CN201652410U - 换热管进出口同温差插入式空气预热器 - Google Patents

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姜昌伟
童永清
邓鹏�
姜建荣
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HANGZHOU MEIBAO KILN ENGINEERING Co Ltd
Changsha University of Science and Technology
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Abstract

本实用新型公开了一种换热管进出口同温差插入式空气预热器，包括风箱和多排换热管，所述风箱上端设有冷空气入口，风箱下端设有热空气出口，风箱一侧设有烟气入口，风箱另一侧设有烟气出口，所述多排换热管均匀布置于风箱内并连通冷空气入口与热空气出口，所述换热管内设置有插入件，所述插入件由直段和螺旋段组成，所述直段置于换热管的入口段，所述螺旋段置于换热管的出口段。从烟气入口一侧至烟气出口一侧，各排换热管中插入件的直段长度占总长的百分比逐渐减少。该换热管进出口同温差插入式空气预热器可减小换热管之间的管壁温差、使各排换热管内被加热的空气具有相同进出口温差、具有最优综合换热效果。

Description

换热管进出口同温差插入式空气预热器
技术领域
本实用新型涉及空气预热器，尤其涉及应用于化工、冶金、能源动力、建材等工业领域的插入式空气预热器。
背景技术
插入件式空气预热器多用于烟气-空气换热，在化工、冶金、能源动力、建材等工业领域的热风炉、加热炉、工业炉窑、锅炉等余热利用及空气预热中有着广泛的应用，它可充分回收余热和提供纯净的高温空气，节约大量能源。现有插入件空气预热器结构简单、选材方便，但其靠烟气入口的前排换热管由于受到换热管前空间的直接辐射，温度比其他管要高，并导致了各排换热管的热膨胀不一，当一根换热管损坏时，整个预热器都将报废。
为解决上述问题，传统的方法有三种：一是靠烟气入口处的换热管选择耐高温的合金管材；二是用支架将管组吊挂起来，使其下部悬空；三是采用平衡杆的支承方式，使之可以受热向上膨胀。近年来还发展了两种方法：一是使高温烟气入口处的前1～2排管子的直径大于管束其余的管子，这样一来，在同样管长下其流通阻力就会小些，通过的空气自然多一些，因而管壁受到的冷却就大一些；二是采用弯管结构，弯管在一定程度上可以分别地补偿各根管子的热膨胀。上述方法虽然可以部分解决插入件空气预热器各排换热管热膨胀不一的问题，但需要使用昂贵的耐高温合金材料或结构比较复杂的悬挂装置或复杂的换热管结构，这造成插入件式空气预热器造价昂贵、寿命低，影响空气预热器的总体性能。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可减小换热管之间的管壁温差、使各排换热管内被加热的空气具有相同进出口温差、具有最优综合换热效果的换热管进出口同温差插入式空气预热器。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
一种换热管进出口同温差插入式空气预热器，包括风箱和多排换热管，所述风箱上端设有冷空气入口，风箱下端设有热空气出口，风箱一侧设有烟气入口，风箱另一侧设有烟气出口，所述多排换热管均匀布置于风箱内并连通冷空气入口与热空气出口，所述换热管内设置有插入件，所述插入件由直段和螺旋段组成，所述直段置于换热管的入口段，所述螺旋段置于换热管的出口段。
从烟气入口一侧至烟气出口一侧，各排换热管中插入件的直段长度占总长的百分比逐渐减少。
所述冷空气入口位于靠近烟气出口的一侧。
所述热空气出口位于靠近烟气入口的一侧。
所述热空气出口位于靠近烟气入口的一侧。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
本实用新型的换热管进出口同温差插入式空气预热器中的插入件由直段和螺旋段组成，当流体流入换热管时，流动热边界层有一个从零开始增长到汇合于换热管中心线的过程，在换热管的入口段，其热边界层较薄，局部表面传热系数比换热管中下部的充分发展段高，将插入件的直段置于换热管的入口段，充分利用了管道入口段热边界层较薄，局部表面传热系数较大的特点，使换热管压降增加较小的基础上具有良好的换热性能，同时，插入件的直段使得换热管的水力直径减小，从而导致换热系数有所增大，并且压力损失也不大；在换热管的出口段热边界层较厚，将插入件的螺旋段置于换热管的出口段，使得流体产生一个切向速度分量，其流动速度增大，尤其是靠近换热管壁面处，使壁面处剪切应力增大、由二次流导致的流体混合增强，换热效果得到增强；通过调整各排换热管内插入件的螺旋段长度，可以控制换热管内空气的流动速度，从而可以控制换热管的管壁温差，及以被加热空气在换热管进出口处的温差，使插入件式空气预热器的造价降低、寿命延长、总体性能提高。从烟气入口一侧至烟气出口一侧，各排换热管中插入件的直段长度占总长的百分比逐渐减少，由于插入件的直段越长，换热管流通阻力就越小，因而靠近烟气高温侧的换热管通过的空气流量大，管壁受到的冷却就大一些；而靠近烟气低温侧的换热管通过的空气流量小，管壁受到的冷却就小一些，从而达到控制换热管的管壁温差、控制被加热的空气具有相同的进出口温差的目的；换热管具有相同的壁温，换热管的材料选型便于统一，可以减少耐高温材料的使用，降低空气预热器的材料成本，同时也可以提高空气预热器的整体寿命。同时，可避免烟气入口高温侧因管内温度高而造成换热管的烧坏，还可避免烟气出口低温侧因温度过低带来的露点腐蚀问题。本实用新型的换热管进出口同温差插入式空气预热器流动阻力小、制造成本低、使用寿命长，总体换热性能好，可实现空气预热器高效稳定的运行。
附图说明
图1是本实用新型的立体结构示意图；
图2是本实用新型的主剖视图；
图3是本实用新型的左视图；
图4是本实用新型的俯视图；
图5是本实用新型中设有插入件的换热管的结构示意图；
图6是本实用新型中插入件的结构示意图。
图中各标号表示：
1、风箱；2、换热管；3、插入件；11、冷空气入口；12、热空气出口；13、烟气入口；14、烟气出口；15、连接板；31、直段；32、螺旋段。
具体实施方式
图1至图6示出了本实用新型的一种换热管进出口同温差插入式空气预热器，该预热器包括风箱1和多排换热管2。风箱1上端设有冷空气入口11，风箱1下端设有热空气出口12，风箱1一侧设有烟气入口13，风箱1另一侧设有烟气出口14，风箱1内设有上、下两块连接板15，并通过两块连接板15将烟气出入口与空气出入口隔开。本实施例中，换热管2共设有4排，每排6根，4排换热管2均匀布置于风箱1内，各换热管2的上、下两端分别与一连接板15连接固定，并且换热管2连通冷空气入口11与热空气出口12，换热管2内设置有插入件3，插入件3由直段31和螺旋段32组成，直段31置于换热管2的入口段，螺旋段32置于换热管2的出口段，当流体流入换热管2时，流动热边界层有一个从零开始增长到汇合于换热管2中心线的过程，在换热管2的入口段，其热边界层较薄，局部表面传热系数比换热管2中下部的充分发展段高，将插入件3的直段31置于换热管2的入口段，充分利用了管道入口段热边界层较薄，局部表面传热系数较大的特点，使换热管2压降增加较小的基础上具有良好的换热性能，同时，插入件3的直段31使得换热管2的水力直径减小，从而导致换热系数有所增大，并且压力损失也不大；在换热管2的出口段热边界层较厚，将插入件3的螺旋段置于换热管2的出口段，使得流体产生一个切向速度分量，其流动速度增大，尤其是靠近换热管2壁面处，使壁面处剪切应力增大、由二次流导致的流体混合增强，换热效果得到增强；通过调整各排换热管2内插入件3的螺旋段长度，可以控制换热管2内空气的流动速度，从而可以控制换热管2的管壁温差，及以被加热空气在换热管2进出口处的温差，使插入式空气预热器的造价降低、寿命延长、总体性能提高。
本实施例中，从烟气入口13一侧至烟气出口14一侧，各排换热管2中插入件3的直段31长度占总长的百分比逐渐减少，冷空气入口11位于靠近烟气出口14的一侧，热空气出口12位于靠近烟气入口13的一侧，由于插入件3的直段31越长，换热管2流通阻力就越小，因而靠近烟气入口13处的高温侧的换热管2通过的空气流量大，管壁受到的冷却就大一些；而靠近烟气出口14处的低温侧的换热管2通过的空气流量小，管壁受到的冷却就小一些，从而达到控制换热管2的管壁温差、控制被加热的空气具有相同的进出口温差的目的；换热管2具有相同的壁温，其材料选型便于统一，可以减少耐高温材料的使用，降低空气预热器的材料成本，同时也可以提高空气预热器的整体寿命。同时，可避免烟气入口13高温侧因管内温度高而造成换热管的烧坏，还可避免烟气出口14低温侧因温度过低带来的露点腐蚀问题。本实用新型的换热管进出口同温差插入式空气预热器流动阻力小、制造成本低、使用寿命长，总体换热性能好，可实现空气预热器高效稳定的运行。
本实用新型的换热管进出口同温差插入式空气预热器通过换热管2实现烟气与空气的热量交换，使用时，高温烟气从风箱1一侧的烟气入口13进入风箱1，并流经换热管2对换热管2加热，冷空气从风箱1上端的冷空气入口11进入换热管2内，冷空气流经换热管2时被换热管2加热，被加热的空气汇总于风箱1的下部，最后从热空气出口12排出，温度降低后的烟气从风箱1另一侧的烟气出口14排出。换热管2内插有由直段31和螺旋段32组合而成的插入件3，沿烟气流动方向，换热管2内插入件3的直段31不断减短而螺旋段32不断增长，可以达到控制换热管2的管壁温差、控制被加热的空气具有相同的进出口温差的目的。本实用新型可使各排换热管2具有相同的壁温及各换热管2的空气进出口温差相同，可避免烟气入口13高温侧因管内温度高而造成换热管的烧坏，还可避免烟气出口14低温侧因温度过低带来的露点腐蚀问题，从而降低空气预热器制造成本，延长其使用寿命。
上述只是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种换热管进出口同温差插入式空气预热器，包括风箱(1)和多排换热管(2)，所述风箱(1)上端设有冷空气入口(11)，风箱(1)下端设有热空气出口(12)，风箱(1)一侧设有烟气入口(13)，风箱(1)另一侧设有烟气出口(14)，所述多排换热管(2)均匀布置于风箱(1)内并连通冷空气入口(11)与热空气出口(12)，所述换热管(2)内设置有插入件(3)，其特征在于：所述插入件(3)由直段(31)和螺旋段(32)组成，所述直段(31)置于换热管(2)的入口段，所述螺旋段(32)置于换热管(2)的出口段。
2.根据权利要求1所述的换热管进出口同温差插入式空气预热器，其特征在于：从烟气入口(13)一侧至烟气出口(14)一侧，各排换热管(2)中插入件(3)的直段(31)长度占总长的百分比逐渐减少。
3.根据权利要求1或2所述的换热管进出口同温差插入式空气预热器，其特征在于：所述冷空气入口(11)位于靠近烟气出口(14)的一侧。
4.根据权利要求1或2所述的换热管进出口同温差插入式空气预热器，其特征在于：所述热空气出口(12)位于靠近烟气入口(13)的一侧。
5.根据权利要求3所述的换热管进出口同温差插入式空气预热器，其特征在于：所述热空气出口(12)位于靠近烟气入口(13)的一侧。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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