專利名稱：一種余熱回收用不銹鋼翅片管換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管換熱器，特別是涉及余熱回收用不銹鋼翅片管換熱器，用于工
業(yè)排放煙氣中余熱回收，特別適用于含氯、硫等腐蝕性物質(zhì)的煙氣余熱回收。
背景技術(shù)：
工業(yè)鍋爐是我國(guó)主要的熱能動(dòng)力設(shè)備，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，能源消耗日益增 加，能耗高、污染高的主要原因之一就是鍋爐的煙氣排放， 一般的鍋爐排煙溫度在20(TC左 右，有的甚至高達(dá)300°C 。如此高的排煙溫度既浪費(fèi)了大量能源，又造成嚴(yán)重的環(huán)境熱污染。
燃煤、燃油鍋爐排放煙氣中含有S02、 S03、 N0x、 HC1、 HF等腐蝕性酸性氣體，H20、 02 等腐蝕介質(zhì)成分，煙氣溫度范圍約為150 30(TC，能適應(yīng)煙氣溫度較大的變化。燃煤鍋爐 排放原煙氣呈干態(tài)， 一般情況對(duì)設(shè)備不會(huì)造成腐蝕，但是在煙氣凈化過程中，煙氣溫度被降 低到露點(diǎn)以下，設(shè)備表面會(huì)出現(xiàn)結(jié)露，形成稀硫酸、亞硫酸、鹽酸、氫氟酸等酸性溶液霧滴或 液膜，由此引發(fā)腐蝕。為增強(qiáng)不銹鋼換熱器耐腐蝕，特別是在含C1—的環(huán)境中抗應(yīng)力腐蝕開 裂的能力，對(duì)不銹鋼翅片和傳熱管外表面進(jìn)行表面改性處理，采用適應(yīng)高溫環(huán)境下氧化腐 蝕及其它介質(zhì)腐蝕的涂料(100-150(TC之間)，如有機(jī)硅系列或無機(jī)硅系列耐高溫涂料對(duì) 不銹鋼翅片和傳熱管外表面進(jìn)行噴涂，形成致密保護(hù)膜，有效地提高露點(diǎn)腐蝕的能力。
現(xiàn)有的煙氣余熱回收翅片管換熱器，主要采用碳鋼、不銹鋼管、銅管等傳熱管，外 面的翅片一般采用碳鋼翅片、銅翅片或鋁翅片。由于煙氣中酸性氣體的腐蝕作用，導(dǎo)致傳熱 管和翅片均被腐蝕，再加上煙氣流動(dòng)時(shí)對(duì)傳熱管引起的振動(dòng)，使翅片與傳熱管松動(dòng)，傳熱效 果迅速下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，大大縮短了余熱回收換熱器的使用壽命。由于許多場(chǎng) 合存在嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，采用的對(duì)策一是表面防腐，另一方面就是選用耐蝕新材料。
銅的導(dǎo)熱系數(shù)約為300 370W/(m K)，鋼的約為50W/(m K)，銅是熱的良導(dǎo)體， 且銅具有良好的韌性和可擴(kuò)展性，傳統(tǒng)的傳熱管采用銅管，外面的翅片一般采用銅翅片或 鋁翅片，便于脹接，使銅管與翅片成為一個(gè)整體，具有低的流體阻力、良好的傳熱效果。但銅 管容易被酸腐蝕、失效。碳鋼具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、成本低的優(yōu)勢(shì)，在一般工況下選用碳鋼為傳 熱管，再進(jìn)行防腐表面處理，是散熱器、加熱器等換熱設(shè)備的首選材料。但碳鋼脆性強(qiáng)， 一般 碳鋼翅片管是將碳鋼管整體加工成翅片管，一般用于壓力高、無腐蝕性的場(chǎng)所。近年來不 銹鋼薄板的加工技術(shù)有了很大的進(jìn)步，特別是市場(chǎng)上已經(jīng)有0. Olmm的不銹鋼薄板產(chǎn)品，且 價(jià)格趨于合理，為不銹鋼廣泛應(yīng)用提供了市場(chǎng)條件。而有縫不銹鋼管的承壓能力已經(jīng)達(dá)到 1.5Mpa，脹管技術(shù)中的橡膠脹管、液壓脹管的承壓和工藝技術(shù)足以滿足不銹鋼管與翅片間 的緊密聯(lián)接，解決了不銹鋼薄翅片與不銹鋼管脹接問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種耐腐蝕性能優(yōu)良、傳熱效率高、便于規(guī)模化生產(chǎn)的余
熱回收用不銹鋼翅片管換熱器。 本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
3
—種余熱回收用不銹鋼翅片管換熱器，包括工質(zhì)入口管箱、管板、煙氣出口管箱、 整體式翅片、工質(zhì)出口管箱和煙氣入口管箱；整體式翅片管換殼體左右端分別設(shè)有工質(zhì)入 口管箱和工質(zhì)出口管箱，上、下端分別設(shè)有煙氣出口管箱和煙氣入口管箱；多根內(nèi)螺紋不銹 鋼傳熱管與通過聯(lián)接圓孔脹接在該傳熱管上的整體式翅片形成換熱器芯體；換熱器芯體的 多根內(nèi)螺紋不銹鋼傳熱管兩端通過聯(lián)接圓孔連接管板和工質(zhì)出口管箱的管板；所述整體式 翅片設(shè)有均勻分布該整體式翅片的擾流槽和聯(lián)接圓孔或連接橢圓孔；所述整體式翅片、傳 熱管、換熱器殼體、入口管箱、管板、煙氣出口管箱、工質(zhì)出口管箱和煙氣入口管箱均采用奧 氏體不銹鋼制備。 所述擾流槽為長(zhǎng)方形，均勻分布在整體式翅片板上，擾流槽的長(zhǎng)與寬的比值為 1. 5 3，高度2 3mm ;所述聯(lián)接圓孔叉排列或順排在翅片板上，聯(lián)接圓孔在翅片板1上設(shè) 有3 9排，用于與傳熱管脹接。所述擾流槽為波紋型，該波紋型擾流槽4突出整體式翅片l平面的高度4 10mm。 所述整體式翅片上設(shè)有長(zhǎng)方形擾流槽和聯(lián)接橢圓型孔，長(zhǎng)方形擾流槽均勻分布在
翅片板上，擾流槽的長(zhǎng)與寬的比值為1. 5 3高度4 10mm。 所述奧氏體不銹鋼優(yōu)選為奧氏體不銹鋼304或316L型。 所述奧氏體不銹鋼優(yōu)選為奧氏體_鐵素體雙相不銹鋼SAF2205。 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的換熱器具有如下優(yōu)點(diǎn) (1)本發(fā)明的換熱器翅片、傳熱管、換熱器殼體等均采用奧氏體或雙相不銹鋼材 料，具有良好的防腐蝕能力、設(shè)計(jì)壓力、機(jī)械及熱疲勞耐受性。
(2)整體式翅片表面帶有長(zhǎng)方形或波紋型結(jié)構(gòu)的擾流凸?fàn)钗铮黧w沿流動(dòng)方向在
突出處速度降低、靜壓增大；在凹下處速度增加、靜壓減小，使流速和壓力周期性的變化，可
以增強(qiáng)煙氣流動(dòng)的紊流程度，同時(shí)破壞煙氣流動(dòng)時(shí)的邊界層，強(qiáng)化傳熱效果。
(3)傳熱管采用內(nèi)凹槽或螺旋槽管，增加了傳熱管的傳熱面積，比同管經(jīng)的光滑管
增加10%左右的傳熱面積，同時(shí)有利于傳熱管中工質(zhì)流體流動(dòng)狀態(tài)的改變，特別是工質(zhì)被
加熱至沸點(diǎn)，形成汽液兩相流狀態(tài)時(shí)，凹凸不平的表面強(qiáng)化了汽液界面的接觸，較好地促進(jìn)
熱交換。 (4)傳熱管采用圓形、橢圓型結(jié)構(gòu)的內(nèi)凹管或螺旋槽管。圓形傳熱管加工成型成 熟，便于標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)化，降低生產(chǎn)成本。橢圓型傳熱的加工成型相對(duì)復(fù)雜，成本略高，但橢 圓型傳熱管有較好的流體力學(xué)與強(qiáng)化傳熱效果，與圓管相比，在相同的條件下，橢圓管的傳 熱周長(zhǎng)比圓管大，因此管內(nèi)的熱阻小，有利于管內(nèi)介質(zhì)的傳熱，橢圓管的傳熱面積比同樣截 面的圓管大15%。另外橢圓管呈流線型，在橫掠氣流中，流體分離點(diǎn)后移，從而減少了管后 的漩渦區(qū)，另外橢圓管前半部的邊界層比圓管薄。


圖1為余熱回收用不銹鋼翅片管換熱器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的整體式翅片結(jié)構(gòu)示意圖，擾流槽為長(zhǎng)方形。
圖3為整體式翅片結(jié)構(gòu)示意圖，擾流槽為波紋型。
圖4為圖1的整體式翅片結(jié)構(gòu)示意圖，聯(lián)接孔為橢圓型孔。
圖5為帶有凹凸槽不銹鋼傳熱管結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方案 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述。 如圖1所示，余熱回收用不銹鋼翅片管換熱器包括工質(zhì)入口管箱6、管板7、煙氣出 口管箱8、整體式翅片1、工質(zhì)出口管箱10和煙氣入口管箱11。換熱器殼體左右端分別設(shè)有 工質(zhì)入口管箱6和工質(zhì)出口管箱IO，換熱器殼體的上下端分別設(shè)有煙氣出口管箱8和煙氣 入口管箱ll，為高溫?zé)煔膺M(jìn)出口 ；多根內(nèi)螺紋不銹鋼傳熱管與通過聯(lián)接圓孔2脹接在該傳 熱管上的整體式翅片1形成換熱器芯體；換熱器芯體的多根內(nèi)螺紋不銹鋼傳熱管兩端通過 聯(lián)接圓孔2連接管板7和工質(zhì)出口管箱10的管板9 ;制備時(shí)，將帶有整體型翅片的換熱器 芯體與工質(zhì)入口管箱6中的管板7、工質(zhì)出口管箱10的管板9進(jìn)行脹接；然后將煙氣入口 管箱11、煙氣出口箱8管板7焊接形成余熱回收用不銹鋼翅片管換熱器。整體式翅片1、傳 熱管、換熱器殼體、入口管箱6、管板7、煙氣出口管箱8、工質(zhì)出口管箱10和煙氣入口管箱 11等均采用氏體不銹鋼304或316L，或者是材料采用奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼2205，這 些材料具有良好的防腐蝕能力，同時(shí)具有良好的抗壓力、機(jī)械及熱疲勞耐受性。尤其適合燃 煤、燃油鍋爐排放煙氣的余熱利用，這些煙氣含有S02、S03、N0x、HCl、HF等腐蝕性酸性氣體， 選擇奧氏體不銹鋼304或316L，如果煙氣中含有上述腐蝕性氣體外，還含有C1—等腐蝕介質(zhì) 成分，則采用奧氏體_鐵素體雙相不銹鋼SAF2205。 本發(fā)明的整體型翅片1可選擇如下圖2 圖4三種的整體式翅片的一種。如圖2 所示，整體式翅片1上設(shè)有長(zhǎng)方形擾流槽3和聯(lián)接圓孔2，交長(zhǎng)方形擾流槽3均勻分布在翅 片板1上，擾流槽3的長(zhǎng)與寬的比例1. 5 3倍之間，高度為2 3mm ;聯(lián)接圓孔2叉排列 或順排在翅片板1上，聯(lián)接圓孔2在翅片板1上設(shè)有3 9排(圖2為三排)，用于與傳熱
管脹接。 如圖3所示，整體式翅片1上設(shè)有波紋型擾流槽4和聯(lián)接圓孔2，波紋型擾流槽4 突出整體式翅片1平面的高度4 10mm。聯(lián)接圓孔2均勻排在翅片板1上，聯(lián)接圓孔2翅 片板1上設(shè)有3 9排，用于與傳熱管脹接。預(yù)留與傳熱管連接的正三角形排列的圓形管 □。 如圖4為所示，整體式翅片包括翅片板1、長(zhǎng)方形擾流槽3和聯(lián)接橢圓型孔5，長(zhǎng)方 形擾流槽3均勻分布在翅片板1上，擾流槽3的長(zhǎng)與寬的比例1. 5 3倍之間，高度4 10mm。 制備時(shí)，圖2、圖3和圖4所示的整體式翅片中，長(zhǎng)方形翅片的長(zhǎng)與寬的比例為 1. 5 3倍之間，整體波紋型擾流槽4突出整體式翅片1平面的高度4 10mm，按照該結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)翅片模具，在此基礎(chǔ)上用模具沖壓成型的方式生產(chǎn)。 如圖5所示，不銹鋼傳熱管采用奧氏體不銹鋼304或316L薄板軋制凹槽或螺旋 槽，在園管或橢圓管成型機(jī)上成型后，再高頻焊接，生產(chǎn)出來的不銹鋼傳熱管需要進(jìn)行耐壓 測(cè)試，耐壓能力大于1. OMpa，管子橢圓度不得超出±0. 2mm，管子全長(zhǎng)偏差不得超過士5mm。 橢圓管的長(zhǎng)短軸之比例1. 5 2. 5倍。在將上述整體式翅片1嵌套在不銹鋼傳熱管外面， 翅片間距2. lmm-3. 5mm，采用液壓脹管的方式將整體式翅片與傳熱管進(jìn)行脹接，不銹鋼傳熱 管的脹度控制在2. 3%以內(nèi)。不銹鋼傳熱管與前端管板7、后端管板采用TIG焊接的方式進(jìn) 行焊接，管排數(shù)為3 9排(圖2中整體型翅片的傳熱管為3排)，每排管的距離為管經(jīng)的1. 5 2. 5倍。如果余熱回收煙氣中的腐蝕性成分含量高，將上述不銹鋼翅片和傳熱管外表 面進(jìn)行表面改性處理，耐高溫涂料對(duì)不銹鋼翅片和傳熱管外表面進(jìn)行噴涂，形成致密保護(hù) 膜，有效地提高露點(diǎn)腐蝕的能力。 根據(jù)熱負(fù)荷大小確定需要的不銹鋼翅片傳熱管數(shù)量，制作不銹鋼翅片管換熱器。 不銹鋼橢圓管橫放(長(zhǎng)軸順著氣流方向，煙氣流動(dòng)雷諾數(shù)范圍為Re = 2000-15000)和豎放 (長(zhǎng)軸垂直氣流方向，煙氣流動(dòng)雷諾數(shù)范圍Re = 3000-15000)。 余熱回收用不銹鋼翅片管換熱器的工作過程將經(jīng)過除塵處理的煙氣引入到圖4 煙氣入口 ll，通過與整體式翅片及傳熱管的接觸，進(jìn)行熱交換，加熱了從工質(zhì)入口 6、管板7 進(jìn)入傳熱管中的工質(zhì)，獲得了熱能，將煙氣中的余熱回收利用。獲得了煙氣余熱的工質(zhì)從工 質(zhì)出口管板9、出口管箱10流出，進(jìn)入需要利用熱能的地方。該換熱器的優(yōu)點(diǎn)是采用耐腐 蝕材料如不銹鋼，傳熱管外采用整體型翅片，本發(fā)明為整體型長(zhǎng)方形翅片與波紋型翅片，改 變了流體的流動(dòng)狀態(tài)，破壞了流體的邊界層，增強(qiáng)了流體的湍流度，強(qiáng)化了流體與管壁的熱 交換，具有擾動(dòng)能力強(qiáng)、傳熱效果好、阻力低、良好的抗震效果，傳熱管為內(nèi)螺紋圓形管與橢 圓型管，內(nèi)螺紋傳熱管加工成型成熟，便于標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)化，橢圓型傳熱的加工成型相對(duì)復(fù) 雜，成本略高，但橢圓型傳熱管有較好的流體力學(xué)與強(qiáng)化傳熱效果，與圓管相比，在相同的 條件下，橢圓管的傳熱周長(zhǎng)比圓管大，因此管內(nèi)的熱阻小，有利于管內(nèi)介質(zhì)的傳熱，橢圓管 的傳熱面積比同樣截面的圓管大15%。傳熱管的排列形式為正三角形排列，具有低阻高效， 不易積垢，使用壽命長(zhǎng)的效果。 本發(fā)明根據(jù)翅片管換熱器的流體力學(xué)和傳熱學(xué)的特性，在不銹鋼等材料的基礎(chǔ) 上，傳熱管外翅片采用長(zhǎng)方形、波紋型的翅片結(jié)構(gòu)，傳熱管內(nèi)采用園管(橢圓管)帶有內(nèi)螺 紋或凹凸槽結(jié)構(gòu)，目的是破壞流體的邊界層、增強(qiáng)流體的湍流度、降低流阻，強(qiáng)化傳熱，達(dá)到 結(jié)構(gòu)緊湊、低阻高效、使用壽命長(zhǎng)的熱回收效果。 本發(fā)明的整體翅片上開有長(zhǎng)方形、波紋型的擾流孔，它可以使橫掠氣流擾動(dòng)，從而 減薄管壁及翅片上的邊界層，強(qiáng)化管外側(cè)的換熱。同樣材料的翅片，矩形翅片比圓形翅片效 率高8%。
權(quán)利要求
一種余熱回收用不銹鋼翅片管換熱器，包括工質(zhì)入口管箱、管板、煙氣出口管箱、整體式翅片、工質(zhì)出口管箱和煙氣入口管箱；整體式翅片管換殼體左右端分別設(shè)有工質(zhì)入口管箱和工質(zhì)出口管箱，上、下端分別設(shè)有煙氣出口管箱和煙氣入口管箱；其特征在于多根內(nèi)螺紋不銹鋼傳熱管與通過聯(lián)接圓孔脹接在該傳熱管上的整體式翅片形成換熱器芯體；換熱器芯體的多根內(nèi)螺紋不銹鋼傳熱管兩端通過聯(lián)接圓孔連接管板和工質(zhì)出口管箱的管板；所述整體式翅片設(shè)有均勻分布該整體式翅片的擾流槽和聯(lián)接圓孔或連接橢圓孔；所述整體式翅片、傳熱管、換熱器殼體、入口管箱、管板、煙氣出口管箱、工質(zhì)出口管箱和煙氣入口管箱均采用奧氏體不銹鋼制備。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的余熱回收用不銹鋼翅片管換熱器，其特征在于所述擾流槽為長(zhǎng)方形，均勻分布在整體式翅片板上，擾流槽的長(zhǎng)與寬的比值為1. 5 3，高度2 3mm ;所述聯(lián)接圓孔叉排列或順排在翅片板上，聯(lián)接圓孔在翅片板1上設(shè)有3 9排，用于與傳熱管脹接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的余熱回收用不銹鋼翅片管換熱器，其特征在于所述擾流槽為波紋型，該波紋型擾流槽4突出整體式翅片1平面的高度4 10mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的余熱回收用不銹鋼翅片管換熱器，其特征在于所述整體式翅片上設(shè)有長(zhǎng)方形擾流槽和聯(lián)接橢圓型孔，長(zhǎng)方形擾流槽均勻分布在翅片板上，擾流槽的長(zhǎng)與寬的比值為1. 5 3高度4 10mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的余熱回收用不銹鋼翅片管換熱器，其特征在于所述奧氏體不銹鋼為奧氏體不銹鋼304或316L型。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的余熱回收用不銹鋼翅片管換熱器，其特征在于所述奧氏體不銹鋼為奧氏體_鐵素體雙相不銹鋼SAF2205。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種余熱回收用不銹鋼翅片管換熱器，包括工質(zhì)入口管箱、管板、煙氣出口管箱、整體式翅片、工質(zhì)出口管箱和煙氣入口管箱；多根內(nèi)螺紋不銹鋼傳熱管與通過聯(lián)接圓孔脹接在該傳熱管上的整體式翅片形成換熱器芯體；換熱器芯體的多根內(nèi)螺紋不銹鋼傳熱管兩端通過聯(lián)接圓孔連接管板和工質(zhì)出口管箱的管板；所述整體式翅片設(shè)有均勻分布該整體式翅片的擾流槽和聯(lián)接圓孔或連接橢圓孔；所述整體式翅片、傳熱管、換熱器殼體、入口管箱、管板、煙氣出口管箱、工質(zhì)出口管箱和煙氣入口管箱均采用奧氏體不銹鋼制備。該余熱回收用不銹鋼翅片管換熱器具有耐腐蝕性能優(yōu)良、傳熱效率高、便于規(guī)?；a(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F28D1/04GK101726195SQ20091019356
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月31日
發(fā)明者何光文, 李云鵬, 王巧麗, 秦鵬, 簡(jiǎn)棄非, 鄧宏杰 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué);廣州賽唯熱工設(shè)備有限公司