CN105737622B - 一种热管余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热管余热回收系统，包括发热设备、热管，所述发热设备包括外壳、熟料通道，所述外壳和熟料通道之间设置保温材料，所述热管包括蒸发端和冷凝端，所述热管蒸发端设置在保温材料内。本发明的通过利用热管，能够极大的提高余热利用效率。

Description

一种热管余热回收系统

技术领域

本发明涉及一种热管预热回收系统，尤其是涉及水泥生产中的篦式冷却机热量回收系统，属于F27D余热利用、F28D的换热器领域。

背景技术

篦式冷却机(简称篦冷机)，是水泥生产过程中的一种主要设备。其基本功能包括：(1)提供适当的熟料冷却速度，以提高水泥质量和熟料的易磨性；(2)尽可能提高二次风和三次风温度，作为燃烧空气，降低烧成系统燃料消耗；(3)将余热风加热，用于余热发电和煤磨烘干；(4)将熟料加以破碎并冷却到尽可能低的温度，以满足熟料输送、贮存和水泥粉磨的要求。篦板和篦床结构是篦冷机最重要的部件，它决定了篦床的料层厚度，又决定了供风系统和热回收效率，一、二、三、四代篦冷机产品主要表现在篦板和篦床的结构的改进。

水泥生产中常用第四代篦冷机的基本结构如图1所示：篦冷机4包括窑头罩2、篦冷机外壳3、高温风出口5、低温风出口6、熟料出口7和风机8，其中熟料从回转窑1中进入篦冷机4，然后在篦冷机4中的传输通道中进行传输，风机8向篦冷机4中进行送风，通过风来降低熟料的温度，从而在传输过程中进行熟料冷却，冷却后的熟料通过熟料出口7输出。

针对蓖冷机，现有技术提出了余热利用技术，例如CN105066722A文献中公开了一种蓖冷机余热回收系统，既能够充分吸收熟料在冷却机中极速冷却时释放的显热，减少吨熟料能耗，又能够有效提升余热利用电的数量。

但是在CN105066722A文献中的余热回收系统是利用普通换热管，导致余热回收效率较低，针对此种情况，本发明提出了一种新的余热回收系统。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的主要问题，提出了一种新的热管余热回收系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种热管余热回收系统，包括发热设备、热管，所述发热设备包括外壳、熟料通道，所述外壳和熟料通道之间设置保温材料，所述热管包括蒸发端和冷凝端，所述热管蒸发端设置在在保温材料内。

作为优选，所述发热设备为蓖冷机。

作为优选，所述的热管蒸发端的横截面是矩形。

作为优选，所述热管蒸发端内部设置内翅片，所述内翅片连接长方形的对角，所述内翅片将热管内部分为多个小通道，在内翅片上设置连通孔，从而使相邻的小通道彼此连通。

作为优选，热管蒸发端的横截面是正方形，所述正方形的内边长为L，所述连通孔为圆形，连通孔的半径r，所述同一翅片上相邻的连通孔圆心之间的距离为l，满足如下关系：

l/L*10＝a*ln(r/L*10)+b；

其中ln是对数函数，a,b是参数，1.5<a<1.6,2.9<b<3.0；

0.34<l/L<0.38；

0.14<r/L<0.17；

30mm<L<120mm；

5mm<r<17mm。

作为优选，15mm<l<45mm。

与现有技术相比较，本发明余热回收系统具有如下的优点：

1)本发明提供了一种新型的余热回收系统，通过使用热管来代替普通换热管，大大的提高了余热回收效果，而且将其应用在蓖冷机中，既能够充分吸收熟料在冷却机中极速冷却时释放的显热，熟料出口温度降为100℃左右，减少熟料能耗，又能够有效提升余热的利用。

2)本发明将热管设置在保温材料中，可以避免通道中高温的气流直接冲刷热管，避免热管因为高温的冲刷而爆管或者损坏。

3)通过在热管蒸发端内部开设连通孔，在保证提高换热效率的同时，减少了热管内的流动阻力。

3)通过热管内的连通孔的面积的规律变化，达到最优的集热效果以及流动阻力。

4)本发明通过多次试验，在保证换热量最大以及流动阻力满足要求的情况下，得到一个最优的热管蒸发端结构的优化结果，并且通过试验进行了验证，从而证明了结果的准确性。

附图说明

图1是现有技术篦冷机的结构示意图；

图2是热管余热回收系统的结构示意图；

图3是热管错列分布的预热回收系统的结构示意图；

图4是本发明热管蒸发端横截面结构示意图；

图5是本发明热管蒸发端内翅片连通孔分布示意图；

图6是本发明热管内翅片连通孔错列分布示意图；

图7是本发明热管内正方形尺寸示意图；

附图标记如下：

1、回转窑，2、窑头罩，3、外壳，4、篦冷机，5、高温风出口，6、低温风出口,7、熟料出口，8、风机，9、熟料通道，10、保温材料，11、热管，12内翅片，13连通孔，14小通道

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

一种热管余热回收系统，包括发热设备(即提供余热的设备)、热管1，所述发热设备包括外壳、通道，所述外壳和通道之间设置保温材料，所述热管11包括蒸发端和冷凝端，所述热管11蒸发端设置在在保温材料内。

本发明通过设置热管作为余热回收管，相对于普通换热管，可以极大的提高热吸收效率。

作为优选，所述发热设备为蓖冷机4，例如，如图1所示。

图1展示了优选的水泥生产篦冷机4，篦冷机4包括窑头罩2、篦冷机外壳3、高温风出口5、低温风出口6、熟料出口7和风机8，其中熟料从回转窑1中进入篦冷机4，然后在篦冷机4中的熟料通道9中进行传输，风机8向篦冷机4中进行送风，通过风来降低熟料的温度，从而在传输过程中进行熟料冷却，冷却后的熟料通过熟料出口7输出。

来自回转窑1的熟料在篦冷机熟料通道9中运输，通过风机输送的风进行冷却，所述外壳3和熟料通道9之间设置保温材料10，如图2所示，在保温材料10内设置热管11，其中热管11的蒸发端设置在保温材料中。熟料通道将热量传递给保温材料，然后通过保温材料再传递给热管蒸发端，然后传递给热管冷凝端。

作为优选，热管蒸发端和冷凝端之间设置绝热端。

作为优选，热管冷凝段设置在空气通道中，以加热进入水泥回转窑中的空气。

当然，图1中的风机仅仅是示意图，风机运送冷却风沿着熟料通道底部向上吹，以冷却熟料通道中的熟料。

之所以在保温材料中设置热管，主要原因是在运行中发现，从熟料出口出来的熟料温度过高，从而影响水泥成品的质量，而且还造成水泥生产过程中的能耗过高，因此通过设置余热回收设备来回收水泥冷却中的热量，进一步降低水泥生产的能耗，提高水泥成品的质量。

作为优选，保温材料4是保温砖。

作为优选，所述热管11和熟料通道之间具有保温材料10。如图2所示，在热管11和熟料通道之间设置保温砖。之所以设置保温材料，主要原因是避免热管11与熟料通道中的高温烟气直接接触或者直接被高温烟气冲刷，造成余热回收设备温度过高，或者直接冲刷容易损坏，也可以避免余热回收设备中的换热管束因为高温和冲刷造成爆管。

作为优选，热管蒸发端的横截面是长方形。

作为优选，所述热管蒸发端内部设置内翅片12，所述内翅片12连接长方形的对角，如图3所示。所述内翅片12将热管11内部分为多个小通道14，在内翅片上设置连通孔13，从而使相邻的小通道14彼此连通。

通过设置内翅片12，将热管11蒸发端内部分为多个小通道14，进一步强化传热，但是相应的流体流动的压力增加。通过设置连通孔13，保证相邻的小通道14之间的连通，从而使得压力大的小通道内的流体可以向邻近的压力小的小通道内流动，解决冷凝端的内部各个小通道14压力不均匀以及局部压力过大的问题，从而促进了流体在换热通道内的充分流动，同时通过连通孔13的设置，也降低了热管内部的压力，提高了换热效率，同时也提高了热管的使用寿命。

优选的，在热管蒸发端，沿着热管11内流体的流动方向(沿着蒸发端向冷凝端方向)，所述连通孔13的面积不断的增加。

所述的连通孔13为圆形结构，沿着热管11内流体的流动方向(沿着蒸发端向冷凝端方向)，所述圆形结构的半径不断的增加。

因为沿着热管11内流体的流动方向，热管11内的流体不断的吸热甚至蒸发，因此使得热管的压力不断的增加，而且因为连通孔13的存在，使得热管11内部的压力分配越来越均匀，因此连通孔的面积需要很大，通过设置不断的变大，从而使得在保证热管内部压力均匀和压力的情况下，通过连通孔面积的变化来增加换热面积，从而提高换热效率。

优选的，在热管蒸发端，沿着热管11内流体的流动方向，所述连通孔13的面积不断的增加的幅度不断增加。通过如此设置，也是符合流动压力的变化规律，进一步降低流动阻力的同时，提高换热效率。通过如此设置，通过是实验发现可以提高9％左右的换热效率，同时阻力基本保持不变。

优选的，沿着热管11内流体的流动方向，连通孔13的分布数量越来越多，进一步优选，所述连通孔数量不断的增加的幅度不断增加。

通过上述数量的分布原理与面积减少原理相同，与连通孔数量完全相同相比，通过数量分布来减少流通面积。

在实际实验中发现，连通孔13的面积不能过小，过小的话会导致流动阻力的增加，从而导致换热的减弱，连通孔13的面积不能过大，面积过大，会导致换热面积的减少，从而降低换热效果。同样，热管11的横截面积不能过大，过大导致管板结构单位长度上分布的换热管过少，同样导致换热效果变差，热管流动面积也不能过小，过小会导致流动阻力增加，从而导致换热效果变差。因此连通孔13与热管横截面面积及其相邻连通孔13之间的距离必须满足一定要求。

因此，本发明是通过多个不同尺寸的集热器的上千次数值模拟以及试验数据，在满足工业要求承压情况下(10MPa以下)，在实现最大换热量的情况下，总结出的最佳的热管的尺寸优化关系。

本发明是热管蒸发端横截面是正方形下进行的尺寸优化。

所述正方形的内边长(即正方形的外边长减去壁厚)为L，所述连通孔的半径r，所述同一翅片上相邻的连通孔之间的距离为l，满足如下关系：

l/L*10＝a*ln(r/L*10)+b；

其中ln是对数函数，a,b是参数，1.5<a<1.6,2.9<b<3.0；

0.34<l/L<0.38；

0.14<r/L<0.17；

30mm<L<120mm；

5mm<r<17mm。

其中，l等于相邻连通孔13圆心之间的距离。如图4、5所示的左右相邻和上下相邻的连通孔圆心之间的距离。

进一步优选，15mm<l<45mm。

优选的，随着r/L的增加，所述的a,b增加。

作为优选，a＝1.57,b＝2.93。

作为优选，如图4、5所示，每个内翅片上设置多排连通孔13，如图5所示，所述多个连通孔13为错排结构。通过错排接构，可以进一步提高换热，降低压力。

作为优选，热管11的外壁可以设置外翅片，例如可以设置直翅片或者螺旋翅片。

作为优选，如图2所示，沿着通道9的方向，所述的热管11设置为多个。

作为优选，沿着通道9熟料的运输的方向，相邻热管之间的距离L1不断的变大。主要原因是沿着通道9内熟料的流动的方向，熟料的温度越来越的，热管吸收余热的能力也越来越差，因此通过增大热管之间的间距，保证热管整体吸热均匀，避免有的热管吸热过多导致温度过高，从而容易损坏。

作为优选，沿着通道9熟料的运输的方向，相邻热管之间的距离L1不断的变大的幅度越来越大。通过如此设置可以更好的保证热管吸热均匀，提高吸热量。

作为优选，沿着熟料的运输方向，热管11蒸发端的吸热能力逐渐增强，进一步作为优选，吸热能力增强的幅度逐渐增加。通过实验发现，通过如此设置，可以提高余热吸收能力15％左右。而且通过如此设置，可以使得热管11整体的吸热均匀，温度差异变小，保证热管11整体寿命，避免部分热管11蒸发端温度过高，造成不断的频繁的更换。

作为优选，热管11蒸发端的外表面设置吸热材料。通过设置吸热材料来增加吸热量。

作为优选，沿着熟料的运输方向，不同热管11表面吸热材料的吸热能力逐渐增强，进一步作为优选，吸热能力增强的幅度逐渐增加。主要原因类似前面。

作为优选，热管11蒸发端外部设置凸起。沿着熟料的运输方向，不同热管11表面凸起的高度逐渐增加，进一步作为优选，增加的幅度逐渐增加。主要原因类似前面。

作为优选，热管11蒸发端外部设置凸起。沿着熟料的运输方向，不同热管表面凸起的密度逐渐增加，进一步作为优选，增加的幅度逐渐增加。主要原因类似前面。

作为优选，热管11冷凝端和蒸发端的具有相同的形状和结构。

作为优选，热管为多排结构，相邻的排为错列分布。通过错列分布，能够使得热量分布更加均匀。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (3)

1.一种热管余热回收系统，包括发热设备、热管，所述发热设备包括外壳、熟料通道，所述外壳和熟料通道之间设置保温材料，所述热管包括蒸发端和冷凝端，其特征在于，所述热管蒸发端设置在在保温材料内；所述热管蒸发端内部设置内翅片，所述内翅片连接长方形的对角，所述内翅片将热管内部分为多个小通道，在内翅片上设置连通孔，从而使相邻的小通道彼此连通，热管蒸发端的横截面是正方形，所述正方形的内边长为L，所述连通孔为圆形，连通孔的半径r，相邻的连通孔圆心之间的距离为l，满足如下关系：l/L*10＝a*ln(r/L*10)+b；

其中ln是对数函数，a,b是参数，1.5<a<1.6,2.9<b<3.0；

0.34<l/L<0.38；

0.14<r/L<0.17；

30mm<L<120mm；

5mm<r<17mm。

2.如权利要求1所述的热管余热回收系统，其特征在于，所述发热设备为蓖冷机。

3.如权利要求1所述的热管余热回收系统，15mm<l<45mm。