圆管管径规律变化的燃烧余热利用换热装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种燃烧余热利用换热装置，包括换热芯体，所述换热芯体设置在废气烟道内，所述换热芯体包括圆管，所述圆管垂至于废气流动方向布置，设距离废气入口的距离为S，则圆管的内径为D，设D＝F(S)，则F’(S)<0，F’(S)是F(S)的一次导数。本发明专利技术所述的换热装置，换热芯体采用圆管形换热管，所述换热管直径沿着烟气流动方向逐渐变小，可有效降低水侧的膜态沸腾现象，增加了水侧对流换热强度，降低了换热芯体的热负荷，提高了换热效率。

【技术实现步骤摘要】
圆管管径规律变化的燃烧余热利用换热装置
本专利技术属于换热领域，具体涉及一种余热利用的管壳式换热装置。
技术介绍
近十年来，由于能源紧张，随着节能工作进一步开展。各种新型，节能先进炉型日趋完善，且采用新型耐火纤维等优质保温材料后使得炉窑散热损失明显下降。采用先进的燃烧装置强化了燃烧，降低了不完全燃烧量，空燃比也趋于合理。然而，降低排烟热损失和回收烟气余热的技术仍进展不快。为了进一步提高窑炉的热效率，达到节能降耗的目的，回收烟气余热也是一项重要的节能途径。烟气是一般耗能设备浪费能量的主要途径，比如锅炉排烟耗能大约在15％，而其他设备比如印染行业的定型机、烘干机以及窑炉等主要耗能都是通过烟气排放。烟气余热回收主要是通过某种换热方式将烟气携带的热量转换成可以利用的热量。烟气余热回收途径通常采用二种方法:一种是预热工件；二种是预热空气进行助燃。烟气预热工件需占用较大的体积进行热交换，往往受到作业场地的限制。预热空气助燃是一种较好的方法，一般配置在加热炉上，也可强化燃烧,加快炉子的升温速度，提高炉子热工性能。我国幅员辽阔，气候与地形环境复杂，特种车辆动力传动系统面临极寒环境下摩擦副抱死、润滑不良、蓄电池供电能力下降及低气压环境下发动机点火困难等不利因素，大大降低了车辆的可靠性。加温器作为一种燃烧换热装置，通过冷却液传递热量，可以在极端环境下对车辆的冷却系统、润滑系统、传动系统、动力系统等进行加温，使各系统达到最佳工作状态，消除车辆起动面临的不利因素。同时，车辆的轻量化及多种极端环境条件的适应性对加温器提出了高功率密度，高度集成，高效低耗，高自适应性的要求。这样既满足工艺的要求，最后也可获得显著的综合节能效果。现有加温器普遍面临热流密度与换热效率较低的问题，解决这些问题关键在于增加换热面积、降低流动阻力、提高换热介质温差及对流换热系数等，相同体积的情况下，传统换热结构已无法满足现实需要，基于以上
技术介绍
和试验研究，本专利技术提出一种换热装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有余热利用换热装置换热效率低、重量大、占据体积大、耐高温性能差的问题，提出一种结构紧凑、耐高温、功率密度大、换热效率高的换热装置。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种燃烧余热利用换热装置，包括换热芯体，所述换热芯体设置在废气烟道内，所述换热芯体包括圆管，所述圆管垂至于废气流动方向布置，设距离废气入口的距离为S，则圆管的内径为D，设D＝F(S)，则F’(S)<0，F’(S)是F(S)的一次导数。作为优选，F”(S)>0，F”(S)是F(S)的二次导数。作为优选，沿着烟气的流动方向，圆管设置为多排，相邻两排圆管交错分布。作为优选，相邻圆管的圆心之间的间距为圆管外径的1.1-1.3倍，圆管外径为相邻两根换热管外径的平均值。作为优选，沿着废气流动方向，后一排圆管的直径是相邻前排圆管直径的0.93-0.98倍。作为优选，所述换热装置包括换热芯体前支撑体和换热芯体后支撑体，所述换热芯体、前支撑体和后支撑体设置在废气烟道内，所述前支撑体和后芯体支撑体分别位于换热芯体两端，与换热芯体共同形成换热装置的气侧通道。作为优选，所述换热装置包括换热芯体前支撑体和换热芯体后支撑体，所述换热芯体、前支撑体和后支撑体设置在废气烟道内，所述前支撑体和后芯体支撑体分别位于换热芯体两端，与换热芯体共同形成换热装置的气侧通道。作为优选，所述圆管内分段设置多个分散换热结构，所述分散换热结构包括芯体和外壳，所述芯体设置在外壳中，所述外壳与换热管内壁连接固定，所述芯体包括由若干数量的格栅片排列组合而成，格栅片之间连接形成格删孔。作为优选，相邻分散换热结构之间的距离为L，分散换热结构的长度为C，换热管的直径为D，格删孔的流体流通面积为A，格删孔的流体流通的周长为Z，满足如下要求：L/C＝a-b*LN(D/E)；E＝4*A/Z；其中LN是对数函数，a,b是参数，其中4.9<a<6.1,1.3<b<2.1；其中分散换热结构的间距是以相邻分散换热结构相对的两端之间的距离；10<D<18mm；8<C<15mm；25<L<35mm。作为优选，格删孔为正方形。作为优选，所述的余热利用换热装置设置在燃烧器的废气烟道中，优选为加温器的烟道。与现有技术相比较，本专利技术的具有如下的优点：1)本专利技术所述的换热装置，换热芯体采用圆管形换热管，所述换热管直径沿着烟气流动方向逐渐变小，可有效降低水侧的膜态沸腾现象，增加了水侧对流换热强度，降低了换热芯体的热负荷，提高了换热效率。2)本专利技术所述的换热装置，所述换热芯体为圆管-扁管组合式换热结构，换热芯体前端采用薄壁圆管形换热结构，在换热芯体后端采用多排薄壁扁管式换热结构，在不同位置根据吸热量不同采用不同的换热结构，有效降低水侧的膜态沸腾现象，降低了换热芯体的热负荷，提高了换热效率。3)本专利技术所述的换热装置，利用烟道管壁形成换热装置的进口集箱和出口集箱，避免单独设置进口集箱和出口集箱，使得换热装置占据空间少，降低换热芯体体积与重量，结构紧凑。4)本专利技术所述的换热装置，圆管内的分散换热结构的间距随着距离圆管入口的距离不断的减小，可有效降低水侧的膜态沸腾现象，增加了水侧对流换热强度，降低了换热芯体的热负荷，提高了换热效率。5)本专利技术所述的换热装置，圆管内的分散换热结构的长度随着距离圆管入口的距离不断的减小，可有效降低水侧的膜态沸腾现象，增加了水侧对流换热强度，降低了换热芯体的热负荷，提高了换热效率。6)本专利技术所述的换热装置，在换热管内设置格删式分散换热结构，对换热管内的汽水混合物进行分隔，有效降低水侧的膜态沸腾现象，增加了水侧对流换热强度，降低了换热芯体的热负荷，提高了换热效率。7)本专利技术对分散换热结构的结构进行了优化设计通过大量的数值模拟及其实验得到了最佳的分散换热结构优化尺寸，进一步提高换热效率。8)本专利技术所述的换热装置，热交换体上、下壳体上设有挡板与导流板，用于引导水侧液体按数值模拟优化结论流动，进入进水管的液体在下壳体底面及侧面挡板的阻挡作用下，大部分进入换热芯体周围的水侧通道内，并在下壳体底面半缺口的两导流板分流下，由换热芯体底部由下向上流经圆管与扁管内部并进入出水管，在提高换热温差的同时降低了换热芯体的热负荷。同时，进入前支撑体与热交换体壳体之间的液体对前支撑体起到了冷却作用，提高了其可靠性，后支撑体周围的液体与燃烧排气进行换热，提高了热量利用率。9)本专利技术所述的换热装置，热交换体上、下壳体在对接处采用覆盖结构，可以起到加强结构稳定性的作用，上壳体方形结构中间区域设置有向外的方形凹槽，同时方形结构前、后两端设置的挡板上开有通孔，便于换热装置内部气体向出水管处聚集和排出，避免因积气造成换热装置热负荷增加。10)本专利技术所述的一种换热装置，前端设置有燃烧室安装结构，后端设置有排烟装置固定法兰结构，提高了燃烧换热装置的集成度，便于燃烧与换热装置的维护、保养。附图说明图1是本专利技术的换热装置的一种实施例的主视图；图2是本专利技术的换热装置的一种实施例的右视图；图3是本专利技术的换热芯体水侧结构图；图4是本专利技术的换热芯体气侧结构图；图5是本专利技术的热交换体上壳体结构图；图6是本专利技术的热交换体下壳体结构图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃烧余热利用换热装置，包括换热芯体，所述换热芯体设置在废气烟道内，所述换热芯体包括圆管，所述圆管垂至于废气流动方向布置，设距离废气入口的距离为S，则圆管的内径为D，设D＝F(S)，则F’(S)<0，F’(S)是F(S)的一次导数。

【技术特征摘要】
1.一种燃烧余热利用换热装置，包括换热芯体，所述换热芯体设置在废气烟道内，所述换热芯体包括圆管，所述圆管垂至于废气流动方向布置，设距离废气入口的距离为S，则圆管的内径为D，设D＝F(S)，则F’(S)<0，F’(S)是F(S)的一次导数。2.如权利要求1所述的换热装置，F”(S)>0，F”(S)是F(S)的二次导数。3.如权利要求2所述的换热装置，沿着烟气的流动方向，圆管设置为多排，相邻两排圆管交错分布。4.如权利要求3所述的换热装置，相邻圆管的圆心之间的间距为圆管外径的1.1-1.3倍，圆管外径为相邻两根换热管外径的平均值。5.如权利要求3所述的换热装置，沿着废气流动方向，后一排圆管的直径是相邻前排圆管直径的0.93-0.98倍。6.如权利要求1所述的换热装置，所述换热装置包括换热芯体前支撑体和换热芯体后支撑体，所述换热芯体、前支撑体和后支撑体设置在废气烟道内，所述前支撑体和后芯体支撑体分别位于换...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东杰，吕志鸿，刘海涛，胡煦东，靳雁松，贾川，贾大鹏，李源浩，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11