CN101865623A - 应用在余热锅炉中的螺旋扁管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了应用在余热锅炉中的螺旋扁管，包括扁管本体和位于扁管本体两端的兼作进口的第一管接口和兼作出口的第二管接口，其中：扁管本体成环形或规则曲线形状固定安装在换热面中，扁管本体包含至少一个螺旋部，螺旋部沿轴线任一质点的横截面呈螺旋渐变的椭圆形或长圆形。应用本发明的螺旋扁管，余热锅炉具有结构紧凑、体积小，吊装方便等优点，同时节省材料，造价低，大幅度提高换热效率，可广泛应用于石油化工、电力、钢铁、有色、化工、水泥、建材、轻工、煤炭等行业。

Description

应用在余热锅炉中的螺旋扁管

技术领域

本发明涉及一种热交换装置，具体地说是应用在余热锅炉中的螺旋扁管。

背景技术

我国政府计划到2020年将碳排放量减少40％-45％，目前面临着巨大的减排压力。政府正在推行各项有利于节能减排的政策，其中余热回收利用作为提高能源利用效率的有效途径，国家出台了多项政策鼓励企业进行余热回收利用。在节能、环保策的大力推动下，余热锅炉的需求迅猛增长，市场容量巨大。2008年国内余热锅炉企业销售额约34亿元，预计未来5年国内余热锅炉市场容量将达280亿元，国际市场约400亿元，共计约680亿元，余热锅炉行业市场前景广阔。

我国余热资源非常丰富，特别是在石油和石化、钢铁、有色、化工、水泥、建材、轻工、煤炭等行业，余热资源约占燃料消耗总量的17％-67％，其中可回收利用的余热资源约占余热总资源的60％。目前我国余热资源利用比例低，大型钢铁企业余热利用率约为30％-50％，其他行业更低，余热利用效率提升潜力大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供应用在余热锅炉中的螺旋扁管，有效提高余热锅炉的热能利用效率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：应用在余热锅炉中的螺旋扁管，包括扁管本体和位于扁管本体两端的兼作进口的第一管接口和兼作出口的第二管接口，其中：扁管本体成环形或规则曲线形状固定安装在换热面中，扁管本体包含至少一个螺旋部，螺旋部沿轴线任一质点的横截面呈螺旋渐变的椭圆形或长圆形。

为优化上述技术方案，采取的措施还包括：

上述的螺旋部为左旋部或右旋部。

上述的螺旋部之间设置有过渡段，所述的过渡段是截面呈椭圆形或长圆形的直管或弯管。

上述的过渡段位于左旋部和右旋部之间。

上述的换热面包括烟气通道，以及沿烟气通道设置的水保护段、过热器、蒸发器和省煤器。

上述的扁管本体通过管接口与弯头、集合管、弯管或直管相连接，成环形或规则曲线形状固定设置在水保护段、过热器、蒸发器和省煤器内。

上述的省煤器和水保护段之间设置有锅筒。锅筒将通入的水和汽分离。

上述的扁管本体由左旋部组成或者由右旋部组成或者由左旋部、过渡段和右旋部相结合组成。

与现有技术相比，本发明的应用在余热锅炉中的螺旋扁管是一种新型的换热元件，它以圆管为基管，经压扁后扭曲成型，其螺旋部沿轴线任一质点的横截面呈螺旋渐变的椭圆形或长圆形，管内流道因管子的扭曲而呈螺旋状。呈螺旋状的螺旋扁管管内腔壁和管外周壁的表面积比起标准的直管要大的多，使得受热的热交换面积大大增加，位于螺旋扁管管内腔受热介质热交换效率大大提高。管内管外处于螺旋流动，流体在管内和管外大体呈纵向流动，同时伴随有横向螺旋运动，这种流速和流向的周期性改变加强了流体的轴向混合和湍流度，从而强化了传热。实验研究表面：螺旋扁管内外膜传热系数比光管的内外膜传热系数大幅度提高，雷诺数低时最为明显，达到2-4倍，随着雷诺数的增大效果略微降低，通常也可提高传热系数1.5倍以上。该应用了螺旋扁管的余热锅炉结构紧凑、体积小，吊装方便；节省材料，造价低，大幅度提高换热效率，可广泛应用于石油化工、电力、钢铁、有色、化工、水泥、建材、轻工、煤炭等行业。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是图1的原理示意图；

图3是图1中螺旋扁管的结构示意图；

图4是图3中的G处放大视图；

图4a是图4中的A-A向剖视图；

图4b是图4中的B-B向剖视图；

图4c是图4中的C-C向剖视图；

图4d是图4中的D-D向剖视图；

图5是图3中的F处放大视图；

图5a是图5中的A-A向剖视图；

图5b是图5中的B-B向剖视图；

图5c是图5中的C-C向剖视图；

图5d是图5中的D-D向剖视图；

图6是图3中的E-E向剖视图；

图7是余热锅炉中管道的结构示意图；

图8是图7的右视图；

图9是图7的A-A向剖视图；

图10是本发明应用于烟道式余热锅炉的结构示意图；

图11是本发明应用于管壳式余热锅炉的结构示意图；

图12是管壳式余热锅炉本体的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

图1至图12所示为本发明的结构示意图。

其中的附图标记为：扁管本体1、第一管接口1a、第二管接口1b、左旋部1c、右旋部1d、过渡段1e、换热面2、水保护段2a、过热器2b、蒸发器2c、省煤器2d、锅筒3、90度弯头4、180度弯头5、前端管箱6、烟气出口7、固定管板8、蒸汽出口9、壳体10、折流板11、管束12、浮动管板13、浮头盖14、外头盖15、水进口16、烟气进口17。

实施例1

本发明的应用在余热锅炉中的螺旋扁管，包括扁管本体1和位于扁管本体1两端的兼作进口的第一管接口1a和兼作出口的第二管接口1b，其中：扁管本体1成环形或规则曲线形状固定安装在换热面2中，扁管本体1包含至少一个螺旋部，螺旋部沿轴线任一质点的横截面呈螺旋渐变的椭圆形或长圆形。

螺旋部可以是左旋部1c或右旋部1d。螺旋部是以圆管为基管，经压扁后扭曲成型，其螺旋部沿轴线任一质点的横截面呈螺旋渐变的椭圆形或长圆形。在扁管本体1上可以设置有多个螺旋部。

在各个螺旋部之间可以设置有过渡段1e，如图6所示，本实施例中过渡段1e是截面呈椭圆形的直管或弯管。过渡段1e位于左旋部1c和右旋部1d之间，通过过渡段1e连接各个左旋部1c或右旋部1d。过渡段1e的截面可以是椭圆形，也可以是圆形。

本发明的螺旋扁管，扁管本体1可以是由左旋部1c组成或者由右旋部1d组成或者由左旋部1c、过渡段1e和右旋部1d相结合组成。

换热面2包括烟气通道2a，以及沿烟气通道2a设置的水保护段2a、过热器2b、蒸发器2c和省煤器2d。螺旋扁管的扁管本体1通过第一管接口1a和第二管接口1b与弯头、集合管、弯管或直管相连接，成环形或规则曲线形状固定设置在水保护段2a、过热器2b、蒸发器2c和省煤器2d内。

如图1中所示，本实施例中，螺旋扁管的扁管本体1依次穿设省煤器2d、水保护段2a、蒸发器2c和过热器2b。在省煤器2d和水保护段2a之间设置有锅筒3，锅筒3将通入的水和汽分离。位于水保护段2a、过热器2b、蒸发器2c和省煤器2d内的扁管本体1包括左旋部1c、过渡段1e和右旋部1d。

如图2所示，废热源如烟气等从废热源进口进入水保护段2a、过热器2b、蒸发器2c和省煤器2d，然后排出。水等换热介质进入设置在水保护段2a、过热器2b、蒸发器2c和省煤器2d内的扁管本体1，换热介质与废热源进行热交换后排出。

如图4和图5所示的左旋部1c和右旋部1d的放大视图。图4a至图4d是图4中的剖视图，从剖视图中可以看出，左旋部1c任意一处的截面都是椭圆形或长圆形，同样，图5a至图5d是图5中的剖视图，右旋部1d任意一处的截面也都是椭圆形或长圆形。

如图7和图8所示，余热锅炉中的螺旋扁管通过第一管接口1a或第二管接口1b与90度弯头4和180度弯头5相连接，成环形或规则曲线形状通过管套固定在水保护段2a、过热器2b、蒸发器2c和省煤器2d内。图9是图7的A-A向剖视图。

本发明的应用在余热锅炉中的螺旋扁管是一种新型的换热元件，它以圆管为基管，经压扁后扭曲成型，其螺旋部沿轴线任一质点的横截面呈螺旋渐变的椭圆形或长圆形，管内流道因管子的扭曲而呈螺旋状。呈螺旋状的螺旋扁管管内腔壁和管外周壁的表面积比起标准的直管要大的多，使得受热的热交换面积大大增加，位于螺旋扁管管内腔受热介质热交换效率大大提高。管内管外处于螺旋流动，流体在管内和管外大体呈纵向流动，同时伴随有横向螺旋运动，这种流速和流向的周期性改变加强了流体的轴向混合和湍流度，从而强化了传热。实验研究表面：螺旋扁管内外膜传热系数比光管的内外膜传热系数大幅度提高，雷诺数低时最为明显，达到2-4倍，随着雷诺数的增大效果略微降低，通常也可提高传热系数1.5倍以上。该应用了螺旋扁管的余热锅炉结构紧凑、体积小，吊装方便；节省材料，造价低，大幅度提高换热效率，可广泛应用于石油化工、电力、钢铁、有色、化工、水泥、建材、轻工、煤炭等行业。

实施例2

图10为本实施例的螺旋扁管应用于烟道式余热锅炉的结构示意图。

如图10所示，烟道式余热锅炉主要由省煤器、上升管、锅筒、下降管、水保护段、蒸发器、过热器和烟囱等组成。烟道式锅炉是水管锅炉，水或蒸汽在炉管内流动，烟气在炉管外的烟道中流动，在省煤器、水保护段、蒸发器和过热器内设置由螺旋扁管构成的盘管组。烟气通过冲刷管子的外表面将热量传递给管内的水或蒸汽。

工作过程中，水经给水管道进入省煤器，经过加热以后送入锅筒，与锅水混合后沿下降管下行依次通过水保护段、蒸发段。水在水保护段和蒸发段内吸收热形成汽水混合物经上升管到达锅筒中，由锅筒使水、汽分离。分离出来的饱和蒸汽由锅筒上部流往过热器，继续吸热成为过热蒸汽，过热蒸汽经蒸汽管道送到下游设备进行使用，如用于汽轮机发电，或者供生产、生活取暖用。

热烟气按顺序流经水保护段、过热器、蒸发器和省煤器后，再经过烟囱排向大气。

实施例3

图11为本实施例的螺旋扁管应用于管壳式余热锅炉的结构示意图。

如图12所示，管壳式余热锅炉本体主要由前端管箱6、烟气出口7、固定管板8、蒸汽出口9、壳体10、折流板11、管束12、浮动管板13、浮头盖14、外头盖15、水进口16和烟气进口17等组成。管壳式余热锅炉是火管锅炉，烟气在炉管内流动，水在管外的锅壳中流动。热量通过管壁传递给管外的水。

水经给水管道进入锅壳，水在锅壳内吸热形成汽水混合物经上升管到达汽包中，由汽包使水、汽分离。分离出来的水经下降管回到锅壳内，形成水循环；分离出来的蒸汽经蒸汽管道送到下游设备进行使用，如用于汽轮机发电，或者供生产、生活取暖用。

热烟气经烟气进口17进入管束12，由烟气出口7离开锅炉去下游设备进行使用或排向大气。

管束12由螺旋扁管组成，管束12中的管子穿过折流板11，管子两端分别与固定管板8和浮动管板13连接，管子与浮动管板13的连接方式有胀接、焊接、胀焊并用等几种方式；壳体10与浮动管板13采用焊接方式；固定管板8和管箱通过法兰连接成一体。

本发明的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。

Claims (8)

1.应用在余热锅炉中的螺旋扁管，包括扁管本体(1)和位于扁管本体(1)两端的兼作进口的第一管接口(1a)和兼作出口的第二管接口(1b)，其特征是：所述的扁管本体(1)成环形或规则曲线形状固定安装在换热面(2)中，扁管本体(1)包含至少一个螺旋部，所述的螺旋部沿轴线任一质点的横截面呈螺旋渐变的椭圆形或长圆形。

2.根据权利要求1所述的应用在余热锅炉中的螺旋扁管，其特征是：所述的螺旋部为左旋部(1c)或右旋部(1d)。

3.根据权利要求2所述的应用在余热锅炉中的螺旋扁管，其特征是：所述的螺旋部之间设置有过渡段(1e)，所述的过渡段(1e)是截面呈椭圆形或长圆形的直管或弯管。

4.根据权利要求3所述的应用在余热锅炉中的螺旋扁管，其特征是：所述的过渡段(1e)位于左旋部(1c)和右旋部(1d)之间。

5.根据权利要求4所述的应用在余热锅炉中的螺旋扁管，其特征是：所述的换热面(2)包括烟气通道(2a)，以及沿烟气通道(2a)设置的水保护段(2a)、过热器(2b)、蒸发器(2c)和省煤器(2d)。

6.根据权利要求5所述的应用在余热锅炉中的螺旋扁管，其特征是：所述的扁管本体(1)通过兼作进口的第一管接口(1a)和兼作出口的第二管接口(1b)与弯头、集合管、弯管或直管相连接，成环形或规则曲线形状固定设置在水保护段(2a)、过热器(2b)、蒸发器(2c)和省煤器(2d)内。

7.根据权利要求6所述的应用在余热锅炉中的螺旋扁管，其特征是：所述的省煤器(2d)和水保护段(2a)之间设置有锅筒(3)。

8.根据权利要求5至7任一权利要求所述的应用在余热锅炉中的螺旋扁管，其特征是：所述的扁管本体(1)由左旋部(1c)组成或者由右旋部(1d)组成或者由左旋部(1c)、过渡段(1e)和右旋部(1d)相结合组成。

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