CN217155079U - 一种整体型翅片管式径向热管及省煤器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种整体型翅片管式径向热管及省煤器，省煤器包括壳体，所述壳体设置有进口和出口，所述壳体内设置有整体型翅片管式径向热管，径向热管包括外管和位于所述外管内的内管，所述内管、外管之间形成空腔，该空腔的两端被端盖封闭，所述空腔内盛有工质；所述外管为整体型翅片管，所述整体型翅片管由母管整体加工成型。由于外管采用了整体型翅片管，本实用新型具有高效传热、耐磨防腐、运行可靠的技术特性，特别适合锅炉机组含灰、腐蚀烟气低温余热利用工况环境，能够实现锅炉机组长寿命稳定高效运行。

Description

一种整体型翅片管式径向热管及省煤器

技术领域

本实用新型涉及换热设备领域，更具体地说，涉及一种整体型翅片管式径向热管及省煤器。

背景技术

排烟热损失是锅炉运行所有热损失中最主要的部分，一般约占锅炉热损失的60％～70％，一般情况下，排烟温度每增加10℃，排烟热损失增加0.6％～1％，相应多耗煤1.2％～2.4％。通过设置低温省煤器降低排烟温度，对于锅炉节约燃料、降低污染、降低湿法脱硫工艺水的消耗量具有积极的意义。对于发电锅炉，在发电量不变的情况下，可降低机组的能耗。低温省煤器设在电除尘器前将入口烟气温度降至酸露点温度以下时，则在大幅提高除尘效率的同时可以高效捕集SO₃，保证燃煤电厂满足低排放要求。

对于低温省煤器，目前换热管束采用的结构主要为蛇形翅片管管束，换热管一般采用焊接型螺旋翅片管和H型翅片管两种型式。在实际应用过程中，无论哪种翅片管的低温省煤器，换热管束翅片焊接质量问题，以及翅片管腐蚀、磨损、泄漏、堵塞等问题一直困扰着燃煤锅炉的长效稳定达标运行。对于焊接型螺旋翅片管和H型翅片管，翅片焊着率造成的传热热阻是影响翅片传热效率的主要因素之一。

燃料中含有S份在燃烧过程中产生一定数量的SO₃，SO₃会与水蒸气结合生成硫酸蒸汽，当受热面壁温低于酸露点温度时烟气中的硫酸蒸汽将在壁面凝结并对翅片管产生腐蚀，从而产生烟气的低温露点腐蚀。

由于烟气流态不均匀、或灰堵造成局部流速过高，导致管束磨损加剧而引发泄漏的现象也较为常见。

上述低温省煤器管束腐蚀、磨损、泄漏、堵塞等问题，严重影响着燃煤锅炉的长期、安全、稳定运行，因此，开发一种具有高效传热、耐磨防腐、稳定可靠的换热管束的低温省煤器迫在眉睫。

发明内容

本实用新型提供一种整体型翅片管式径向热管，利用整体型翅片管作为径向热管的外管，具有高效传热、耐磨防腐、运行可靠的技术特性，能够实现锅炉机组长寿命稳定高效运行。

本实用新型提供的整体型翅片管式径向热管，包括外管和位于所述外管内的内管，所述内管、外管之间形成空腔，该空腔的两端被端盖封闭，所述外管为整体型翅片管，所述整体型翅片管由母管整体加工成型。

目前常用的螺旋翅片和H型翅片均为焊接在基管之上，存在焊着率及焊接质量的问题，不可避免地在焊接结合面上存在热阻，影响传热效率。另外，在设备运行过程中不同程度的振动以及翅片与基管热应力的存在，焊接翅片的焊缝会在振动中出现裂纹、翅片松弛，而且运行时间越长问题会越突出，对换热效果影响很大。本实用新型采用整体型翅片管作为外管，从根本上解决了这些问题。

优选地，所述整体型翅片管的翅片的断面为梯形，即，翅片与管体的连接部位较宽，远离管体的端部较窄，更有利于热量的传导。而焊接型螺旋翅片和H型翅片均为矩形断面，与基管结合面积小，不利于热量的传导，其传热效率低于梯形断面。特别是H型翅片，和基管接触面积与翅片面积之比更小，对传热效率影响更大。

优选地，所述整体型翅片管的翅片根部与管体之间圆角过渡，气流在齿槽形成涡旋，起到了自清灰的作用；另外，翅片根部的轴向风速也增强了自清灰的效果，具备优异的抗积灰特性。而焊接型螺旋翅片及H型翅片，焊缝根部褶皱及不平整则极易产生积灰。

优选地，所述外管与内管同心，或者，所述径向热管为偏心结构，即，所述内管与外管不同心，内管轴心位于外管轴心的上方，以增加内管外侧与工质之间的相变传热面积，提高传热效率。

本实用新型还提供一种整体型翅片管式径向热管省煤器，包括壳体，所述壳体设置有进口和出口，所述壳体内设置有径向热管，所述径向热管为本实用新型提供的整体型翅片管式径向热管，所述径向热管的空腔内盛有工质。

优选地，设置有多根径向热管，多根径向热管通过弯管串联，蛇形排列在所述壳体内。

优选地，所述壳体的两侧设有端孔板，所述径向热管的两端穿出壳体后，从端孔板的端孔穿出，所述弯管在壳体外将两根径向热管串联起来。两端的端孔板的端孔一一对应，整体型翅片管式径向热管插入孔内安装固定。

优选地，在端孔处，所述径向热管与所述端孔板通过安装焊接块连接。

优选地，多根径向热管在竖直方向上平行排布连接成片状管束，多片片状管束在水平方向上平行排布形成整体换热管束。

优选地，还包括进口集箱和出口集箱，所述进口集箱与各个串联的径向热管管片的入口连通，所述出口集箱与各个串联的径向热管管片的出口连通。

本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型采用整体型翅片管式径向热管作为核心换热元件，与其他型式的换热器相比，径向热管换热器主要具有以下特点：(1)传热性能好，传热效率高；(2)径向热管具有很高的等温性能，不凝性气体对其影响极小，传热性能好；(3)能够有效地控制外管的温度，避免或降低受到烟气中酸露点腐蚀风险，使热管尽可能避开最大腐蚀区域，使用寿命长；(4)即使外管有破损，内管仍可以继续工作，仅传热效率有所降低，大大提高系统运行的可靠性，对有腐蚀气体更为重要，一旦发生腐蚀泄漏，冷、热介质也不会串流。

作为本实用新型的核心技术和创新点，本实用新型径向热管的外管采用整体型翅片管，其具有独特的技术优势：

(1)更高的传热效率。所述外管采用整体型翅片管，由基管轧制而成的梯型翅片，更有利于热量的传导，且热传导热阻为“0”，因此具有更高的传热效率，设备结构更紧凑。

(2)更强的耐磨和承压能力。经过加工后的整体型翅片管比原母管表面硬度及机械强度更高，其耐磨性能及承压能力比原母管大幅提高。

(3)更优秀的抗积灰性能。整体型翅片管的翅片根部圆角过渡，气流在齿槽形成的涡旋，以及翅片根部的轴向风速共同作用，起到了自清灰的作用。

(4)更好的防腐特性。整体型翅片管的翅片滚压成型，翅片管表面平整光滑，晶体铁素体+珠光体，组织致密，翅片与基管(管体)圆角过渡，金属纹理连续，防腐性能提升。

(5)更长的使用寿命。同等使用条件下，整体型翅片管换热器的使用寿命，比光管、焊接型螺旋翅片管和H型翅片管换热器有大幅提高。

综上，本实用新型具有高效传热、耐磨防腐、运行可靠的技术特性，特别适合锅炉机组含灰、腐蚀烟气低温余热利用工况环境，能够实现锅炉机组长寿命稳定高效运行。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型整体型翅片管式径向热管示意图一；

图3为图2的侧向剖面示意图；

图4为本实用新型整体型翅片管式径向偏心热管的示意图二；

图5为图4的侧向剖面示意图；

图6为本实用新型整体翅片管示意图；

图7为图6中的A部放大示意图。

图中：1、烟气出口；2、壳体；3、整体型翅片管式径向热管；31、内管；32、端盖；33、安装焊接块；34、外管(整体型翅片管)；35、真空腔；36、工质；4、弯管；5、端孔板；6、烟气进口；7、水出口集箱；8、水进口集箱；9、冷流体；10、热流体。

具体实施方式

参见图1，本实用新型提供的整体型翅片管式径向热管省煤器，包括烟气进口6、壳体2、整体型翅片管式径向热管3、弯管4、端孔板5和烟气出口1。壳体2设在烟气进口6和烟气出口1之间，烟气进口6和烟气出口1可以水平相对，或竖直相对。烟气进口6和烟气出口1呈现大小头形状，小头与烟道连接，大头与省煤器壳体2连接。

壳体2为设备的主体部分，壳体2的两侧设有端孔板5，端孔板5的竖直面上布有端孔。优选的，端孔的分布根据采用的整体型翅片管式径向热管3通过热力计算结果进行设置。壳体2两侧的端孔板5对向设置，端孔一一对应，在端孔中穿设有整体型翅片管式径向热管3。图1中共设置多根整体型翅片管式径向热管3，通过弯管4串联蛇形排列在壳体2内，多根热管由弯管4在竖直方向上连接成片状管束，热管之间在竖直方向上平行排布，可以设置多片片状管束，多片片状管束在水平方向形成整体换热管束。

如图1所示，整体型翅片管式径向热管3水平设置，其两端穿出壳体外，从端孔板5的端孔穿出，弯管4位于壳体外部。结合图2、4，在端孔处，利用安装焊接块33固定连接整体型翅片管式径向热管3与端孔板5的端孔，以方便热管上焊缝布置在烟道外侧，热管上的工质排气口也布置在烟道外侧，使热管偏弱环节得到妥善保护。

参见图1，本实用新型还包括水进口集箱8和水出口集箱7，水进口集箱8与管束的入口连通，水出口集箱7与管束的出口连通。冷流体(如汽机凝结水)首先进入水进口集箱8，之后再均匀流入整体型翅片管式径向热管3。同样的，冷流体通过省煤器内的热管管束与烟气换热升温后，流入水出口集箱7后，再由集箱7出口流出。设置水进口集箱8和水出口集箱7能够保证整体型翅片管式径向热管3内的冷流体流动均匀。

参见图2-5，整体型翅片管式径向热管3包括内管31、端盖32、外管(整体型翅片管)34，内管31位于外管34内，内管31与外管34之间形成真空腔35，真空腔35被端盖32封闭。内管31供冷流体9流动，真空腔35充入工质36，形成一定的真空度。真空腔35抽成真空，以提高腔体内工质相变的启动性能。热管运行时，真空腔35内部的压力是由液体工质36蒸发后的蒸汽压力决定的。热流体10加热热管表面，工质36蒸发，当蒸汽在内管31外壁上冷凝的时候，蒸汽放出汽化潜热，从而将热传导给冷流9，如此循环往复。

如图6所示，外管34采用整体型翅片管，由母管整体轧制而成，基管上轧制形成翅片。加工过程使表面机械强度和材质硬度大幅度提高，翅片管具有更强的承压能力和更高的耐磨性能，使用寿命显著提高，翅片管表面平整光滑，晶格铁素体+珠光体，组织致密，翅片与基管圆角过渡，金属纹理连续，因此翅片管防腐性能得到有效提升。由于增加了翅片，达到了强化换热的效果。如图6、7所示，该翅片断面为梯形，翅片与管体的连接部较宽，远离管体的端部较窄，连接部尺寸a大于端部尺寸b，更有利于热量的传导，并且翅片与基管之间无接触热阻(即为“0”热阻)，因此具有更高的传热效率，从根本上杜绝了翅片焊接质量不良造成的热阻问题，其具有比光管、焊接型翅片管、H型翅片管更高的传热效率、更高的耐磨性能、更好的抗积灰性能和耐腐蚀型。另外，整体型翅片管具有优异的抗积灰、防磨、防腐、长寿命等特点，使得本实用新型所述整体型翅片管式径向热管省煤器在锅炉机组含灰、腐蚀烟气低温余热利用工况环境下，能够实现机组长寿命可靠运行。整体型翅片管的翅片间距及结构尺寸根据工况及传热计算确定。

如图2、3所示，内管31与外管34同心设置，即内管31的轴心与外管34的轴心相同。也可以采用偏心结构，如图4、5所示，整体型翅片管式径向热管3采用偏心径向热管结构，内管31和外管34的截面形状不同心，在此结构中，内管31不位于外管34的中心，而是偏上位置，内管31的轴心位于外管34的轴心的上方。对比图3和图5，图5中的内管31在一定程度上偏心，使得此时的内管31比内管31与外管34同心时的浸没面积更小，即内管31外表面露出的部分相对较多，可以起到增大相变传热效率的作用，内管31与液态的工质36接触面积减少，在发生冷凝时，内管31的外壁进行相变换热的面积变大，大大提高了传热效率。

本实用新型提供的整体型翅片管式径向热管省煤器，冷流体(如汽机凝结水)经水进口集箱8进入热管的内管31；烟气由烟气进口6进入省煤器，当烟气即热流体10横掠经过外管(整体型翅片管)34时，真空腔35中的工质36受热汽化，在内管31外壁遇冷凝结释放出潜热，热量被内管31中的冷介质带走，冷凝液在重力作用下又回到真空腔底部液池吸热再次蒸发。这样工质36在中真空腔35不断地进行着蒸发-冷凝-蒸发的过程，实现了冷热液体的热交换。冷流体9通过省煤器内的热管管束与烟气换热升温后，经水出口集箱7流出。烟气经换热降温后通过烟气出口1排出。烟气的热量通过径向热管间接加热凝结水，烟气与凝结水完全隔开。

需要说明的是，本实用新型所提供的整体型翅片管式径向热管省煤器，指采用整体型翅片管式径向热管3这一核心换热元件，设在锅炉尾部通过冷流体来降低排烟温度的设备。在实际工程应用中，采用本实用新型技术及结构的换热设备均应划入被保护的范围。另外，整体型翅片管也不仅仅限于采用轧制工艺加工成型，对于采用其他加工工艺制成的整体型翅片管制作的径向热管以及采用该整体型翅片管式径向热管制成的省煤器也应划入被保护的范围内。

Claims (10)

1.一种整体型翅片管式径向热管，包括外管和位于所述外管内的内管，所述内管、外管之间形成空腔，该空腔的两端被端盖封闭，其特征在于：所述外管为整体型翅片管，所述整体型翅片管由母管整体加工成型。

2.如权利要求1所述的整体型翅片管式径向热管，其特征在于：所述整体型翅片管的翅片的断面为梯形。

3.如权利要求1所述的整体型翅片管式径向热管，其特征在于：所述整体型翅片管的翅片根部与管体之间圆角过渡。

4.如权利要求1、2或3所述的整体型翅片管式径向热管，其特征在于：所述外管与内管同心，或者，所述径向热管为偏心结构，即，所述内管与外管不同心，内管轴心位于外管轴心的上方。

5.一种整体型翅片管式径向热管省煤器，包括壳体，所述壳体设置有进口和出口，所述壳体内设置有径向热管，其特征在于：所述径向热管为权利要求1-4任一权利要求所述的整体型翅片管式径向热管，所述径向热管的空腔内盛有工质。

6.如权利要求5所述的整体型翅片管式径向热管省煤器，其特征在于：设置有多根径向热管，多根径向热管通过弯管串联，蛇形排列在所述壳体内。

7.如权利要求6所述的整体型翅片管式径向热管省煤器，其特征在于：所述壳体的两侧设有端孔板，所述径向热管的两端穿出壳体后，从端孔板的端孔穿出，所述弯管在壳体外将两根径向热管串联起来。

8.如权利要求7所述的整体型翅片管式径向热管省煤器，其特征在于：在端孔处，所述径向热管与所述端孔板通过安装焊接块连接。

9.如权利要求6所述的整体型翅片管式径向热管省煤器，其特征在于：多根径向热管在竖直方向上平行排布连接成片状管束，多片片状管束在水平方向上平行排布形成整体换热管束。

10.如权利要求6所述的整体型翅片管式径向热管省煤器，其特征在于：还包括进口集箱和出口集箱，所述进口集箱与各个串联的径向热管管片的入口连通，所述出口集箱与各个串联的径向热管管片的出口连通。

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