[发明专利]一种设置凸起的水泥回转窑余热利用换热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于水泥回转窑尾气余热利用的换热器，属于余热利用换热器技术领域。

背景技术

随着我国经济快速发展，能源消耗日益增加，城市大气质量日益恶化的问题也越发突出，节约能源和减少环境有害物排放的问题迫在眉睫。在常见的热能动力领域中，能耗高、污染严重的主要原因之一是烟气的排烟温度过高，即浪费了大量能源，又造成了环境污染。水泥行业是一个高耗能，高污染的行业。水泥回转窑产生的尾气中含尘浓度高，品质差。水泥回转窑用余热发电系统可对尾气余热进行回收再利用，实现节能减排的目的。但是相关余热发电锅炉中换热设备的积灰现象严重、传热能力较差，清灰困难，这些问题亟待解决。

现有热量回收装置中换热管束的布置方式通常有两种，顺排和叉排，参见图1和图2。流体冲刷顺排和叉排管束时的流场是不同的。叉排时流体在管间交替收缩和扩张的弯曲通道中流动，比顺排时在管间走廊通道的流动扰动剧烈，因此叉排的换热能力比顺排的强。同时，叉排管束的阻力损失大于顺排，对于需要冲刷清洗的管束，顺排有易于清洗的优点。

目前的余热利用换热器中，因为随着尾气的流动，温度不断的下降，导致不同位置的换热管吸热量不同，加热的流体的温度不同，而且因为换热管受热不均匀，导致部分换热管吸热过多导致过热，导致换热器寿命降低。

发明内容

本发明针对现有水泥回转窑尾气利用换热设备中存在的换热管受热不均匀、积灰严重的问题，提出一种换热管受热均匀、换热效率高、不易积灰、吹灰效果好的设置凸起的水泥回转窑余热利用换热器，同时提供一种该换热器的吹灰方法。

本发明的设置凸起的水泥回转窑余热利用换热器，采用以下技术方案：

该换热器，包括换热管束、尾气进口、尾气出口和壳体，换热管束设置在壳体中，尾气进口和出口分别设置在壳体的上部和下部，用于向壳体中输入和输出尾气，换热管束中的每根换热管的外壁上均设置有凸起，距离尾气进口的距离越远的换热管上的凸起的高度越高。

换热管束中的各根换热管上最大的凸起高度是最小的凸起高度的1.5-1.6倍。

所述换热管束呈菱形排列，壳体呈与换热管束菱形排列相配合的菱形结构，称为菱形壳体，尾气进口设置在菱形壳体的第一夹角位置处，尾气出口设置在菱形壳体的第二夹角位置处，菱形壳体的的第一夹角和第二夹角是对角；换热管束菱形排列的第一夹角顶点上的换热管设置在尾气进口的下部并与尾气进口相对，换热管束菱形排列的第二夹角顶点上的换热管设置在尾气出口的上部并与尾气出口相对，换热管束菱形排列的第一夹角和换热管束菱形排列的第二夹角是对角，水泥回转窑尾气由尾气进口进入，先经过换热管束菱形排列的第一夹角顶点上的换热管，然后横向冲刷换热管束，再经过换热管束菱形排列的第二夹角顶点上的换热管，最后从尾气出口排出。

换热管束菱形排列的第一夹角由换热管束菱形排列的第一边和换热管束菱形排列的第二边构成，在第一边方向上的换热管间距(是指相邻换热管的中心轴线之间的距离)为L1，第二边方向上的换热管间距为L2，L1与L2不相等。优选的是，L1是L2的1.3倍。

换热管束菱形排列的第一夹角A、换热管束中的换热管间距L及换热管外径D的关系满足如下公式：

3.7×D>L>2.4×D，其中20mm<D<50mm。

Sin(A/2)＝b×(L/D)^c，其中b，c为参数，b为1.65-1.8，c为-0.8至-0.9。

优选的，L＝3.2×D，b为1.72，c为-0.815。

本发明在换热管束的各换热管上设置不同高度的凸起，是一种高效、清洁式热量回收装置，具有换热管受热均匀、换热效率高、传热能力强、不易积灰、吹灰效果好等特点，与现有技术相比较，具有如下的优点：

1)通过设置不同凸起的高度，使得换热管吸热均匀，流体加热均匀。

2)本发明通过换热管束呈菱形分布，使得换热器具有流动阻力小、便于吹灰、使用寿命长。

3)通过换热管束在两个方向上的换热管束的之间的距离不同的设置，使得换热管束呈顺排错流式换热器，具有换热效果好、易于清洗等优点,是一种适用于回收水泥回转窑尾气热量的换热装备。

4)壳体与管束具有相配合的菱形，可以减少换热区域的死区，同时使得换热过程中的尾气的流速保持相对一致。

5)通过不断的试验，得出了管间距与管径的最佳关系式，满足了换热和减少积灰的需求。

附图说明

图1是现有技术中的换热管束顺排布置的示意图；