CN1595042B - 一种热交换器强化换热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明专利一种热交换器强化换热装置，属热交换器领域，尤其适用于高炉炼铁生产中热风炉蓄热室内用耐火材料做成的格子砖，本发明专利装置包括管式换热器和强化换热装置，强化换热装置是由在热交换器管孔内轴向间隔设置的相对于管内流动介质的单个螺旋式或多个叶片式旋流装置组成，该装置径向宽度W为0.2-1.0R，旋角α为0°-80°，轴向间距为8-48R，叶片端部为流线型，本发明专利装置用于热风炉格子砖，其传热系数较采用本装置前增大1.7-3.5倍，换热效率显著提高，不仅节约了焦炭，降低能耗，而且提高了生铁产品的产量和质量，技术效果十分明显。

Description

一种热交换器强化换热装置
技术领域
本发明专利一种热交换器强化换热装置，涉及热交换器领域，特别涉及管式热交换器，尤其适用于高炉炼铁生产中热风炉蓄热室内用耐火材料做成的格子砖。
背景技术
在工业生产和日常生活中，热交换器举目可见。作为热交换器，其换热效率愈高愈好。为达此目的，常采用增大介质流速，扰动程度和换热面积等办法。管式热交换器是通过在管内流动的介质(气体、液体)吸热、放热而传递热量的。由于流动介质在管内多为单一直线流动，越靠近边界面，其流动速度相对越小，形成较厚的边界层，导致热交换效果变差。热风炉作为为高炉生产提供高温热风(空气)的设备，实际上是一个典型而又庞大的蓄热式换热器。在热风炉的蓄热室内砌满了数量巨大的耐火格子砖。在热风炉工作的整个过程中，格子砖作为周期性地储热(烧炉期)和放热(送风期)的中间媒体，其换热效率的高低，对热风温度的高低，进而对炼铁生产中能源的消耗以及生铁产品的质量和产量影响巨大。半个多世纪以来，热风炉沿用的格子砖，由最初的板状到五孔块状以至后来的多孔蜂窝状。为了改善格子砖的热工特性，新型格子砖正朝着孔小、壁薄及单位体积换热表面积大的方向发展。近年来，出现了一种七孔格子砖，其结构较先进，换热效率较高，寿命也较长，在国内外得到了较广泛的应用。
但是，热风炉格子砖结构的改进，主要是增加了格子砖中介质流动的管道通路，因而增加了格子砖的热交换面积和减小了壁厚，对提高换热效率有积极意义，但并没有改变流动介质在管孔内作单一直线流动的状况，忽略了介质在管孔中的流动状况对换热效率的影响。因此，换热效率仍不理想，有待在此基础上进一步提高。
发明内容
栖发明的目的是提供一种热交换器强化换热装置，以进一步提高管式换热器和耐火格子砖的换热效率，降低能源消耗，提高产品的产量和品级，延长设备使用寿命。本发明目的是通过以下技术方案实现的：
本热交换器强化换热装置，在金属管式换热器和耐火格子砖的管孔中，设置一定数量的，可以引导通过流体进行旋转的螺旋式或叶片式的旋流装置，使原来通过的呈直线流动的流体变为强烈旋转流动的流体.由于流体在旋转时，其质点受到离心力的作用，会造成质点间更大程度的混合，并使层流边界层的厚度减薄，因而使对流换热系数显著增大，换热效率大大提高.在管孔中设置的螺旋式或叶片式旋流装置的轴向间距、径向宽度和旋角大小，根据换热器的使用条件和需要而定.一般说，旋流装置之间的间距和旋角愈小，流体的旋转强度就愈大，换热效率也愈高，但流体通过换热器的阻力也愈大.当旋角α为零时，对于螺旋式或叶片式的旋流装置，均变成为一个封闭的平面缩口.反之，如果使其间距和旋角增大，那么流体的旋转强度就会减弱，换热效率下降，但流体通过换热器的阻力也会减小.本发明旋流装置的径向宽度W愈接近管孔半径长度，其旋转强度愈大，流体受到的阻力愈大，反之，径向宽度W愈小，流体旋转强度愈小，但流体受到的阻力也相应变小.因此，必须全面地综合考虑本发明旋流装置的轴向间距、径向宽度和旋角大小这些变数的影响及其相互关系，以获得优良的效果，此外，为了减小流体通过所受到的阻力，相对于流体流向的叶片端部制作成流线型.
本发明专利一种热交换器强化换热装置，包括管式换热器1和强化换热装置2，其特征在于强化换热装置2是由在热交换器管孔3内轴向间隔设置，相对于管内流动介质的单个螺旋式4或多个叶片式5的旋流装置组成，该旋流装置的径向宽度W为0.2R-1.0R，其旋角α为0°--80°，该旋流装置的轴向间距为8R-48R，相对介质流向的叶片端部6为流线型。
使用本发明装置与未使用本发明装置进行比较，其技术效果十分明显。当本发明装置用于热风炉格子砖时，其传热系数较采用本装置前增大1.7-3.5倍，换热效率显著提高，使高炉风温大幅度提高，不仅节约了焦炭，降低能耗，而且提高了生铁产品的产量和品质。将本发明用于耐火格子砖，勿需改变原换热器的结构和耐火格子砖的孔径、砌砖方法及支撑构件，具有很强的实用性。
附图说明
附图1本发明管孔内一个螺旋式旋流装置俯视图。
附图2为图1装置在管孔圆周长度的展开图。
附图3本发明管孔内多个叶片式旋流装置俯视图。
附图4为图3装置在管孔圆周长度的展开图。
现结合附图1-4进一步说明本发明：
当流体流过管孔3时，由于该装置2的导流作用，使流体由进入该装置前的直线流动变为强烈旋转的旋流流动。当在管孔3内设置的此旋流装置4或5的间距及旋角α愈小时，其旋流流动的强度愈大，换热效果愈好，但流体流过此装置的阻力愈大，反之，当旋流装置的间距及旋角α愈大时，其旋流流动的强度愈小，换热效果也愈差，但流体通过的阻力愈小。装置的径向宽度W愈接近管孔半径R，其旋流强度愈大，流体受到的阻力也逐渐增大，反之，径向宽度W愈小，其旋转强度愈小，但流体受到的阻力也相应变小。相对介质流向的叶片端部6为流线型，以减小流体受到的阻力。
实施方案
本发明一种热交换器强化换热装置，实际应用时对各种参数的选定，要考虑到既能显著提高换热器的换热效率，其阻力的增加又在允许的范围内，同时还要便于制作等多方面因素。对利用热风炉排出废气预热煤气和助燃空气的金属钢管换热器以及用耐火材料做成的热风炉蓄热室格子砖时，其各参数应在旋角α为30°-50°，多个叶片式旋流装置的叶片数为4-6个，间距为24R-36R和叶片宽度W为0.4R-0.6R的范围内选择。

Claims (1)

1.一种热交换器强化换热装置，包括管式换热器(1)和强化换热装置(2)，其特征在于强化换热装置(2)是由在热交换器管孔(3)内轴向间隔设置、相对于管内流动介质的单个螺旋式(4)或多个叶片式(5)的旋流装置组成，该旋流装置的径向宽度W为0.2R-1.0R，其旋角(α)为0°--80°，该旋流装置的轴向间距为8R-48R，相对介质流向的叶片端部(6)为流线型。
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