周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管束及管壳式换热器制造技术

本发明专利技术公开了周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管束及管壳式换热器；周向变化肋结构的防积叉排灰三维肋管束，所述三维肋管束由若干沿横向和纵向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；相邻排的三维肋管交错布置；每个三维肋管的外表面设置有若干肋片；以烟气进口为起点，除布置在第二排的三维肋管外的其他三维肋管，这些其他三维肋管表面的位于与烟气流入方向呈30°—‑30°区域内的肋片的高度为h

Three dimensional finned tube bundle and shell and tube heat exchanger with different rib structure

【技术实现步骤摘要】
周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管束及管壳式换热器
本专利技术涉及管壳式换热器，具体涉及一种周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管束及管壳式换热器。
技术介绍
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。叉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。管束叉排布置即前后两排管束错开排布，在实际工业生产中，具有管外流体扰动大、换热能力强的优点。随着换热器长时间的运行，由于燃料未燃尽和一些不可燃物质凝结后都会形成飞灰，当利用换热设备回收工业烟气余热时，飞灰颗粒将会在换热器受热面上形成积灰层，这将恶化换热器的传热性能，甚至会产生局部的温度不均，出现爆管等恶性事故，严重影响换热器运行的稳定性、经济性和安全性。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提出了一种周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管束及管壳式换热器。本专利技术的技术方案是：一种周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管束，所述三维肋管束由若干沿横向和纵向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；相邻排的三维肋管交错布置；每个三维肋管的外表面设置有若干肋片。以烟气进口为起点，除布置在第二排的三维肋管外的其他三维肋管，这些其他三维肋管表面的位于与烟气流入方向呈30°—-30°区域内的肋片的高度为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，其余位置的肋片的高度为h4，h2<h4<h1；h3<h4<h1。以烟气进口为起点，布置在第二排的三维肋管，其表面的位于与烟气流入呈75°—-120°区域内的肋片的高度为h6，位于与烟气流出方向呈15°—-15°区域内的肋片的高度为h5，其余位置的肋片的高度为h7，h5<h7，h6<h7。本专利技术利用每一根三维肋管周向上肋结构的变化来减少飞灰在管子表面各个位置的沉积量，摒弃通常三维肋管单一肋结构的惯例，使三维肋管在同一周向截面上肋片高度存在变化，轴向方向保持一致，以此达到减少管子各个部位积灰的目的；其次针对流体横掠情况下较常见的管束交错排列方式，对其中所排布的三维肋管进行分别的设计，以此达到减少整体换热器积灰的目的。根据本专利技术所述的周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管束的优选方案，0.1125≤h1/D<0.15；0.075≤h7/D<0.1125；D为三维肋管直径。根据本专利技术所述的周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管束的优选方案，0.075≤h4/D<0.1125。根据本专利技术所述的周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管束的优选方案，0.05≤h2/D<0.075；0.05≤h3/D<0.075；0.05≤h5/D<0.075；0.05≤h6/D<0.075。本专利技术的第二个技术方案是，一种周向变化肋结构的防积灰三维肋管壳式换热器,包括三维肋管束、出口管、进口管、上集管和下集管；其特征在于：三维肋管束竖直连接在上集管和下集管之间，进口管与上集管连接，出口管与下集管连接；流体从进口管流入，经过下集管、三维肋管束和上集管，从出口管流出；烟气横掠三维肋管束，与三维肋管束管内流体进行换热；所述三维肋管束由若干沿横向和纵向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，所述三维肋管的轴向与烟气流入方向垂直；相邻排的三维肋管交错布置；布置在奇数排的三维肋管相互对应设置，布置在偶数排的三维肋管相互对应设置；每个三维肋管的外表面设置有若干肋片；以烟气进口为起点，除布置在第二排的三维肋管外的其他三维肋管，这些其他三维肋管表面的位于与烟气流入方向呈30°—-30°区域内的肋片的高度为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，其余位置的肋片的高度为h4，h2<h4<h1；h3<h4<h1；以烟气进口为起点，布置在第二排的三维肋管，其表面的位于与烟气流入呈75°—-120°区域内的肋片的高度为h6，位于与烟气流出方向呈15°—-15°区域内的肋片的高度为h5，其余位置的肋片的高度为h7，h5<h7，h6<h7。根据本专利技术所述的周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管壳式换热器的优选方案，0.1125≤h1/D<0.15；0.075≤h7/D<0.1125；D为三维肋管直径。根据本专利技术所述的周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管壳式换热器的优选方案，0.075≤h4/D<0.1125。根据本专利技术所述的周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管壳式换热器的优选方案，0.05≤h2/D<0.075；0.05≤h3/D<0.075；0.05≤h5/D<0.075；0.05≤h6/D<0.075。本专利技术所述的周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管束及管壳式换热器的有益效果是：本专利技术利用每一根三维肋管周向上肋结构的变化来减少飞灰在管子表面各个位置的沉积量，摒弃通常三维肋管单一肋结构的惯例，使三维肋管在同一周向截面上肋片高度存在变化，轴向方向保持一致，以此达到减少管子各个部位积灰的目的；其次针对流体横掠情况下较常见的管束交错排列方式，对其中所排布的三维肋管进行分别的设计，以此达到减少整体换热器积灰的目的；本专利技术可广泛应用在电力、能源等领域。附图说明图1是一种周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管壳式换热器的结构示意图。图2是三维肋管束1的布置示意图。图3是除布置在第二排的三维肋管外的其他三维肋管的肋片高度设置示意图。图4是布置在第二排的三维肋管的肋片高度设置示意图。具体实施方式参见图2至图4.一种周向变化肋结构的防积灰叉排三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管束，所述三维肋管束由若干沿横向和纵向并排布置的三维肋管(6)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(6)的轴向与烟气流入方向垂直；相邻排的三维肋管交错布置；每个三维肋管的外表面设置有若干肋片；/n以烟气进口为起点，除布置在第二排的三维肋管外的其他三维肋管，这些其他三维肋管表面的位于与烟气流入方向呈30°—-30°区域内的肋片的高度为h

【技术特征摘要】
1.一种周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管束，所述三维肋管束由若干沿横向和纵向并排布置的三维肋管(6)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(6)的轴向与烟气流入方向垂直；相邻排的三维肋管交错布置；每个三维肋管的外表面设置有若干肋片；
以烟气进口为起点，除布置在第二排的三维肋管外的其他三维肋管，这些其他三维肋管表面的位于与烟气流入方向呈30°—-30°区域内的肋片的高度为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，其余位置的肋片的高度为h4，h2<h4<h1；h3<h4<h1；
以烟气进口为起点，布置在第二排的三维肋管，其表面的位于与烟气流入呈75°—-120°区域内的肋片的高度为h6，位于与烟气流出方向呈15°—-15°区域内的肋片的高度为h5，其余位置的肋片的高度为h7，h5<h7，h6<h7。


2.根据权利要求1所述的周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管束，其特征在于：0.1125≤h1/D<0.15；0.075≤h7/D<0.1125；D为三维肋管直径。


3.根据权利要求2述的周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管束，其特征在于：0.075≤h4/D<0.1125。


4.根据权利要求3的周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管束，其特征在于：0.05≤h2/D<0.075；0.05≤h3/D<0.075；0.05≤h5/D<0.075；0.05≤h6/D<0.075。


5.一种周向变化肋结构的防积灰叉排三维肋管壳式换热器,包括三维肋管束(1)、出口管(2)、进口管(3)、上集管(4)和下集管(5)；其特征在于：三维肋管束(1)竖直连接在上集管(4)和下集管(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖强，丁玉栋，谭颜斯阳，朱恂，付乾，程旻，王宏，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50