[发明专利]采用旋流片支撑的矩形管束换热器及其强化传热方法

说明书

技术领域

本发明涉及换热器，特别涉及一种采用旋流片支撑的矩形管束换热器。本发明还涉及所述换热器实现强化传热的方法。

背景技术

现有在工业中广泛应用的各类管壳式换热器，如传统的弓形折流板支撑普通光滑管束的管壳式换热器，采用空心环网板及旋流网板支撑缩放管束的强化传热管壳式换热器(中国专利：ZL200420015378.0与ZL200420088741.1)等，也有多种板式换热器，如平板板式换热器与波纹板板式换热器等。

管壳式换热器的优点是机械密封性好，承压能力高，管程与壳程冷热两侧流道之间的密封只有管束两端管子与管板之间的焊接或胀接密封，因此可以应用于许多高温与高压的换热场合，而且管程与壳程的传热管流道面积较大，不易被污垢堵塞，便于清理，流体的流动阻力较低，换热器的操作能耗较少，但缺点是传热管的管壁厚度较大(1～4mm)，在一定换热面积的条件下换热器的金属材料消费较多，板式换热器的优点是单位换热器体积内换热面积较大，换热器紧凑，可以采用薄壁金属板(0.2～0.8mm)作为换热元件，在相同换热面积的条件下金属材料的消费远低于管壳式换热器，但缺点是换热器的机械密封难度大，冷热两侧流道之间的密封长度包括每块换热板面在冷热两侧的四周边，共计8条边界的密封，需要密封的边界太长，固容易产生流体泄漏，不宜用于高温与高压的换热场合，而且板式换热器的板间需要依靠板的凸肋支撑，板间距较小，流体流动阻力较大，容易造成污垢堵塞，换热器的操作能耗较大，换热器流道不容易清理，因此普通的板式换热器不能适用于高温，低密度，巨大体积流量的烟气与烟气之间的换热。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的换热器技术对于管壳式换热器金属材料消费较大，而板式换热器容易泄漏，且操作能耗较高的缺点，提供一种适用于高温，低密度，巨大体积流量烟气与烟气之间换热的采用旋流片支撑的矩形管束换热器。

本发明的目的还在于提供所述换热器实现强化传热的方法。

如图1、图2所示，本发明的采用旋流片支撑的矩形管束换热器，包括筒体5、置于筒体5内且沿筒体轴向的若干个宽度不一且相互平行的矩形管束4、置于矩形管束4两端的管板2、与两端管板2相连的上下封头1、9及换热器管程与壳程的进出接口10、12、3、11，管程的进出接口10、12与上下封头1、9连接，壳程的进出接口3、11与筒体5连接，在矩形管束4的管内沿轴向与横向大致均匀间隔分置旋流片8，旋流片8的中心线与矩形管束4的中心线方向一致，相邻的旋流片8的旋向相反，在矩形管束4的管与管之间也沿轴向与横向大致均匀间隔分置旋流片8。

优选方案：所述旋流片8为在片状短扭带，扭角优选180～360度，扭率(扭率：旋流片旋转180度时片条长度与片条宽度之比)为1.5～10。

管内的旋流片8与矩形管束4的两内壁相接触，管与管之间的旋流片8与相邻的矩形管束4的外壁相接触。

所述旋流片8在横向之间用薄扁钢7连接构成一组组横向旋流片组，在同一轴向上的横向旋流片组用若干根定位拉杆6固定。

所述矩形管束4由两块两侧封闭的平行板面构成，两板之间相隔一定的板间距；平行板面为光滑板面或带周期性凹凸粗糙肋面的板面，所述凹凸粗糙肋面为缩放形的折线肋面或波浪形的曲线肋面，肋面的粗糙高度为矩形管板间距的1％～20％，如图5、图6所示。

所述矩形管束4的间距优选10mm～100mm，所述旋流片8在横向的间距为1.2～12倍矩形管束4的间距，在轴向的间距为3～60倍矩形管束4的间距。

所述换热器管程的进出接口10、12的方向可以在0～360度水平方向与上下封头1、9连接，壳程的进出接口3、11在水平方向上与筒体连接。

应用本发明所述的采用旋流片支撑的矩形管束换热器实现强化传热的方法：流体在矩形管束4的管内与管间每经过一组横向旋流片组时，形成若干平行且相互独立的螺旋流，之后，螺旋流依靠流体自身的运动惯性在两组横向旋流片的间距中保持自旋流并逐渐衰减，流体经过下一组横向旋流片时，又再形成螺旋流，流体沿流动方向重复所述螺旋流与自旋流的过程，流体螺旋流与自旋流使得流体在传热边界层的流动速度提高，可以有效强化流体的对流传热，因为流体在自旋流区域的流动阻力很小，故只需要付出较少阻力的代价，就可以获得较大传热性能的提高。