CN111928714A - 一种螺旋翅片管省煤器及构型参数优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋翅片管省煤器及构型参数优化方法。该螺旋翅片管包括：母管和螺旋缠绕于母管壁的翅片；翅片包括多个首尾相接的翅片单元；相邻两个翅片单元之间的母管壁为凹槽结构；螺旋翅片管的轴向截面为双椭圆形构型；轴向截面包括多个翅片截面和多个凹槽截面；翅片截面为翅片半椭圆形；凹槽截面为母管半椭圆形；翅片半椭圆形的顶点为母管与翅片的交点，翅片半椭圆形的长半轴为翅片的高，翅片半椭圆形的短轴为翅片的根部厚度；母管半椭圆形的顶点为母管与翅片的交点，母管半椭圆形的长轴为相邻两个翅片单元的间距，母管半椭圆形的短半轴为凹槽结构的深度。本发明能提高螺旋翅片管的抗积灰性能、换热效率和使用寿命。

Description

一种螺旋翅片管省煤器及构型参数优化方法

技术领域

本发明涉及省煤器技术领域，特别是涉及一种螺旋翅片管省煤器及构型参数优化方法。

背景技术

省煤器是利用锅炉尾部烟气的热量加热锅炉给水的设备，具有节省燃料、改善汽包工作条件、降低锅炉造价等显著优点，是现代锅炉中不可缺少的换热设备。目前，已经开发的多种类型的省煤器，按结构形式可以分为：光管式、膜片管式、H鳍片式、螺旋肋片式等；按制造方法可以分为：焊接(高频焊接或钎焊)翅片管式和整体型翅片管(热轧成型)式等。

电站锅炉省煤器普遍存在积灰、换热效率低和磨损等问题，焊接式省煤器母管与翅片间的焊接缺陷导致以上问题尤为严重，而整体型螺旋翅片省煤器则是克服上述问题、代表未来主要技术发展方向的优势技术，已受到广泛关注。虞少芳发明了一种整体型螺旋翅片管以提高工业热量交换效率和使用寿命；朱言敏发明了一种整体挤压式矩形螺旋翅片管，翅片与基管间通过圆角过渡；黄玉仁发明了一种梯形截面整体型螺旋翅片管，翅片与基管间通过圆角过渡以提高自清洁性。徐杰等对零热阻整体梯形翅片管进行了细致综述，指出零热阻整体梯形翅片管的传热系数是H型翅片管传热系数的两倍，具有更好抗积灰特征；郭毅等对整体螺旋翅片管性能进行全面分析介绍；欧阳晓瑞等报道了整体型螺旋翅片管在省煤器改造工程的创新应用。目前整体型螺旋翅片管省煤器在工程实践中，仍面临着一系列技术挑战和关键难点问题。例如，整体型螺旋翅片管是省煤器的核心单元，螺旋翅片管的具体构型是影响积灰、使用寿命、换热效率的关键因素，这也是优化设计评估的前提，但是目前已有的构型结构不足以满足应用需求，限制了整体型螺旋翅片管在省煤器领域的广泛应用，已有构型结构的抗积灰性能、换热效率和使用寿命仍待提高。

发明内容

基于此，有必要提供一种综合性能优异的螺旋翅片管省煤器及翅片管构型参数优化方法，以提高螺旋翅片管的抗积灰性能、换热效率和使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种螺旋翅片管，包括：母管和螺旋缠绕于母管壁的翅片；所述翅片包括多个首尾相接的翅片单元；相邻两个所述翅片单元之间的母管壁为凹槽结构。

所述螺旋翅片管的轴向截面为双椭圆形构型；所述轴向截面包括多个翅片截面和多个凹槽截面；所述翅片截面为翅片半椭圆形；所述凹槽截面为母管半椭圆形；所述翅片半椭圆形的顶点为所述母管与所述翅片的交点，所述翅片半椭圆形的长半轴为所述翅片的高，所述翅片半椭圆形的短轴为所述翅片的根部厚度；所述母管半椭圆形的顶点为所述母管与所述翅片的交点，所述母管半椭圆形的长轴为相邻两个翅片单元的间距，所述母管半椭圆形的短半轴为所述凹槽结构的深度。

可选的，所述螺旋翅片管一体成型。

可选的，所述螺旋翅片管采用螺旋热轧而成。

可选的，所述翅片半椭圆形和所述母管半椭圆形的顶点重合，所述翅片半椭圆形和所述母管半椭圆形的斜率相同。

本发明还提供了一种省煤器，包括：多个上述所述的螺旋翅片管；多个所述螺旋翅片管通过U型连通管首尾依次相接形成蛇形管单元；所述蛇形管单元的一端为进水口，所述蛇形管单元的另一端为出水口。

可选的，所述省煤器，还包括箱体；所述箱体包括上顶板、下底板、侧板和格栅板；

所述蛇形管单元中的螺旋翅片管设置在所述箱体内部；所述蛇形管单元中的U型连通管贯穿所述侧板延伸到所述箱体外部；所述蛇形管单元的进水口和出水口均贯穿所述侧板延伸到所述箱体外部；所述格栅板设置在所述箱体的前部；烟气经过所述格栅板进入所述箱体内，所述螺旋翅片管内部的水由所述蛇形管单元的进水口流向出水口。

可选的，所述箱体还包括双板式导流装置；所述双板式导流装置包括上导流板和下导流板；所述格栅板与所述上顶板的连接处通过转轴设置所述上导流板；所述格栅板与所述下底板的连接处通过转轴设置所述下导流板；所述上导流板和所述下导流板均通过对应的转轴为圆心实现圆形转动，以调节主气流的大小和方向；正常运行条件下，当使烟气经过所述格栅板进入所述箱体时，所述上导流板和所述下导流板均与所述格栅板垂直；清灰条件下，烟气经过所述格栅板进入所述箱体时，所述上导流板和所述下导流板均与所述格栅板成设定锐角。

本发明还提供了一种翅片管构型参数优化方法，所述方法用于上述所述的螺旋翅片管；所述方法包括：

由翅片效率、流动阻力和积灰特征构建多指标耦合评价准则；

基于所述多指标耦合评价准则，根据多元函数极值建立构型参数优化方程组；

采用牛顿法对所述构型参数优化方程组进行迭代求解，得到所述省煤器中螺旋翅片管的构型参数。

可选的，所述多指标耦合评价准则为

其中，η为翅片效率，f为流动阻力，β_t为积灰系数，R_t为t时刻总热阻，α₁为权重因子，α₁∈(0.5,2)，η₀为翅片效率的参考值，f₀为流动阻力的参考值，R₀为总热阻的参考值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种螺旋翅片管、省煤器及翅片管构型参数优化方法。该螺旋翅片管包括：母管和螺旋缠绕于母管壁的翅片；翅片包括多个首尾相接的翅片单元；相邻两个翅片单元之间的母管壁为凹槽结构；螺旋翅片管的轴向截面为双椭圆形构型；轴向截面包括多个翅片截面和多个凹槽截面；翅片截面为翅片半椭圆形；凹槽截面为母管半椭圆形。本发明设置的双椭圆形构型的螺旋翅片管，对横向烟气中的灰尘在翅片上的沉积具有很好的抑制作用，抗积灰性能好；半椭圆形的翅片顶部像一个蘑菇形防磨帽，盖在翅片主体上部，具有良好的抗磨损性能，能够提高使用寿命；翅片主体可以逼近最优构型的肋片(抛物线形、三角形和梯形肋等)构型具有良好的换热性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的螺旋翅片管的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的螺旋翅片管的轴向剖视图；

图3为本发明实施例提供的椭圆形翅片结构与梯形翅片结构的对比图；

图4为本发明实施例提供的省煤器的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的蛇形管单元的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的双板式导流装置的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的椭圆形截面翅片坐标系及螺旋形微元面图；

图8为本发明实施例提供的螺旋翅片管的轴向截面的尺寸图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明在传统螺旋翅片管传热、阻力性能评价指标基础上，提出了针对不同构型螺旋翅片管的抗积灰性能的获取和描述方法，发展了一种综合考虑不同构型螺旋翅片管传热、阻力和积灰性能的多指标耦合优化设计准则，基于此准则发明了一种综合性能优异的双椭圆构型的螺旋翅片管和省煤器。

图1为本发明实施例提供的螺旋翅片管的结构示意图；图2为本发明实施例提供的螺旋翅片管的轴向剖视图。

参见图1-图2，本实施例提供的螺旋翅片管，包括：母管1和螺旋缠绕于母管壁的翅片2；所述翅片2包括多个首尾相接的翅片单元；相邻两个所述翅片单元之间的母管壁为凹槽结构。

所述螺旋翅片管的轴向截面为双椭圆形构型；所述轴向截面包括多个翅片截面和多个凹槽截面；所述翅片截面为翅片半椭圆形；所述凹槽截面为母管半椭圆形；所述翅片半椭圆形的顶点为所述母管1与所述翅片2的交点，所述翅片半椭圆形的长半轴为所述翅片的高，所述翅片半椭圆形的短轴为所述翅片的根部厚度；所述母管半椭圆形的顶点为所述母管1与所述翅片2的交点，所述母管半椭圆形的长轴为相邻两个翅片单元的间距，所述母管半椭圆形的短半轴为所述凹槽结构的深度。所述翅片半椭圆形和所述母管半椭圆形的顶点重合，所述翅片半椭圆形和所述母管半椭圆形的斜率相同。

所述螺旋翅片管一体成型。具体的，整根厚壁钢管可以通过螺旋热轧制成双椭圆构型的螺旋翅片管，在整体成型条件下，避免了焊接缺陷和大的热阻，实现了母管壁与翅片连接点的光滑相切，这不但极大地提高了翅片的换热效率和使用寿命，而且具有良好抗积灰自清洁性能。相邻两个所述翅片单元之间的母管壁表面的半椭圆光滑过度设计，母管半椭圆形的短轴b1可以在取较小长度条件下实现翅片与母管的光滑相切，比直接圆弧过度减小了母管壁凹槽深度和母管壁厚，有利于提高换热效率。

在较大长轴、短轴比条件下(长轴:短轴约为4)，翅片半椭圆形的翅片顶部像一个蘑菇形防磨帽，盖在翅片主体上部，具有良好的抗磨损性能，翅片主体可以逼近最优构型的肋片(抛物线形、三角形和梯形肋等)构型不但具有良好的换热性能，又具有更好的抗磨损性能，可以进一步提高使用寿命。在实际应用中，所述母管的内径可以为3.6cm-7.6cm，所述翅片的高可以为7mm-17mm，相邻两个翅片单元的间距可以为5mm-12mm。

下面对本实施例中的椭圆形的翅片结构与现有的梯形翅片的结构进行了对比。对比图如图3所示。本实施例中的椭圆形的翅片的高为12mm，短轴为3mm，其可以内接一个高为11.31mm，上底为1mm，下底为3mm的梯形，此梯形截面尺寸是目前工程上梯形螺旋翅片管常用尺寸。本实施例中的椭圆形的翅片结构的翅片顶部像一个蘑菇形防磨帽，盖在翅片主体上部，具有良好的抗磨损性能，翅片主体可以逼近最优构型的肋片构型，不仅具有良好的换热性能，而且具有更好的抗磨损性能，可以进一步提高使用寿命。

本发明还提供了一种省煤器，图4为本发明实施例提供的省煤器的结构示意图。

参见图4，本实施例提供的省煤器包括：多个上述所述的螺旋翅片管；多个所述螺旋翅片管通过U型连通管3首尾依次相接形成蛇形管单元15；所述蛇形管单元15的一端为进水口4，所述蛇形管单元15的另一端为出水口5。蛇形管单元的结构图如图5所示。

本实施例的省煤器，还包括箱体；所述箱体包括上顶板6、下底板7、侧板8和格栅板9；所述蛇形管单元15中的螺旋翅片管设置在所述箱体内部；所述蛇形管单元15中的U型连通管3贯穿所述侧板8延伸到所述箱体外部；所述蛇形管单元15的进水口4贯穿所述侧板8延伸到所述箱体外部与进口联箱13连接，出水口5贯穿所述侧板8延伸到所述箱体外部与出口联箱14连接；所述格栅板9设置在所述箱体的前部，位于烟气入口处；烟气经过所述格栅板9进入所述箱体内，所述螺旋翅片管内部的水由所述蛇形管单元15的进水口4流向出水口5。所述侧板8上设置有于螺旋翅片管的基管外径相等的圆孔，以穿过螺旋翅片管。

所述箱体还包括双板式导流装置，所述双板式导流装置的结构如图6所示。所述双板式导流装置包括上导流板10和下导流板11；所述格栅板9与所述上顶板6的连接处通过转轴12设置所述上导流板10；所述格栅板9与所述下底板7的连接处通过转轴12设置所述下导流板11；所述上导流板10和所述下导流板11均通过对应的转轴12为圆心实现圆形转动，以调节主气流的大小和方向；当使烟气正常运行经过所述格栅板9进入所述箱体时，所述上导流板10和所述下导流板11均与所述格栅板9垂直，当进行清灰操作烟气经过所述格栅板9进入所述箱体时，所述上导流板10和所述下导流板11均与所述格栅板9成设定锐角，以控制主烟气方向。其中，格栅板9中的格子边长可以取烟道宽度的0.1-0.2倍，上导流板10和下导流板11的长度可以取烟道高度的0.3-0.5倍长。

参见图6，运行过程中导流板水平放置，格栅板9能均匀布置烟气，提高换热效率，同时格栅板9对灰尘颗粒具有一定截留减速作用，可以减少气流对螺旋翅片管的磨损；而当螺旋翅片管表面积灰较多时，导流板能以转轴12为圆心做圆形转动，当换热管表面积灰较多时，通过改变导流板A端和B端的相对位置，可以改变烟气方向和速度，方便实现上、中、下部清灰操作。正常运行时，格栅板9用于均匀布置烟气，提高换热效率，同时格栅板9对灰尘颗粒具有一定截留减速作用，可以减少气流翅片热管的磨损。

烟气水平经过格栅板9后，横向冲击螺旋翅片管，翅片内部的水由上向下流动。烟气进入省煤器时，烟道横截面上烟气温度近似相同，水从上向下流动，使上部烟气温度低，而下部烟气温度高，从而使烟气能进行局部自然对流，提高换热和抗积灰效果。

经过优化的双椭圆构型的螺旋翅片管，长时间运行条件下翅片表面仍然会有积灰的沉积。根据颗粒沉积原理，气流特征(大小和方向)对颗粒沉积和清除特征具有重要影响。因此，本实施例在基于螺旋翅片管设计省煤器时，设置了格栅板9以实现布气，并且还设计了双板式导流装置，用于导气，来调节主气流的方向和大小。双板式导流装置中的上导流板10和下导流板11靠近格栅板9端通过转轴12分别固定在箱体的上顶板6和下底板7上，上导流板10和下导流板11以转轴12为中心作圆周转动形成不同方向和大小的入口，可以实现上吹、中吹和下吹等吹灰操作。上吹时，下导流板11的开口向上(例如下导流板11与格栅板9呈30度角，上导流板10与格栅板9垂直或呈大于30度的角度)，烟气向上吹；中吹时，上导流板10、下导流板11的开口朝向中间(例如下导流板11与格栅板9呈30度角，上导流板10与格栅板9呈30度的角度)，上部和下部气流较少；下吹时，上导流板10的开口向下(例如上导流板10与格栅板9呈30度角，下导流板11与格栅板9垂直或呈大于30度的角度)，中上气流较小。当正常运行时，双板式导流装置水平，不会影响格栅布气；当需要清灰时，可以通过双板式导流装置来实现。

格栅板9和双板式导流装置组成了基于主气流流场调控的布气导流装置。主流烟气均匀通过翅片管束各处，可以提高换热效率，避免局部死区造成的灰尘沉积和局部烟速过高造成的管束过度磨损，因此省煤器烟气入口处设置格栅板9，该格栅板9的栅格较大，深度为0.1-0.5米均可，基本不会增加管道阻力。

本实施例基于局部和主气流调控对翅片管的综合性能的影响规律，设计的双椭圆构型整体螺旋翅片管抗积灰省煤器，可以用于锅炉尾部烟气余热高效回收装置。

本实施例上述的双椭圆构型的整体螺旋翅片管在抗磨损、抗积灰和换热效率等方面具有优异的综合性能，但螺旋翅片管结构参数对综合性能的影响具有明显竞争性，存在最优值，比如：减小翅片间距可以提高翅片换热效率，但会提高积灰量，积灰又会反过来增加传热阻力，降低换热效率，二者相互竞争，存在最优值。因此，发展新型整体螺旋翅片管构型参数的多指标综合评价准则和优化设计方法是进行螺旋翅片管优化，发展新型螺旋翅片管省煤器的必要条件。目前，缺少整体型螺旋翅片管省煤器的相关设计标准，积灰结渣、磨损、换热效率等技术指标通常是耦合关联的，传统的基于单一技术指标的设计方法存在局限性，缺少基于多指标耦合的设计方法及评价方法。因此，本实施例还建立整体型螺旋翅片管省煤器基于多指标耦合的评价指标，发展整体型螺旋翅片管省煤器基于多指标耦合的优化设计方法，以指导螺旋翅片管具体构型的优化设计，具有重要工程应用价值。

本实例对于上述的螺旋翅片管的构型优化设计是从局部气流调控角度实现翅片管综合性能的优化设计，而主气流特征同样对省煤器综合性能具有重要影响。主流烟气均匀通过翅片管束各处，可以提高换热效率，避免局部死区造成的灰尘沉积和局部烟速过高造成的管束过度磨损，设置低阻力布气装置具有重要意义。经过优化的双椭圆构型的螺旋翅片管，长时间运行条件下翅片表面仍然会有积灰的沉积。根据颗粒沉积原理，气流特征(大小和方向)对颗粒沉积和清除特征具有重要影响，设置导气装置，调控主气流大小和方向，可以实现清灰功能，使省煤器恢复换热能力。

本发明提供的用于上述省煤器的参数优化方法分别建立整体型螺旋翅片管的换热效率、阻力、积灰理论模型，根据三者之间的实际竞争关系，建立多指标耦合评价准则，可以进行新型整体螺旋翅片管构型参数的多指标综合评价和结构参数的优化设计。所述省煤器的参数优化方法，具体包括：

步骤101：由翅片效率、流动阻力和积灰特征构建多指标耦合评价准则。

步骤102：基于所述多指标耦合评价准则，根据多元函数极值建立构型参数优化方程组。

步骤103：采用牛顿法对所述构型参数优化方程组进行迭代求解，得到所述省煤器中螺旋翅片管的构型参数。

其中，步骤101，具体包括：

(1)螺旋翅片管的翅片效率及流动阻力特征描述

以双椭圆构型的螺旋翅片管为例。如图7所示，假设翅片管表面换热系数相同，以翅片椭圆中心为坐标原点，建立沿长轴方向的一维坐标系，根据传热学理论可推导得到在一个螺距上螺旋翅片内的一维导热方程：

其中，h为表面传热系数，k为翅片导热系数，T_∞为流体温度，T为螺旋翅片不同高度y处的温度，D₁为翅片管外径，a为翅片半椭圆形的短半轴，b为翅片半椭圆形的长半轴(如图8所示)，

其他构型螺旋翅片管的传热方程中的f₁和f₂因子，可以根据具体实际进行推导获得，其中P为相邻两个翅片单元的间距。其边界条件为：

根据方程(1)和(4)采用有限容积积分方法可以得到翅片内部温度分布，进而得到螺旋翅片效率为：

其中，A_c是一个螺距上翅片与母管的根部接触面积，T₀为根部温度，A是一个螺距内翅片间小椭圆形槽道面积，可以忽略小椭圆的影响按圆柱面计算。从方程(5)可以看出，螺旋翅片效率由材料导热导热系数、表面传热系数、管径、翅片特征尺寸(长轴和短轴)以及螺距等因素决定。

公式(6)中表面换热系数h，可以由经验公式确定，通常写成：

h＝h(f₀,Pr,Re) (6)

其中，Re为雷诺数，Pr为普朗克数，f₀为阻力因子，可以描述为：

f₀＝f₀(G,ΔP,ρ_in,ρ_out) (7)

其中，G是最小自由截面上的质量流率，ΔP为压力降，ρ_in和ρ_out表示进出口流体密度。

传热效率和阻力相互耦合，可以用(5)、(6)(7)的函数形式进行描述，可以通过实验和模拟验证相结合方法，获得半经验的公式。

(2)积灰特征模型

积灰特征与翅片构型和烟气流动特征密切相关，积灰特征可以采用颗粒沉积模型进行模拟，在入射表面的法向上采用考虑颗粒变形过程曳力做功的能量模型作为颗粒沉积判据：

其中，Q_k为初始入射法向动能，Q_df为入射颗粒弹塑性碰撞变形过程中曳力对其所做的功，Q_A,a是入射颗粒和碰撞表面吸引力产生的表面黏附能，Q_el为颗粒弹性形变储存的弹性能，Q_pe为颗粒塑性变形储存的弹性能，Q_p为颗粒塑性变形导致的能量损失，Q_A,r是颗粒恢复阶段所受的黏附能。如果在第一阶段储存的弹性能量Q_el+Q_pe小于恢复阶段所需克服的黏附能Q_A,r，颗粒则会沉积在碰撞表面。

表面切向方向上采用临界入射角模型为：

θ_cr为临界入射角，μ_*为颗粒和表面的摩擦系数，v为泊松系数，β为入射颗粒物接触半径的等效系数，β＝(0.143μ_*)^2/3。

当入射角度大于临界碰撞角时均不能粘附。采用(8)式和(9)耦合流场可以计算颗粒沉积特征，再根据颗粒导热系数可以计算积灰热阻，进而可以计算总热阻。

总热阻随时间增加，基于无积灰时热阻可以建立总热阻经验公式，

其中，

为翅片管结构特征参数矢量(翅高，厚度，间距等)，d₁为烟气中颗粒浓度。

(10)式可以采用采用如下具体形式：

其中，β_t为积灰系数，是烟气中灰尘浓度、雷诺数、翅片间距以及椭圆长、短轴等翅片参数的函数，可以通过上述所提的数值模拟方法结合实验数值拟合其表达式。当灰尘浓度、雷诺数相同时，R_t仅受翅片形状的影响，可以用于翅片形状优化，此时积灰增长系数可以表示为：

其中，β₀为参考灰尘浓度、雷诺数及翅片参数下的积灰系数，l₀为参考翅片间距，t为时间，t_total为总时间，指数m,n,q可以通过上文所提的数值模拟方法结合实验数值拟合其表达式。

(3)多指标耦合综合评价准则Z

翅片管的结构直接影响换热效率、阻力和积灰特征。翅片结构改变，促进翅片管换热效率升高时，阻力必然会增加，阻力增加程度低于换热效率增加程度时，是有效益的。减小翅片间距可以提高换热效率，增加阻力，同时也会增加积灰量，积灰又会降低换热效率，当积灰增加到一定程度可能造成总传热系数降低，此阻力反而会增加。因此，需综合传热、阻力和积灰间的耦合竞争关系，建立多指标耦合的综合评价准则，即：

其中，η为翅片效率，f为流动阻力，β_t为积灰系数，R_t为t时刻总热阻，α₁为权重因子，α₁∈(0.5,2)，η₀为翅片效率的参考值，f₀为流动阻力的参考值，R₀为总热阻的参考值。

其中，步骤102和步骤103，具体为：

通过数值和实验相结合方法确定了针对特定构型的螺旋翅片管评价准则Z中各系数后，输入构型参数和流动参数，可以计算Z值，以进行构型评估。

当流动特征相同时，确定清灰时间间隔t后，由评价准则式对优化参数求偏导数可以建立构型参数优化方程组：

其中，g_i,i＝1,…,n为待优化构型参数，n是待优化参数个数，可以建立待优化未知参数的非线性方程(14)，方程(14)可以采用牛顿法进行迭代求解。其中，待优化构型参数包括翅片高、宽、间距等。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种螺旋翅片管，其特征在于，包括：母管和螺旋缠绕于母管壁的翅片；所述翅片包括多个首尾相接的翅片单元；相邻两个所述翅片单元之间的母管壁为凹槽结构；

所述螺旋翅片管的轴向截面为双椭圆形构型；所述轴向截面包括多个翅片截面和多个凹槽截面；所述翅片截面为翅片半椭圆形；所述凹槽截面为母管半椭圆形；所述翅片半椭圆形的顶点为所述母管与所述翅片的交点，所述翅片半椭圆形的长半轴为所述翅片的高，所述翅片半椭圆形的短轴为所述翅片的根部厚度；所述母管半椭圆形的顶点为所述母管与所述翅片的交点，所述母管半椭圆形的长轴为相邻两个翅片单元的间距，所述母管半椭圆形的短半轴为所述凹槽结构的深度。

2.根据权利要求1所述的一种螺旋翅片管，其特征在于，所述螺旋翅片管一体成型。

3.根据权利要求2所述的一种螺旋翅片管，其特征在于，所述螺旋翅片管采用螺旋热轧而成。

4.根据权利要求1所述的一种螺旋翅片管，其特征在于，所述翅片半椭圆形和所述母管半椭圆形的顶点重合，所述翅片半椭圆形和所述母管半椭圆形的斜率相同。

5.一种省煤器，其特征在于，包括：多个如权利要求1-4中任意一项所述的螺旋翅片管；多个所述螺旋翅片管通过U型连通管首尾依次相接形成蛇形管单元；所述蛇形管单元的一端为进水口，所述蛇形管单元的另一端为出水口。

6.根据权利要求5所述的一种省煤器，其特征在于，还包括箱体；所述箱体包括上顶板、下底板、侧板和格栅板；

所述蛇形管单元中的螺旋翅片管设置在所述箱体内部；所述蛇形管单元中的U型连通管贯穿所述侧板延伸到所述箱体外部；所述蛇形管单元的进水口和出水口均贯穿所述侧板延伸到所述箱体外部；所述格栅板设置在所述箱体的前部；烟气经过所述格栅板进入所述箱体内，所述螺旋翅片管内部的水由所述蛇形管单元的进水口流向出水口。

7.根据权利要求6所述的一种省煤器，其特征在于，所述箱体还包括双板式导流装置；所述双板式导流装置包括上导流板和下导流板；所述格栅板与所述上顶板的连接处通过转轴设置所述上导流板；所述格栅板与所述下底板的连接处通过转轴设置所述下导流板；所述上导流板和所述下导流板均通过对应的转轴为圆心实现圆形转动，以调节主气流的大小和方向；正常运行条件下，烟气经过所述格栅板进入所述箱体时，所述上导流板和所述下导流板均与所述格栅板垂直；清灰条件下，烟气经过所述格栅板进入所述箱体时，所述上导流板和所述下导流板均与所述格栅板成设定锐角。

8.一种翅片管构型参数优化方法，其特征在于，所述方法用于如权利要求1-4中任意一项所述的省煤器；所述方法包括：

由翅片效率、流动阻力和积灰特征构建多指标耦合评价准则；

基于所述多指标耦合评价准则，根据多元函数极值建立构型参数优化方程组；

采用牛顿法对所述构型参数优化方程组进行迭代求解，得到所述省煤器中螺旋翅片管的构型参数。

9.根据权利要求8所述的一种翅片管构型参数优化方法，其特征在于，所述多指标耦合评价准则为

其中，η为翅片效率，f为流动阻力，β_t为积灰系数，R_t为t时刻总热阻，α₁为权重因子，α₁∈(0.5,2)，η₀为翅片效率的参考值，f₀为流动阻力的参考值，R₀为总热阻的参考值。

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