管束菱形排列的水泥回转窑余热利用换热器制造技术

本发明专利技术公开了一种管束菱形排列的水泥回转窑余热利用换热器，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，所有的换热管束呈菱形排列，壳体呈菱形结构，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束，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束，最后从尾气出口排出。本发明专利技术中换热管束呈菱形分布，具有传热能力强、不宜积灰、对流传热效果好等特点，使换热效率最大化。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种管束菱形排列的水泥回转窑余热利用换热器，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，所有的换热管束呈菱形排列，壳体呈菱形结构，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束，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束，最后从尾气出口排出。本专利技术中换热管束呈菱形分布，具有传热能力强、不宜积灰、对流传热效果好等特点，使换热效率最大化。【专利说明】管束菱形排列的水泥回转窑余热利用换热器本申请是2013年12月9日申请的申请号为2013106611767的《管束菱形排列的水泥回转窑余热利用换热器及其吹灰方法》的分案申请。
本专利技术涉及一种管束菱形排列的水泥回转窑余热利用换热器，属于换热器
。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术针对现有水泥回转窑尾气利用换热设备中存在的积灰严重和对流传热能力较差的问题，提出一种不宜积灰、对流传热效果好的管束菱形排列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。 本专利技术管束菱形排列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束，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束，最后从尾气出口排出；在尾气进口、尾气出口以及位于尾气进口和尾气出口之间的位置上均设置用于测量尾气流速的第一流速计，在换热管束进口设置用于测量换热管束中流体流速的第二流速计；所述的壳体上设置吹灰口，所述吹灰口连接吹灰管道，吹灰管道中连接有风机，风机与中央控制器连接，中央控制器通过计算换热管的积灰导热热阻来控制风机的频率。 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LI，第二边方向上的换热管间距为L2，LI与L2不相等。优选的是，LI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: 3.7XD>L>2.4XD，其中 20mm〈D〈50mm。 Sin (A/2) = bX (L/D)。，其中 b，c 为参数，b 为 1.65-1.8，c 为-0.8 至-0.9。 优选的，L= 3.2XD, b 为 1.72，c 为-0.815。 上述管束菱形排列的水泥回转窑余热利用换热器的吹灰方法，包括以下步骤: (I)在中央控制器中，先预存一部分数据，这些数据包括换热管束中流体在不同速度、温度下的对换热管内壁面对流传热系数，尾气在不同速度和不同温度下的对换热管外表面的对流传热系数； (2)检测尾气进口温度Twl、尾气出口的尾气温度Tw2、换热管束进口流体温度T11和换热管束出口的流体温度T12，通过测量换热管束中流体的流速计算出换热管束中流体体积流量V1,同时通过各个测量尾气流速的第一流速计测得的数值的平均值来得到尾气的平均流速；通过计算流体进出换热管束的温差和流量得到流体的吸热量，也就是总的换热量Q，Q= P VjCJ(T12-T11),其中，P是管束中流体的密度，Cp为管束中流体的定压比热容； (3)然后根据总的换热量公式Q = Κ*Α* Δ Tffl,，得出总的换热系数K，其中Λ Tm是换热过程的对数平均温差，ATm= ((Twl-T12) - (Tw2-T11))/In ((Twl-T12) / (Tw2-T11))，K 是换热器的总传热系数，A是换热面积，取换热管外径来计算； (4)根据尾气的平均流速和换热管束内流体的流速、温度从预先存储在中央控制器中的数据得出换热管外壁和内壁的表面传热系数hw和Ii1 ； (5)中央控制器根据计算的K、hw和Ii1，根据传热公式计算出换热管外壁的积灰导热热阻Rdi。。 I I δ d, Idin Cl, ——=--1----1---- + Rdn — K h λ d m h； dt dt 上述公式中，K为总体传热系数；hw为换热管外壁的表面传热系数九为换热管内壁的表面传热系数；d。为换热管外直径吨为换热管内直径；dm为换热管平均直径，等于((1。+屯)/2 ； δ为换热管的壁厚,等于((1。-屯)/2 ； λ为换热管的导热系数；Rd。为换热管的积灰导热热阻； (6)在吹灰的时候，中央控制器会调取最近一次运行情况，得出目前换热管的积灰导热热阻，根据积灰导热热阻的大小自动选取合适的风机频率。 在步骤(6)中，当积灰导热热阻大于预定数值，低于第一数值时，风机以第一频率运行，当积灰导热热阻大于第一数值低于第二数值时，风机以大于第一频率的第二频率运行，当积灰导热热阻大于第二数值低于第三数值时，风机以大于第二频率的第三频率运行，当积灰导热热阻大于第三数值低于第四数值时，风机以大于第三频率的第四频率运行，当积灰导热热阻大于第五数值时，风机以大于第四频率的第五频率运行。 本专利技术中换热管束呈菱形分布，是一种高效、清洁式热量回收装置，具有传热能力强、不宜积灰、对流传热效果好等特点，与现有技术相比较，具有如下的优点: I)本专利技术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。 2)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。 3)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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管束菱形排列的水泥回转窑余热利用换热器，包括换热管束、尾气进口、尾气出口和壳体，所述换热管束设置在壳体中，其特征在于：所述换热管束呈菱形结构排列，壳体具有与换热管束相配合的菱形结构，尾气进口设置在外壳的菱形结构的第一夹角位置处，尾气出口设置在外壳的菱形结构的第二夹角位置处，外壳的菱形结构的第一夹角和第二夹角是菱形的对角，菱形壳体的第一夹角和第二夹角相同；换热管束菱形结构的第一夹角的顶点的管束设置在尾气进口的下部的位置并与尾气进口相对，换热管束菱形结构的第二夹角的顶点的管束设置在尾气出口的上部并与尾气出口相对，其中所述换热管束菱形结构的第一夹角和第二夹角是菱形的对角，所述换热管束菱形排列的第一夹角和第二夹角相同；水泥回转窑尾气从尾气进口进入，先经过换热管束菱形结构的第一夹角所在的顶点的管束，然后横向冲刷换热管束，再经过换热管束菱形结构的第二夹角所在的顶点的管束，最后从尾气出口排出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程林，杜文静，王乃华，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37