[发明专利]采用内插旋流片急扩加速流缩放管的糖液预热器

说明书

技术领域

本发明涉及预热器，特别涉及采用内插旋流片急扩加速流缩放管的糖液预热器。

背景技术

现有的预热器技术有多种，例如管壳式预热器，板式预热器等，目前在制糖工业的糖液预热器绝大多数是采用传统的光滑管管壳式预热器，传热方式是采用强迫对流的传热方式，这种预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，因此可以应用于高温与高压的换热场合，长期以来在制糖工业中一直沿用。但由于在光滑管预热器中的糖液流体传热热阻主要集中在近壁的传热滞留底层，而流体的速度场与温度场交角为90°，传热场协同作用基本为零，单纯依靠提高糖液的流速不能有效提高流体的传热系数，却会大幅增加管内流体的阻力，造成流体输送功耗增大，此外，传统的光滑管管壳式预热器采用弓形折流板作为传热管的管间支撑物，蒸汽在壳程沿管束的轴向与径向作往返的折流，对加热蒸汽的流体阻力较大，会造成加热蒸汽与糖液之间的传热温差出现较大的温差损失，降低传热推动力。内插旋流片急扩加速流缩放管是一种带间隔分置旋流片的复合强化传热管（发明专利：ZL200610035832.2），该种管型利用其周期性非对称的急扩与渐缩曲面及管内间隔均匀分置的旋流片，对流体的主流区与近壁区均有周期性置换与扰动的功能，可充分利用旋流片下游产生的低流阻流体自旋流促进强化传热，改变流体在近壁区的流向与提高湍流度，产生较强的传热场协同作用，在流体输送功耗相同的条件下，与光滑传热管相比可大幅提高流体的对流传热系数30%~50%。空心环网板管间支撑物（申请号为89218385.3的专利申请文件）可使加热蒸汽在壳程沿管束作轴向流动，空心环网板的空隙率很大（达80%），对蒸汽的流动阻力非常小，可显著减少蒸汽与糖液之间的传热温差损失，获得较高的传热推动力，提高预热器的传热速率。

发明内容

为解决现有相关技术的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种采用内插旋流片急扩加速缩放管糖液预热器。

采用内插旋流片急扩加速流缩放管的糖液预热器，包括进口封头1、轴线水平的筒体4及出口封头7，筒体4的两端设置有管板2，管板2分别与进口封头1和出口封头7连接，进口封头1上设置有管程糖液进口12，出口封头7上设置有管程糖液出口8，筒体上设置有壳程冷凝水出口3和壳程蒸汽进口9，筒体4两端的管板2之间设置有内插旋流片急扩加速流缩放管5和空心环网板6，内插旋流片急扩加速流缩放管5穿过空心环网板6与筒体两端的管板2相接。

所述内插旋流片急扩加速流缩放管5管内的旋流片沿轴向均匀间隔分置，旋流片的长度为管径的1倍～15倍，扭率为1～6，旋流片间距为管径的1倍～50倍。

所述内插旋流片急扩加速流缩放管5是由沿筒体轴向带有周期性变化的急扩锥形曲面与渐缩锥形曲面构成的非对称凹凸曲面强化传热管，渐缩锥形曲面的长度为急扩锥形曲面长度的2倍～15倍，周期性肋间距为肋深的5倍～15倍，肋深为管径的2%～10%，管径尺寸范围为10mm～60mm。

所述内插旋流片急扩加速流缩放管5的管段是沿管内流体运动方向按先急扩后渐缩的锥形曲面方向安装。

所述内插旋流片急扩加速流缩放管5在筒体4内按方形均匀排列。

空心环网板6起支撑作用，是通过拉杆11与定位套筒10定位，拉杆11一端通过定位套筒定位，另一端与连接在进口封头1上的管板2相接。空心环网板6沿预热器轴向均匀间隔分布，满足传热管机械支撑的强度要求，是由若干空心环短管13与扁钢14焊接构成，纵横两层扁钢14分别与空心环网板的边框15连接，空心环短管13安置在纵横两层扁钢14的交点处，与扁钢14连接，在方形排列的传热管中，空心环短管13与内插旋流片急扩加速流缩放管5的轴线平行。

本发明的预热器可对管内流体有主流与近壁周期性复合置换与扰动的功能，充分利用旋流片下游产生的低流阻流体自旋流促进强化传热，改变近壁区的流向与提高湍流度，可产生较强的传热场协同作用，在流体输送功耗相同的条件下，与光滑传热管相比可大幅提高流体的对流传热系数30%~50%，并采用空心环网板管间支撑物，可使加热蒸汽在壳程沿管束作轴向流动，对蒸汽的流动阻力非常小，可显著减少蒸汽与糖液之间的传热温差损失，获得较高的传热推动力，提高预热器传热速率的内插旋流片急扩加速流缩放管糖液预热器及其强化传热方法。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：