CN208091293U - 一种空气冷凝烟气强化传热传质元件结构及其换热器 - Google Patents

Abstract

一种空气冷凝烟气高效强化传热传质元件结构及其换热器，属于锅炉烟气脱硫系统中烟气除湿脱白、节能环保领域，该元件包括基管部、翅片部、方头部；基管为腰圆型截面设计；外横向翅片呈腰圆形或上下左右延伸成矩形，同时也可采用肋片‑针翅式外翅；内纵向翅片为轴对称梳齿状内翅片或内翅板结构等间距排布在非弧段管内；方头部为两道不等宽方形槽设计，填充耐温耐腐蚀密封件以防止烟气与空气相互接触造成短路；采用埋于方形槽腰圆型螺栓连接孔，吸收元件与主体箱之间的热膨胀差；元件采用整体铸造工艺，根据烟气冷却器内各部位换热与腐蚀情况选用最佳耐蚀材料，保证烟气冷却器具有最佳抗腐蚀性能及最低制造成本，最终实现空气冷凝烟气脱白和深度脱除烟气污染物的双重目标。

Description

一种空气冷凝烟气强化传热传质元件结构及其换热器

技术领域

本实用新型属于锅炉烟气脱硫系统中烟气除湿脱白、节能环保领域，具体涉及一种空气冷凝烟气强化传热传质元件结构及其换热器。

背景技术

湿法脱硫目前常采用喷淋洗涤工艺，在去除二氧化硫的同时，大量喷淋水被气化带入烟气中，而烟气被喷淋水冷却，温度降至约50 ±5℃，与烟气的水露点温度近似。温度的降低会使烟气中所含水蒸气过饱和凝结从而形成白色烟羽。随着国家超低排放改造的推进，大部分电厂湿法脱硫装置取消原烟气－烟气再热器(GGH)转装低低温烟气处理系统(MGGH)等间壁加热装置，使烟气再热至70～80℃左右，但根据实际观测，环境温度低于15℃左右时，仍然会出现“湿烟羽”现象。

最新的研究表明白色烟羽的危害诸多：首先，近10年来，大气主要污染物减少了80％以上，但雾霾问题却越发严重。电力行业湿法脱硫的全面引入导致了锅炉排烟含水量和溶解颗粒物的急剧增加，造成大气中水蒸气、硫酸盐和硝酸盐气溶胶颗粒物含量上升，成为雾霾产生的重要原因。其次白色烟羽会造成“湿烟囱”，腐蚀脱硫塔后烟道及烟囱，而且当脱硫塔除雾器除雾效率降低时，还会出现“石膏雨”现象。同时白色烟羽中含有大量的水蒸气，造成水资源的浪费。若加以冷凝回收，可解决华北西北地区火力发电厂的缺水问题，节约宝贵的水资源。上海、浙江、邯郸、天津等地纷纷出台地方性烟羽治理新规，烟气脱白的重要程度可见一斑。

烟气冷却器是烟气脱白的关键设备，为节约水资源可采用空气冷凝方式，但目前烟气消白所采用的空气冷凝式传热传质元件普遍肋效率偏低，内翅片顶端部分在换热过程中会存在低温集中区域，降低了传热系数，无法实现主流区的温度场的均匀化。现有的螺纹、中心轴对称翅片、针翅等管式传热传质能力均不理想，结构设计上青黄不接，未与现在电厂运行中烟气参数接轨。

发明内容

为了解决上述采用空气冷凝，节约水资源的烟气冷却器中传热传质元件肋效率低下，内翅片顶端部分在换热过程中会存在低温集中区域，无法实现主流区的温度场的均匀化，元件结构设计未与现有电厂运行中烟气参数接轨的问题，本实用新型提供一种空气冷凝烟气强化传热传质元件结构及其换热器。

本实用新型通过以下技术方案予以实现。

一种空气冷凝烟气强化传热传质元件结构，包括基管部、翅片部、方头部，所述基管部为腰圆型截面的基管1；所述翅片部包含分布在基管1管外的若干平行的外横向翅片2和基管1管内的内纵向翅片3；所述方头部布置在基管1两端，包括方形槽4和螺栓连接孔5；所述基管1管外为烟气侧或空气侧，管内为空气侧或烟气侧，厚度为 8～10mm，根据换热计算及腐蚀预测确定。

所述基管1外壁均匀分布着等翅高的呈腰圆形或上下左右延伸成矩形的外横向翅片2，18～n根外横向翅片2按一定的间距规则的排列，外横向翅片2肋化系数高，与基管1外壁有2～5mm铸造圆角的光滑过渡，翅片宽度为3～6mm，翅片高度为25～40mm；来流烟气平行正对外横向翅片2，减小流动阻力，减少积灰，提高换热；

或所述基管1外壁弧管段上均匀分布着具有提高导热系数和导流功能的等翅高的呈腰圆形按一定的间距规则的排列的外横向翅片 2，与基管1外壁有2～5mm铸造圆角的光滑过渡，翅片宽度为3～6mm，翅片高度为25～40mm；所述基管1外壁的非弧管段上分布着等翅高或不等翅高，上细下粗便于铸造的销钉或销针，也称针形翅片，均匀错列或顺列或错列顺列间隔分布在基管1非弧管段，针形翅片截面呈圆形、方形、菱形、腰圆形或椭圆形，单种或多种截面组合使得兼具提高导热系数及冷凝液导流之功效，其截面的任一方位均能迎向来流，其针形翅片与基管1外壁有2～5mm铸造圆角过渡，当量直径为 6～12mm，高度25～40mm，针形翅片的最大高度和弧管段上的横向翅片相等。

所述内纵向翅片3为轴对称梳齿状内翅片结构时，内纵向翅片3 采用9～15对翅片等间距的分布在基管1非弧管段，与基管1内壁有 2～5mm圆角的光滑过渡，对称的翅片顶部间距为2mm～20mm，翅片顶部带铸造圆角，翅片宽度为3～6mm。

所述内纵向翅片3采用内翅板结构时，内纵向翅片3采用9～15 对内翅板等间距的分布在基管1非弧管段，与基管1内壁有2～5mm 圆角的光滑过渡，内翅板轴线上开长100～200mm、宽6～20mm腰圆型孔，内翅板宽度为3～6mm。

所述外横向翅片2和内纵向翅片3及基管1壁面采用表面波纹处理，波纹形式为锯齿形、矩形或正弦函数波形，增大翅片及壁面的换热面积且极大地增强了流体扰动，提高传热效果，在具体制作时能根据制作成本，换热效率和工质流动情况选择合适的波纹形状。

所述方形槽4开有两道槽，分别为第一道方形槽4-1和第二道方形槽4-2，第一道方形槽4-1和第二道方形槽4-2分别距方头端部5mm 与42mm，第一道方形槽4-1宽22mm，第二道方形槽4-2宽10mm，二者深度均为5mm，填充耐温耐腐蚀密封件以防止烟气与空气相互接触造成短路。

所述螺栓连接孔5为腰圆型，连接元件的同时吸收元件与主体箱之间的热膨胀差，腰圆型的螺栓连接孔5对称的开孔于方头部的长边，第一道方形槽4-1内，长16mm，宽8mm，同边螺栓连接孔5的间距为100～140mm。

所述强化传热传质元件采用整体铸造工艺，采用耐酸腐蚀材料，选用铸铁、铸铝硅合金、铸316L奥氏体不锈钢、317L奥氏体不锈钢、 2205/2507/2707双相不锈钢、高铬镍钼合金或塑料；所述元件烟气侧壁面采用搪瓷喷涂技术，使元件烟气侧壁面耐腐蚀、耐磨损性能提高，表面光洁度提高，防积灰；根据换热器内各部位换热与腐蚀情况确定，以保证换热器内各部分抗腐蚀性能最佳且制造成本最低。

所述强化传热传质元件的两侧方形槽分别嵌入两块分割管板构成内纵向翅片3的进出口通道，两块管板的两侧分别相互连接构成外横向翅片2的进出口通道，两侧通道分别连接烟气和空气组成烟气冷凝换热器实现空气冷凝烟气脱白之目标。

一种换热器，包括设置在壳体内的多个所述的空气冷凝烟气强化传热传质元件。

与现有技术相比较，本实用新型具有如下优点：

本实用新型通过增加翅片数量减小翅片间节距，设计等翅高的呈腰圆形或上下左右延伸成矩形的或针翅式外横向翅片2以增加烟气侧热交换系数，达到强化换热的目的；

本实用新型采用轴对称梳齿状内翅片结构或内翅板结构，可有效地优化管内空气径向的温度梯度从而改善管内中心惰性换热区的换热效果，实现空气侧界面温度场的均匀最大化，进一步增大换热系数；

本实用新型采用铸造工艺，可根据烟气冷却器内各部腐蚀情况具体采用对应的最佳耐腐蚀钢材，保证烟气冷却器内各部分抗腐蚀性能最佳且制造成本最低。

本实用新型可在元件烟气侧壁面亦可采用搪瓷喷涂技术，使元件烟气侧壁面耐腐蚀、耐磨损性能提高，表面光洁度提高防积灰。

本实用新型中翅片及壁面可采用表面波纹处理，波纹形式为锯齿形、矩形、或正弦函数波形等，增大翅片及壁面的换热面积且极大地增强了流体扰动，提高传热效果，在具体制作时能根据制作成本，换热效率和工质流动情况选择合适的波纹形状。

附图说明

图1为轴对称梳齿状内翅片空冷传热元件的立体示意图。

图2为轴对称梳齿状内翅片空冷传热元件的三视图，其中图2a 为主视图，图2b为侧视图，图2c为俯视图。

图3为矩形截面横向翅片空冷传热元件的立体示意图。

图4为矩形截面横向翅片空冷传热元件的三视图，其中图4a为主视图，图4b为侧视图，图4c为俯视图。

图5为顺列肋片-针翅式空冷传热元件的立体示意图。

图6为顺列肋片-针翅式空冷传热元件的三视图，其中图6a为主视图，图6b为侧视图，图6c为俯视图。

图7为错列肋片-针翅式空冷传热元件的立体示意图。

图8为各种针翅形状示意图。

图9为组合型肋片-针翅式空冷传热元件示意图。

图10为内翅板空冷传热元件的立体示意图。

图11为内翅板空冷传热元件的三视图，其中图11a为主视图，图11b为侧视图，图11c为俯视图。

图12为管内、外翅片及壁面纵向波纹示意图。

图13为管内纵向翅片的横向波纹示意图。

图14为换热器示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地详细描述：

实施案例一

图1为轴对称梳齿状内翅片空冷传热元件的立体示意图。

图2为轴对称梳齿状内翅片空冷传热元件的三视图。

图12为管内、外翅片及壁面纵向波纹示意图。

图13为管内纵向翅片的横向波纹示意图。

该结构包括包括基管部、翅片部、方头部，所述基管部为腰圆型截面的基管1；所述翅片部包含分布在管外的若干平行外横向翅片2 和管内的内纵向翅片3；所述方头部包括方形槽4和螺栓连接孔5。

所述基管1管外为烟气侧，管内为空气侧，基管1厚度为 8～10mm，根据换热计算及腐蚀预测确定。

所述外横向翅片2以基管1为参照等翅高的均匀分布在基管部管外，并且作为优选的18～n根外横向翅片2按一定的间距规则的排列，外横向翅片2肋化系数很高，与基管1外壁有2～5mm圆角的光滑过渡，宽度为3～6mm，来流烟气平行正对外横向翅片2，减小流动阻力，减少积灰，提高换热。

所述内纵向翅片3为轴对称梳齿状内翅片结构，区别于任何径向中心对称分布的内翅式换热元件结构，从对流动的扰动作用来看，任何径向的内翅式结构都无法实现主流区的温度场的均匀化，均会存在高、低温集中区域，降低了传热系数。在单相换热过程中，轴对称梳齿状的内翅设计分割了若干的换热区域，通过有效地优化管内工质径向的温度梯度从而改善管内中心惰性换热区的换热效果，实现界面温度场的均匀最大化；内纵向翅片3优选的采用9～15对翅片等间距的分布在基管1非弧管段，与基管1内壁有2～5mm圆角的光滑过渡，对称的翅片顶部间距为2mm～20mm，翅片顶部带铸造圆角，翅片宽度为3～6mm。

如图12所示，所述元件的管内、外翅片及壁面可采用表面纵向波纹处理，波纹形式为锯齿形、矩形、或正弦函数波形等，如图13 所示，管内纵向翅片可采用横向波纹处理，增大翅片及壁面的换热面积且极大地增强了流体扰动，提高传热效果，在具体制作时能根据制作成本，换热效率和工质流动情况选择合适的波纹形状。

所述方形槽4优选的开有两道槽，分别为第一道方形槽4-1和第二道方形槽4-2，第一道方形槽4-1和第二道方形槽4-2分别距方头端部5mm与42mm，第一道方形槽4-1宽22mm第二道方形槽4-2 宽10mm，二者深度均为5mm，填充耐温耐腐蚀密封件如石棉绳以防止烟气与空气相互接触造成短路。

所述螺栓连接孔5为腰圆型，连接元件的同时吸收元件与主体箱之间的热膨胀差，8个腰圆型螺栓连接孔5对称的开孔于方头部的长边，第一道方形槽4-1内，长16mm宽8mm，同边对称螺栓连接孔5 间距100～140mm。

实施案例二

图3为矩形截面横向翅片空冷传热元件的立体示意图。

图4为矩形截面横向翅片空冷传热元件的三视图。

在本实施例中，对于与实施案例一相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

所述外横向翅片2均匀分布在基管部管外且上下左右延伸使截面呈矩形。

实施案例三

图5为顺列肋片-针翅式空冷传热元件的立体示意图。

图6为顺列肋片-针翅式空冷传热元件的三视图。

图7为错列肋片-针翅式空冷传热元件的立体示意图。

图8为各种针翅形状示意图。

在本实施例中，对于与实施案例一相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

如图5、图6所示，所述基管1外壁弧管段上均匀分布着具有提高导热系数和导流功能的等翅高的呈腰圆形按一定的间距规则的排列的外横向翅片2，与基管1外壁有2～5mm铸造圆角过渡，翅片宽度为3～6mm，翅片高度为25～40mm；如图5、图7所示，所述基管 1外壁的非弧管段上分布着等翅高或不等翅高，上细下粗便于铸造的销钉或销针，也称针形翅片，均匀错列或顺列或错列顺列间隔分布在基管1非弧管段，如图8所示，针形翅片截面呈圆形、方形、菱形、腰圆形、椭圆形等各种形状，其截面的任一方位均可迎向来流，其针形翅片与基管1外壁有2～5mm铸造圆角过渡，当量直径为6～12mm，高度25～40mm，针翅的最大高度和弧管段上的横向翅片相等。

实施案例四

图9为组合型肋片-针翅式空冷传热元件示意图。

在本实施例中，对于与实施案例一相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

在换热器进口处，由于烟气温度高、湿度大，所以采用组合针翅效果更佳，如图9所示，所述基管1外壁非弧管段上烟气流入方向的始端2～6排采用腰圆形、椭圆形按一定的间距规则的排列的针形翅片，能够增大迎风换热面积，其余针形翅片采用方形、菱形等形状用以提高换热系数的同时给烟气中冷凝下来的液滴导流。

实施案例五

图10为内翅板空冷传热元件的立体示意图。

图11为内翅板空冷传热元件的三视图。

在本实施例中，对于与实施案例一相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

所述内纵向翅片3为内翅板结构，在保障有效地优化管内空气径向的温度梯度从而改善管内中心惰性换热区的换热效果，实现界面温度场的均匀最大化的同时使内翅结构更加稳定坚固，铸造工艺更加简易；纵向翅片3优选的采用9～15对内翅板等间距的分布在基管1非弧管段，与基管1内壁有2～5mm圆角的光滑过渡，内翅板轴线上开长100～200mm、宽6～20mm腰圆型孔，内翅板宽度为3～6mm。

如图14所示，本实用新型一种换热器，包括设置在壳体内的多个所述的空气冷凝烟气强化传热传质元件。

Claims (10)

1.一种空气冷凝烟气强化传热传质元件结构，其特征在于：包括基管部、翅片部、方头部，所述基管部为腰圆型截面的基管(1)；所述翅片部包含分布在基管(1)管外的若干平行的外横向翅片(2)和基管(1)管内的内纵向翅片(3)；所述方头部布置在基管(1)两端，包括方形槽(4)和螺栓连接孔(5)；所述基管(1)管外为烟气侧或空气侧，管内为空气侧或烟气侧，厚度为8～10mm。

2.根据权利要求1所述的一种空气冷凝烟气强化传热传质元件结构，其特征在于：所述基管(1)外壁均匀分布着等翅高的呈腰圆形或上下左右延伸成矩形的外横向翅片(2)，18～n根外横向翅片(2)按一定的间距规则的排列，外横向翅片(2)肋化系数高，与基管(1)外壁有2～5mm铸造圆角的光滑过渡，翅片宽度为3～6mm，翅片高度为25～40mm；来流烟气平行正对外横向翅片(2)；或所述基管(1)外壁弧管段上均匀分布着具有提高导热系数和导流功能的等翅高的呈腰圆形按一定的间距规则的排列的外横向翅片(2)，与基管(1)外壁有2～5mm铸造圆角的光滑过渡，翅片宽度为3～6mm，翅片高度为25～40mm；所述基管(1)外壁的非弧管段上分布着等翅高或不等翅高，上细下粗便于铸造的销钉或销针，也称针形翅片，均匀错列或顺列或错列顺列间隔分布在基管(1)非弧管段，针形翅片截面呈圆形、方形、菱形、腰圆形或椭圆形，单种或多种截面组合，其针形翅片与基管(1)外壁有2～5mm铸造圆角过渡，当量直径为6～12mm，高度25～40mm，针形翅片的最大高度和弧管段上的横向翅片相等。

3.根据权利要求1所述的一种空气冷凝烟气强化传热传质元件结构，其特征在于：所述内纵向翅片(3)为轴对称梳齿状内翅片结构时，内纵向翅片(3)采用9～15对翅片等间距的分布在基管(1)非弧管段，与基管(1)内壁有2～5mm圆角的光滑过渡，对称的翅片顶部间距为2mm～20mm，翅片顶部带铸造圆角，翅片宽度为3～6mm。

4.根据权利要求1所述的一种空气冷凝烟气强化传热传质元件结构，其特征在于：所述内纵向翅片(3)采用内翅板结构时，内纵向翅片(3)采用9～15对内翅板等间距的分布在基管1非弧管段，与基管(1)内壁有2～5mm圆角的光滑过渡，内翅板轴线上开长100～200mm、宽6～20mm腰圆型孔，内翅板宽度为3～6mm。

5.根据权利要求1所述的一种空气冷凝烟气强化传热传质元件结构，其特征在于：所述外横向翅片(2)和内纵向翅片(3)及基管(1)壁面采用表面波纹处理，波纹形式为锯齿形、矩形或正弦函数波形。

6.根据权利要求1所述的一种空气冷凝烟气强化传热传质元件结构，其特征在于：所述方形槽(4)开有两道槽，分别为第一道方形槽(4-1)和第二道方形槽(4-2)，第一道方形槽(4-1)和第二道方形槽(4-2)分别距方头端部5mm与42mm，第一道方形槽(4-1)宽22mm，第二道方形槽(4-2)宽10mm，二者深度均为5mm。

7.根据权利要求6所述的一种空气冷凝烟气强化传热传质元件结构，其特征在于：所述螺栓连接孔(5)为腰圆型，连接元件的同时吸收元件与主体箱之间的热膨胀差，腰圆型的螺栓连接孔(5)对称的开孔于方头部的长边，第一道方形槽(4-1)内，长16mm，宽8mm，同边螺栓连接孔(5)的间距为100～140mm。

8.根据权利要求1所述的一种空气冷凝烟气强化传热传质元件结构，其特征在于：所述元件采用整体铸造工艺，采用耐酸腐蚀材料，选用铸铁、铸铝硅合金、铸316L奥氏体不锈钢、317L奥氏体不锈钢、2205/2507/2707双相不锈钢、高铬镍钼合金或塑料；所述元件烟气侧壁面采用搪瓷喷涂技术。

9.根据权利要求1所述的一种空气冷凝烟气强化传热传质元件结构，其特征在于：所述强化传热传质元件的两侧方形槽分别嵌入两块分割管板构成内纵向翅片(3)的进出口通道，两块管板的两侧分别相互连接构成外横向翅片(2)的进出口通道，两侧通道分别连接烟气和空气组成烟气冷凝换热器。

10.一种换热器，其特征在于：包括设置在壳体内的多个权利要求1至9任一项所述的空气冷凝烟气强化传热传质元件结构。