CN113465401A - 一种用于含尘废气的余热回收装置及吹灰方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于含尘废气的余热回收装置及吹灰方法,包括换热器壳体和翅片管束,壳体内设有多组翅片管束,每组翅片管束包括上下联通且平行设置的多个翅片管,每个翅片管由四个基管和两片由四个半正六边形依组成的翅片焊接而成,处于同一水平面上的相邻多个翅片管排列成蜂巢状换热面。所述壳体侧壁上设两个相对的多组导轨,同组两个导轨位于同一水平面,且每个导轨上均活动设置有一个吹灰器,每个吹灰器喷嘴方向与移动方向的夹角为60°。通过控制吹灰器的往复运动和夹角的自动调节,能够有效清灰换热表面的积灰。本发明能够在增强换热的情况下,显著降低余热回收装置表面的积灰及磨损,提高了设备运行的安全性,延长设备的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于余热回收技术领域,尤其涉及一种用于含尘废气的余热回收装置及吹灰方法。
背景技术
随着我国经济快速发展,能源消耗日益增加,城市大气质量日益恶化的问题也越发突出,节约能源和减少环境有害物排放的问题迫在眉睫。在常见的能源、化工、冶金等行业中,烟气排烟温度过高是导致能耗高、污染严重的主要原因之一。H型翅片管由于其特殊沟槽结构带来的较好传热能力,在余热回收领域被广泛应用。
研究和实践表明H型翅片管可以在强化传热的同时减少积灰和磨损。然而在含灰气流下,由于流体本身的粘性作用与逆压梯度的存在,流动必然发生分离,并在翅片管背风侧形成涡流滞止区,从而使含灰气流中小的灰颗粒在背风侧不断沉积生长。而且,在传统的H型翅片管两层翅片之间的涡流滞止区内几乎没有轴向的气体扰动,该区域的气体流动近似于平面流动,极易加剧飞灰颗粒在背风侧的沉积,造成积灰搭桥现象,严重影响翅片管传热效率和换热器的安全高效运行。
通过对H型翅片管的结构分析和翅片效率计算,发现传统H型翅片四个角区域的导热热阻大幅增加,该区域对传热性能的强化效果十分有限,反而增加了飞灰颗粒在翅片表面的沉积区域,并降低了气流在翅片管束中的扰动。因此,通过采取必要的结构优化,减小涡流滞止区面积,增加气流在翅片管轴向上的扰动,是有效强化传热、减少积灰的有效途径。
此外,现有余热回收装置在H型翅片管束的布置方式通常为顺排和错排。实践发现,含尘气流在错排管束内交替收缩和打张,其换热性能远高于顺排管束,但错排管束的流体阻力损失也远高于顺排管束。在对换热器表面积灰进行在线吹灰时,顺排管束相比于错排管束更易于清除。因此,有必要从换热管束布置角度出发,实现增强换热、减小阻力、减少积灰及易于清灰的协同效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于含尘废气的余热回收装置及吹灰方法,换热管束之间通过4H型翅片的正六边形结构排列呈蜂巢布置,使得该装置具有较大的横向管间距和较小的纵向管间距,能够有效降低换热器内颗粒沉积堵塞,同时较大的横向管间距可以降低管束内的平均流速,降低磨损失效风险,同时该装置用于锅炉尾部含尘气体中参与余热回收时,因其热回收效率高、积灰少、清灰效率高等优点,进一步拓宽了其在冶金、化工等行业含尘烟气余热回收方面的应用。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种用于含尘废气的余热回收装置,包括壳体,壳体前端设有含尘气体进口,壳体后端设有含尘气体出口,壳体底部设有冷流体进口,壳体上部设有冷流体出口,所述壳体内设有呈竖排布置的多组翅片管束,每组翅片管束包括上下联通且平行设置的多个翅片管组成,每个翅片管包括基管和设置于基管圆周的翅片,每组翅片管束底部的基管与冷流体进口相连通,每组翅片管束顶部的基管与冷流体出口相连通,翅片为沿基管轴向设置在基管外壁上的翅片,每个翅片管由四个正六边形单H型翅片管依次连接而成,处于同一水平面上的相邻多个翅片管排列成蜂巢状换热面。
进一步的,每片翅片形状为四块依次连接的半片正六边形,每片翅片内侧设置有与基管的外壁相吻合的凹槽,翅片通过凹槽与基管外壁相连接,两片翅片处于与基管轴线垂直的同一平面上,相互之间有大于零的间隙,两个翅片与基管组成的整体沿基管径向断面呈4H型。
进一步的,相邻基管的中心距S与基管直径D之比为2.0~3.5,翅片正六边形的边长L与基管直径D之比为0.9~1.5,翅片间距F p与基管直径D之比为0.157~0.474,翅片厚度F t与基管直径D之比为0.026~0.079,翅片槽宽W与基管直径D之比为0.157~0.474。
进一步的,所述壳体左右两侧的侧壁内壁上均设两个相对的多组导轨,同组两个导轨位于同一水平面,且每个导轨上均活动设置有一个吹灰器,每个吹灰器喷嘴方向与移动方向的夹角为60°。
进一步的,所述导轨与热流体(含尘气体)流动方向平行设置,吹灰器端部设有与导轨卡和的传动机构。
进一步的,每组导轨位于上下相邻的两个换热面之间,同一平面的两个吹灰器喷射方向相向设置。
一种用于含尘废气的余热回收装置的吹灰方法,包括以下步骤:位于同一平面的两个相对设置的吹灰器初始位置为一个位于其所在轨道的前端,另一个位于其所在轨道的后端,两个吹灰器分别沿其所在的轨道从一端到另一端相向运动吹灰,循环以上步骤直至吹灰完成进一步的,所述壳体左右两侧的侧壁内壁上均设两个相对的多组导轨,同组两个导轨位于同一水平面,且每个导轨上均活动设置有一个吹灰器,每个吹灰器喷嘴方向与基管径向夹角为60°。
一种用于含尘废气的余热回收装置的应用,其用于锅炉尾部烟气的余热回收处理中,烟气温度为120 ℃,烟尘浓度为4 g/Nm3,在换热器洁净状态下,与顺排单H型翅片管换热器相比,本发明换热量提升9.6%。在积灰达到基本稳定状态时,顺排单H型翅片管束和本发明换热器的换热系数削弱程度分别降低20.1%和5.5%,可见本发明的换热器的抗积灰能力显著提升。
本发明具有的优点是:
1.4H型翅片是由四块依次连接的半片正六边形组成,去除了不利于传热的区域,不仅提升了翅片效率,强化了传热性能,也增强了气流在滞止区的轴向扰动,降低了飞灰颗粒在背风侧的沉积;
2.换热管束之间通过4H型翅片的正六边形结构排列呈蜂巢布置,具有较大的横向管间距和较小的纵向管间距,不仅具有顺排管束流动阻力小、易于清灰的优点,也具有错排管束换热性能强的特点;
3.本发明较大的横向管间距可以降低管束内的平均流速,降低磨损失效风险,此外,在相同磨损程度下,可进一步提升烟气流速,强化传热并减少积灰;
4.采用4H型翅片管,可以减少加工工序,大大提高了H型翅片管的生产效率和单元结构的刚性;
5.本发明中换热管束呈蜂巢布置,使得吹灰器具备多个高效吹灰方向,实现360°高效吹灰的目的。
附图说明
图1是本发明余热回收装置的结构示意图。
图2是本发明余热回收装置的剖视图。
图3是本发明余热回收装置中翅片管的轴视图。
图4是本发明余热回收装置中翅片管的俯视图。
图5是本发明与传统H型翅片管束的换热特性对比图。
图6是本发明与传统H型翅片管束的阻力特性对比图。
图7是本发明与传统H型翅片管束的综合性能对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作更详细的说明。
如图1所示,一种用于含尘废气的余热回收装置,包括壳体1,壳体前端设有含尘气体进口2,壳体后端设有含尘气体出口3,壳体底部设有冷流体进口4,壳体上部设有冷流体出口5,所述壳体内设有呈竖排布置的多组翅片管束6,每组翅片管束包括上下联通且平行设置的多个翅片管组成。如图2和图3、图4所示,每个翅片管包括基管7和设置于基管圆周的翅片8,每个翅片管由四个正六边形单H型翅片管依次连接而成,处于同一水平面上的相邻多个翅片管排列成蜂巢状换热面。本发明通过H型翅片和换热管束布置的配合,与普通H型翅片管相比,本发明明显强化换热,大量减少了翅片管表面的积灰,更便于清灰,也提高了翅片管的耐磨性。每片翅片8形状为四块依次连接的半片正六边形,每片翅片8内侧设置有与基管7的外壁相吻合的凹槽,翅片8通过凹槽与基管7外壁相连接,两片翅片8处于与基管7轴线垂直的同一平面上,相互之间有大于零的间隙,两个翅片8与基管7组成的整体沿基管径向断面呈4H型,每个翅片管由四个基管和两组翅片焊接而成,与普通H型翅片管相比,加工工序显著减少,提升了生产效率。
进一步的,相邻基管的中心距S与基管直径D之比为2.0~3.5,翅片正六边形的边长L与基管直径D之比为0.9~1.5,翅片间距F p与基管直径D之比为0.157~0.474,翅片厚度F t与基管直径D之比为0.026~0.079,翅片槽宽W与基管直径D之比为0.157~0.474,本发明较大的横向管间距可以降低管束内的平均流速,降低磨损失效风险,此外,在相同磨损程度下,可进一步提升烟气流速,强化传热并减少积灰。所述壳体左右两侧的侧壁内壁上均设两个相对的多组导轨,同组两个导轨位于同一水平面,且每个导轨上均活动设置有一个吹灰器,每个吹灰器喷嘴方向与移动方向的夹角为60°。所述导轨与热流体流动方向平行设置,吹灰器端部设有与导轨卡和的传动机构。每组导轨位于上下相邻的两个换热面之间,同一平面的两个吹灰器喷射方向相向设置。
一种用于含尘废气的余热回收装置的吹灰方法,包括以下步骤:位于同一平面的两个相对设置的吹灰器初始位置为一个位于其所在轨道的前端,另一个位于其所在轨道的后端,两个吹灰器分别沿其所在的轨道从一端到另一端相向运动吹灰,循环以上步骤直至吹灰完成进一步的,所述壳体左右两侧的侧壁内壁上均设两个相对的多组导轨,同组两个导轨位于同一水平面,且每个导轨上均活动设置有一个吹灰器,每个吹灰器喷嘴方向与基管径向夹角为60°
应用例一:
传统单H型翅片管换热器的尺寸为:基管外径为38mm,横向管间距为100mm,纵向管间距为94mm,翅片厚度为2mm,翅片间距为12mm,翅片沟槽宽度为13mm。本发明中相邻管子中心距为82mm,翅片中正六边形的边长为44.5mm,其他参数与传统单H型翅片管换热器保持一致。以平均努塞尔数Nu为翅片对流换热能力的量化指标。以阻力系数f为翅片流阻特性的量化指标,,其中∆p为压降,ρ为烟气密度,u为烟气流速,N为管排数。以单位重量的换热量q m作为成本评价指标,,其中Q为换热量,m为换热器质量。工况为:烟气流速为6~10 m/s,烟气温度为420 K,管内冷却流体温度为360 K,进行实验验证比较并绘制图表进行比较,具体见图5、图6、图7,图5为本发明与传统H型翅片管换热特性对比图,与传统H型翅片管相比,本发明换热能力提高52~62%。图6为本发明与传统H型翅片管阻力系数f对比图,与传统H型翅片管相比,本发明阻力系数降低13~15%。图7为本发明与传统H型翅片管综合性能对比图,与传统H型翅片管相比,本发明单位重量的换热量提高67~78%。
应用例二:
将本发明应用于锅炉尾部烟气的余热回收处理中,烟气温度为120 ℃,烟尘浓度为4 g/Nm3,在换热器洁净状态下,与传统单H型翅片管换热器相比,本发明换热量提升9.6%。在积灰达到基本稳定状态时,传统单H型翅片管束和本发明换热器的换热系数削弱程度分别降低20.1%和5.5%,可见本发明的换热器的抗积灰能力显著提升。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种用于含尘废气的余热回收装置,其特征在于:包括壳体,壳体前端设有含尘气体进口,壳体后端设有含尘气体出口,壳体底部设有冷流体进口,壳体上部设有冷流体出口,所述壳体内设有多组翅片管束,每组翅片管束包括上下联通且平行设置的多个翅片管,每个翅片管包括基管和设置于基管圆周的翅片,每组翅片管束底部的基管与冷流体进口相连通,每组翅片管束顶部的基管与冷流体出口相连通,翅片为沿基管轴向设置在基管外壁上的翅片,每个翅片管由四个正六边形单H型翅片管依次连接而成,处于同一水平面上的相邻多个翅片管排列成蜂巢状换热面。
2.如权利要求1所述的用于含尘废气的余热回收装置,其特征在于:每片翅片形状为四块依次连接的半片正六边形,每片翅片内侧设置有与基管的外壁相吻合的凹槽,翅片通过凹槽与基管外壁相连接,两片翅片处于与基管轴线垂直的同一平面上,相互之间有大于零的间隙,两个翅片与基管组成的整体沿基管径向断面呈4H型。
3.如权利要求1所述的用于含尘废气的余热回收装置,其特征在于:相邻基管的中心距S与基管直径D之比为2.0~3.5,翅片正六边形的边长L与基管直径D之比为0.9~1.5,翅片间距F p与基管直径D之比为0.157~0.474,翅片厚度F t与基管直径D之比为0.026~0.079,翅片槽宽W与基管直径D之比为0.157~0.474。
4.如权利要求3所述的用于含尘废气的余热回收装置,其特征在于:所述壳体左右两侧的侧壁内壁上均设两个相对的多组导轨,同组两个导轨位于同一水平面,且每个导轨上均活动设置有一个吹灰器,每个吹灰器喷嘴方向与移动方向的夹角为60°。
5.如权利要求4所述的用于含尘废气的余热回收装置,其特征在于:所述导轨与含尘气体流动方向平行设置,吹灰器端部设有与导轨卡和的传动机构。
6.如权利要求5所述的用于含尘废气的余热回收装置,其特征在于:每组导轨位于上下相邻的两个换热面之间,同一平面的两个吹灰器喷射方向相向设置。
7.如权利要求1-6任一所述的用于含尘废气的余热回收装置的吹灰方法,其特征在于,包括以下步骤:位于同一平面的两个相对设置的吹灰器初始位置为一个位于其所在轨道的前端,另一个位于其所在轨道的后端,两个吹灰器分别沿其所在的轨道从一端到另一端相向运动吹灰,循环以上步骤直至吹灰完成。
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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