CN103438746B - 一种用于余热回收的椭圆管h型翅片换热器 - Google Patents

Abstract

一种用于余热回收的椭圆管H型翅片换热器，包括椭圆形换热管、套装在换热管表面的若干组H型翅片、以及在椭圆换热管周围H型翅片表面按照椭圆形布置的非均匀三角小翼构成的换热器表面。当含尘烟气流过H型翅片表面时，小翼对流体产生扰动，强化管壁和下游换热，同时降低颗粒在管壁的沉积；椭圆管能减小颗粒附着量同时降低压降。多纵向涡按照非均匀方式布置，在翅片前后缘，小翼尺寸和迎风攻角较大，在H型翅片中部，小翼尺寸和攻角较小，采用该布置能分别对不同流态下的换热表面进行强化，有效强化翅片换热，降低压降损失并减少烟气中灰尘颗粒在换热表面沉积，使得换热器能在含尘烟气中长期高效运行。

Description

一种用于余热回收的椭圆管H型翅片换热器

技术领域

本发明涉及一种换热器，特别涉及一种适合于工业中低温余热回收领域的工业及电站锅炉的省煤器中的用于余热回收的椭圆管H型翅片换热器。

背景技术

在工业锅炉和电站锅炉的运行过程中会产生大量的中低温烟气，烟气通常被直接排放到环境空气中，较高的排烟温度不仅会造成余热资源的大量浪费，也会带来环境问题。为了降低锅炉的排烟温度，提高热利用效率，目前在锅炉尾部烟道中通常会布置省煤器以降低烟气温度，回收部分热量。省煤器管内工质为水，管外为含尘烟气，由于传热过程热阻集中在空气侧，通常空气侧安装翅片，以增加传热，减小空气侧热阻。目前工业上采用的换热器结构为圆管平直翅片，圆管的迎风面积较大，压降损失和尾迹区的积灰严重，平直翅片的对流换热系数不高；工业上常用的波纹翅片、开缝翅片等阻力较大，而且很容易积灰结垢，不适用烟气环境；文献中报道的纵向涡发生器阻力较小，但单一布置不能满足大换热量的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高翅片管换热器传热，减小阻力，降低结垢，可长时间在含尘烟气环境下高效运行的用于余热回收的椭圆管H型翅片换热器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括椭圆形换热管以及套装在椭圆形换热管上的若干组H型翅片，在H型翅片上椭圆形换热管周围对称布置有两组三角形小翼，每组三角形小翼由五个三角形小翼组成，H型翅片前后两端的两个三角形小翼的攻角为30度，从H型翅片前后两端向H型翅片中部，三角形小翼的攻角依次递减5度，中间三角形小翼的攻角为20度，从H型翅片前后两端向H型翅片中部，三角形小翼的高度由8mm到6mm呈梯度依次递减，自来流方向各组三角形小翼与H型翅片形成的接触面的中心与椭圆形换热管管壁的距离为6mm，接触面的中心相对椭圆形换热管的夹角分别为20度、50度、90度、130度、160度。

所述的椭圆形换热管的长轴沿着主流方向布置，长短轴之比为1.88。

所述的H型翅片为矩形翅片，矩形翅片长宽比为1.42。

所述的三角形小翼为直角结构，其弦高比为2。

所述的三角形小翼的尖点均位于来流的上游。

本发明利用三角形小翼“诱导产生二次流，增加流体扰动，减小传热热阻，减小尾迹区”的强化换热原理；利用椭圆形换热管流线外形，“抑制流动分离，减小管后回流，降低形状阻力”的减阻原理；结合椭圆形换热管和小翼布置，“增加管前涡流附着区域的扰动，将高速流体引入管后，降低流速较低区域在管壁的分布”的减少颗粒物沉积的方法，从而提高了翅片管换热器传热，减小阻力，降低结垢，可长时间在含尘烟气环境下高效运行。数值模拟结果显示，在5m/s的流速下，采用的椭圆压降为等周长圆管的约20％，而换热系数约为60％；布置三角小翼，相比平直翅片换热系数将大幅提高；本发明相比圆管平直翅片，灰尘颗粒物沉积率下降超过50％，可以在保证换热，降低压降的同时使得换热器表现积灰状况大幅改善。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本文发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括椭圆换热管1以及套装在椭圆形换热管1上的若干组H型基片2，椭圆换热管1的长轴5沿着主流方向布置，长短轴之比为1.88；H型翅片2为矩形翅片，矩形翅片长宽比为1.42；在H型翅片2上椭圆形换热管1周围对称冲出或焊接有两组三角形小翼3，各三角形小翼3为直角结构，其弦高比为2，每组三角形小翼由五个三角形小翼组成，H型翅片2前后两端两个三角形小翼的攻角为30度，从H型翅片前后两端向H型翅片中部，三角形小翼的攻角依次递减5度，中间三角形小翼的攻角为20度，从H型翅片前后两端向H型翅片中部，三角形小翼高度由8mm到6mm呈梯度依次递减，自来流方向各个三角形小翼3与H型翅片2形成的接触面4的中心与椭圆形换热管管壁的距离为6mm，接触面4的中心相对椭圆形换热管1的夹角α分别为20度、50度、90度、130度、160度，各三角形小翼的尖点6均位于来流的上游，每个三角形小翼产生主流漩涡对椭圆形换热管1和H型翅片2表面的换热起到强化作用，同时增强椭圆形换热管1前后两端的扰流，减小灰尘颗粒物在椭圆形换热管1壁面的沉积。

一方面各组三角形小翼3呈椭圆形分布，各个三角形小翼在主流方向相互错开，从而产生二次流不相互干扰，另一方面在H型翅片两端的流速相对较低的区域，采用较大的攻角和尺寸，增强扰动效果更强烈，而引起的压降损失较小，在H型翅片中部，流速较高的区域，通常可能为湍流状态，热阻集中在粘性底层，此处采用较小的攻角和三角形小翼尺寸，在有效减薄边界层，强化换热的同时，三角形小翼本身引起的压降损失也被尽可能的降低，布置在管后的三角形小翼还能将高速流体引入尾迹区，强化管后换热，布置在椭圆形换热管1两端的三角形小翼都有强化低速区扰流的作用，从而减少这两个主要颗粒沉积区域的积灰，另外椭圆形换热管1的流线外形也有利于降低积灰。

目前使用的省煤器为平直矩形或H型圆管换热器，换热器压降损失较大，并且容易积灰，换热器长时间在积灰工况下运行，系统效率低，本发明采用椭圆管H型翅片，H型翅片表面温度分布更均匀，有利于提高翅片效率，管子加工可以按照传统的加工程序，经过套片，焊接等工艺完成换热器的制作，本发明的三角小翼强化元件可以根据基片材料不同，选择直接在材料表面冲制作，也可以采用另外的材料焊接上，具有一定灵活性。

目前的纵向涡强化技术应用场合特点是：空气侧流体速度低、流体洁净。换热器特点为：翅片整体连续、椭圆形换热管1为圆管、涡发生器为单个或多个几何相同的小翼，仅利用小翼的换热强化作用。本发明是一种结合了非均匀小翼、椭圆形换热管1、H型翅片，能够实现强化传热、降低流阻、减轻积灰的复合强化技术，适用在换热器空气侧流速较高、含有烟尘的环境中。本发明结合了组合强化传热和降低积灰的技术，相比以往翅片为平直或波纹等整体连续性翅片，椭圆形换热管1为圆管的设计，本发明将纵向涡小翼布置在相互独立的H型翅片表面，结合椭圆形换热管1和小翼布置方向的设计，能够大幅降低流动阻力；与以往的纵向涡设计单纯强化换热不同，本发明小翼布置的突出优势是能有效减少换热器表面的积灰，使得换热设备能长期高效运行。另外，本发明的采用了非均匀的小翼几何设计，针对翅片不同位置，小翼攻角和尺寸不同，能够在强化传热的同时有效降低流动阻力，在流速较大的烟气换热器中效果尤为显著。

Claims (2)

1.一种用于余热回收的椭圆管H型翅片换热器，包括椭圆形换热管(1)以及套装在椭圆形换热管(1)上的若干组H型翅片(2)，在H型翅片(2)上椭圆形换热管(1)周围对称布置有两组三角形小翼(3)，其特征在于：每组三角形小翼(3)由五个三角形小翼组成，H型翅片(2)前后两端的两个三角形小翼的攻角为30度，从H型翅片(2)前后两端向H型翅片(2)中部，三角形小翼的攻角依次递减5度，中间三角形小翼的攻角为20度，从H型翅片(2)前后两端向H型翅片(2)中部，三角形小翼的高度由8mm到6mm呈梯度依次递减，自来流方向各组三角形小翼(3)与H型翅片(2)形成的接触面(4)的中心与椭圆形换热管(1)管壁的距离为6mm，接触面(4)的中心相对椭圆形换热管(1)的夹角分别为20度、50度、90度、130度、160度；

所述的椭圆形换热管(1)的长轴(5)沿着主流方向布置，长短轴之比为1.88；

所述的H型翅片(2)为矩形翅片，矩形翅片长宽比为1.42；

所述的三角形小翼为直角结构，其弦高比为2。

2.根据权利要求1所述的用于余热回收的椭圆管H型翅片换热器，其特征在于：所述的三角形小翼(3)的尖点(6)均位于来流的上游。