CN114110556A - 一种组合式的螺旋翅片管低温省煤器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式的螺旋翅片管低温省煤器，包括进水集箱、出水集箱、侧墙、整体型螺旋翅片管束和两排圆‑椭圆双层H型翅片管。两排圆‑椭圆双层H型翅片管设置在整体型螺旋翅片管束入口段以减弱含尘烟气对整体型螺旋翅片管束的磨损，保证组合式的螺旋翅片管低温省煤器的长周期高效运行；两排圆‑椭圆双层H型翅片管的一端与出水集箱相连，整体型螺旋翅片管束出口段的两排螺旋翅片管束的一端与进水集箱相连，两排圆‑椭圆双层H型翅片管与整体型螺旋翅片管束之间以及整体型螺旋翅片管束内部之间按顺序首尾相连形成双排蛇形管路单元。本发明的低温省煤器具有传热‑阻力综合性能好，抗积灰、耐磨损、体积小、使用寿命长的优点。

Description

一种组合式的螺旋翅片管低温省煤器

技术领域

本发明涉及用于燃煤高含尘烟气余热回收的低温省煤器技术领域，尤其是涉及入口采用耐磨耐压圆-椭圆双层H型翅片管的一种组合式的螺旋翅片管低温省煤器。

背景技术

在锅炉尾部烟道电除尘器前安装低温省煤器，可以降低机组的排烟温度，充分利用排烟余热来加热锅炉给水。该技术不但可以降低煤炭消耗，显著减少脱硫塔为达到最佳脱硫效率状态而引起的喷水冷却消耗，而且可以有效降低烟尘比电阻，提高静电除尘效率，具有重大节能减排潜力。

目前实际工程普遍采用螺旋翅片管和H型翅片管两类省煤器，整体型螺旋翅片管省煤器具有优异的传热-阻力综合性能，但其同样面临省煤器入口段的耐磨防护问题。在实际工程中，换热管件的性能及运行工况复杂性所导致的省煤器入口换热管件磨损及其诱发的管件疲劳损伤泄露问题，直接制约了低温省煤器的长周期高效运行。

目前，在省煤器入口段安装防磨器或防磨假管，是一种常用的提高低温省煤器的耐磨性和寿命的方式。虽然防磨器和防磨假管具有耐磨作用，但是其不具有换热功能。研究表明，省煤器入口段两排管的传热协同角明显比内部管的传热协同角小，即前两排管比内部管具有更好的强化传热性能，因此安装防磨器或防磨假管除了起耐磨作用之外，不但没有发挥前排管的换热优势，而且增加运行阻力和设备投资，以及增大了省煤器体积。

省煤器的基管构型对其换热-阻力性能及积灰-磨损性能都具有重要影响。受承压能力限制，目前实际工程应用中螺旋翅片管和H型翅片管两类省煤器中翅片管的基管均为圆管，圆形基管的应用限制了省煤器性能的进一步提高。研究表明，椭圆管的流动传热以及耐磨和抗积灰性能均比圆管优秀，但是椭圆管的抗压性能比圆管差得多，难以在高压环境下使用，因此具有高综合性能的椭圆基管高效省煤器受承压能力限制，难于实际应用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出入口采用耐磨耐压圆-椭圆双层H型翅片管的一种组合式的螺旋翅片管低温省煤器，具有传热-阻力综合性能好，抗积灰、耐磨损、体积小、使用寿命长的优点。

根据本发明实施例的组合式的螺旋翅片管低温省煤器，包括：进水集箱、出水集箱、侧墙、整体型螺旋翅片管束和两排圆-椭圆双层H型翅片管；

两排所述圆-椭圆双层H型翅片管和所述整体型螺旋翅片管束均设置在所述侧墙的内侧，两排所述圆-椭圆双层H型翅片管设置在所述整体型螺旋翅片管束入口段以减弱含尘烟气对所述整体型螺旋翅片管束的磨损，保证所述组合式的螺旋翅片管低温省煤器的长周期高效运行；

两排所述圆-椭圆双层H型翅片管的一端与所述出水集箱相连，所述整体型螺旋翅片管束出口段的两排螺旋翅片管束的一端与所述进水集箱相连，两排所述圆-椭圆双层H型翅片管与所述整体型螺旋翅片管束之间以及所述整体型螺旋翅片管束内部之间采用U型连通管按顺序首尾相连形成双排蛇形管路单元，所述U型连通管穿所述侧墙。

根据本发明实施例的组合式的螺旋翅片管低温省煤器，具有如下优点：第一、由于抗磨假管无法进行换热过程且体积较大，因此采用圆-椭圆双层H型翅片管替代入口处抗磨假管，不仅保证了本发明实施例的低温省煤器的耐磨性能和使用寿命，还提高了换热效率，缩小了低温省煤器的体积，减小了运行的阻力；第二、将两排圆-椭圆双层H型翅片管设置在整体型螺旋翅片管束入口段，减弱了含尘烟气对整体型螺旋翅片管束的磨损，保证组合式的螺旋翅片管低温省煤器的长周期高效运行；第三、由于圆-椭圆双层H型翅片管位于组合式的螺旋翅片管低温省煤器的入口处，因此当外套椭圆管出现明显磨损时，可以方便地对圆-椭圆双层H型翅片管进行局部防磨强化处理。总而言之，本发明实施例的低温省煤器具有传热-阻力综合性能好，耐磨损、体积小、使用寿命长的优点。

根据本发明的一些实施例，所述圆-椭圆双层H型翅片管包括：内圆管、外套椭圆管、双层管间的低压沸腾传热区和H型翅片；所述内圆管实现了所述圆-椭圆双层H型翅片管的承压功能，并通过所述双层管间的低压沸腾传热区高效吸收所述外套椭圆管吸收的烟气余热；所述外套椭圆管使所述圆-椭圆双层H型翅片管外烟气形成流线型流场，实现所述圆-椭圆双层H型翅片管的高效传热以及抗磨损性能；所述外套椭圆管与所述内圆管之间的空间中注入适量水而形成所述双层管间的低压沸腾传热区；所述双层管间的低压沸腾传热区在常温下处于负压状态，在运行工况下处于低压沸腾状态，主要功能是高效传热，而又不引起所述外套椭圆管的机械变形及应力损伤；所述低压沸腾传热区的压力范围为0.8-1.2个大气压；所述双层管间的低压沸腾传热区运行工况下液态水的体积分数大于40％；所述外套椭圆管外焊接多个H型翅片，以进行流场调控和强化传热。

根据本发明的一些实施例，所述双层管间的低压沸腾传热区的热力状态调控由所述外套椭圆管上的注水管进行调节。

根据本发明的一些实施例，所述外套椭圆管的内短轴长度比所述内圆管的外径长2-6mm；所述外套椭圆管与所述内圆管的中轴线相重合。

根据本发明的一些实施例，所述H型翅片的开缝方向与所述外套椭圆管的椭圆断面长轴方向及烟气流动方向一致；所述H型翅片的宽度等于所述整体型螺旋翅片管的翅片外径；所述H型翅片的长度与宽度之比等于所述外套椭圆管的椭圆断面长轴与短轴之比。

根据本发明的一些实施例，所述H型翅片的翅间距等于所述整体型螺旋翅片管的翅间距；所述H型翅片的翅片厚度等于所述整体型螺旋翅片管的平均翅片厚度。

根据本发明的一些实施例，所述开缝宽度为5-9mm，所述H型翅片的宽度为60-80mm。

根据本发明的一些实施例，两排所述圆-椭圆双层H型翅片管和所述整体型螺旋翅片管束均为顺排，并且横向间距相同。

根据本发明的一些实施例，所述外套椭圆管上设有测压孔和注水孔，以备进行泄露检测或所述双层管间的低压沸腾传热区热力性能调控。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的组合式的螺旋翅片管低温省煤器的结构示意图。

图2为本发明实施例的组合式的螺旋翅片管低温省煤器中圆-椭圆双层H型翅片管的结构示意图。

图3为本发明实施例的组合式的螺旋翅片管低温省煤器中圆-椭圆双层H型翅片管的局部立体示意图。

图4为本发明实施例的组合式的螺旋翅片管低温省煤器中圆-椭圆双层H型翅片管的整体立体示意图。

图5为本发明实施例的组合式的螺旋翅片管低温省煤器的侧视图。

图6为本发明实施例的组合式的螺旋翅片管低温省煤器的立体示意图。

附图标记：

组合式的螺旋翅片管低温省煤器1000

进水集箱1出水集箱2侧墙3整体型螺旋翅片管束4

螺旋翅片管束401

圆-椭圆双层H型翅片管5

内圆管501外套椭圆管502双层管间的低压沸腾传热区503H型翅片504

开缝5041测压孔505注水管506

U型连通管6

双排蛇形管路单元7

烟气流动方向G开缝宽度D H型翅片长度L H型翅片宽度W

入口段E出口段I烟气入口G1烟气出口G2

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1至图6来描述根据本发明实施例的组合式的螺旋翅片管低温省煤器1000，这里的组合式的螺旋翅片管低温省煤器1000可以理解为在入口处组合有圆-椭圆双层H型翅片管5的螺旋翅片管低温省煤器。

如图1至图6所示，根据本发明实施例的组合式的螺旋翅片管低温省煤器1000，包括：进水集箱1、出水集箱2、侧墙3、整体型螺旋翅片管束4和两排圆-椭圆双层H型翅片管5；两排圆-椭圆双层H型翅片管5和整体型螺旋翅片管束4均设置在侧墙3的内侧，两排圆-椭圆双层H型翅片管5设置在整体型螺旋翅片管束4入口段E以减弱含尘烟气对整体型螺旋翅片管束4的磨损，保证组合式的螺旋翅片管省煤器的长周期高效运行；两排圆-椭圆双层H型翅片管5的一端与出水集箱2相连，整体型螺旋翅片管束4出口段I的两排螺旋翅片管束401的一端与进水集箱1相连，两排圆-椭圆双层H型翅片管5与整体型螺旋翅片管束4之间以及整体型螺旋翅片管束4内部之间采用U型连通管6按顺序首尾相连形成双排蛇形管路单元7，U型连通管6贯穿侧墙3。

具体地，进水集箱1用于存储向组合式的螺旋翅片管低温省煤器1000注入的低温水，出水集箱2用于存储从组合式的螺旋翅片管低温省煤器1000流出的换热后的高温水。侧墙3用于限制出含尘烟气流动的通道，两排圆-椭圆双层H型翅片管5和整体型螺旋翅片管束4均设置在侧墙3的内侧，从而可以起到对含尘烟气进行换热的目的。

两排圆-椭圆双层H型翅片管5设置在整体型螺旋翅片管束4入口段E以减弱含尘烟气对整体型螺旋翅片管束4的磨损，保证组合式的螺旋翅片管省煤器的长周期高效运行。需要说明的是，圆-椭圆双层H型翅片管5由于具有较好抗磨与抗压性能，有效防止磨损引致的爆管问题，将圆-椭圆双层H型翅片管5置于整体型螺旋翅片管束4入口段E，使用时，含尘烟气首先与圆-椭圆双层H型翅片管5进行摩擦接触换热，从而可以对整体型螺旋翅片管束4起到防护作用，进而延长组合式的螺旋翅片管低温省煤器1000的使用寿命，且位于入口段E的圆-椭圆双层H型翅片管5易于进行局部维护和防磨强化处理。

两排圆-椭圆双层H型翅片管5的一端与出水集箱2相连，整体型螺旋翅片管束4出口段I的两排螺旋翅片管束401的一端与进水集箱1相连，两排圆-椭圆双层H型翅片管5与整体型螺旋翅片管束4之间以及整体型螺旋翅片管束4内部之间采用U型连通管6按顺序首尾相连形成双排蛇形管路单元7，U型连通管6贯穿侧墙3。可以理解的是，本发明的组合式的螺旋翅片管低温省煤器1000在工作时，进水集箱1内的水首先会进入整体型螺旋翅片管束4中，然后流经两排圆-椭圆双层H型翅片管5，最后进入出水集箱2中，完成换热过程，在此过程中，烟气的流动方向和组合式的螺旋翅片管低温省煤器1000内的水流动方向相反，换热效率高。

经过仿真计算表明，相同雷诺数的条件下，圆-椭圆双层H型翅片管5的换热性能优于圆形基管的翅片管换热性能，并且二者阻力大小相近。因此，采用圆-椭圆双层H型翅片管5进行低温省煤器的设计，在达到相同换热性能的条件下，管束排布数量和流动阻力相应减少，可以节约运行成本和空间。

根据本发明实施例的组合式的螺旋翅片管低温省煤器1000，具有如下优点：第一、由于抗磨假管无法进行换热过程且体积较大，因此采用圆-椭圆双层H型翅片管5替代入口处抗磨假管，不仅保证了本发明实施例的低温省煤器1000的耐磨性能和使用寿命，还提高了换热效率，缩小了低温省煤器的体积，减小了运行的阻力；第二、将两排圆-椭圆双层H型翅片管5设置在整体型螺旋翅片管束4入口段E，减弱了含尘烟气对整体型螺旋翅片管束4的磨损，保证组合式的螺旋翅片管低温省煤器1000的长周期高效运行；第三、由于圆-椭圆双层H型翅片管5位于组合式的螺旋翅片管低温省煤器1000的入口处，因此当外套椭圆管502出现明显磨损时，可以方便地对圆-椭圆双层H型翅片管5进行局部防磨强化处理，检修方便。总而言之，本发明实施例的低温省煤器1000具有传热-阻力综合性能好，耐磨损、体积小、使用寿命长的优点。

根据本发明的一些实施例，如图2至图4所示，圆-椭圆双层H型翅片管5包括：内圆管501、外套椭圆管502、双层管间的低压沸腾传热区503和H型翅片504；内圆管501实现了圆-椭圆双层H型翅片管5的承压功能，并通过双层管间的低压沸腾传热区503高效吸收外套椭圆管502吸收的烟气余热。可以理解的是，内圆管501用于作为高压给水管，进行高压给水的换热和输送。具体地，圆-椭圆双层H型翅片管5中的内圆管501通过U型连通管6与整体型螺旋翅片管束4连接。

外套椭圆管502使圆-椭圆双层H型翅片管5外烟气形成流线型流场，实现圆-椭圆双层H型翅片管5的高效传热以及抗磨损性能；外套椭圆管502与内圆管501之间的空间中注入适量水而形成双层管间的低压沸腾传热区503，可以理解的是，双层管间的低压沸腾传热区503的两端为封堵状态；双层管间的低压沸腾传热区503在常温下处于负压状态，在运行工况下处于低压沸腾状态，主要功能是高效传热，而又不引起外套椭圆管502的机械变形及应力损伤；低压沸腾传热区的压力范围为0.8-1.2个大气压；双层管间的低压沸腾传热区503运行工况下液态水的体积分数大于40％。也就是说，外套椭圆管502不会承受较大的压力，且双层管间的低压沸腾传热区503的水主要起传热作用，水质要求低并且可以随时补充而不影响内圆管501内高压水的正常运行。当外套椭圆管502出现泄露时，由于双层管间的低压沸腾传热区503水量少、水压低，不会影响本发明低温省煤器1000的整体正常运行，方便进行局部泄露维修。

外套椭圆管502外焊接多个H型翅片504，以进行流场调控和强化传热。也就是说，H型翅片504可以改变外套椭圆管502周围的流场，进而增加外套椭圆管502的抗积灰性能，同时H型翅片504的设置增加了换热面积，从而达到强化换热效果的目的。可选的，多个H型翅片504沿外套椭圆管502的长度方向等间隔地设置在外套椭圆管502上。

由于外套椭圆管502自身的流动传热以及耐磨和抗积灰性能均比圆管优秀，因此将外套椭圆管502套设在内圆管501外，可以对内圆管501起到很好的保护作用，同时内圆管501具有很好的承压能力，将内圆管501作为高压给水通道，使圆-椭圆双层H型翅片管5既抗磨损又可以承压，圆-椭圆双层H型翅片管5在抗磨条件下，实现了高压给水的高效换热功能，有效防止磨损引致的爆管问题；与防磨假管技术相比减小了低温省煤器体积和运行阻力，并且外套椭圆管502的磨损易于局部维护和防磨强化处理。

根据本发明的一些实施例，双层管间的低压沸腾传热区503的热力状态调控由外套椭圆管502上的注水管506进行调节。也就是说，外套椭圆管502上还设置有注水管506，双层管间的低压沸腾传热区503的热力状态主要是指双层管间的压力，使用时，可以通过注水管506向双层管间的低压沸腾传热区503注水或者将水抽出，以改变双层管间的低压沸腾传热区503的热力状态，进而达到维持或者改变圆-椭圆双层H型翅片管5换热性能的目的。

根据本发明的一些实施例，外套椭圆管502的内短轴长度比内圆管501的外径长2-6mm；外套椭圆管502与内圆管501的中轴线相重合。采用这样的参数范围，一方面保证了内圆管501的管径足够大，可以进行正常给水，另一方面确保了外套椭圆管502和内圆管501之间足够高的传热效率。

根据本发明的一些实施例，H型翅片504的开缝5041方向与外套椭圆管502的椭圆断面长轴方向及烟气流动方向G(如图2所示)一致，这样既可以减小烟气流动阻力，减小本发明实施例的低温省煤器1000的磨损，又可以增加有效的换热面积；如图5所示，H型翅片504的宽度等于整体型螺旋翅片管束4的翅片外径，这样可以使整体型螺旋翅片管束4和圆-椭圆双层H型翅片管5的管间流场相似，减少整体型螺旋翅片管束4的磨损；H型翅片504的长度与宽度之比等于外套椭圆管502的椭圆断面长轴与短轴之比，这样可以保证H型翅片504边缘的不同位置到外套椭圆管502表面的最短距离相近，进而使传热热阻相近，传热均匀。需要说明的是，H型翅片504的宽包括开缝5041的宽度D。

根据本发明的一些实施例，H型翅片504的翅间距等于整体型螺旋翅片管束4的翅间距；H型翅片504的翅片厚度等于整体型螺旋翅片管的平均翅片厚度，这样，含尘烟气在依次流经两排圆-椭圆双层H型翅片管5和整体型螺旋翅片管束4时流场不会发生改变，从而减小整体型螺旋翅片管束4上的翅片与含尘烟气发生摩擦的程度，进而有利于对整体型螺旋翅片管束4起到更好的保护作用。

根据本发明的一些实施例，开缝5041宽度D为5-9mm，需要说明的是，这样大小的开缝5041宽度D可以破坏H型翅片504表面边界层的发展，具有强化传热及抗积灰性能；H型翅片504的宽度为60-80mm，传热效果好。

根据本发明的一些实施例，两排圆-椭圆双层H型翅片管5和整体型螺旋翅片管束4均为顺排，并且横向间距相同，以减小整体型螺旋翅片管束4上的翅片与含尘烟气发生摩擦的程度。

根据本发明的一些实施例，外套椭圆管502上设有测压孔505，以备进行泄露检测或双层管间的低压沸腾传热区503热力性能调控，通过测压孔505对外套椭圆管502进行泄露检测，方便对外套椭圆管502进行及时检修，对外套椭圆管502内的压力进行检测利于对双层管间的低压沸腾传热区503热力性能调控，从而可以改变圆-椭圆双层H型翅片管5的传热导热性能，以保持或者达到最好的换热效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种组合式的螺旋翅片管低温省煤器，其特征在于，包括：进水集箱、出水集箱、侧墙、整体型螺旋翅片管束和两排圆-椭圆双层H型翅片管；

两排所述圆-椭圆双层H型翅片管和所述整体型螺旋翅片管束均设置在所述侧墙的内侧，两排所述圆-椭圆双层H型翅片管设置在所述整体型螺旋翅片管束入口段以减弱含尘烟气对所述整体型螺旋翅片管束的磨损，保证所述组合式的螺旋翅片管低温省煤器的长周期高效运行；

两排所述圆-椭圆双层H型翅片管的一端与所述出水集箱相连，所述整体型螺旋翅片管束出口段的两排螺旋翅片管束的一端与所述进水集箱相连，两排所述圆-椭圆双层H型翅片管与所述整体型螺旋翅片管束之间以及所述整体型螺旋翅片管束内部之间采用U型连通管按顺序首尾相连形成双排蛇形管路单元，所述U型连通管贯穿所述侧墙。

2.根据权利要求1所述的组合式的螺旋翅片管低温省煤器，其特征在于，所述圆-椭圆双层H型翅片管包括：内圆管、外套椭圆管、双层管间的低压沸腾传热区和H型翅片；所述内圆管实现了所述圆-椭圆双层H型翅片管的承压功能，并通过所述双层管间的低压沸腾传热区高效吸收所述外套椭圆管吸收的烟气余热；所述外套椭圆管使所述圆-椭圆双层H型翅片管外烟气形成流线型流场，实现所述圆-椭圆双层H型翅片管的高效传热以及抗磨损性能；所述外套椭圆管与所述内圆管之间的空间中注入适量水而形成所述双层管间的低压沸腾传热区；所述双层管间的低压沸腾传热区在常温下处于负压状态，在运行工况下处于低压沸腾状态，主要功能是高效传热，而又不引起所述外套椭圆管的机械变形及应力损伤；所述低压沸腾传热区的压力范围为0.8-1.2个大气压；所述双层管间的低压沸腾传热区运行工况下液态水的体积分数大于40％；所述外套椭圆管外焊接多个H型翅片，以进行流场调控和强化传热。

3.根据权利要求2所述的组合式的螺旋翅片管低温省煤器，其特征在于，所述双层管间的低压沸腾传热区的热力状态调控由所述外套椭圆管上的注水管进行调节。

4.根据权利要求2所述的组合式的螺旋翅片管低温省煤器，其特征在于，所述外套椭圆管的内短轴长度比所述内圆管的外径长2-6mm；所述外套椭圆管与所述内圆管的中轴线相重合。

5.根据权利要求2所述的组合式的螺旋翅片管低温省煤器，其特征在于，所述H型翅片的开缝方向与所述外套椭圆管的椭圆断面长轴方向及烟气流动方向一致；所述H型翅片的宽度等于所述整体型螺旋翅片管的翅片外径；所述H型翅片的长度与宽度之比等于所述外套椭圆管的椭圆断面长轴与短轴之比。

6.根据权利要求5所述的组合式的螺旋翅片管低温省煤器，其特征在于，所述H型翅片的翅间距等于所述整体型螺旋翅片管的翅间距；所述H型翅片的翅片厚度等于所述整体型螺旋翅片管的平均翅片厚度。

7.根据权利要求5所述的组合式的螺旋翅片管低温省煤器，其特征在于，所述开缝宽度为5-9mm，所述H型翅片的宽度为60-80mm。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的组合式的螺旋翅片管低温省煤器，其特征在于，两排所述圆-椭圆双层H型翅片管和所述整体型螺旋翅片管束均为顺排，并且横向间距相同。

9.根据权利要求1-7中任意一项所述的组合式的螺旋翅片管低温省煤器，其特征在于，所述外套椭圆管上设有测压孔和注水孔，以备进行泄露检测或所述双层管间的低压沸腾传热区热力性能调控。

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