CN105444602A - 一种锅炉用新型内翅管 - Google Patents

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卢海刚
任惠军
陈元元
邢振波
吴艳丽
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Abstract

本发明公开了一种锅炉用新型内翅管，属于换热装置部件技术领域。该内翅管包括圆柱形空心外管，在外管中嵌设有铝嵌件，所述的嵌件由两个半圆壳梳状结构组成，在梳齿表面也设置有小翅片，所述的梳齿上的小翅片在外管的径向上为不等高翅片，两个半圆壳梳状结构的梳齿交错设置，两个半圆壳梳状结构的两端部相互连接，从入口至出口方向梳齿在外管的径向上逐渐变长或逐渐变长到一定长度后保持不变。本发明采相对于现有内翅管换热效率明显提高。

Description

一种锅炉用新型内翅管
技术领域
本发明涉及一种翅管，特别涉及一种锅炉用新型内翅管，属于换热装置部件技术领域。
背景技术
换热器在国民经济的各行业有着广泛的应用，是化工、冶金、石油、能源动力、轻工、食品乃至航空航天等行业中最常见的设备之一。它不仅是保证工艺流程和条件所广泛使用的设备，而且也是开发二次能源，实现热回收节约能源消耗的重要设备。据统计，热电厂中，如果将锅炉也作为换热设备，则换热器的投资约占整个电厂总投资的70%左右。在一般石油化工企业中，换热器的投资要占全部投资的40%～50%；在现代石油化工企业中约占30%～40%。在制冷机中蒸发器的质量要占制冷机总质量的30%～40%；其动力消耗约占总值的20%～30%。在以氟利昂为制冷剂的现代水冷单机组制冷机中，蒸发器和凝结器的质量约占总质量的70%。
由此可见，换热器的合理设计、运转和改进对于节省资金、能源、金属和空间而言是十分重要的。
翅片管换热器属于间壁式换热器，翅片管规格品种很多。从材料上讲有碳钢、钢、铝、不锈钢等，还有复合材料，如钢铝复合，即基管采用钢，翅片采用铝，从翅片与基管的连接方式来看，有管翅分离式和管翅整体式两种，较常见的分离式翅片管的连接方式有套胀、张力缠绕、锡焊、钎焊、焊接、粘接和挤压成型等；从翅片型式讲，较常见的翅片型式大致有以下几种：套胀的整体翅片、螺旋形缠绕、焊接或者钎焊翅片、环形翅片、纵向翅片管等。从翅片和基管的布置方式讲，有外翅管和内翅管两种。
目前，工程实践中较为广泛应用的内翅管和外翅管结构一般都能通过翅片的作用破坏热边界层强化显热对流换热，通过翅片的作用一方面使壁面上的冷凝液膜减薄，另一方面使已凝结的冷凝液能够及时排出，阻止冷凝液膜厚度的增长来破坏冷凝液膜强化冷凝换热。然而对于燃气燃烧后产生的烟气而言，不凝性气体体积份额占80%左右甚至更高，整个冷凝过程中，影响水蒸气冷凝换热的主要热阻不是冷凝液膜而是不凝性气体层。因此强化烟气冷凝换热的主要方法在于减薄不凝性气体层，而常规的各种外翅管和内翅管由于其结构固有的不足，从而导致其减薄不凝性气体层的作用有限。换热效果不是太明显，换热效率不高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中使用的内翅片管存在的上述缺陷，提供一种锅炉用新型内翅管。
为实现本发明的目的，采用了下述的技术方案：一种锅炉用新型内翅管，包括圆柱形空心外管，在外管中嵌设有铝嵌件，所述的嵌件由两个半圆壳梳状结构组成，在梳齿表面也设置有小翅片，所述的梳齿上的小翅片在外管的径向上为不等高翅片，两个半圆壳梳状结构的梳齿交错设置，两个半圆壳梳状结构的两端部相互连接，从入口至出口方向梳齿在外管的径向上逐渐变长或逐渐变长到一定长度后保持不变，进一步的，所述的梳齿顶端入口至出口方向梳齿在外管的径向上逐渐变长或逐渐变长到一定长度后保持不变，所述的半圆壳梳状结构的梳齿顶端在内翅管入口端位于外管半径以内，位于外管同一弦高度的从前到后梳齿从最短到最长且梳齿顶端形成一条斜线，在外管纵向切面上该斜线与水平线的夹角为4-12度，进一步的，位于外管同一弦高度的从前到后梳齿从最短到最长且梳齿顶端形成一条斜线，在外管纵向切面上该斜线与水平线的夹角为5-10度，进一步的，位于外管同一弦高度的从前到后梳齿从最短到最长且梳齿顶端形成一条斜线，在外管纵向切面上该斜线与水平线的夹角为6-8度，进一步的，两个半圆壳梳状结构的梳齿交错设置，一个半圆壳梳状结构上的梳齿到另一个半圆壳梳状结构的两个梳齿根部之间底部的距离大于等于2mm，进一步的，所述的两个半圆壳梳状结构的两端设置有相互配合连接的凹槽/凸肋，凸肋插到凹槽中将两个半圆壳梳状结构的翅片连接在一起，进一步的，所述的在两个半圆壳上设置有沿外管长度方向的纵向肋，纵向肋上设置有波纹状表面。
本发明的积极有益技术效果在于：本发明采用两个半圆壳梳状结构的铝翅片相互交错排列，在翅片管径向和纵向上均为不等高结构翅片，梳齿从进口到内部科学合理的边长，能与换热其它的各种流动方式相互配合，极大的改善翅片内的流体换热效率，相对于现有内翅管换热效率明显提高，例如对应采用本内翅片管的某型号冷凝型锅炉，烟气排烟温度与进水温度的温差在9度以下，这极大的证明了本内翅管在换热设计上的优越性，说明本内翅片管能够提高换热设备的能量效率。
附图说明
图1是本发明管某处圆截面的示意图。
图2是半圆壳梳状结构一的示意图。
图3是半圆壳梳状结构一的示意图。
图4是梳齿顶端在外管长度方向上变长的示意图。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明的实施，提供本发明的实施实例。这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。
结合附图对本发明进一步详细的解释，附图中各标记为：1：外管；2：半圆壳梳状结构一；3：半圆壳梳状结构二；21：凹槽一；22：凸肋二；23：梳齿；31：凸肋一；32：凹槽二；4：梳齿顶端变化线；5：水平线。如附图所示，一种锅炉用新型内翅管，包括圆柱形空心外管1，在外管1中嵌设有铝嵌件，所述的嵌件由两个半圆壳梳状结构组成，图中2所示为半圆壳结构一，3所示为半圆壳结构二，在梳齿表面也设置有小翅片，23所示为一个梳齿，所述的梳齿上的小翅片在外管的径向上为不等高翅片，小翅片如图2、图3所示的梳齿上的锯齿状，两个半圆壳梳状结构的梳齿交错设置，如图1中所示，两个半圆壳梳状结构的两端部相互连接，从入口至出口方向梳齿在外管的径向上逐渐变长或逐渐变长到一定长度后保持不变，一个半圆壳梳状结构上的梳齿到另一个半圆壳梳状结构的两个梳齿根部之间底部的距离大于等于2mm，小于2mm后续不再变长，实践应用证明小于2mm后换热效率会有变低倾向，所述的梳齿顶端入口至出口方向梳齿在外管的径向上逐渐变长或逐渐变长到一定长度后保持不变，所述的半圆壳梳状结构的梳齿顶端在内翅管入口端位于外管半径以内，位于外管同一弦高度的从前到后梳齿从最短到最长且梳齿顶端形成一条斜线，在外管纵向切面上该斜线与水平线的夹角为4-12度，位于外管同一弦高度指梳齿为水平方向时同一弦高度。图4中5所示为水平线，4所示为梳齿顶端形成的斜线，夹角如角A所示，更为细化的，位于外管同一弦高度的从前到后梳齿从最短到最长且梳齿顶端形成一条斜线，在外管纵向切面上该斜线与水平线的夹角为5-10度，优化的选择在外管纵向切面上该斜线与水平线的夹角为6-8度，所述的两个半圆壳梳状结构的两端设置有相互配合连接的凹槽/凸肋，凸肋插到凹槽中将两个半圆壳梳状结构的翅片连接在一起，图中21所示的凹槽一与31所示的凸肋一配合，22所示的凸肋二与32所示的凹槽二相配合，凸肋插到凹槽中将两个半圆壳梳状结构的翅片连接在一起，进一步的，所述的在两个半圆壳上设置有沿外管长度方向的纵向肋，纵向肋上设置有波纹状表面，这样可以增加有效面积，本申请中的半圆壳梳状结构翅片在外管圆截面上位梳齿状，在外管长度方向上每个对应的梳齿选择为一个连续的翅片。
内翅片对管内流体换热强度的影响是从两方面实现的，一是内翅片把管子分成了许多当量直径较小的流体通道，可以增加管内侧的换热面积，另外一方面，翅片的合理配置还可以改善管内的流动情况：在翅高和翅片数的一定组合下，在管子中心和翅间空间会形成有利于换热的二次流，使换热效果明显提高。本内翅管采用了不等高的相互交叉错列布置的不等高翅片来强化换热。在挤压制造半壳时，肋上可制有沿外观或半壳的纵向延伸的波纹状成型表面，它们非常有效地增大了成型嵌件从燃烧气体受热的内表面面积，不等高翅片的分割作用，将高温气体分割成极薄的薄层，管中的不等高内翅片的每个翅体都可以最大限度的深入气体主流内部进行换热。该不等高内翅片的显热对流换热的增强主要是从以下三个方面实现的:不等高翅片的可制作为翅数为11的内翅管，其翅化比为5.65,极大地增加了换热面积；内翅片对于管内的气体流动具有极强的扰动作用，管内流体被分割成温度相对均匀的流动空间，极大地增强了显热对流换热系数；内翅片管采用缩管工艺，使外管在其整个圆周受到一个沿径向的永久压缩变形，以便外管和成型嵌件相互压靠，形成一种对于热传导至关重要的整个外管内表面与整个成型嵌件外表面之间紧密的接触，大大降低了内翅与母管之间产生的接触热阻；同时，这两个半圆壳通过将成型嵌件与钢制外管紧密结贴合在一起，使之不产生间隙，保证了废弃或冷凝液不会通过这种间隙侵入成型嵌件的管体与外管之间，避免了那里导致间隙腐蚀，不等高翅强化冷凝的机理是从以下四个方面实现的：一是通过翅的分割作用，将高温烟气分成薄层，极大地减薄了不凝性气体边界层厚度，显著削弱了不凝性气体边界层对水蒸气的冷凝的阻碍。烟气主流中的水蒸气只要穿过较薄的不凝性气体边界层即可在翅片壁面上发生凝结。因此通过单个翅体的深入，以及所有内翅的分割这两种方式的作用，不凝性气体边界层对烟气中水蒸气的冷凝的阻力被降低到最小，二是采用高翅的结构，翅片直接插入烟气主流温度区，并延伸至完全破坏了无翅片光管的径向温度分布模式，有效地减小了从烟气主流到壁面的径向温度梯度。相互交叉的翅片分割出的每个薄层中，空间两侧贴近翅壁面上的温度都低于水蒸气的饱和温度。低温翅体壁面为水蒸气的凝结提供了足够的温差动力；三是管内紧凑排列的不等高内翅为两翅空间的水蒸气提供了充足的可以凝结的附着壁面，由于翅体始终保持低于水蒸气的露点温度，所以凝结的水蒸气不会发生二次蒸发的情况，四是在具有凝结相变换热的场合，可将内翅管垂直布置，冷凝附着在翅体以及管壁上的冷凝液可以通过重力以及烟气冲刷的作用及时排出，冷凝液在壁面上的流动进一步拉薄了液膜厚度，减少了液膜的传热和传质阻力，使冷凝换热进一步增强。
在详细说明本发明的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围，且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。

Claims (7)

1.一种锅炉用新型内翅管，包括圆柱形空心外管，其特征在于：在外管中嵌设有铝嵌件，所述的嵌件由两个半圆壳梳状结构组成，在梳齿表面也设置有小翅片，所述的梳齿上的小翅片在外管的径向上为不等高翅片，两个半圆壳梳状结构的梳齿交错设置，两个半圆壳梳状结构的两端部相互连接，从入口至出口方向梳齿在外管的径向上逐渐变长或逐渐变长到一定长度后保持不变。
2.根据权利要求1所述的一种锅炉用新型内翅管，其特征在于：所述的梳齿顶端入口至出口方向梳齿在外管的径向上逐渐变长或逐渐变长到一定长度后保持不变，所述的半圆壳梳状结构的梳齿顶端在内翅管入口端位于外管半径以内，位于外管同一弦高度的从前到后梳齿从最短到最长且梳齿顶端形成一条斜线，在外管纵向切面上该斜线与水平线的夹角为4-12度。
3.根据权利要求2所述的一种锅炉用新型内翅管，其特征在于：位于外管同一弦高度的从前到后梳齿从最短到最长且梳齿顶端形成一条斜线，在外管纵向切面上该斜线与水平线的夹角为5-10度。
4.根据权利要求2所述的一种锅炉用新型内翅管，其特征在于：位于外管同一弦高度的从前到后梳齿从最短到最长且梳齿顶端形成一条斜线，在外管纵向切面上该斜线与水平线的夹角为6-8度。
5.根据权利要求1所述的一种锅炉用新型内翅管，其特征在于：两个半圆壳梳状结构的梳齿交错设置，一个半圆壳梳状结构上的梳齿到另一个半圆壳梳状结构的两个梳齿根部之间底部的距离大于等于2mm。
6.根据权利要求1所述的一种锅炉用新型内翅管，其特征在于：所述的两个半圆壳梳状结构的两端设置有相互配合连接的凹槽/凸肋，凸肋插到凹槽中将两个半圆壳梳状结构的翅片连接在一起。
7.根据权利要求1所述的一种锅炉用新型内翅管，其特征在于：所述的在两个半圆壳上设置有沿外管长度方向的纵向肋，纵向肋上设置有波纹状表面。
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