其特徵在於:所述金屬板(2)與受熱面管子(I)的長軸平行。
3.如權利要求2所述的橢圓管換熱器，其特徵在於:所述相鄰受熱面管子(I)的中心距LI與連接相鄰受熱面管子(I)的金屬板(2)的寬度L2之比為1.5-9。
4.如權利要求3所述的橢圓管換熱器，其特徵在於:所述受熱面管子(I)上設有鰭片結構，該鰭片的截面積與管子截面積之比為0.5-5。
5.如權利要求3所述的橢圓管換熱器，其特徵在於:所述受熱面管子(I)為內螺紋結構。
6.如權利要求3所述的橢圓管換熱器，其特徵在於:所述受熱面管子(I)為光管結構。
【文檔編號】F28D1/053GK203719461SQ201420038154
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月22日 優先權日:2014年1月22日
【發明者】蘇虎, 魯佳易, 宋剛 申請人:東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司