CN204963640U

CN204963640U - 抗磨损鳍片管及换热器

Info

Publication number: CN204963640U
Application number: CN201520601050.5U
Authority: CN
Inventors: 赵伶玲; 钟磊; 周强泰
Original assignee: Jiangsu Long Jing Environmental Science And Technology Co Ltd; Southeast University
Current assignee: Jiangsu Dongnan Environmental Protection Technology Co., Ltd.; Southeast University
Priority date: 2015-08-11
Filing date: 2015-08-11
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2025-08-11

Abstract

本实用新型公开了一种抗磨损鳍片管及换热器，其中抗磨损鳍片管包括基管以及设置在所述基管外表面的鳍片，其特征在于：在所述鳍片的迎流面上设置有一上端开口的引流槽，该引流槽的高度为1/2至4/5翅高，引流槽的宽度为所述基管直径的1/6~1/4；所述鳍片为间隔布置的平行鳍片或螺旋形翅片。与现有技术相比，本实用新型在螺旋或圆形鳍片管迎流面鳍片上开槽对鳍片管的扩展表面积影响不大，保留了鳍片管换热面积大的优势。通过调整引流槽的高度和宽度，从而有效改善传统螺旋鳍片管或圆形鳍片管磨损情况，抗磨损特性优于H型鳍片管。同时由于本实用新型鳍片为圆弧形，鳍片抗磨损性能比H型鳍片管优势更加明显。

Description

抗磨损鳍片管及换热器

技术领域

本实用新型应用于锅炉烟道换热器领域，具体是涉及一种有效改善换热管抗磨损特性的鳍片管及具有该鳍片管的换热器。

背景技术

鳍片管是工业上回收余热、强化传热的重要换热元件之一，因其结构紧凑、能增加参与对流换热的总有效面积、减少管外传热热阻等诸多优点而得到广泛应用。工业常用的鳍片管有圆形鳍片管、H型鳍片管、螺旋型鳍片管等。当含尘烟气流经换热器冲刷受热面时，气流中的烟气颗粒与管壁发生撞击，日积月累就会对鳍片管造成磨损，鳍片管磨损影响换热器的换热效率，严重时还会使管子发生泄漏，迫使锅炉停机，给生产带来巨大的经济损失和安全隐患。由于鳍片管磨损与烟气颗粒的直径大小、烟气流速以及颗粒与壁面撞击角度等多种因素有关，在鳍片管设计时要充分考虑这些因素。当烟气流经不同管型鳍片管时，鳍片形状的差异造成烟气流场分布的不同，在颗粒直径大小相同的情况下，靠近管壁处局部烟气流速越高、颗粒与壁面撞击时颗粒速度与壁面切向的夹角越大，烟气中颗粒对管壁的磨损速率也就越大，鳍片管的抗磨损性能也就越差。

目前从鳍片管几何结构方面改善鳍片管抗磨损特性的措施有：

1.采用H型鳍片管。由于H型鳍片管的开缝使得基管迎风面上驻点处具有一定的速度，形成轴向冲刷管壁，这和普通管有本质的区别，轴向速度的产生减小了颗粒的撞击角度，磨损速率相应降低。但H型鳍片管采用中频焊接工艺，不仅生产成本较高，而且在有限的空间里所布置的翅片数相对较少，换热效率低于传统螺旋鳍片管。

2.使用双H型鳍片管。双H型鳍片管刚性比H型鳍片管更强，其抗磨损机理类似H型鳍片管，由于两根基管共用一个翅片，翅片磨损主要集中在迎流面，故双H型鳍片管翅片总体耐磨损性能比H型鳍片管更优。而双H型鳍片管同样存在生产成本高和换热效率相对较低的缺点。

3.采用膜片管。同光管相比，在管子沿烟气纵向排数变化不大的情况下，增加烟气流通面积，降低烟气流速，提高防磨效果。膜片管通过蛇形管和膜片连接将纵排管束分割成了自己独立的温度场、速度场和浓度场。膜片管的耐磨损机理主要是：速度场和浓度场在小烟道中呈现中间高两侧低的特性。同时小烟道中一部分烟气在管与膜片之间形成若干小涡流，在金属壁面形成稳定的附着层，使灰粒对金属冲击能力降低，因此，使用膜片管可以减轻磨损。但是膜片管管排的刚性、弹性补偿能力同光管相比较低，而且翅化表面积远不及传统的螺旋鳍片管，强化传热效果较差。

总之，现有的鳍片管设计，大多是以牺牲换热面积、降低换热效率为代价，严重影响了传统鳍片管传热效率高的优点。故研发一种既能保证换热效率又能改善磨损性能的新型鳍片管结构显得尤为重要。

发明内容

技术问题：本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种旨在保证鳍片管表面扩展率的前提下，改善换热器管道外烟气流动特性，降低局部烟气流速，从而改善鳍片管抗磨损性能的鳍片管及具有该鳍片管的换热器。

技术方案：本实用新型解决上述问题所采用的技术方案如下:

一种抗磨损鳍片管，包括基管以及设置在所述基管外表面的鳍片，其特征在于：在所述鳍片的迎流面上设置有一上端开口的引流槽，该引流槽的高度为1/2~4/5翅高，引流槽的宽度为所述基管直径的1/6~1/4。

所述鳍片为间隔布置的平行鳍片或螺旋形翅片。

所述引流槽为矩形槽。

所述引流槽设置在所述迎流面的正中。

一种换热器，采用上述任一方案的鳍片管。

本实用新型在鳍片的迎流面上设置引流槽，这样的鳍片管结构，既可保证鳍片管的换热效率，又可改善烟气流经鳍片管的流场情况，使得迎流面烟气从开槽处流过，在冲刷管壁时在近壁面形成一定的轴向速度，同传统的螺旋鳍片管或圆形鳍片管绕流情况有明显区别，迎流面烟气中粉尘颗粒的运动情况随之受到很大的改变，原先绕过翅片直接碰撞壁面的一部分颗粒在开槽处以一定的轴向分速度散开，这种运动情况可以显著减小颗粒对壁面的磨损速率。

有益效果：本实用新型与现有的鳍片管相比有如下优点：

1.换热效率高。在螺旋或圆形鳍片管迎流面鳍片上开槽对鳍片管的扩展表面积影响不大，保留了鳍片管换热面积大的优势。

2.本实用新型在保证鳍片最大扩展表面的原则下，可根据基管尺寸调整引流槽的高度和宽度，高度在1/2~4/5翅高，宽度为所述基管直径的1/6~1/4，原先直接碰撞基管壁面的颗粒在基管上端一定距离的开槽处以一定的轴向分速度散开使得近基管壁面形成具有一定的轴向速度的减速面，对直接从鳍片间通过的烟气起到了阻碍并降低了近基管壁面的流速，对烟气流速的降低不仅成面状分布，而且与基管的圆形吻合，使得烟气对基管表面的冲刷速度较为均匀，从而有效改善传统螺旋鳍片管或圆形鳍片管磨损情况，抗磨损特性优于H型鳍片管。同时由于本实用新型鳍片为圆弧形，鳍片抗磨损性能比H型鳍片管优势更加明显。

3.本实用新型在换热器管道布置时可采用顺列和错列两种布置形式，而不像H型鳍片管那样只能顺列布置，换热效率高，使用更加灵活。

H型鳍片管由于不同管排之间翅片间距小，翅片较厚等原因，只能采用顺列布置，而顺列布置换热面传热性能差，所需换热面积和布置空间更大，设备费用高。圆形鳍片管和螺旋型鳍片管以及本实用新型具有引流槽的鳍片管即可像H型鳍片管那样采用顺列布置，但更多的是采用错列布置。错列布置换热面传热效率高，设备紧凑，布置空间小，很小空间就可回收巨大热量，而且可比顺列布置换热面节省大量钢材，设备费用低。

附图说明

图1是本实用新型C型螺旋鳍片管的示意图。

图2是图1的剖面图。

图3是本实用新型C型圆形鳍片管的示意图；

图4为图3的剖面图；

图5为现有技术螺旋鳍片管的示意图；

图6为图5的剖面图；

图7为现有技术H型鳍片管的示意图；

图8为图7的剖面图；

图9是现有技术圆形鳍片管的示意图；

图10为图9的剖面图；

图11为实施例一鳍片管迎流面磨损速率分布图；其中：a、螺旋鳍片管，b、H型鳍片管，c、C型螺旋鳍片管；

图12为实施例一基管迎流面磨损速率分布图；

图13为实施例一鳍片迎流面磨损速率分布图；

图14为实施例一基管迎流面速度分布图；

图15为实施例二鳍片管迎流面磨损速率分布图；其中：a、圆形鳍片管，b、C型圆形鳍片管；

图16为实施例二基管迎流面磨损速率分布图；

图17为实施例二鳍片迎流面磨损速率分布图；

图18为实施例二基管迎流面速度分布图；

图中：1、基管，2、引流槽，3、鳍片。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细说明：

本实用新型是一种鳍片管，主要用于锅炉换热器中。

实施例一

图1、图2所示。本实用新型鳍片管，包括基管1和鳍片3，其中1为基管，鳍片3为螺旋鳍片。在螺旋鳍片的迎流面上开设有矩形的引流槽2，近似于C型，在本实施例中，引流槽的高度为翅高的2/3，引流槽的宽度为基管直径的1/5，将开槽的螺旋鳍片焊接在基管1上，或将现有的螺旋鳍片管的鳍片3进行开槽处理。

应用Fluent商业软件对某结构尺寸传统螺旋鳍片管（图5、图6）、H型鳍片管（图7、图8）及本实用新型的开槽螺旋鳍片管（图1、图2）外部烟气流动进行数值模拟：

鳍片管外烟气流速为6m/s，沿x轴正方向流动。对于传统螺旋鳍片管、H型鳍片管和本实用新型C型螺旋鳍片管，模拟得到的迎流面磨损速率图示于图11。

由图11可见，随着来流烟气冲刷鳍片管，三种管型鳍片管在迎流面均存在一定程度的磨损。传统螺旋鳍片管基管上磨损明显比H型鳍片管及C型螺旋鳍片管严重，其磨损速率大于1.0×10^-10kg/(m²·s)的面积约占基管总面积的2.86%；H型鳍片管磨损速率大于1.0×10^-10kg/(m²·s)的面积约占基管总面积的0.78%，C型螺旋鳍片管基管磨损速率大于1.0×10^-10kg/(m²·s)的面积占基管总面积的0.71%，比传统螺旋鳍片管缩小了75%，比H型鳍片管缩小了约9%。

对翅片磨损速率进行统计，H型鳍片管翅片的磨损速率大于1.0×10^-10kg/(m²·s)的面积约占翅片总面积的1.22%；传统螺旋鳍片管翅片的磨损速率大于1.0×10^-10kg/(m²·s)的面积约占翅片总面积的0.61%，本实用新型C型螺旋鳍片管翅片磨损速率大于1.0×10^-10kg/(m²·s)的面积占翅片总面积的0.75%，比H型管缩小了38.5%。

进一步对基管磨损速率进行分析，传统螺旋鳍片管、H型鳍片管和本实用新型C型鳍片管两翅片中心截面迎流面侧磨损速率分布曲线示于图12，从图上可以看出，传统螺旋型鳍片管最大磨损速率约为1.6×10^-10kg/(m²·s)，H型鳍片管最大磨损速率约为9×10^-11kg/(m²·s)，本实用新型开槽螺旋鳍片管最大磨损速率约为1.0×10^-10kg/(m²·s)，比传统螺旋型鳍片管低约37.5%，与H型鳍片管最大磨损速率大致相当。

采用本实用新型的C型螺旋鳍片管、传统螺旋鳍片管、H型鳍片管翅片上磨损速率分布曲线示于图13。从图上可以看出，H型鳍片管翅片上最大磨损速率约为1.6×10^-10kg/(m²·s)，传统螺旋鳍片管翅片上最大磨损速率约为8×10^-11kg/(m²·s)，而本实用新型C型螺旋鳍片管与传统螺旋鳍片管翅片磨损速率相近，比H型鳍片管最大磨损速率低约50%。

沿x向（即流体流动方向）的迎流面，在距离基管表面1mm处，在一个翅片间距内沿管子轴向的速度分布图示于图14。从图14可以看出，本实用新型C型螺旋鳍片管和传统螺旋鳍片管两翅片间速度分布呈中间高两边低的趋势，即靠近翅片处速度较低，而在两翅片间中心区域流速较高；传统螺旋鳍片管中心区域最大流速约为1.78m/s，本实用新型C型鳍片管中心区域最大流速约为1.21m/s，比传统螺旋鳍片管低约32%。H型鳍片管速度分布较均匀，靠近翅片区域与中心区域差别不大，平均速度约为1.06m/s。由此可见，本实用新型C型螺旋鳍片管的开槽可以明显降低来流速度，使得颗粒撞击基管的速度减小，从而减轻了鳍片管磨损。

因此，与传统螺旋鳍片相比，本实用新型C型螺旋鳍片管明显降低了迎流面基管的磨损速率，改善了鳍片管磨损特性，使得鳍片管工作的稳定性得到了保证。

同时，与H型鳍片管相比，本实用新型C型螺旋鳍片管翅片的磨损速率也更低，综合了传统螺旋鳍片管翅片与H型鳍片管基管磨损性能方面的优势。

实施例二

图3、图4所示。本实用新型C型圆形鳍片管，包括基管1和鳍片3，其中1为基管，鳍片3为圆形平行鳍片。在螺旋鳍片的迎流面上开设有矩形的引流槽2，在本实施例中，引流槽的高度为翅高的4/5，引流槽的宽度为基管直径的1/5。模拟得到本实用新型C型圆形鳍片管和传统圆形鳍片管（图9、图10）的基管迎流面磨损速率图示于图15。

由图15可见，本实用新型C型圆形鳍片管基管磨损速率低于传统圆形鳍片管，磨损区域也小于传统圆形鳍片管。对基管磨损速率进行统计，H型鳍片管磨损速率大于1.0×10^-10kg/(m²·s)的面积约占基管总面积的0.78%，传统圆形鳍片管磨损速率高于1.0×10^-10kg/(m²·s)的面积约占基管总面积的1.52%，C型圆形鳍片管磨损速率高于1.0×10^-10kg/(m²·s)的面积约占基管总面积的0.33%。本实用新型C型圆形鳍片管磨损严重区域仅为传统圆形鳍片管的78.3%，比H型鳍片管缩小了57.7%。

对翅片磨损速率进行统计，H型鳍片管翅片磨损速率大于1.0×10^-10kg/(m²·s)的面积约占翅片总面积的1.22%；传统圆形鳍片管翅片磨损速率大于1.0×10^-10kg/(m²·s)的面积约占翅片总面积的1.66%，本实用新型C型圆形鳍片管翅片磨损速率大于1.0×10^-10kg/(m²·s)的面积占翅片总面积的0.39%，比传统圆形鳍片管低76.51%，比H型管缩小了68.03%。

进一步对基管磨损速率进行分析，传统圆形鳍片管、H型鳍片管和本实用新型C型圆形鳍片管两翅片中心截面迎流面侧磨损速率分布曲线示于图16，从图上可以看出，传统圆形鳍片管最大磨损速率约为1.51×10^-10kg/(m²·s)，H型鳍片管最大磨损速率约为9×10^-11kg/(m²·s)，本实用新型C型圆形鳍片管最大磨损速率约为8.5×10^-11kg/(m²·s)，比传统螺旋型鳍片管低约43.7%，比H型鳍片管最大磨损速率低5.6%。

采用本实用新型的C型螺旋鳍片管、传统螺旋鳍片管、H型鳍片管翅片上磨损速率分布曲线示于图17，从图上可以看出，H型鳍片管翅片上最大磨损速率约为1.66×10^-10kg/(m²·s)，传统圆形鳍片管翅片上最大磨损速率约为1.56×10^-10kg/(m²·s)，而本实用新型C型圆形鳍片管翅片上最大磨损速率约为1.25×10^-10kg/(m²·s)，比H型鳍片管最大磨损速率低约24.7%，比传统圆形翅片管低约19.9%。

沿x向（即流体流动方向）的迎流面，在距离基管表面1mm处，在一个翅片间距内沿管子轴向的速度分布图示于图18。从图18可以看出，圆形鳍片管在靠近翅片附近流场速度较小，在两翅片中心处流场速度较大，最大流速约为1.64m/s。C型圆形鳍片管和H型鳍片管由于鳍片的开槽，靠近基管处流场分布较均匀，H型鳍片管距基管1mm处平均速度为1.065m/s，C型圆形鳍片管最大速度为1.22m/s，比传统圆形鳍片管低约25.6%，使得C型圆形鳍片管基管磨损速率比传统圆形鳍片管更低。

因此，与传统圆形鳍片相比，本实用新型C型圆形鳍片管明显降低了迎流面基管和翅片的磨损速率，改善了鳍片管磨损特性，使得鳍片管工作的稳定性得到了保证。

Claims

1.一种抗磨损鳍片管，包括基管以及设置在所述基管外表面的鳍片，其特征在于：在所述鳍片的迎流面上设置有一上端开口的引流槽，该引流槽的高度为1/2至4/5翅高，引流槽的宽度为所述基管直径的1/6~1/4。

2.根据权利要求1所述的抗磨损鳍片管，其特征在于：所述鳍片为间隔布置的平行鳍片或螺旋形翅片。

3.根据权利要求1所述的抗磨损鳍片管，其特征在于：所述引流槽为矩形槽。

4.根据权利要求1所述的抗磨损鳍片管，其特征在于：所述引流槽设置在所述迎流面的正中。

5.一种换热器，其特征在于，包括权利要求1至4任一所述的抗磨损鳍片管。