[发明专利]肋高沿周向变化的防积灰顺排三维肋管束及管壳式换热器

说明书

本发明公开了肋高沿周向变化的防积灰顺排三维肋管束及管壳式换热器；一种肋高沿周向变化的防积灰顺排三维肋管束，三维肋管束由若干沿横向和纵向按顺序并排布置的三维肋管构成，相邻三维肋管之间具有一定的间距，其特征在于：位于前排的三维肋管与位于后排的三维肋管一一对应；三维肋管的外表面设置有若干肋片；在三维肋管表面，位于与烟气流入方向呈30°—60°区域内的肋片和与烟气流入方向呈‑60°—‑30°区域内的肋片高度均为h₁，位于与烟气流入方向呈75°—120°区域内的肋片高度为h₃，位于与烟气流入方向呈165°—‑165°区域内的肋片高度为h₂，其余区域的肋片的高度为h₄，本发明可应用在电力、能源等领域。

技术领域

本发明涉及管壳式换热器，具体涉及一种肋高沿周向变化的防积灰顺排三维肋管束及管壳式换热器。

背景技术

能源危机一直是困扰着世界各国家的重要问题，在我国，钢铁、电力、建材、化工等产业均是高能耗产业，能源消费占全球能源消费的23％，煤炭消费占我国能源消费的60％，火电消费占煤炭消费的54％，从统计数据来看，锅炉系统整体的热损失中有70％以上来自尾部排烟热损失，而排烟温度每降低10—20℃，整体热效率将升高0.6％—1％，相应减少煤耗1.2％—2.4％。但是，由于尾部烟气温度低，传热温差较小，传统尾部换热器换热性能不高，使整体系统的烟气余热回收率仅为29％，比国外平均水平低15～20％，这大大制约了系统热效率的提高，人们迫切需要一种高效的解决方案。

三维肋管是一种新型的强化换热元件，其独特的肋结构使得三维肋管可以从多方面强化传热：首先，三维肋的存在，引起管壁附近流体的肋间加速，减薄了热边界层，而热边界层的热阻在紊流流体总热阻占主导地位，这样便能促进流体与管壁的换热；其次，流体绕三维肋的流动，在肋后形成卡门涡街，带来大量不稳定的漩涡，强化了流体间的换热；最后，肋片的存在显然扩大了换热面积。综上所述，三维肋管在低于余热回收领域有着很大的应用前景和研究价值。

顺排管壳式换热器是工程上使用较为广泛的一种间壁式换热器。管束顺排布置即前后两排管束正对排布，在实际工业生产中，具有管外流动稳定、流阻较小，且易于清洁等优点。随着系统的长时间换热，管外流体中的不凝结颗粒可能在管子表面聚集沉淀形成积灰，这些积灰除了会恶化传热以外，积灰层在换热器管束间还会发生搭桥现象，导致烟道通风面积减小，流通阻力增大，从而增加引风机的额外能耗，甚至增加热力系统运行噪声，同时引起烟道振动开裂现象。除此之外，积灰还会增加换热器局部流速，从而增加烟气对管束迎风侧的冲刷力度，导致换热器管束表面发生严重的磨损现象。更为严重的是，积灰还可能会导致换热器泄露现象，严重影响换热器运行的稳定性、经济性和安全性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种肋高沿周向变化的防积灰顺排三维肋管束及管壳式换热器。

本发明的技术方案是：一种肋高沿周向变化的防积灰顺排三维肋管束，所述三维肋管束由若干沿横向和纵向按顺序并排布置的三维肋管构成，相邻三维肋管之间具有一定的间距；其特征在于：所述三维肋管的轴向与烟气流入方向垂直；位于前排的三维肋管与位于后排的三维肋管一一对应；每个三维肋管的外表面设置有若干肋片。

在三维肋管表面，位于与烟气流入方向呈30°—60°区域内的肋片和与烟气流入方向呈-60°—-30°区域内的肋片的高度均为h₁，位于与烟气流入方向呈75°—120°区域内的肋片的高度为h₃，位于与烟气流入方向呈165°—-165°区域内的肋片的高度为h₂，其余区域的肋片的高度为h₄，h₁h₄h₃；h₂h₄h₃。

根据本发明所述的肋高沿周向变化的防积灰顺排三维肋管束的优选方案，0.1125≤h₁/D0.15；D为三维肋管直径。