[其他]喷流换热器单管结构

说明书

本实用新型涉及一种喷流换热器的单管结构，可用于冶金加热炉、锻造炉、热处理炉以及其它工业窑炉的烟气余热回收。

目前国内外常用的普遍管状喷流换热器单管是由两节同心无缝管组成，外管为光管或焊肋管，内管加工有若干组小孔。冷空气从内管小孔垂直喷向外管内壁，将外管的热量带走，使冷空气得以加热。例如，英国专利GB2164－438公开了一种热交换器单管结构，该结构外管为圆柱形光管，内管为圆柱形，表面有许多喷流小孔。这种结构由于外管为光管，单位体积的换热面积小，烟气侧放热系数低，换热效果不理想；自身无法解决热膨胀和积灰问题。内管采用圆柱管，内管与外管间环形流道为等截面，随着喷孔喷出流量的增大，环形流道气体流量也逐渐增加，上升的气流将使喷出的流股发生偏移，这种现象在换热器出口处更为严重，致使一部分冷空气从喷孔喷出后，直接同预热气体混合，降低了空气预热温度，同时也严重削弱了喷流流股对壁面的冲击力，影响换热器的换热效率。此外，由于喷流流股与环流上升流体冲击较大，能量损失、压力损失都较大。喷孔为薄壁孔，局部阻力损失大，喷流流股与环流冲击混合能量损失也大，因此，致使这种换热器的空气侧阻力损失很大、换热效果不够理想。

本实用新型的目的旨在根据上述结构缺陷对其进行改进，以得到一种结构合理，空气预热温度高，空气侧阻力损失小，不易积灰，清灰容易的新型热交换器单管结构。

为了实现上述目的，本实用新型是这样实现的，将喷流换热器单管结构设计为由同轴设置的内外管构成，外管采用波纹管，内管为锥状管，内管外壁设有肋片，喷流孔设置在肋片上。采用这种结构的目的在于，外管改为波纹管可使喷流内管喷孔喷出的流股对外管内壁冲击力趋于均匀，提高了整个换热面的对流放热系数。内管采用锥状流线体结构，改变了内外管间环形流道沿轴向的通流面积，其变化规律符合环形道气体流量的变化规律。缓解了环形流道上升气流对喷流流股的影响，降低了气体沿程阻力损失。内管外壁增设沿轴向等直径肋片，喷流小孔钻于肋中心截面上，改变了喷孔的性质，使原来的薄壁孔，变为管嘴形喷孔，克服了通过薄壁孔时流体的局部收缩而产生的压力损失。由于钻在肋片上的喷孔中气流与环形流道上升气流隔开，各走其道，基本避免了两流体的互相影响，降低了喷流流股的能量损失和压力损失。

本实用新型的波纹外管是用薄金属板压制成截面为近似正弦曲线的瓦楞板，再将其弯制成带有环波纹的圆柱管焊接而成。通过分析内管喷孔喷射速度的分布规律可知，喷流流股从其轴心到流股边界各点的速度分布很不均匀，靠近轴心处速度最大，远离轴心位于边界处速度最小，因此，流股气流质点对壁面的冲击力也不同，喷射到平板后，轴心处速度最大，气流质点对壁面的冲击力就最大，气流紊流度就最高，对流放热系数也最大；而流股边界处喷流速度较小，气流质点对壁面的冲击力也较小，气流紊流度减弱，对流放热系数也较小。因此，喷流流股与壁面的换热系数在流股的整个覆盖面是不均匀的，解决这个问题必须使整个流股各气流质点对壁面的冲击力趋于相同，充分利用流股各质点的冲击力打破边界层，使流体与壁面获得最佳的对流放热系数，另外，由于喷流质点的速度与喷流距离成正比，因此，将外管形状设计成与喷孔流速分布规律近似的形状，使流股对整个外壁的冲击力趋于均匀，为了便于加工制造，外管波纹近似用正弦分布规律代替。同时也提高了单位体积的换热面积。

本实用新型的内管为从进气口到出气口直径逐渐缩小的等厚壁锥状管，这样可使沿着轴向内外管组成的环形流道通流面积逐渐加大，以减少环流上升速度对喷流流股的影响。同时由于内管外表面呈流线形，气流的沿程阻力损失也有所降低。这样基本上解决了喷流换热器不易做的细长的问题，使喷流换热器单管在同等压力损失和体积下长度可以增加，直径可以减小，缩小了喷流换热器的占地面积和体积。

本实用新型的肋片为沿内管轴向全长等直径设置的，由多个相同肋片呈放射状均匀分布于内管外壁，内管和肋片是用铸铁制成一体的。与现有技术相比，本实用新型设置的肋片使喷孔中气流与环形流道上升气流隔开，各行其道，因此，在两肋之间的气体不会直接影响喷孔中的流股，从而保证了喷流流股基本上能垂直地喷向外管壁面，减小了喷流流股与环形流道气流的冲击，降低了喷流流股的能量损耗和压力损失，提高了气体对外壁面的对流放热系数。

为了保证本实用新型的完全实现，内管肋片上的喷流小孔的喷出端为扩张圆锥管嘴。现有技术的内管喷孔为柱状薄壁孔，这种孔局部阻力、流量、流速损失均较大，而压力损失与孔口的结构形状有关，本实用新型将孔的形状改为扩张圆锥形管嘴，可使阻力系数下降，并使速度，喷孔分布一定的情况下，可以增加喷流流股对壁面的覆盖面积，能够有效地利用换热面。