套管噴旋流技術(shù)在熱交換器中的應(yīng)用

姜乃斌，董民生，李珍珍

（西安華江環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，西安 710021）

套管噴旋流技術(shù)在熱交換器中的應(yīng)用

姜乃斌，董民生，李珍珍

（西安華江環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，西安 710021）

套管式空氣預(yù)熱器的傳熱元件是由兩根不同直徑的管子套在一起組成，外管由高溫?zé)煔猥@取熱量，充分利用排煙余熱，內(nèi)管中通入冷空氣，內(nèi)外管通過對流和輻射的傳熱方式實現(xiàn)熱量傳遞，是一種結(jié)構(gòu)簡單、換熱效率高的新型空氣換熱器。

排煙余熱;對流;輻射;換熱效率高

1 背景技術(shù)

火力發(fā)電、石油化工等行業(yè)，為了提高工業(yè)鍋爐設(shè)備的熱效率，充分利用排煙余熱，一般都采用煙氣-空氣換熱器，這類換熱器型式較多，但性能良莠不齊。其中，板式換熱器的傳熱效率較低，漏風(fēng)量大，現(xiàn)已逐漸被淘汰；回轉(zhuǎn)式換熱器的漏風(fēng)量大，運行安全性差；熱管式換熱器相比前兩種換熱器，具有體積小、容易布置、無轉(zhuǎn)動部件的優(yōu)點，因此維修量小、結(jié)構(gòu)簡單，但因其采用的是單管結(jié)構(gòu)，熱煙氣流動快，因而傳熱效率仍然不高。

新型套管式空氣預(yù)熱器采用了噴旋流技術(shù)，克服了傳統(tǒng)換熱器的缺點和不足，是一種設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡單、傳熱系數(shù)高、換熱效率高、產(chǎn)品成本低的新型空氣換熱器。

2 結(jié)構(gòu)和工作原理

預(yù)熱器的傳熱元件是由兩根不同直徑的管子套在一起組成的套管型式（見圖1、圖2、圖3）。

套管預(yù)熱器的外管由高溫?zé)煔猥@取熱量，充分利用排煙余熱，內(nèi)管中通入冷空氣，內(nèi)外管通過對流和輻射的傳熱方式實現(xiàn)熱量傳遞，是一種結(jié)構(gòu)簡單、換熱效率高的新型空氣換熱器?？蓮V泛應(yīng)用在含塵（或顆粒物）較高的煙氣中預(yù)熱空氣或燃料氣。預(yù)熱空氣一般從冷風(fēng)風(fēng)箱進入內(nèi)管，向下流動經(jīng)下端空間后再通過內(nèi)外管之間的環(huán)向間隙向上流出進入熱風(fēng)箱。

3 傳熱特點

套管預(yù)熱器的傳熱特點是外管由高溫?zé)煔猥@取熱量，使外管壁溫度迅速提高，一方面通過對流傳遞給環(huán)向間隙中的空氣，另一方面通過輻射傳熱給內(nèi)管壁，再由內(nèi)管壁傳給內(nèi)管和環(huán)向間隙中的空氣，從而將空氣預(yù)熱到更高的溫度，同時使外管的溫度得以降低，外管材料可以根據(jù)煙氣的溫度選用不同的耐熱鋼，使預(yù)熱器有較長的壽命。

對于在高溫條件下工作的空氣預(yù)熱器，在空氣側(cè)采用了單噴流形式，內(nèi)管的管壁上加工有噴孔，這種結(jié)構(gòu)使冷流體可以較高的速度噴射到換熱管內(nèi)表面，因較大的沖擊作用而產(chǎn)生紊流流動，使煙氣流體邊界層具有紊流性質(zhì)，從而極高地增加了氣流與表面的傳熱系數(shù)，同時也使換熱管表面的溫度降低。據(jù)有關(guān)記載，噴流預(yù)熱器的綜合傳熱系數(shù)可達50ω/m2·℃，是一般換熱器傳熱系數(shù)的2倍左右；內(nèi)管的外管壁上設(shè)置有螺旋狀環(huán)繞在內(nèi)管上的旋流凸起。使套管外側(cè)流體以螺旋線形式流動，增強湍流程度，也有效地提高了傳熱系數(shù)，對工業(yè)爐窯的煙氣余熱進行回收，對提高爐窯熱效率十分有效。

4 應(yīng)用實例

套管式空氣預(yù)熱器由冷風(fēng)箱、冷風(fēng)進管、熱風(fēng)箱、熱風(fēng)出管、內(nèi)管、外管聯(lián)接構(gòu)成。

在冷風(fēng)箱底部用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接有熱風(fēng)箱，冷風(fēng)箱與熱風(fēng)箱之間不互相聯(lián)通，冷風(fēng)進管與冷風(fēng)箱內(nèi)相聯(lián)通，在冷風(fēng)箱的底板上均布焊接內(nèi)管，內(nèi)管與冷風(fēng)箱內(nèi)相聯(lián)通，空氣從冷風(fēng)進管進入冷風(fēng)箱內(nèi)，再進入內(nèi)管并沿內(nèi)管向下流動。位于冷風(fēng)箱下方的熱風(fēng)箱的右側(cè)通過螺紋聯(lián)接有熱風(fēng)出管，熱風(fēng)出管與熱風(fēng)箱內(nèi)相聯(lián)通，熱風(fēng)箱底板上焊接有外管，外管的底端封閉，內(nèi)管套裝在外管內(nèi)，內(nèi)管的中心線與外管的中心線重合，內(nèi)管的底端與外管內(nèi)相聯(lián)通。外管位于高溫?zé)煔猸h(huán)境中，外管可從高溫?zé)煔庵蝎@取熱量，使外管管壁溫度提高?？諝鈴膬?nèi)管下端流入外管中，再沿內(nèi)管和外管之間的環(huán)向間隙向上流動至熱風(fēng)箱內(nèi)，空氣在流動的過程中同時與外管的管壁進行熱量交換，可將空氣預(yù)熱到更高的溫度，同時使外管的溫度降低，延長了空氣換熱器的使用壽命。從外管向上流動的空氣經(jīng)熱量交換后從熱風(fēng)箱右側(cè)的熱風(fēng)出管流出。內(nèi)管結(jié)構(gòu)示意見圖4。

圖4 內(nèi)管結(jié)構(gòu)示意圖

如圖4所示，在內(nèi)管的上部外管壁上焊接聯(lián)接有一對徑向凸出于內(nèi)管外管壁的上定位柱①、下部外管壁上焊接聯(lián)接有一對徑向凸出于內(nèi)管外管壁的下定位柱②，上定位柱①和下定位柱②的自由端與外管內(nèi)壁之間具有微小間隙，上定位柱①和下定位柱②用于保證內(nèi)管與外管的軸線重合，定位柱的數(shù)量可根據(jù)內(nèi)管及外管的長短不同而增加或減少，內(nèi)、外管壁上都加工有螺旋狀環(huán)繞在內(nèi)管上的旋流凸起，可以延長空氣的預(yù)熱通道，增加空氣的紊流程度，有效提高換熱效率。內(nèi)管中下部的管壁上加工有噴孔（見圖3），噴孔均布設(shè)置于內(nèi)管管壁上，進入內(nèi)管中的空氣在向下流動的同時一部分從噴孔高速噴入外管中，噴射空氣流垂直噴向外管內(nèi)表面，對換熱面進行沖擊，使層流邊界被破壞，可以強化對流換熱效率。

Application of Spraying and Spiral-flow Technology of Casing Pipe in Heat Exchanger

JIANG Nai-bin, DONG Min-sheng, LI Zhen-zhen
(Xi’an Huajiang Environmental Technologies Co., Ltd, Xi’an 710021, China)

The heat transmission element of air pre-heater with casing pipe is composed of two different diametric pipes,the outside pipes obtain the quantity of heat from high temperature and use fully the surplus heat of emission smoke, the inside pipes go through cool air. By convective and radiant heat transmission, inside and outside pipes realize quantity of heat transfer,it is a new air heat interchanger with simple structure and high efficiency of heat interchange.

surplus heat of emission smoke; convection; radiation; high efficiency of heat interchange

TK172

A

1006-5377（2012）11-0034-02