CN103615923A - 新型针板耦合型传热强化元件及异形管屏式水管换热器 - Google Patents
新型针板耦合型传热强化元件及异形管屏式水管换热器 Download PDFInfo
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Abstract
一种新型针板耦合型传热强化元件及异形管屏式水管换热器，该传热强化元件包括基管，基管垂直于烟气流动方向的两侧表面均对称设置有多排针翅，基管位于烟气流动方向的前后表面均设置有肋板；该换热器的换热管屏由上述传热强化元件组成，相邻换热管屏两端的下部进口集箱和上部出口集箱分别通过大直径弯头连通；多排换热管屏布置于静电除尘器喇叭形入口段内的烟道空间中；该强化元件具有抗磨损性能好，不易积灰，传热能力强的特点，该换热器不占用静电除尘器入口前的其他有效空间，结构紧凑，可实现模块化生产、拼装，现场安装、拆卸极为方便，不仅能合理利用烟气余热，还提高了静电除尘器的除尘效率。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤锅炉烟气余热利用技术领域，具体涉及一种新型针板耦合型传热强化元件及异形管屏式水管换热器。
背景技术
据统计，一般锅炉排烟温度在130～140℃左右，若燃用高硫燃料，排烟温度可达150℃左右，燃用褐煤的发电机组排烟温度甚至可达170～180℃。通常，锅炉排烟温度每降低15℃，锅炉效率可提高1.0%左右，可见排烟温度过高严重影响了锅炉的效率。
烟气温度过高也会极大的影响静电除尘器的正常工作。静电除尘器是一种高效的除尘设备，广泛应用于燃煤锅炉的烟尘治理行业。其原理是利用高压电使电极产生电晕放电，放出自由电子和离子，使尘粒荷电，而荷电颗粒受到电场力的作用向集尘极运动并被收集，实现气固分离。如果静电除尘器进口烟温过高，烟气比电阻较高；同时导致烟气体积流量较大，烟气流速较高，会降低电除尘效率，难以满足逐渐提高的环保要求。
为解决以上问题，一种方案是在静电除尘器入口之前的水平烟道布置热量回收装置，回收余热，降低烟气温度。为保证较好的换热效果，换热器一般为蛇形管束结构，通过数量巨大的180度弯头联接而成，换热器截面比常规烟道大很多，需要较大的布置空间。但有些情况下，烟道布置极其紧凑，在空气预热器和静电除尘器喇叭形入口之间缺少烟道水平直段布置余热回收装置；有时由于部分电厂在空气预热器后的竖直烟道上安装脱硝装置，占用了烟道水平直段上方空间，使得布置热量回收装置在空间和实施上均难实现。
有鉴于此，如何改进静电除尘器之前的热能回收装置的结构，利用静电除尘器入口的空间布置换热器，做到回收烟气余热，提高静电除尘器除尘效率，并保证换热装置工作安全可靠，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种新型针板耦合型传热强化元件及异形管屏式水管换热器，该强化元件具有抗磨损性能好，不易积灰，传热能力强的特点，该换热器不占用静电除尘器入口前的其他有效空间，结构紧凑，可实现模块化生产、拼装，现场安装、拆卸极为方便，不仅能合理利用烟气余热，降低烟尘比电阻和烟气体积及烟气流速，从而在节能的同时，提高了静电除尘器的除尘效率。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种新型针板耦合型传热强化元件，包括基管3，所述基管3垂直于烟气流动方向的两侧表面均对称设置有多排针翅1，所述基管3位于烟气流动方向的前后表面均设置有肋板2。
所述基管3和肋板2采用光管和扁钢焊接而成或采用直接轧制成型的鳍片管。
所述针翅1为2～4排。
一种布置在静电除尘器入口段的异形管屏式水管换热器，包括下部进口集箱7、上部出口集箱4以及连通下部进口集箱7和上部出口集箱4的多排换热管屏5，其特征在于：所述换热管屏5由权利要求1至3任一项所述的多个新型针板耦合型传热强化元件组成，且换热管屏5中迎风面的肋板2的高度由换热管屏5中心向左右两侧对称地依次递减；所述相邻换热管屏5两端的下部进口集箱7和上部出口集箱4分别通过大直径弯头8连通；所述多排换热管屏5布置于静电除尘器喇叭形入口段6内的烟道空间中。
和所述每个换热管屏5相对应的渐扩形变截面烟箱隔板直接焊接在每排换热管屏5的管束上并和换热管屏5整装出厂，现场拼装、焊接时，后面管屏的渐扩形变截面烟箱隔板紧贴前面烟箱隔板的外侧，部分重叠后以整圈焊接。
所述每排换热管屏5的多个新型针板耦合型传热强化元件的长度和直径均相同。
所述前后换热管屏5沿烟气流动方向分别采用长度依次增大的新型针板耦合型传热强化元件，与不同位置的异形截面相匹配。
所述前后换热管屏5沿烟气流动方向从前向后分别采用直径依次增加、针翅1节距依次减小的新型针板耦合型传热强化元件。
所述下部进口集箱7和上部出口集箱4的直径沿烟气流动方向从前向后随着换热管屏5中新型针板耦合型传热强化元件直径的依次增大而逐渐增大，后面的大直径下部进口集箱7和上部出口集箱4需经缩颈工艺之后再通过大直径弯头8分别和前面的下部进口集箱7和上部出口集箱4端部实现等径连接。
所述换热器沿烟气流动方向的尾部布置有导流装置9，所述导流装置9包括一排竖直布置的光管9-1，在光管9-1的前端即迎风面上沿每个光管9-1的轴向上焊接有左右导流方向导流板9-2，在光管9-1的后端即背风面焊接有水平方向的多个上下导流方向导流板9-3；所述每排换热管屏5两端的下部进口集箱7和上部出口集箱4的最高处均设置自动放气阀，以排除可能积存的气体。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
（1）本发明新型针板耦合型传热强化元件，水平或垂直布置均可，无论是针翅还是板肋均对气流冲刷方向不敏感，能够适应斜向气流冲刷强化换热，抗磨损性能好，不易积灰，是其他传热元件无法替代的。
（2）本发明新型针板耦合型传热强化元件，以板肋实现来流均分及导流作用，同时兼具传热面积的增加；以针翅实现强化传热，同时兼具气流无方向性均流梳理。
（3）本发明换热器布置在静电除尘器喇叭形入口段异形截面内，采用不同长度直管构成的管屏和不同位置的异形截面相匹配，不改变突扩形喇叭口的原有结构，管屏可为水平或垂直布置，占据空间小，充分利用了静电除尘器的喇叭形入口段空间。
（4）本发明换热器管束和过去“直管管束+标准弯头”形成的蛇形管束结构相比，以数量极少的大直径弯头替代为数众多的小直径弯头，其结构安全可靠性大幅度提高，消除了多圈蛇形管180度弯头占据的大量空间，可实现模块化生产、拼装，现场安装、拆卸极为方便。
（5）本发明换热器的换热管屏直管没有焊缝，停炉检修或运行时，可以对直管进行电磁导波离线或在线检验，对磨损和腐蚀造成局部面积损耗可能引起的管子爆漏事故可以实现预防预警，有效避免磨损或腐蚀引起的水管爆漏导致水流堵塞静电除尘器的飞灰泄放阀而引起的强迫性停炉事故。
（6）本发明换热器的尾部布置有导流装置，该导流装置具有良好的导流作用，使换热器出口的气流具有良好的扩散性，气流扩散方向与换热器后的喇叭口后段的扩展方向相同。
（7）本发明换热器的换热管屏有良好的分流、导流和均流作用，替代了突扩形喇叭口内部原有设计中必须设置的均流装置。
（8）本发明换热器换热管屏沿烟气流动方向采用直径依次增大、针翅上下节距依次减小的换热元件，以确保因喇叭口流通截面积逐渐增加和烟气温度降低导致烟气流速迅速衰减引起的严重积灰，并保证合适的烟气流速，保证了换热器管束的自清灰能力，提高管束传热的有效性。
附图说明
图1为本发明的针板耦合型传热强化元件的结构示意图。
图2为本发明的异形管屏式水管换热器的结构示意图。
图3为本发明的异形管屏式水管换热器的整体结构示意图。
图4为本发明的异形管屏式水管换热器的尾部导流装置侧视图。
图5为本发明的异形管屏式水管换热器的尾部导流装置立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明一种新型针板耦合型传热强化元件，包括基管3，所述基管3垂直于烟气流动方向的两侧表面均对称设置有多排针翅1，所述基管3位于烟气流动方向的前后表面均设置有肋板2。
作为本发明的优选实施方式，所述基管3和肋板2采用光管和扁钢焊接而成或采用直接轧制成型的鳍片管。
作为本发明的优选实施方式，所述针翅1为2～4排。沿基管轴向针翅节距可采用等节距或变节距，以达到最佳的换热效果；沿基管周向的针翅排数，针翅高度和针翅节距要根据换热器布置空间，积灰情况以及传热效果选取。本实施例为4排。
如图2和图3所示，本发明一种布置在静电除尘器入口段的异形管屏式水管换热器，包括下部进口集箱7、上部出口集箱4以及连通下部进口集箱7和上部出口集箱4的多排换热管屏5，换热管屏5可水平或垂直布置；所述换热管屏5由权利要求1至3任一项所述的多个新型针板耦合型传热强化元件组成，且换热管屏5中迎风面的肋板2的高度由换热管屏5中心向左右两侧对称地依次递减；所述相邻换热管屏5两端的下部进口集箱7和上部出口集箱4分别通过大直径弯头8连通；所述多排换热管屏5布置于静电除尘器喇叭形入口段6内的烟道空间中。换热管屏5的排数，新型针板耦合型传热强化元件长度要据换热需求、空间限制等实际情况确定。
和所述每个换热管屏5相对应的渐扩形变截面烟箱隔板直接焊接在每排换热管屏5的管束上并和换热管屏5整装出厂，现场拼装、焊接时，后面管屏的渐扩形变截面烟箱隔板紧贴前面烟箱隔板的外侧，部分重叠后以整圈焊接。
所述每排换热管屏5的多个新型针板耦合型传热强化元件的长度和直径均相同。作为本发明的优选实施方式，所述前后换热管屏5沿烟气流动方向分别采用长度依次增大的新型针板耦合型传热强化元件，与不同位置的异形截面相匹配。
作为本发明的优选实施方式，所述前后换热管屏5沿烟气流动方向从前向后分别采用直径依次增加、针翅1节距依次减小的新型针板耦合型传热强化元件。如依次采用Φ32、Φ38、Φ42、Φ45、Φ48、Φ51等不同管径的新型针板耦合型传热强化元件，以及依次减小的针翅节距，形成与烟气体积相匹配的烟道截面积，以适应后面几排换热管屏的管束随着烟气温度降低和进口管内工质温度较低所带来的烟气流速降低，飞灰容易沉积、管壁金属温度降低，易于发生酸的凝结以及飞灰和凝酸的耦合沾污等不良状况，改善后排管束的自清灰能力，提高管束传热的有效性。
相应的，所述下部进口集箱7和上部出口集箱4的直径沿烟气流动方向从前向后随着换热管屏5中新型针板耦合型传热强化元件直径的依次增大而逐渐增大，后面的大直径下部进口集箱7和上部出口集箱4需经缩颈工艺之后再通过大直径弯头8分别和前面的下部进口集箱7和上部出口集箱4端部实现等径连接。.
如图4和图5所示，作为本发明的优选实施方式，所述换热器沿烟气流动方向的尾部布置有导流装置9，所述导流装置9包括一排竖直布置的光管9-1，在光管9-1的前端即迎风面上沿每个光管9-1的轴向上焊接有左右导流方向导流板9-2，在光管9-1的后端即背风面焊接有水平方向的多个上下导流方向导流板9-3。
作为本发明的优选实施方式，所述每排换热管屏5两端的下部进口集箱7和上部出口集箱4的最高处均设置自动放气阀，以排除可能积存的气体。
本发明的工作原理为：烟气由换热器前方烟道进入换热器喇叭形入口空间，冲刷换热器的换热管屏5时，换热管屏5的新型针板耦合型传热强化元件前方肋板对气流有分流，导流和均流作用，并列设置的新型针板耦合型传热强化元件，兼做烟气气流均布装置使用，烟气在整个入口截面分布均匀；两侧针翅1对气流冲刷方向不敏感，能够适应斜向气流冲刷强化换热；同时针翅1结构减轻了烟气的积灰、磨损。冷却介质经本发明异形管屏式水管换热器下部进口集箱7进入各换热管屏5中，与冲刷异形管屏式水管换热器的高温烟气进行换热，完成换热后冷却介质升温，由上部出口集箱4流出，烟气降温，体积流量降低，相应的烟气流速降低，同时烟气比电阻降低，从而能够提高静电除尘器除尘效率。
针对国内燃煤机组所燃用煤种的煤质多变导致烟气酸露点经常变化的情况，本发明管屏式水管换热器可以通过工质再循环等措施来调整工质温度，进而改变金属管壁温度，从而有效避免低温腐蚀的问题。
Claims (10)
1.一种新型针板耦合型传热强化元件，包括基管（3），其特征在于：所述基管（3）垂直于烟气流动方向的两侧表面均对称设置有多排针翅（1），所述基管（3）位于烟气流动方向的前后表面均设置有肋板（2）。
2.根据权利要求1所述的一种新型针板耦合型传热强化元件，其特征在于：所述基管（3）和肋板（2）采用光管和扁钢焊接而成或采用直接轧制成型的鳍片管。
3.根据权利要求1所述的一种新型针板耦合型传热强化元件，其特征在于：所述针翅（1）为2～4排。
4.一种布置在静电除尘器入口段的异形管屏式水管换热器，其特征在于：包括下部进口集箱（7）、上部出口集箱（4）以及连通下部进口集箱（7）和上部出口集箱（4）的多排换热管屏（5），其特征在于：所述换热管屏（5）由权利要求1至3任一项所述的多个新型针板耦合型传热强化元件组成，且换热管屏（5）中迎风面的肋板（2）的高度由换热管屏（5）中心向左右两侧对称地依次递减；所述相邻换热管屏（5）两端的下部进口集箱（7）和上部出口集箱（4）分别通过大直径弯头（8）连通；所述多排换热管屏（5）布置于静电除尘器喇叭形入口段（6）内的烟道空间中。
5.根据权利要求4所述的一种布置在静电除尘器入口段的异形管屏式水管换热器，其特征在于：和所述每个换热管屏（5）相对应的渐扩形变截面烟箱隔板直接焊接在每排换热管屏（5）的管束上并和换热管屏（5）整装出厂，现场拼装、焊接时，后面管屏的渐扩形变截面烟箱隔板紧贴前面烟箱隔板的外侧，部分重叠后以整圈焊接。
6.根据权利要求4所述的一种布置在静电除尘器入口段的异形管屏式水管换热器，其特征在于：所述每排换热管屏（5）的多个新型针板耦合型传热强化元件的长度和直径均相同。
7.根据权利要求4所述的一种布置在静电除尘器入口段的异形管屏式水管换热器，其特征在于：所述前后换热管屏（5）沿烟气流动方向分别采用长度依次增大的新型针板耦合型传热强化元件，与不同位置的异形截面相匹配。
8.根据权利要求4所述的一种布置在静电除尘器入口段的异形管屏式水管换热器，其特征在于：所述前后换热管屏（5）沿烟气流动方向从前向后分别采用直径依次增加、针翅（1）节距依次减小的新型针板耦合型传热强化元件。
9.根据权利要求8所述的一种布置在静电除尘器入口段的异形管屏式水管换热器，其特征在于：所述下部进口集箱（7）和上部出口集箱（4）的直径沿烟气流动方向从前向后随着换热管屏（5）中新型针板耦合型传热强化元件直径的依次增大而逐渐增大，后面的大直径下部进口集箱（7）和上部出口集箱（4）需经缩颈工艺之后再通过大直径弯头（8）分别和前面的下部进口集箱（7）和上部出口集箱（4）端部实现等径连接。
10.根据权利要求4所述的一种布置在静电除尘器入口段的异形管屏式水管换热器，其特征在于：所述换热器沿烟气流动方向的尾部布置有导流装置（9），所述导流装置（9）包括一排竖直布置的光管（9-1），在光管（9-1）的前端即迎风面上沿每个光管（9-1）的轴向上焊接有左右导流方向导流板（9-2），在光管（9-1）的后端即背风面焊接有水平方向的多个上下导流方向导流板（9-3）；所述每排换热管屏（5）两端的下部进口集箱（7）和上部出口集箱（4）的最高处均设置自动放气阀。
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