CN207066216U - 一种换热板管以及具有其的板管式空气预热器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种换热板管以及具有这种换热板管的板管式空气预热器。所述换热板管形成为沿中心轴线延伸的管体，并且其垂直于中心轴线的横截面具有扁平形状，其中该换热板管的垂直于所述横截面的长度方向的剖面，呈波浪起伏的形状。根据本实用新型的换热板管和板管式空气预热器有利于通过波浪起伏的形状增加换热介质的扰动，从而提高换热效率。

Description

一种换热板管以及具有其的板管式空气预热器

技术领域

本实用新型总体上涉及石化、电力等行业加热炉烟气余热回收用空气预热器，具体地涉及一种板管式空气预热器以及用于其的换热板管。

背景技术

管板式换热器相对于传统的管式换热器、板式换热器、热管换热器，在提高换热效率、减小预热器体积及重量、模块化结构设计便于后期维护运行的基础上，降低了冷介质(例如空气)在热介质(例如烟气)侧的泄漏，既提高了加热炉的热效率，又减少了对环境的污染。

为了进一步提高管板式换热器的换热效率，本申请的发明人已经提出了板管式换热器，即采用具有扁平形状横截面的换热管(以下称为“换热板管”)的管板式换热器(参见CN104101235A、CN204043453U和CN204924005U)。例如，参见图1，现有技术的板管式换热器包括壳体1，该壳体具有相对设置的两个安装板1a，多个具有扁平横截面的平直的换热板管2的两端分别连接至两个安装板1a上的安装通孔(未示出)，用于形成供空气流通的空气通道；在多个换热板管与所述壳体之间的空间形成供烟气流通的烟气通道3。

然而，现有的管板式换热器并非完全满足使用需要。特别是对于用于石化、电力等行业的加热炉烟气余热回收用空气预热器，人们还希望进一步提高换热效率。另外，空气预热器的体积也有待于进一步地缩小。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种板管式空气预热器，其通过改进换热板管的结构形式，进一步强化换热介质扰动，从而克服了现有技术中的上述问题。

根据本实用新型的一个方面，提供一种换热板管，其形成为沿中心轴线延伸的管体，并且其垂直于中心轴线的横截面具有扁平形状，其中该换热板管的垂直于所述横截面的长度方向的剖面，呈波浪起伏的形状。

优选，所述换热板管还满足以下条件：H<5T，且其中，H为所述剖面中波浪起伏形状的波浪高度，T为所述横截面的宽度，P为波浪起伏形状的波浪周期长度。

所述换热板管的横截面可以由相对的两条长边和相对的两条短边围合而成，两条长边可以为直线且相互平行，两条短边可以为直线、曲线、或直线与曲线的组合。

在一些示例中，所述换热板管的横截面为矩形形状的。

优选，所述换热板管在所述中心轴线的各点处的横截面是相同的。

优选，所述换热板管的两端是平直的，中间部分呈波浪起伏的形状。

在一些示例中，所述换热板管由交替连接的平直段和曲线段构成。

根据本实用新型的另一个方面，提供一种板管式空气预热器，其包括：壳体，其包括相对设置的两个安装板，所述安装板上分别形成有多个空气通孔，所述壳体在与所述安装板垂直的两个相对设置的侧面上开设有烟气通孔；和多个换热板管，各自具有扁平形状的横截面，每一个换热板管的两端分别密封连接至所述两个安装板上的对应的空气通孔，其中所述多个换热板管中的至少一个为如上所述的换热板管。

在一些示例中，所述多个换热板管均为相同的换热板管。

在另一些示例中，所述多个换热板管可以包括不同的换热板管。

优选，所述多个换热板管布置为多个列，每一列包括沿换热板管的横截面的宽度方向排列的若干个换热板管，每一列中的换热板管具有相同的形状，且至少两列换热板管具有不同的形状。

根据本实用新型实施例，换热板管在垂直其横截面长度方向的剖面上具有波浪起伏的形状，这有利于引起换热板管内的换热介质的扰动，从而提高换热效率。相应地，根据本实用新型实施例的板管式空气预热器具有这种换热板管，从而也有利于提高换热效率。此外，换热效率的提高，允许人们根据需要减小空气预热器的体积。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为现有技术的板管式换热器沿平行于其换热板管轴向的方向截取的示意性截面图，示出了其中平直的换热板管；

图2A和图2B分别示出了根据本实用新型第一实施例的换热板管的垂直于其横截面长度方向的剖面的示意性图和立体示意图；

图3A和图3B分别示出了根据本实用新型第二实施例的换热板管的垂直于其横截面长度方向的剖面的示意性图和立体示意图；

图4为根据本实用新型第三实施例的板管式空气预热器的垂直于换热板管横截面长度方向截取的示意性剖面图；

图5为图4所示板管式空气预热器在位置A-A处截取的示意性剖面图；

图6为根据本实用新型第三实施例的一个变型的板管式空气预热器在图4所示位置A-A处的示意性剖面图；

图7为根据本实用新型第四实施例的板管式空气预热器的垂直于换热板管横截面长度方向截取的示意性剖面图；以及

图8为图7所示板管式空气预热器在位置B-B处截取的示意性剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

首先，参照图2和图3介绍根据本实用新型实施例的换热板管。

图2A和图2B示出了根据本实用新型第一实施例的换热板管10，其中图2A为换热板管10垂直于其横截面长度方向的剖面的示意性图，图2B示出了换热板管10的立体示意图。

如图所示，换热板管10形成为沿中心轴线10c(见图2A)延伸的管体，并且换热板管10的垂直于中心轴线10c的横截面具有扁平形状。图2B中示意性地示出了换热板管10端部处的横截面的长度方向x和宽度方向y。

该扁平形状的横截面可以由相对的两条长边和相对的两条短边围合而成，形成为矩形或近似矩形形状。两条长边可以为直线且相互平行，两条短边可以为直线、曲线、或直线与曲线的组合。例如在图2B所示示例中，两个短边由曲线构成。

根据本实用新型，如图2A中更加清晰地示出的，换热板管10的垂直于其横截面长度方向x的剖面呈波浪起伏的形状。在图2A和2B所示实施例中，换热板管10的两端10a是平直的，而中间部分10b呈波浪起伏的形状。两端的平直形状有利于换热板管的安装。

图3A和图3B示出了根据本实用新型第二实施例的换热板管20。

与根据第一实施例的换热板管10类似，换热板管20在垂直于其横截面长度方向x的剖面也呈波浪起伏的形状。更具体地，如图所示，换热板管20由交替连接的平直段20a和曲线段20b构成。

优选，换热板管20的两端为平直段20a，这样有利于换热板管的安装。另外，尽管图3A和3B中示出的多个曲线段20b具有相同弯曲方向，但是本实用新型并不限于此，它们可以具有不同的弯曲方向，或者可以各自包含具有不同弯曲方向的部分(例如类似于换热板管10的中间部分10b)。

图2和图3仅示出了换热板管的两个实施例，本实用新型所提出的在垂直于横截面长度方向的剖面上具有波浪起伏形状的换热板管并不限于这两个实施例中的具体结构，而可以具有任何适合的其他结构。例如，换热板管可以在其沿中心轴线的整个长度上均有曲线段构成。本领域技术人员根据需要可以对此进行各种设计，在此不做赘述。

根据本实用新型实施例的换热板管，相比于现有的平直形状的换热板管，由于具有波浪起伏的形状，所以能够引起从其中通过的换热介质(例如空气)的更多的扰动，该扰动可以有利于增强对流换热，从而提高换热板管内部外部之间的换热效率。此外，对于相同外形长度的换热板管而言，波浪起伏的形状增大了换热面积，这也一定程度上有利于提高换热效率。

在优选示例中，换热板管的波浪起伏的形状既要设计为有利于提高换热效率，又要兼顾对换热介质流动阻力的限制。具体而言，换热板管呈波浪形时，波浪高度H和波浪周期长度P(见图2A和3A，图3A中由于波浪不是连续的，因此标示了P/4)都是影响换热系数的因素，其中波浪高度H是影响传热系数的最主要的因素。波浪高度H增大时，换热板管内介质流动方向变化增大，速度矢量和温度梯度矢量的夹角变大。根据强化传热技术中的协同场原理，夹角变大时，换热系数增加，波浪高度H越高，换热系数越大。然而，波浪高度增加时，阻力系数会有一定增加，而且制作难度会比较大。综合考虑上述竞争性因素并通过计算和试验，本申请发明人提出优选波浪高度H<5T。此外，波浪周期长度P也是影响换热系数的因素，波浪的长度越短，换热系数越大，波浪周期长度P变短时，阻力也会相应增加。优选，波浪高度H和波浪周期长度P的取值使得满足

此外，如图2和图3所示，换热板管10和换热板管20优选在其中心轴线10c、20c的各点处的横截面是相同的。换句话说，换热板管10、20可以认为具有以其端面形状为轮廓，保持该轮廓始终垂直于中心轴线10c、20c，且中心轴线为路径，移动扫描形成的形状。这样，换热板管所形成的通道具有均匀的流通截面积，有利于降低对换热介质流动的不必要的阻力。

接下来介绍根据本实用新型实施例的板管式空气预热器，其中采用了上述具有波浪起伏形状的换热板管。

图4为根据本实用新型第三实施例的板管式空气预热器100的垂直于换热板管横截面长度方向截取的示意性剖面图。图5为板管式空气预热器100在位置A-A处截取的示意性剖面图。

板管式空气预热器100包括壳体110和设置在壳体中的多个换热板管120。壳体110可以具有例如大致箱体形状。如图4所示，壳体110包括相对设置的两个安装板110a、110a，安装板110a上分别形成有多个空气通孔(图中未示出)。每个换热板管120的两端分别密封连接至两个安装板110a、110a的对应的空气通孔，从而提供空气流动通道。如图中所指示的，空气从一侧安装板110a进入换热板管120，流经该换热板管120从另一侧安装板110a流出。如图5所示，壳体110在与安装板110a、110a垂直的两个相对设置的侧面110b、110b上开设有烟气通孔(图中未示出)。换热板管120之间以及换热板管120与壳体110之间的空间形成为烟气流动通道130。

如图4所示，板管式空气预热器100的换热板管120为如以上参照图2和图3所介绍的根据本实用新型实施例的换热板管，其在垂直于换热板管扁平横截面的长度方向的剖面上具有波浪起伏的形状。

应该理解的是，根据本实用新型实施例的板管式空气预热器并不限于采用图4所示或者图2和图3所示的具体结构的换热板管，而可以采用任何具有如本实用新型所提出的波浪起伏形状的换热板管。

根据本实用新型实施例的板管式空气预热器，相比于现有的采用平直形状的换热板管的板管式空气预热器，能够通过增加换热介质(例如空气)在换热板管内的扰动，增强对流换热，从而提高换热效率。此外，对于相同外形长度的换热板管而言，波浪起伏的形状增大了换热面积，这也一定程度上有利于提高了空气预热器的换热效率。根据本实用新型实施例的板管式空气预热器在不增加空气预热器体积的情况下提高了换热效率；从另一个角度来看，这允许人们根据需要进一步缩小空气预热器的体积。

如图5所示，空气预热器100中仅布置有一列换热板管120，该列换热板管120沿其横截面的宽度方向(宽度W所沿的方向)排列。换热板管120具有较大的横截面长度L，从而在空气预热器100中基本上横跨于侧面110b、110b之间。

图6示出了根据本实用新型第三实施例的一个变型的板管式空气预热器100’。空气预热器100’与空气预热器100具有基本相同的结构，不同之处仅在于，空气预热器100’中的多个换热板管120’布置成多个列，每一列包括沿换热板管横截面的宽度方向排列的若干个换热板管。这样，换热板管120’相比于空气预热器100中采用的换热板管120可以具有较小的横截面长度L’，有利于保证换热板管的机械强度。另外，整列布置的换热板管120’有利于增大换热面积，以及增大烟气的扰动，有助于进一步提高换热效率。

以上参照图4、图5和图6介绍的板管式空气预热器中采用的换热板管均为相同的换热板管，然而本实用新型并不限于此，根据本实用新型实施例的空气预热器中的换热板管可以具有彼此不同的形状。以下参照图7和图8介绍这样的一个实施例。

图7和图8示出了根据本实用新型第四实施例的板管式空气预热器200，其中图7示出了空气预热器200的垂直于换热板管横截面长度方向截取的示意性剖面图；图8为空气预热器200在图7所示位置B-B处截取的示意性剖面图。

类似于空气预热器100，板管式空气预热器200包括壳体210和设置在壳体中的多个换热板管220。壳体210可以具有例如大致箱体形状。如图7所示，壳体210包括相对设置的两个安装板210a、210a，安装板210a上分别形成有多个空气通孔(图中未示出)。每个换热板管220的两端分别密封连接至两个安装板210a、210a的对应的空气通孔，从而提供空气流动通道。如图7中所指示的，空气从一侧安装板210a进入换热板管220，流经该换热板管220从另一侧安装板210a流出。如图8所示，壳体210在与安装板210a、210a垂直的两个相对设置的侧面210b、210b上开设有烟气通孔(图中未示出)。换热板管220之间以及换热板管220与壳体210之间的空间形成为烟气流动通道230。

如图8所示，类似于空气预热器100’，根据本实施例的板管式空气预热器200中多个换热板管220分为多个列A、B、C、D、E，每一列包括对齐排列(例如沿换热板管的横截面的宽度方向排列)的若干个换热板管220a、220b、220c、220d、220e。

根据本实施例的空气预热器200中，同一列中的换热板管(例如换热板管220a或220b)具有相同的形状；而不同两列换热板管(例如换热板管220a与220b)可以具有不同的形状。例如参见图7，列A中的换热板管220a为根据本实用新型实施例的具有波浪起伏形状的换热板管，而列B中的换热板管220b为平直形状的换热板管。

从图7中可以看到，由于采用了不同形状的换热板管220a、220b，在换热板管之间以及换热板管与壳体之间形成的烟气流动通道的形状在烟气流动的方向(图7中垂直于纸面的方向)上是变化的。这有助于增加烟气的扰动，从而提高换热效率。热效率的提高也使得人们能够减小空气预热器的体积。

应该理解的是，图7和图8仅示出了采用不同形状换热板管的板管式空气预热器的一个示例，根据本实用新型实施例的空气预热器并不限于其中的具体细节，例如不限于具有波浪起伏形状的换热板管与平直形状的换热板管的组合，也可以是不同的波浪起伏形状的换热板管的组合。另外，根据本实用新型实施例的空气预热器也不限于同一列的换热板管采用相同换热板管的情况，只要不同形状的换热板管的采用能够引起烟气的扰动从而提高换热效率。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (11)

1.一种换热板管，形成为沿中心轴线延伸的管体，并且其垂直于中心轴线的横截面具有扁平形状，

其特征在于，该换热板管的垂直于所述横截面的长度方向的剖面，呈波浪起伏的形状。

2.如权利要求1所述的换热板管，其特征在于，所述换热板管还满足以下条件：

H<5T，且

其中，H为所述剖面中波浪起伏形状的波浪高度，T为所述横截面的宽度，P为波浪起伏形状的波浪周期长度。

3.如权利要求1或2所述的换热板管，其特征在于，所述换热板管的横截面由相对的两条长边和相对的两条短边围合而成，两条长边为直线且相互平行，两条短边为直线、曲线、或直线与曲线的组合。

4.如权利要求3所述的换热板管，其特征在于，所述换热板管的横截面为矩形形状的。

5.如权利要求1或2所述的换热板管，其特征在于，所述换热板管在所述中心轴线的各点处的横截面是相同的。

6.如权利要求1或2所述的换热板管，其特征在于，所述换热板管的两端是平直的，中间部分呈波浪起伏的形状。

7.如权利要求1或2所述的换热板管，其特征在于，所述换热板管由交替连接的平直段和曲线段构成。

8.一种板管式空气预热器，包括：

壳体，其包括相对设置的两个安装板，所述安装板上分别形成有多个空气通孔，所述壳体在与所述安装板垂直的两个相对设置的侧面上开设有烟气通孔；和

多个换热板管，各自具有扁平形状的横截面，每一个换热板管的两端分别密封连接至所述两个安装板上的对应的空气通孔，

其特征在于，所述多个换热板管中的至少一个为如权利要求1-7中任一项所述的换热板管。

9.如权利要求8所述的板管式空气预热器，其特征在于，所述多个换热板管均为相同的换热板管。

10.如权利要求8所述的板管式空气预热器，其特征在于，所述多个换热板管包括不同的换热板管。

11.如权利要求8所述的板管式空气预热器，其特征在于，所述多个换热板管布置为多个列，每一列包括沿换热板管的横截面的宽度方向排列的若干个换热板管，每一列中的换热板管具有相同的形状，且至少两列换热板管具有不同的形状。