[发明专利]内置多级喷流管式翅片换热管及其制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及化工、冶金及节能环保等多个领域的换热设备，尤其涉及一种内置多级喷流管式翅片换热管及其制造工艺。

背景技术

随着现代工业的迅速发展，世界各国普遍面临着能量短缺问题，开发新能源以及如何高效利用现有能源得到了世界各国的普遍关注。由于换热设备在工业生产中的广泛应用，提高换热器效率，研究强化换热的新技术成为人们日益关注的传热学新课题。强化传热技术的应用不但节能环保，而且节约了投资和运营成本。

据统计，在热电厂中，若将锅炉也作为换热设备，则换热器的投资约占整个电厂总投资的70%左右。在现代石油化工企业中，换热器的投资约占装置建设总投资的30%～40%。世界各国不断地从事着对新型高效换热设备的研究，以期提高热能利用率，不断降低天然能源的消耗，因此换热器在减少企业的建设投资和提高企业的经济效益方面具有不可忽视的重要影响。

1、强化传热的目的

（1）减小初设计的传热面积，以减小换热器的体积和重量；

（2）提高现有换热器的换热能力；

（3）使换热器能在较低温差下工作；

（4）减少换热器阻力，以减少换热器的动力消耗。

2、表面式换热器的强化传热途径

换热器稳定传热时的传热量可用传热学中的传热方程表示为：

Q=kAΔT （1）

式中，Q—传热量，W；

K—传热系数，W/(m²·K)；

A—换热面积，m²；

ΔT—冷热流体的平均传热温差，K。

式（1）表明，要使换热器中传热过程强化，可通过三种途径实现，即：增大平均传热温差、增加换热面积及提高换热系数。

根据流体流动状态的不同，单相流体在管内流动的强化传热手段也不同。对于强化层流流动的换热，应以改变流体的流动状态为主要手段，使流体变为湍流流动。对于强化湍流流动的换热，主要原则应是减薄层流底层的厚度。采用喷流换热是强化管内换热的最有效途径之一。

喷流换热的工作原理是：热流体流经换热器，将热量传给换热管的外管，冷流体经冷风箱流至喷流管，再从喷孔高速垂直喷向外管的内表面，在气流的冲击作用下，冷流体与外管内表面之间的层流边界层紊流化，因而强化了对流传热，提高了换热器的效率。

在目前工业生产中，常采用1986年冶金出版社《工业炉用热交换装置》所述的喷流换热器，其结构是由三层同心套管以及烟气和热空气引出箱组成。内管为空气喷流管，外管为烟气喷流管，中间套管为热交换管。空气从内管侧壁的喷流孔垂直喷向热交换管的内表面，烟气从外管侧壁的喷孔垂直喷向热交换管的外表面进行加热空气，被加热后的空气沿内管与热交换管之间的环隙内垂直向上流动。由于采用一次喷流，热空气流层必然影响喷流换热的效果。难以提高空气的预热温度。同时外管烟气喷流需配耐热风机来升高烟气压力也存在一定的技术难度，也影响耐热风机的使用寿命。

专利申请号为201110143926.2《换热管进出口同温差喷流式空气预热器》、专利申请号为91205751.3《单管插入式棒形换热器》、专利申请号为87208214.8《一种喷流式管状换热器》等项专利均为在换热管内采取喷流方式进行强化换热，而在换热管外未采取强化换热措施，因此无法大幅提高综合换热系数。

专利申请号为201210226605.3《三行程空气预热辐射管烧嘴换热器》、专利申请号为201210226661.7《双行程空气预热辐射管烧嘴换热器》、专利申请号为201210267069.1《空煤气双预热二次喷射式辐射管烧嘴换热器及换热方法》、专利申请号为201210268147.x《空煤气双预热翅片管式辐射管烧嘴换热器及换热方法》、专利申请号为201220373278.x《带有翅片管的辐射管烧嘴换热器》等项专利均为超小型烧嘴换热器，结构复杂，并均需采用数控精加工，制造成本昂贵。因此，对于应用在工业生产中的大中型换热器来说，无实际应用价值。

专利申请号为201110003743.0《用于蒸发器的换热管及其组成的蒸发器》是用于制冷设备中的蒸发器，管外未采取强化换热措施，无法大幅提高综合换热系数，因此无法应用于工业生产中进行余热回收的大中型换热器。

发明内容