CN104896505A - 空气预热器烟气入口的气体均布结构 - Google Patents

空气预热器烟气入口的气体均布结构 Download PDF

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Abstract

本发明属于空气预热器领域，具体涉及一种空气预热器烟气入口的气体均布结构，包括由烟气方形管道接口、渐扩变径管、预热器矩形接口组成的烟气通道，渐扩变径管内安装有弧形导流器。弧形导流器由若干导流板组成，导流板自上而下由竖直的直边引流段和弧形导流段组成；导流板的布置方式呈“U”型；弧形导流段的上端与直边引流段相切，下端向渐扩变径管的壁面方向弯曲。通过弧形导流器的直边引流段能够将烟气分割成若干份，并通过弧形导流段将烟气均匀的导流至靠近渐扩变径管的壁面区域，减小烟气由于流通截面过大造成的气体与渐扩变径管表面的脱离现象及其产生的涡流，实现了烟气的均匀分布，降低了烟气阻力损失。

Description

空气预热器烟气入口的气体均布结构
技术领域
本发明涉及一种空气预热器烟气入口的气体均布结构，属于空气预热器领域。
背景技术
在管件设备制造技术中，方管与矩形管的连接部分称为渐扩变径管，渐扩变径管一般由四个梯形面构成，目前已广泛应用于方管与矩形风管或设备间的连接。
空气预热器用于回收烟气余热，是典型的节能环保设备，具有传热效率高、耐高温、结构紧凑等特点，因而在石油化工、冶金、火力发电等领域具有广泛应用前景。加热炉燃烧产生烟气通过省煤器后，烟气温度在250～350℃左右，通常采用方形管道排烟，而空气预热器烟气入口采用矩形通道，两者需要采用渐扩变径结构。由于变径高度较小、变径面积大，烟气在较小的变径高度内，不能实现均匀分布。通过流体仿真分析发现，烟气流速在换热器中心区域过分集中，其他区域烟气流速非常小，从而严重影响空气预热器空气换热器的传热系数；烟气流速不均更容易引起壁面低温露点腐蚀。
当烟气从方形排烟管道流过渐扩变径管时，烟气过流截面突然变大，流动发生剧烈的湍流混合。烟气流经渐扩变径管横截面扩大，烟气流速降低，沿渐扩变径管长度方向产生压力的正梯度，在其作用下边界层从管壁分离，产生漩涡区，漩涡的产生需要消耗机械能，漩涡内的烟气的分裂和相互碰撞、摩擦会消耗更多的机械能。同时由于流通截面形状的突然改变，导致烟气在渐扩变径管出口处气体分布不均，流入各通道内部的气量不同，即各通道存在热偏差。热偏差的存在会造成各通道传热系数不同，严重影响预热器的换热效率；在烟气气速较低的区域，通道壁面温度过低，特别容易引起低温腐蚀现象。
为提高渐扩变径管出口烟气均匀度，传统方法是增加渐扩变径管高度或减小扩散角，但这两种方法均受到预热器安装现场条件的限制，且不能从根本上解决气体分布不均匀的问题。
公开号为CN104197771A的专利中公开了一种气体均布结构，该气体均布结构中的开式渐扩管由引流段和导流段组成，引流段将气体按设计要求设计分割成若干份，导流段将气体均匀的导流至方箱的各个区域。该专利导流段中，导流板的背部区域很容易形成漩涡，从而影响渐扩变径管出口处的气体分布。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种能够对烟气进行导流和均布、实现烟气在渐扩变径管矩形出口的均匀分布且降低烟气阻力损失的空气预热器烟气入口的气体均布结构。
本发明所述的空气预热器烟气入口的气体均布结构，包括由烟气方形管道接口、渐扩变径管、预热器矩形接口组成的烟气通道，渐扩变径管内安装有弧形导流器。
上述的弧形导流器由若干导流板组成，导流板的两端焊接在渐扩变径管的内壁上；导流板的布置方式呈“U”型。所述导流板自上而下由竖直的直边引流段和弧形导流段组成；弧形导流段的上端与直边引流段相切，下端向渐扩变径管的壁面方向弯曲。直边引流段将烟气分割成若干份，弧形导流段将烟气均匀的导流至靠近渐扩变径管的壁面区域，减小烟气由于流通截面过大造成的气体与渐扩变径管表面的脱离现象及其产生的涡流，最终将烟气导流至预热器矩形接口，从而解决了烟气流经渐扩变径管时存在的流体不均、压降大等技术问题。
本发明中，弧形导流器的高度为渐扩变径管高度的0.5～0.9；导流板的厚度优选6mm～20mm。各导流板的直边引流段的高度相等。直边引流段的高度为渐扩变径管高度的1/3～1/5。
如果弧形导流段的弯曲弧度或者弧形导流段的弧的半径过小，会导致烟气均布效果比较差，在渐扩变径管的两侧形成烟气低速区；反之，两侧气速过大、中心区域气速过低，形成涡流，造成气速不均、阻力损失增大。在本发明中，各导流板的弧形导流段的弧的半径相等；从最外侧的两导流板向内，各导流板的弧形导流段的弧的圆心角成等差数列；弧形导流段的弧的圆心角为30°～90°。通过采用上述导流板，能够均布烟气在渐扩变径管结构的气速分布，减小内部涡流，减小空气预热器的低温露点腐蚀发生区域，保证空气预热器的高效运行。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：
本气体均布结构中，通过弧形导流器的直边引流段能够将烟气分割成若干份，并通过弧形导流段将烟气均匀的导流至靠近渐扩变径管的壁面区域，减小烟气由于流通截面过大造成的气体与渐扩变径管表面的脱离现象及其产生的涡流，实现了烟气的均匀分布，降低了烟气阻力损失，最终将烟气导流至预热器矩形接口。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的俯视图。
图中：1、烟气方形管道接口；2、直边引流段；3、弧形导流段；4、法兰；5、渐扩变径管；6、预热器矩形接口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
如图1、2所示，本空气预热器烟气入口的气体均布结构，包括由烟气方形管道接口1、渐扩变径管5、预热器矩形接口6组成的烟气通道，渐扩变径管5内安装有弧形导流器，为了便于将本气体均布结构与方形排烟管道和空气预热器的烟气入口矩形通道连接，在烟气方形管道接口1、预热器矩形接口6的外缘设置法兰4，通过法兰4实现气体均布结构的快速安装。
上述的弧形导流器由若干导流板组成，导流板的两端焊接在渐扩变径管5的内壁上，即焊接在渐扩变径管5的梯形面上；导流板的布置方式呈“U”型。其中，导流板自上而下由竖直的直边引流段2和弧形导流段3组焊而成，直边引流段2为长方形钢板，弧形导流段3为弧形钢板；弧形导流段3的上端与直边引流段2相切，下端向渐扩变径管5的壁面方向弯曲。直边引流段2将烟气分割成若干份，弧形导流段3将烟气均匀的导流至靠近渐扩变径管5的壁面区域，减小烟气由于流通截面过大造成的气体与渐扩变径管5表面的脱离现象及其产生的涡流，最终将烟气导流至预热器矩形接口6，从而解决了烟气流经渐扩变径管5时存在的流体不均、压降大等技术问题。
本发明中，各导流板的直边引流段2的高度相等；直边引流段2的高度为渐扩变径管5高度的1/3～1/5。弧形导流器的高度为渐扩变径管5高度的0.5～0.9；导流板的厚度优选6mm～20mm。本实施例中，渐扩变径管的高度为500mm～1500mm，直边引流段2的高度为150mm～300mm。
如果弧形导流段3的弯曲弧度或者弧形导流段3的弧的半径过小，会导致烟气均布效果比较差，在渐扩变径管5的两侧形成烟气低速区；反之，两侧气速过大、中心区域气速过低，形成涡流，造成气速不均、阻力损失增大。在本发明中，各导流板的弧形导流段3的弧的半径相等；从最外侧的两导流板向内，各导流板的弧形导流段3的弧的圆心角成等差数列；弧形导流段3的弧的圆心角为30°～90°。通过采用上述导流板，能够均布烟气在渐扩变径管5结构的气速分布，减小内部涡流，减小空气预热器的低温露点腐蚀发生区域，保证空气预热器的高效运行。通过现场实验测试，在添加弧形导流器的渐扩变径管5结构的出口处，气体不均匀度Mf从3降至0.6，阻力降减小20Pa左右，空气预热器的整体效率提高5～10％。

Claims (10)

1.一种空气预热器烟气入口的气体均布结构，包括由烟气方形管道接口(1)、渐扩变径管(5)、预热器矩形接口(6)组成的烟气通道，其特征在于：渐扩变径管(5)内安装有弧形导流器。
2.根据权利要求1所述的空气预热器烟气入口的气体均布结构，其特征在于：所述的弧形导流器由若干导流板组成，导流板的两端焊接在渐扩变径管(5)的内壁上；导流板的布置方式呈“U”型。
3.根据权利要求1所述的空气预热器烟气入口的气体均布结构，其特征在于：所述的导流板自上而下由竖直的直边引流段(2)和弧形导流段(3)组成；弧形导流段(3)的上端与直边引流段(2)相切，下端向渐扩变径管(5)的壁面方向弯曲。
4.根据权利要求3所述的空气预热器烟气入口的气体均布结构，其特征在于：所述的各导流板的直边引流段(2)的高度相等。
5.根据权利要求4所述的空气预热器烟气入口的气体均布结构，其特征在于：所述的直边引流段(2)的高度为渐扩变径管(5)高度的1/3～1/5。
6.根据权利要求3、4或5所述的空气预热器烟气入口的气体均布结构，其特征在于：所述的各导流板的弧形导流段(3)的弧的半径相等。
7.根据权利要求6所述的空气预热器烟气入口的气体均布结构，其特征在于：从最外侧的两导流板向内，各导流板弧形导流段(3)的弧的圆心角成等差数列。
8.根据权利要求3、4、5或7所述的空气预热器烟气入口的气体均布结构，其特征在于：所述的弧形导流段(3)的弧的圆心角为30°～90°。
9.根据权利要求1、2、3、4、5或7所述的空气预热器烟气入口的气体均布结构，其特征在于：所述的弧形导流器的高度为渐扩变径管(5)高度的0.5～0.9。
10.根据权利要求2、3、4、5或7所述的空气预热器烟气入口的气体均布结构，其特征在于：所述的导流板的厚度为6mm～20mm。
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