CN203443422U - 一种换热效率高、寿命长的换热器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种换热效率高、寿命长的换热器，在大型钢管换热器的空气进口天圆地方和空气出口天圆地方及下联箱内加设导流钢板，并在换热钢管外缠绕翅片，钢管内加入内插件，解决了由于大型钢管换热器换热钢管内空气流动量不均匀，而产生的钢管管束换热集箱四周的换热钢管易烧损的问题，以及钢管换热效率低的问题，为增加换热器寿命和提高换热器换热效率提供了可靠的办法。
Description
技术领域
本实用新型涉及换热器设计领域，特别涉及一种通过结构改进得到的换热效率高、寿命长的换热器。
背景技术
钢管换热器是回收各种加热炉窑烟气热量的主要设备，应用于钢铁冶金、有色冶金、化工、建材等领域。
钢管换热器的使用方法：一般将钢管换热器放置在烟道中，烟气在钢管换热器的换热钢管间流动，烟气的热量传递给钢管，空气在钢管换热器的换热钢管内流动，钢管的热量传递给空气，完成烟气→钢管→空气的热量传递过程，即将烟气的余热经过钢管换热器传递给空气，完成烟气余热的回收。
通常，钢铁厂轧钢式加热炉的烟气温度在700～850℃，在加热炉烟道中都加装钢管换热器来回收烟气的余热，用于加热加热炉燃烧用的煤气和空气。
轧钢式加热炉用钢管换热器的形式一般是光管换热器，有二行程和四行程的组合形式。
按照钢管换热器的换热钢管材质分，有碳钢20g钢管换热器、耐热钢1Gr18Ni9Ti钢管换热器、耐热钢Cr25Ni20钢管换热器、碳钢表面渗铝换热器，这些换热器分别在加热炉高温烟气中应用获得很好的效果。
钢管换热器由空气进口天圆地方、空气出口天圆地方、下联箱和两个钢管管束换热集箱（记为钢管管束换热集箱一和钢管管束换热集箱二）组成。烟气的行程是水平通过两个换热集箱，而空气的行程是经过空气管道依次进入空气进口天圆地方，钢管管束换热集箱一，下联箱，钢管管束换热集箱二，再汇集到空气出口天圆地方，然后进入热风管道。
在生产过程中发现有些大型钢管换热器的损坏有一定的规律，就是在钢管管束换热集箱中空气进出口中心线附近钢管基本完好，在钢管管束换热集箱的四角和四周边钢管烧损数量多，损坏程度明显。而且这种情况在多座加热炉的大型钢管换热器中出现。
对于这些换热器进行研究发现，空气进口天圆地方的高度在400～500mm，天圆直径/地方（长或者宽）=1:3左右，而空气管道中的空气流速在10～12米/秒，这样空气进入天圆地方后由于动头的作用，在空气管道中心线附近的钢管空气流量比钢管管束集箱四周和四周边钢管中的空气流量多，这样钢管管束集箱四周和四周边钢管中的空气流量少，钢管壁温度过高造成换热钢管烧损。
实用新型内容
本实用新型提供一种换热效率高、寿命长的换热器，该换热器在其空气进口天圆地方和空气出口天圆地方中和下联箱中分别加装导流钢板，有利于换热器钢管中空气流动量均匀，有效杜绝由于换热器钢管内空气流动不均匀，而造成换热集箱四周换热钢管寿命低的问题。另外，换热钢管外缠绕翅片，增加换热器的换热面积，内部安装螺旋内插件，增加换热钢管内部空气流动的紊流程度，破坏换热钢管内空气流动的附面层，提高总传热系数提高换热器的换热效率，以解决现有技术中的上述缺陷。
本实用新型提高换热效率的原理为：
提高钢管换热器的换热效率是有效回收烟气热量的重要手段，换热器回收的热量的计算公式如下：
Q=F×K×△tp
式中：Ｑ－被预热气体需要的热量，即换热器回收的热量，千焦／小时
Ｆ－换热器换热面积，m2
K－换热器总传热系数，千焦／米2·小时·℃
△tp－烟气和空气的对数平均温差，℃
可以看出换热器回收的热量与换热器换热面积成正比，和换热器总的传热系数成正比。在增加换热器的换热面积方面，仅通过增加钢管换热器钢管的数量是有限的，钢管的数量受烟道尺寸、烟道抽力等多种因素限制，变化起来需考虑多种因素，相当复杂。可以通过在钢管外表面缠绕金属翅片的方法，来扩大换热管换热面积，在钢管数量不增加的前提下提高换热钢管的换热面积，从而提高换热量。
提高换热器总传热系数，能够提高热量的回收。空气在钢管内流动，由于是稳态流动，所以在钢管内壁表面形成附面层，在附面层内空气流动的速度趋近于0米/秒，导致钢管壁传热给空气的热阻大，传递的热量变小。消除钢管内壁空气的附面层可以使空气在钢管内紊态流动，增加传热系数。因此在钢管内加装螺旋内插件，破坏管内的附面层以形成紊流，提高换热器总传热系数，提高传热效率。
本实用新型的技术方案如下：
一种换热器，其由空气进口天圆地方、下联箱和两个钢管管束换热集箱、空气出口天圆地方组成，所述空气进口天圆地方内、空气出口天圆地方内和下联箱内分别设置若干导流钢板。
在本实用新型的优选实施方式中，所述钢管管束换热集箱的钢管内设有螺旋内插件。在本实用新型公开的一实施例中，所述钢管内设置螺旋内插件的设置可以为：采用宽度比钢管内径窄2 mm的钢带，钢带的长度等于钢管的长度，在钢带一端10 mm处穿孔，孔直径为6 mm，将钢带每隔130 mm转180°，将制成的旋转内插件放入钢管内，在直径为6 mm的孔处插入直径为5 mm的钢筋，所述钢筋的两端点焊在钢管的端头。
在本实用新型的优选实施方式中，所述钢管管束换热集箱的钢管外缠绕翅片。在本实用新型的一实施例中，所述钢管外缠绕翅片的设置可以为：采用宽18 mm厚1.0 mm带钢缠绕在钢管外表面上，缠绕螺距15～20 mm。
在本实用新型的一个实施例中，所述空气进口天圆地方内和空气出口天圆地方内分别设置四个导流钢板。
优选所述导流钢板分别设置在空气进口天圆地方和空气出口天圆地方的圆口处和方口处的面积五等分的地方，将天圆地方分隔成五个独立互不相通的空气通道，分隔用的导流钢板同天圆地方钢板采用连续性焊接方式，导流钢板的下边缘和钢管管束换热集箱箱体连续性焊接。
优选所述导流钢板为3mm钢板，以与现有的换热器的空气进口天圆地方和空气出口天圆地方匹配。
在本实用新型的优选实施方式中，所述下联箱内的导流钢板为加设在其中间的Ｕ型钢板，所述Ｕ型钢板将下联箱分成两个互不相通的部分。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
第一．本实用新型在换热器的空气进口天圆地方和空气出口天圆地方内和下联箱内加装导流钢板，有利于换热器钢管中空气流动量均匀，有效杜绝了由于换热器钢管内空气流动不均匀，而造成换热器集箱四周换热钢管寿命低的问题；
第二．本实用新型的换热器的换热钢管外缠绕翅片，增加了换热器的换热面积，并且内部安装螺旋内插件，增加了换热钢管内部空气流动的紊流程度，破坏换热钢管内空气流动的附面层，提高换热器的总传热系数，进而提高换热器的换热效率；
第三．本实用新型的加装导流钢板以及外翅片、内插件的钢管换热器，使用寿命长，而且提高了烟气热量的回收率。
当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的换热器及导流钢板的结构示意图；
图2为本实用新型实施例1的设有螺旋内插件和外螺旋翅片的钢管的示意图。
其中，图中标号1.空气进口天圆地方；2.下联箱；3.空气出口天圆地方；4.钢管管束换热集箱一；5.钢管管束换热集箱二；6.导流钢板；7.U型导流钢板；8.螺旋内插件；9.无缝钢管；10.外螺旋翅片。
具体实施方式
本实用新型在大型钢管换热器的空气进口天圆地方和空气出口天圆地方及下联箱内加设导流板，和在换热钢管外缠绕翅片，钢管内加入内插件，解决了由于大型钢管换热器换热钢管内空气流动量不均匀，而产生的钢管管束换热集箱四周的换热钢管易烧损的问题，以及钢管换热效率低的问题，为增加换热器寿命和提高换热器换热效率提供了可靠的办法。下方结合一具体实施例对本实用新型做进一步的描述。
实施例1
参见图1和图2，本实施例提供的高换热效率的换热器，其由空气进口天圆地方1、下联箱2和两个钢管管束换热集箱、空气出口天圆地方3组成，其中，两个钢管管束换热集箱分别为钢管管束换热集箱一4和钢管管束换热集箱二5，空气进口天圆地方1内、空气出口天圆地方3内分别设置若干导流钢板6，下联箱2内设置Ｕ型导流钢板７。在本实用新型中，导流钢板的数量不进行具体限制，只要能改善换热器钢管中空气流动量不均匀的问题即可。
此外在本实施例中，为了达到更好的换热效果，在两个钢管管束换热集箱的所有钢管9外均缠绕翅片10，所有钢管9内设有螺旋内插件8。当然，在本实用新型的其它实施方式中，可以仅在部分钢管外缠绕翅片和设置螺旋内插件。
经过大量实验发现，本实用新型的优选方案之一为，空气进口天圆地方1内和空气出口天圆地方3内分别设置四个导流钢板6。导流钢板6的具体设置可以为：该些导流钢板6分别设置在空气进口天圆地方1和空气出口天圆地方3的圆口处和方口处的面积五等分的地方，将天圆地方分隔成五个独立互不相通的空气通道，分隔用的导流钢板6同天圆地方钢板采用连续性焊接方式，导流钢板6的下边缘和钢管管束换热集箱箱体连续性焊接。具体操作可以为：在钢管换热器空气进口天圆地方1和空气出口天圆地方3的圆口处和方口处，将其面积5等分（见图1），在圆和方形等分线连接面处加3 mm导流钢板，将天圆地方分隔成5个独立互不相通的空气通道，其中3 mm导流钢板同天圆地方钢板采用连续性焊接方式，导流钢板的下边缘和换热管束箱体连续性焊接，这样能保证进入换热箱５等分的空气量均等。
在本实施例中，优选下联箱2内的导流钢板为加设在其中间的Ｕ型钢板7，Ｕ型钢板7将下联箱2分成两个互不相通的部分，有利于管道内空气的均匀流动
钢管9外缠绕翅片的方式可以是：采用宽18 mm厚1.0 mm带钢缠绕在钢管外表面上，缠绕螺距15～20 mm，这样钢管外表面积增加６～8倍，大大增加了换热面积。优选该翅片为外螺旋翅片。
钢管9内设置螺旋内插件的方式可以是：设钢管内径为a mm，采用宽度（a-2)mm的钢带，钢带的长度等于钢管的长度b mm。在钢带一端10 mm处穿孔，孔直径φ6 mm，将钢带每隔130 mm转180°，共转b/130×180°，将制成的旋转内插件8放入钢管内，在φ6 mm孔处插入φ5 mm的钢筋两端点焊在钢管的端头。这样单根外翅片内插件换热钢管制作完成。钢管9内设置螺纹内插件8和外螺旋翅片10的结构参见图2。其中，对于一具体的钢管换热器而言，其钢管内径和钢管的长度都是已知的，因此以上各数值均可由简单计算得到。
具有N排M列上述设置有外翅片内插件的换热钢管组成钢管管束换热集箱，两个换热集箱和两个天圆地方以及一个下联箱构成本实施例的一台外翅片内插件钢管换热器。
以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (9)
1.一种换热器，其由空气进口天圆地方、下联箱和两个钢管管束换热集箱、空气出口天圆地方组成，其特征在于，所述空气进口天圆地方内、空气出口天圆地方内和下联箱内分别设置若干导流钢板。
2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述钢管管束换热集箱的钢管内设有螺旋内插件。
3.如权利要求1或2所述的换热器，其特征在于，所述钢管管束换热集箱的钢管外缠绕翅片。
4.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述空气进口天圆地方内和空气出口天圆地方内分别设置四个导流钢板。
5.如权利要求4所述的换热器，其特征在于，所述导流钢板分别设置在空气进口天圆地方和空气出口天圆地方的圆口处和方口处的面积五等分的地方，将天圆地方分隔成五个独立互不相通的空气通道，分隔用的导流钢板同天圆地方钢板采用连续性焊接方式，导流钢板的下边缘和钢管管束换热集箱箱体连续性焊接。
6.如权利要求4或5所述的换热器，其特征在于，所述导流钢板为3mm钢板。
7.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述下联箱内的导流钢板为加设在其中间的Ｕ型钢板，所述Ｕ型钢板将下联箱分成两个互不相通的部分。
8.如权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述钢管内的螺旋内插件的设置方式为：采用宽度比钢管内径窄2mm的钢带，钢带的长度等于钢管的长度，在钢带一端10mm处穿孔，孔直径为6mm，将钢带每隔130mm转180°，将制成的旋转内插件放入钢管内，在直径为6mm的孔处插入直径为5mm的钢筋，所述钢筋的两端点焊在钢管的端头。
9.如权利要求3所述的换热器，其特征在于，所述钢管外缠绕翅片的设置为：采用宽18mm厚1.0mm带钢缠绕在钢管外表面上，缠绕螺距15～20mm。
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