一种突扩形烟风通道气流均匀化导流装置的设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于具有突扩形烟风通道的气流均匀化导流装置的设计方法，该设计方法遵循每一组所划分的导流环形区域的入口面积与出口面积比都相等的原则，并根据烟风通道突扩口处的结构尺寸及进、出口来流雷诺数Ｒｅ来修正每组导流叶片的尺寸；用该设计方法设计出的导流装置能有效提高突扩形烟风通道出口的烟气速度场的均匀性，从而提高余热锅炉及其他换热器的传热有效性和运行可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热能工程应用
，具体涉及一种用于余热锅炉以及其它具有突扩形烟风通道如回转式空气预热器入口段气流均匀化导流装置的设计方法。
技术介绍
工业过程中的通流烟风道通常具有圆形或矩形截面，而需要布置对流管束的余热锅炉以及换热设备一般采用矩形通道，而且布置对流管束的矩形通道的截面积远大于通流段的入口截面，这种结构普遍存在于气流通流段和换热段的转换中间。因此，在余热锅炉对流管束入口段形成了突扩形的烟风通道，当介质流过突扩段时，气流边界层从烟气入口处就开始发生分离，而产生强烈的涡流区，从而引起烟气速度分布不均匀。 突扩形通流烟风道出口的烟气流速的不均匀性直接影响对流管束的传热效率和稳定性，对于烟气中含灰量较大的余热锅炉及其他设备，这种烟气流速的不均匀性和不稳定性在一定程度上影响着对流管束的工作稳定性，如气流的边界层分离产生的涡流区引起对流管束磨损和破裂，从而引起换热设备的强迫停炉事故。当对流管束的管内换热系数一定且对流管束自身的结构不变时，对流管束外侧的烟气流速对其传热系数影响很大。由于余热锅炉及其他换热设备的对流管束与烟风道入口处的稳流段很短，烟气通过突变截面处其速度还没有达到稳定状态就直接进入换热段。这样，就会在烟气进进对流管束时，形成烟风道截面两侧烟气流速较低，而中间部位流速过高，从而使烟风道入口部位两侧的传热系数和换热量均低于中间部位，而造成整体的换热效率的下降。由于烟气的积灰程度和烟气速度成反向作用关系，在烟气含灰量较大的烟道中，这种烟道入口处速度两侧大中间小的速度不均匀性使得翅片管受热面两侧积灰比较严重，从而也进一步影响对流管束的换热效率。而烟风道中部烟气流速较设计工况大，势必造成对流管束的局部磨损。这将影响换热设备运行的经济性和稳定性。因此，改善锅炉烟道入口烟气的流动工况，对于提高余热锅炉及其他换热设备的换热效率和改善烟道积灰、磨损都有着很大意义。 目前对于改善锅炉烟道入口处烟气流动工况最直接的方法就是加长烟道稳流段的长度，使烟气流尽可能在到达换热面处时已经充分发展，进而使流场达到稳定。但是这样做会使得烟道加长，增加设备制造成本，而且，烟风道的加长也使得锅炉散热损失增大，降低锅炉热效率。 通过设置烟道入口的导流叶片，使得烟道流场均匀化，从而增加换热面的换热系数，在相同锅炉负荷的情况下，可以减少换热面面积，并且使锅炉受热面积灰和磨损得到更好地改善，而加装气流均匀化导流装置成本低，而且可以提高锅炉受热面的传热效率，降低受热面的消耗量，降低事故率。赵钦新等(文献再生式空气预热器烟风道(含风罩)入口气流动力模化.西安交通大学学报，1995，29(11)26-32)通过对在生式空气预热器的圆形突扩段在其加入导流叶片后的速度场的研究表明，通过导流叶片的加入，可以明显改善烟道气流的均匀性。 近几年随着全面节能减排工作的开展，工业过程余热利用技术发展迅速，由于突扩形烟风道缺少气流均匀化导流装置而造成的受热面磨损事故和烟尘塞积造成的停炉事故也日渐增多。目前，具有突扩形烟风通道气流均匀化导流装置的具体结构设计的创新很多，而且，可以千差万别，但是，导流装置设计方法的创新一直没有获得突破。工业生产中，设计人员都是采用经验设计的方法来设计相应的导流装置或导流叶片对烟风道气流实现均匀化。但是，经过多次设计使用，我们发现传统的经验设计方法所设计的导流装置不能完全避免磨损和烟尘塞积事故的发生，而且，工业生产实际中经常出现烟风道在弯转之后布置突扩变形烟风道，而且，传统的经验设计也没有考虑余热锅炉中对流管束对突扩形烟风通道气流均匀化的作用。因此，寻求一种通用的突扩形烟风通道的换热器的气流均匀化导流装置的设计方法势在必行。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于余热锅炉以及其它具有突扩形烟风通道的换热器如回转式空气预热器入口突扩段的气流均匀化导流装置的设计方法，该设计方法使烟风通道内导流叶片所分割的各个流道的横截面面积相等比例的放大至出口，从而使得通截面烟气流速达到均匀化，提高了余热锅炉受热面传热的有效性。 ，该导流装置由同心的导流叶片拼接而成，并由支架结构固定于突扩形烟风通道的入口处，该导流装置将突扩形烟风通道流场分为独立的子区域，当气流进进突扩段时，导流叶片对其流动实现均匀分流，其特征在于，先对突扩形烟风通道入口划分为一组同心的正方形或圆形，再根据每一组所划分的导流环形区域的入口截面积与出口截面积的比例都相等的原则，即求得出口处的环形面积，再确定导流叶片的高度，最后根据导流叶片的高度确定导流叶片出口处的实际尺寸，即当导流叶片出口处为圆形时，该实际尺寸为圆形的半径，当导流叶片出口处为方形时，该实际尺寸为方形的长和宽，其中，A1、A2......An为导流叶片所划分的环形区域入口截面积；A1`、A2`......An`为环形区域出口截面积。 气流入口处截面积的划分应根据等比例原则即进行划分，并根据实际情况进行修正，其中λ为常数，An为导流叶片所划分的第n层环形区域的入口截面积，An-1为导流叶片所划分的与第n层环形区域相邻的内层环形区域的入口截面积。 导流叶片的高度hn的确定，可根据导流叶片入口处半径或当量半径与入口整体截面的半径或当量半径的比例来确定即，并根据实际情况进行修正，其中，hn表示任意第n层导流叶片的高度，h表示突扩形烟风通道的高度，An为导流叶所划分的第n层环形区域的入口截面积，A表示突扩形烟风通道的入口截面积。 对于导流叶片出口处为方形时，其具体尺寸根据以下公式确定，其中an为任意第n层导流叶片的入口处方形的当量长度，a`n为任意第n层导流叶片的出口处所划分的边的长度，a``n为实际的任意第n层导流叶片的底边的长度，hn表示任意第n层导流叶片的高度，h表示突扩形烟风通道的高度。 对于导流叶片出口处为圆形时，其具体尺寸根据以下公式确定，其中，rn为任意第n层导流叶片的入口处方形的长度，r`n为任意第n层导流叶片的出口处所划分的边的长度，r``n为实际的任意第n层导流叶片的底边的长度，hn为任意第n层导流叶片的高度。 对于圆变方突扩形烟风通道，当圆形入口尺寸与方形出口尺寸相当时，可将该相当侧的导流叶片去掉，形成半封闭的翅片。 所说的λ为1-1.2。 所说的根据实际情况进行修正是指根据突扩形烟风通道入口来流Re和突扩形烟风通道出入口面积比 来修订，即当Re>＝3000时或时，λ<1~1.2，反之λ>＝1~1.2。 所说的根据实际情况对导流叶片的高度hn进行修正，其具体方法是根据突扩形烟风通道的出入口来流Re进行修正，当来流Re>＝3000时，外层导流叶片高度应增加δn，反之，外层导流叶片高度应减小δn，δn＝0.1～0.3(hn-hn-1)，其中，hn为任意第n层导流叶片的高度，hn-1为任意第n-1层导流叶片的高度。 该设计方法的核心是采用均速度的原则突扩形烟风通道的进出口几何面积应使得各分流区域出口处烟气速度相等，这样，当通过突扩形烟风通道的烟气在烟风通道出口处混合时的流速均相同，从而达到均流效果。根据均速度原则，每个在突扩形烟风通道入口处被划分的环形截面应与相应的出口处所划分的环形截面面积的比例都是相等的；为了达到最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种突扩形烟风通道气流均匀化导流装置的设计方法，该导流装置由同心的导流叶片拼接而成，并由支架结构固定于突扩形烟风通道的入口处，该导流装置将突扩形烟风通道流场分为独立的子区域，当气流进入突扩段时，导流叶片对其流动实现均匀分流，其特征在于，先对突扩形烟风通道入口划分为一组同心的正方形或圆形，再根据每一组所划分的导流环形区域的入口截面积与出口截面积的比例都相等的原则，即：Ａ↓［１］／Ａ｀↓［１］＝Ａ↓［２］／Ａ｀↓［２］＝……＝Ａ↓［ｎ］／Ａ｀↓［ｎ］求得出口处的环形面积，再确定导流叶片的高度，最后根据导流叶片的高度确定导流叶片出口处的实际尺寸，即当导流叶片出口处为圆形时，该实际尺寸为圆形的半径，当导流叶片出口处为方形时，该实际尺寸为方形的长和宽，其中，Ａ↓［１］、Ａ↓［２］……Ａ↓［ｎ］为导流叶片所划分的环形区域入口截面积；Ａ↓［１］｀、Ａ↓［２］｀……Ａ↓［ｎ］｀为环形区域出口截面积。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵钦新，王朝，王学斌，彭岩，周建国，王宇峰，惠世恩，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]