CN105043151A - 一种鳍片管及换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鳍片管及换热器，其中鳍片管包括基管以及设置在所述基管外表面的鳍片，其特征在于：在所述鳍片的迎流面上设置有一使烟气在该迎流面上扰动的扰流孔；所述扰流孔从所述鳍片的内端向外端延伸，向外延伸的高度为1/2至2/3翅高；所述鳍片为间隔布置的平行鳍片或螺旋形翅片。本发明能够在保证鳍片管表面扩展率的前提下，改善换热器管道外烟气流动特性，减小管道尾涡区烟气流速，从而减轻鳍片管积灰。

Description

一种鳍片管及换热器

技术领域

本发明应用于锅炉换热器领域，具体是涉及一种有效改善换热管积灰特性的鳍片管及具有该鳍片管的换热器。

背景技术

鳍片管是为了回收电站锅炉、工业锅炉、工业窑炉、船舶动力装置等排烟余热，有效提高燃料的利用率，而在系统烟道的尾部布置的强化换热元件。鳍片管通过将鳍片焊接在光管表面，增大换热管的扩展表面积，从而达到强化传热的目的。由于圆形和螺旋型鳍片管鳍片表面为流线型，鳍片磨损特性较矩形鳍片更优，故工业常用的鳍片管有圆形鳍片管、螺旋型鳍片管等。当含尘烟气流经换热器冲刷受热面时，日积月累会产生积灰，轻则使受热面热阻上升，降低换热器的传热效率，同时使烟道流通截面减小，烟气流动阻力增大；重则使烟道堵塞，换热器失效，影响设备的安全性和经济性；此外，积灰还会导致低温腐蚀。因此积灰问题已经成为换热管正常运行的一大障碍。电站锅炉尾部换热器管外烟气流速大约为6~10m/s，烟气绕流传统的圆形或螺旋型鳍片管时会在鳍片管尾部形成局部的回流区（负压尾涡区），入口烟速为6m/s时，局部回流速度能达到-2.5m/s甚至更大。由于鳍片管积灰特性与尾涡速度有关，尾涡区回流速度越大，尾涡卷吸能力越强，会使更多的颗粒从主流卷吸进尾涡，从而增加了颗粒与背流面的接触和沉积机率，鳍片管更容易积灰。

目前从鳍片管几何结构方面改善鳍片管积灰特性的措施有：

1.采用H型鳍片管。由于H型鳍片管背流区速度分布呈W型，此处不仅有绕流圆柱的回流，还有因H型翅片形成的中心面上的回流，充分增强翅根附近的流动，颗粒不易沉积。但H型鳍片管采用中频焊接工艺，不仅生产成本较高，而且在有限的空间里所布置的翅片数相对较少，换热效率低于传统螺旋鳍片管；同时，H型鳍片管之所以灰粉不易沉积，就是因为在迎流面和背流面各增加了一个导流的通道，从而使得气流更快的流过鳍片，气流与鳍片的接触时间减少，换热效率降低。

2.使用纵向直翅片管。背流区的直翅片使边界层分离点明显后移，抑制了边界层的分离，漩涡脱体的发生，从而缩小了负压尾涡区，减轻了管表面的积灰程度。然而纵向直翅片管牺牲了很大一部分扩展表面积，使得换热效率降低。

总之，现有的鳍片管设计，大多是以牺牲换热面积、降低换热效率为代价，严重影响了鳍片管传热效率高的优点。故研发一种既能保证换热效率又能改善积灰状况的新型鳍片管结构显得尤为重要。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种旨在保证鳍片管表面扩展率的前提下，改善换热器管道外烟气流动特性，减小管道尾涡区烟气流速，以减轻鳍片管积灰的鳍片管及换热器。

技术方案：本发明解决上述问题所采用的技术方案如下：

一种鳍片管，包括基管以及设置在所述基管外表面的鳍片，其特征在于：在所述鳍片的迎流面上设置有一使烟气在该迎流面上扰动的扰流孔。

所述扰流孔从所述鳍片的内端向外端延伸，向外延伸的高度为1/2至2/3翅高。

所述鳍片为间隔布置的平行鳍片或螺旋形翅片。

所述扰流孔为半圆形孔、长圆形孔、圆形孔或多边形孔。

所述多边形孔为三角形或菱形孔。

所述扰流孔设置在所述迎流面的正中。

一种换热器，包含上述任一方案的鳍片管。

本发明在鳍片的迎流面上设置扰流孔，并将开扰流孔的鳍片焊接在基管上，或将现有的圆形鳍片管进行开孔处理。这样的鳍片管结构，虽然扰流孔减少了部分换热面积，但通过扰流孔的扰流作用，不仅增加了迎流面气流与鳍片的接触时间，而且因为迎流面的这一扰流使得背流面的气流流速和流向发生了变化，鳍片上的扰流孔可使一部分烟气流经鳍片管时从开孔处流过，在近壁面处形成一定的轴向速度，同传统的圆形鳍片管绕流情况有明显区别。鳍片管尾部的烟气流动情况随之受到很大的改变，尾涡中心区域回流速度明显降低，从而改善了由于尾涡负向速度过大造成的烟气颗粒卷吸进入尾涡并沉积在背流面的现象。在迎流面接触时间的延长，保证和提高了换热热效率；背流面的气流流速和流向的变化，改善烟气流经鳍片管时尾部回流区的流动情况，减小回流速度，减少了积灰。

有益效果：本发明与现有的鳍片管相比有如下优点：

1.换热效率高。在圆形鳍片管迎流面开扰流孔对鳍片管的扩展表面积影响不大，保留了鳍片管受热面积大的优势，同时扰流孔的扰流作用，延长了气流与鳍片以及基管的接触时间，比不开孔的鳍片管换热效率更高。

2.本发明可使烟气流经管道时背流面回流区速度减小，减小了尾涡对颗粒的卷吸能力，使得从主流卷吸入尾涡区的颗粒数目减少，从而减小了颗粒与背流面的接触和沉积机率，改善了鳍片管积灰特性。

3.鳍片的扰流孔位置处于管子的迎流面，减少了迎流面流体与鳍片表面的摩擦力，使迎流面烟气流更能深入到鳍片根部，对管子迎流面积灰的吹扫起到积极作用。

附图说明

图1是本发明扰流孔为半圆形孔的鳍片管的示意图；

图2是图1的剖面图；

图3是本发明扰流孔为菱形孔的鳍片管的示意图；

图4为图3的剖面图；

图5为现有技术鳍片管的示意图；

图6为图5的剖面图；

图7为现有鳍片管烟气流速模拟的烟气流动方向速度剖面图；

图8为本发明扰流孔为半圆形孔的鳍片管烟气流速模拟的烟气流动方向速度剖面图。

图中：1、基管，2、半圆形孔，3、鳍片，4、菱形孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细说明：

本发明是一种鳍片管，主要用于锅炉换热器中。

实施例一

图1、图2所示。本发明鳍片管，包括基管1和鳍片3，其中基管1为基管，鳍片3为间隔设置的圆形鳍片。在圆形鳍片的迎流面上开设有任意形状的扰流孔，在本实施例中，扰流孔的形状为半圆形孔2。将内开孔的圆形鳍片焊接在基管1上，或将现有的圆形鳍片管的鳍片3进行开孔处理。

应用Fluent商业软件对某结构尺寸传统圆形鳍片管（图5、图6）及本发明的开设有扰流孔的鳍片管外部烟气流动进行数值模拟：

鳍片管外烟气流速为6m/s，沿x轴正方向流动。对于现有传统圆形鳍片管，模拟得到的沿烟气流动方向速度剖面图示于图7。

由图7可见，在传统圆形鳍片管近鳍片和基管附近存在速度边界层，速度近乎为0，鳍片管尾部烟气在边界层外存在局部的回流区，尾涡速度小于-1m/s的区域占速度截面面积的34.6%，最大回流速度达到-2.5m/s。由此可见，采用传统圆形鳍片管时，在鳍片管背流面存在尾涡区，局部回流速度较大，导致鳍片管积灰特性不佳。

采用本发明扰流孔的鳍片管时沿烟气流动方向速度分布的模拟结果示于图8。在鳍片管背流面截面上，整个截面的绝大部分区域气流速度处于0~-1.38m/s之间，速度低于-1m/s的区域占整个截面面积的6%，比传统圆形鳍片管降低了约82.7%；最大回流速度仅为-1.38m/s左右，比传统圆形鳍片管尾涡最大速度降低了约45%。

因此，与传统圆形鳍片管相比，本发明鳍片管显著降低了鳍片管尾部回流区（尾涡）最大回流速度，减小了回流速度较高区域的面积，改善了鳍片管积灰特性，使得鳍片管传热效率和稳定性得到了保证。

同时，鳍片迎流面开孔后，迎流面鳍片与管子表面交界处的烟气速度也明显提高，有利于迎流面管子表面积灰的吹扫。

实施例二

如图3和图4所示，本发明鳍片管，包括基管1和鳍片3，其中基管1为基管，鳍片3为螺旋形鳍片。在螺旋形鳍片的迎流面上开设有任意形状的扰流孔，在本实施例中，扰流孔的形状为菱形孔4。

Claims (7)

1.一种鳍片管，包括基管以及设置在所述基管外表面的鳍片，其特征在于：在所述鳍片的迎流面上设置有一使烟气在该迎流面上扰动的扰流孔。

2.根据权利要求1所述的鳍片管，其特征在于：所述扰流孔从所述鳍片的内端向外端延伸，向外延伸的高度为1/2至2/3翅高。

3.根据权利要求1所述的鳍片管，其特征在于：所述鳍片为间隔布置的平行鳍片或螺旋形翅片。

4.根据权利要求1所述的鳍片管，其特征在于：所述扰流孔为半圆形孔、长圆形孔、圆形孔或多边形孔。

5.根据权利要求4所述的鳍片管，其特征在于：所述多边形孔为三角形或菱形孔。

6.根据权利要求1所述的鳍片管，其特征在于：所述扰流孔设置在所述迎流面的正中。

7.一种换热器，其特征在于，包括权利要求1至6任一所述的鳍片管。