一種用于余熱回收的橢圓管h型翅片換熱器的制造方法
【專利摘要】一種用于余熱回收的橢圓管H型翅片換熱器，包括橢圓形換熱管、套裝在換熱管表面的若干組H型翅片、以及在橢圓換熱管周圍H型翅片表面按照橢圓形布置的非均勻三角小翼構(gòu)成的換熱器表面。當含塵煙氣流過H型翅片表面時，小翼對流體產(chǎn)生擾動，強化管壁和下游換熱，同時降低顆粒在管壁的沉積；橢圓管能減小顆粒附著量同時降低壓降。多縱向渦按照非均勻方式布置，在翅片前后緣，小翼尺寸和迎風攻角較大，在H型翅片中部，小翼尺寸和攻角較小，采用該布置能分別對不同流態(tài)下的換熱表面進行強化，有效強化翅片換熱，降低壓降損失并減少煙氣中灰塵顆粒在換熱表面沉積，使得換熱器能在含塵煙氣中長期高效運行。
【專利說明】—種用于余熱回收的橢圓管H型翅片換熱器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種換熱器，特別涉及一種適合于工業(yè)中低溫余熱回收領(lǐng)域的工業(yè)及電站鍋爐的省煤器中的用于余熱回收的橢圓管H型翅片換熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)鍋爐和電站鍋爐的運行過程中會產(chǎn)生大量的中低溫煙氣，煙氣通常被直接排放到環(huán)境空氣中，較高的排煙溫度不僅會造成余熱資源的大量浪費，也會帶來環(huán)境問題。為了降低鍋爐的排煙溫度，提高熱利用效率，目前在鍋爐尾部煙道中通常會布置省煤器以降低煙氣溫度，回收部分熱量。省煤器管內(nèi)工質(zhì)為水，管外為含塵煙氣，由于傳熱過程熱阻集中在空氣側(cè)，通常空氣側(cè)安裝翅片，以增加傳熱，減小空氣側(cè)熱阻。目前工業(yè)上采用的換熱器結(jié)構(gòu)為圓管平直翅片，圓管的迎風面積較大，壓降損失和尾跡區(qū)的積灰嚴重，平直翅片的對流換熱系數(shù)不高；工業(yè)上常用的波紋翅片、開縫翅片等阻力較大，而且很容易積灰結(jié)垢，不適用煙氣環(huán)境；文獻中報道的縱向渦發(fā)生器阻力較小，但單一布置不能滿足大換熱量的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高翅片管換熱器傳熱，減小阻力，降低結(jié)垢，可長時間在含塵煙氣環(huán)境下高效運行的用于余熱回收的橢圓管H型翅片換熱器。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:包括橢圓形換熱管以及套裝在換熱管上的若干組H型翅片，在H型翅片上換熱管周圍對稱布置有兩組三角形小翼，每組三角形小翼由五個三角形小翼組成，H型翅片前后兩端的兩個三角形小翼的攻角為30度，從H型翅片前后兩端向H型翅片中部，三角形小翼的攻角依次遞減5度，中間三角形小翼的攻角為20度，從H型翅片前后兩端向H型翅片中部，三角形小翼的高度由8mm到6mm呈梯度依次遞減，自來流方向各組三角形小翼與H型翅片形成的接觸面的中心與換熱管管壁的距離為6mm，接觸面的中心相對換熱管的夾角分別為20度、50度、90度、130度、160度。
[0005]所述的橢圓管的長軸沿著主流方向布置，長短軸之比為1.88。
[0006]所述的H型翅片為矩形翅片，矩形翅片長寬比為1.42。
[0007]所述的三角形小翼為直角結(jié)構(gòu)，其弦高比為2。
[0008]所述的三角形小翼的尖點均位于來流的上游。
[0009]本發(fā)明利用三角形小翼“誘導產(chǎn)生二次流，增加流體擾動，減小傳熱熱阻，減小尾跡區(qū)”的強化換熱原理；利用橢圓管流線外形，“抑制流動分離，減小管后回流，降低形狀阻力”的減阻原理；結(jié)合橢圓管和小翼布置，“增加管前渦流附著區(qū)域的擾動，將高速流體引入管后，降低流速較低區(qū)域在管壁的分布”的減少顆粒物沉積的方法，從而提高了翅片管換熱器傳熱，減小阻力，降低結(jié)垢，可長時間在含塵煙氣環(huán)境下高效運行。數(shù)值模擬結(jié)果顯示，在5m/s的流速下,采用的橢圓壓降為等周長圓管的約20%,而換熱系數(shù)約為60% ;布置三角小翼，相比平直翅片換熱系數(shù)將大幅提高；本發(fā)明相比圓管平直翅片，灰塵顆粒物沉積率下降超過50%，可以在保證換熱，降低壓降的同時使得換熱器表現(xiàn)積灰狀況大幅改善。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對本文發(fā)明作進一步詳細說明。
[0012]參見圖1，本發(fā)明包括橢圓換熱管I以及套裝在換熱管I上的若干組H型基片2，橢圓換熱管I的長軸5沿著主流方向布置，長短軸之比為1.88 ;H型翅片2為矩形翅片，矩形翅片長寬比為1.42 ;在!1型翅片2上換熱管I周圍對稱沖出或焊接有兩組三角形小翼3，各三角形小翼3為直角結(jié)構(gòu)，其弦高比為2，每組三角形小翼由五個三角形小翼組成，H型翅片2前后兩端兩個三角形小翼的攻角為30度，從H型翅片前后兩端向H型翅片中部，三角形小翼的攻角依次遞減5度，中間三角形小翼的攻角為20度，從H型翅片前后兩端向H型翅片中部，三角形小翼高度由8mm到6mm呈梯度依次遞減，自來流方向各個三角形小翼3與H型翅片2形成的接觸面4的中心與換熱管管壁的距離為6_，接觸面4的中心相對換熱管I的夾角α分別為20度、50度、90度、130度、160度，各三角形小翼的尖點6均位于來流的上游，每個三角形小翼產(chǎn)生主流漩渦對換熱管I和H型翅片2表面的換熱起到強化作用，同時增強換熱管I前后兩端的擾流，減小灰塵顆粒物在換熱管I壁面的沉積。
[0013]一方面各組三角形小翼3呈橢圓形分布，各個三角形小翼在主流方向相互錯開，從而產(chǎn)生二次流不相互干擾，另一方面在H型翅片兩端的流速相對較低的區(qū)域，采用較大的攻角和尺寸，增強擾動效果更強烈，而引起的壓降損失較小，在H型翅片中部，流速較高的區(qū)域，通常可能為湍流狀態(tài) ，熱阻集中在粘性底層，此處采用較小的攻角和三角形小翼尺寸，在有效減薄邊界層，強化換熱的同時，三角形小翼本身引起的壓降損失也被盡可能的降低，布置在管后的三角形小翼還能將高速流體引入尾跡區(qū)，強化管后換熱，布置在橢圓管兩端的三角形小翼都有強化低速區(qū)擾流的作用，從而減少這兩個主要顆粒沉積區(qū)域的積灰，另外橢圓管的流線外形也有利于降低積灰。
[0014]目前使用的省煤器為平直矩形或H型圓管換熱器，換熱器壓降損失較大，并且容易積灰，換熱器長時間在積灰工況下運行，系統(tǒng)效率低，本發(fā)明采用橢圓管H型翅片，H型翅片表面溫度分布更均勻，有利于提高翅片效率，管子加工可以按照傳統(tǒng)的加工程序，經(jīng)過套片，焊接等工藝完成換熱器的制作，本發(fā)明的三角小翼強化元件可以根據(jù)基片材料不同，選擇直接在材料表面沖制作，也可以采用另外的材料焊接上，具有一定靈活性。
[0015]目前的縱向渦強化技術(shù)應(yīng)用場合特點是:空氣側(cè)流體速度低、流體潔凈。換熱器特點為:翅片整體連續(xù)、換熱管為圓管、渦發(fā)生器為單個或多個幾何相同的小翼，僅利用小翼的換熱強化作用。本發(fā)明是一種結(jié)合了非均勻小翼、橢圓管、H型翅片，能夠?qū)崿F(xiàn)強化傳熱、降低流阻、減輕積灰的復合強化技術(shù)，適用在換熱器空氣側(cè)流速較高、含有煙塵的環(huán)境中。本發(fā)明結(jié)合了組合強化傳熱和降低積灰的技術(shù)，相比以往翅片為平直或波紋等整體連續(xù)性翅片，換熱管為圓管的設(shè)計，本發(fā)明將縱向渦小翼布置在相互獨立的H型翅片表面，結(jié)合橢圓管和小翼布置方向的設(shè)計，能夠大幅降低流動阻力；與以往的縱向渦設(shè)計單純強化換熱不同，本發(fā)明小翼布置的突出優(yōu)勢是能有效減少換熱器表面的積灰，使得換熱設(shè)備能長期高效運行。另外，本發(fā)明的采用了非均勻的小翼幾何設(shè)計，針對翅片不同位置，小翼攻角和尺寸不同，能夠在強化傳熱的同時有效降低流動阻力，在流速較大的煙氣換熱器中效果尤為顯著。
【權(quán)利要求】
1.一種用于余熱回收的橢圓管H型翅片換熱器，包括橢圓形換熱管(I)以及套裝在換熱管(I)上的若干組H型翅片(2)，在H型翅片(2)上換熱管周圍對稱布置有兩組三角形小翼(3)，其特征在于:每組三角形小翼(3)由五個三角形小翼組成，H型翅片(2)前后兩端的兩個三角形小翼的攻角為30度，從H型翅片(2)前后兩端向H型翅片(2)中部，三角形小翼的攻角依次遞減5度，中間三角形小翼的攻角為20度，從H型翅片(2)前后兩端向H型翅片(2)中部，三角形小翼的高度由8mm到6mm呈梯度依次遞減，自來流方向各組三角形小翼(3)與H型翅片(2)形成的接觸面(4)的中心與換熱管管壁的距離為6mm，接觸面(4)的中心相對換熱管(I)的夾角分別為20度、50度、90度、130度、160度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于余熱回收的橢圓管H型翅片換熱器，其特征在于:所述的橢圓管(I)的長軸(5)沿著主流方向布置，長短軸之比為1.88。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于余熱回收的橢圓管H型翅片換熱器，其特征在于:所述的H型翅片(2)為矩形翅片，矩形翅片長寬比為1.42。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于余熱回收的橢圓管H型翅片換熱器，其特征在于:所述的三角形小翼為直角結(jié)構(gòu)，其弦高比為2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于余熱回收的橢圓管H型翅片換熱器，其特征在于:所述的三角形小翼(3)的尖點(6)均位于來流的上游。
【文檔編號】F28F1/30GK103438746SQ201310354388
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月14日
【發(fā)明者】何雅玲, 韓輝, 李明佳, 楊衛(wèi)衛(wèi), 王煜 申請人:西安交通大學