[发明专利]管束凸起密度不同的水泥回转窑余热利用换热器

说明书

本申请为2013年12月9日申请的申请号为2013106593449的《管束间距及凸起密度不同的水泥回转窑余热利用换热器》的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于管束凸起密度不同的水泥回转窑余热利用换热器，属于换热器技术领域。

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。

现有余热利用换热器的技术中，换热管束的间距是相同的，但是随着尾气的流动，速度不断的降低，导致随着速度的降低，使得积灰落下，发生了积灰的现象，导致换热效果恶化。

发明内容

本发明针对现有水泥回转窑尾气利用换热器中存在的积灰严重的问题，提出一种不易积灰的管束间距及凸起密度不同的水泥回转窑余热利用换热器。

本发明的管束间距及凸起密度不同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，换热管束呈菱形排列，壳体具有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束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束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第二夹角是对角；换热管束菱形排列还包括第三夹角和第四夹角，换热管束菱形排列的第三夹角和第四夹角是对角，由尾气进口到第三角和第四角连线之间的换热管间距是不断减小的，从第三角和第四角连线到尾气出口之间的换热管间距是不断变大的。

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。

换热管束中的换热管间距L与换热管外径D的关系满足如下公式：L＝a×D，a是参数，其中a＝3.2。

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

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。

沿着换热管束菱形排列第三角和第四角之间的连线对称的上部和下部，下部的换热管间距小于上部的换热管间距。

换热管束中换热管的外壁上设置有凸起，距离尾气进口的距离越远换热管上凸起的分布密度越大。

本发明使尾气速度保持不变，减少了积灰现象，达到环保节能的目的，与现有技术相比较，具有如下的优点：

1)通过管束间距的不同，使得积灰现象减少。

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；

图2是现有技术中的换热管束叉排布置的示意图；

图3是本发明的换热管束菱形分布的示意图；