專利名稱：應(yīng)用在余熱鍋爐中的螺旋扁管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱交換裝置，具體地說(shuō)是應(yīng)用在余熱鍋爐中的螺旋扁管。
背景技術(shù)：
我國(guó)政府計(jì)劃到2020年將碳排放量減少40% -45%,目前面臨著巨大的減排壓 力。政府正在推行各項(xiàng)有利于節(jié)能減排的政策，其中余熱回收利用作為提高能源利用效率 的有效途徑，國(guó)家出臺(tái)了多項(xiàng)政策鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)行余熱回收利用。在節(jié)能、環(huán)保策的大力推動(dòng) 下，余熱鍋爐的需求迅猛增長(zhǎng)，市場(chǎng)容量巨大。2008年國(guó)內(nèi)余熱鍋爐企業(yè)銷售額約34億元， 預(yù)計(jì)未來(lái)5年國(guó)內(nèi)余熱鍋爐市場(chǎng)容量將達(dá)280億元，國(guó)際市場(chǎng)約400億元，共計(jì)約680億元， 余熱鍋爐行業(yè)市場(chǎng)前景廣闊。我國(guó)余熱資源非常豐富，特別是在石油和石化、鋼鐵、有色、化工、水泥、建材、輕 工、煤炭等行業(yè)，余熱資源約占燃料消耗總量的17% _67%，其中可回收利用的余熱資源 約占余熱總資源的60%。目前我國(guó)余熱資源利用比例低，大型鋼鐵企業(yè)余熱利用率約為 30 %-50%,其他行業(yè)更低，余熱利用效率提升潛力大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀，而提供應(yīng)用在余熱鍋爐中 的螺旋扁管，有效提高余熱鍋爐的熱能利用效率。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為應(yīng)用在余熱鍋爐中的螺旋扁管， 包括扁管本體和位于扁管本體兩端的兼作進(jìn)口的第一管接口和兼作出口的第二管接口，其 中扁管本體成環(huán)形或規(guī)則曲線形狀固定安裝在換熱面中，扁管本體包含至少一個(gè)螺旋部， 螺旋部沿軸線任一質(zhì)點(diǎn)的橫截面呈螺旋漸變的橢圓形或長(zhǎng)圓形。為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的措施還包括上述的螺旋部為左旋部或右旋部。上述的螺旋部之間設(shè)置有過(guò)渡段，所述的過(guò)渡段是截面呈橢圓形或長(zhǎng)圓形的直管
或彎管。上述的過(guò)渡段位于左旋部和右旋部之間。上述的換熱面包括煙氣通道，以及沿?zé)煔馔ǖ涝O(shè)置的水保護(hù)段、過(guò)熱器、蒸發(fā)器和
省煤器。上述的扁管本體通過(guò)管接口與彎頭、集合管、彎管或直管相連接，成環(huán)形或規(guī)則曲 線形狀固定設(shè)置在水保護(hù)段、過(guò)熱器、蒸發(fā)器和省煤器內(nèi)。上述的省煤器和水保護(hù)段之間設(shè)置有鍋筒。鍋筒將通入的水和汽分離。上述的扁管本體由左旋部組成或者由右旋部組成或者由左旋部、過(guò)渡段和右旋部 相結(jié)合組成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的應(yīng)用在余熱鍋爐中的螺旋扁管是一種新型的換熱元 件，它以圓管為基管，經(jīng)壓扁后扭曲成型，其螺旋部沿軸線任一質(zhì)點(diǎn)的橫截面呈螺旋漸變的橢圓形或長(zhǎng)圓形，管內(nèi)流道因管子的扭曲而呈螺旋狀。呈螺旋狀的螺旋扁管管內(nèi)腔壁和管 外周壁的表面積比起標(biāo)準(zhǔn)的直管要大的多，使得受熱的熱交換面積大大增加，位于螺旋扁 管管內(nèi)腔受熱介質(zhì)熱交換效率大大提高。管內(nèi)管外處于螺旋流動(dòng)，流體在管內(nèi)和管外大體 呈縱向流動(dòng)，同時(shí)伴隨有橫向螺旋運(yùn)動(dòng)，這種流速和流向的周期性改變加強(qiáng)了流體的軸向 混合和湍流度，從而強(qiáng)化了傳熱。實(shí)驗(yàn)研究表面螺旋扁管內(nèi)外膜傳熱系數(shù)比光管的內(nèi)外 膜傳熱系數(shù)大幅度提高，雷諾數(shù)低時(shí)最為明顯，達(dá)到2-4倍，隨著雷諾數(shù)的增大效果略微降 低，通常也可提高傳熱系數(shù)1. 5倍以上。該應(yīng)用了螺旋扁管的余熱鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊、體積小， 吊裝方便；節(jié)省材料，造價(jià)低，大幅度提高換熱效率，可廣泛應(yīng)用于石油化工、電力、鋼鐵、有 色、化工、水泥、建材、輕工、煤炭等行業(yè)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的原理示意圖；圖3是圖1中螺旋扁管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3中的G處放大視圖；圖4a是圖4中的A-A向剖視圖；圖4b是圖4中的B-B向剖視圖；圖4c是圖4中的C-C向剖視圖；圖4d是圖4中的D-D向剖視圖；圖5是圖3中的F處放大視圖；圖5a是圖5中的A-A向剖視圖；圖5b是圖5中的B-B向剖視圖；圖5c是圖5中的C-C向剖視圖；圖5d是圖5中的D-D向剖視圖；圖6是圖3中的E-E向剖視圖；圖7是余熱鍋爐中管道的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是圖7的右視圖；圖9是圖7的A-A向剖視圖；圖10是本發(fā)明應(yīng)用于煙道式余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是本發(fā)明應(yīng)用于管殼式余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是管殼式余熱鍋爐本體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖1至圖12所示為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。其中的附圖標(biāo)記為扁管本體1、第一管接口 la、第二管接口 lb、左旋部lc、右旋部 Id、過(guò)渡段le、換熱面2、水保護(hù)段2a、過(guò)熱器2b、蒸發(fā)器2c、省煤器2d、鍋筒3、90度彎頭4、 180度彎頭5、前端管箱6、煙氣出口 7、固定管板8、蒸汽出口 9、殼體10、折流板11、管束12、 浮動(dòng)管板13、浮頭蓋14、外頭蓋15、水進(jìn)口 16、煙氣進(jìn)口 17。
實(shí)施例1本發(fā)明的應(yīng)用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，包括扁管本體1和位于扁管本體1兩端 的兼作進(jìn)口的第一管接口Ia和兼作出口的第二管接口 lb，其中扁管本體1成環(huán)形或規(guī)則 曲線形狀固定安裝在換熱面2中，扁管本體1包含至少一個(gè)螺旋部，螺旋部沿軸線任一質(zhì)點(diǎn) 的橫截面呈螺旋漸變的橢圓形或長(zhǎng)圓形。螺旋部可以是左旋部Ic或右旋部Id。螺旋部是以圓管為基管，經(jīng)壓扁后扭曲成 型，其螺旋部沿軸線任一質(zhì)點(diǎn)的橫截面呈螺旋漸變的橢圓形或長(zhǎng)圓形。在扁管本體1上可 以設(shè)置有多個(gè)螺旋部。在各個(gè)螺旋部之間可以設(shè)置有過(guò)渡段le，如圖6所示，本實(shí)施例中過(guò)渡段Ie是截 面呈橢圓形的直管或彎管。過(guò)渡段Ie位于左旋部Ic和右旋部Id之間，通過(guò)過(guò)渡段Ie連 接各個(gè)左旋部Ic或右旋部Id。過(guò)渡段Ie的截面可以是橢圓形，也可以是圓形。本發(fā)明的螺旋扁管，扁管本體1可以是由左旋部Ic組成或者由右旋部Id組成或 者由左旋部lc、過(guò)渡段Ie和右旋部Id相結(jié)合組成。換熱面2包括煙氣通道2a，以及沿?zé)煔馔ǖ?a設(shè)置的水保護(hù)段2a、過(guò)熱器2b、蒸 發(fā)器2c和省煤器2d。螺旋扁管的扁管本體1通過(guò)第一管接口 Ia和第二管接口 Ib與彎頭、 集合管、彎管或直管相連接，成環(huán)形或規(guī)則曲線形狀固定設(shè)置在水保護(hù)段2a、過(guò)熱器2b、蒸 發(fā)器2c和省煤器2d內(nèi)。如圖1中所示，本實(shí)施例中，螺旋扁管的扁管本體1依次穿設(shè)省煤器2d、水保護(hù)段 2a、蒸發(fā)器2c和過(guò)熱器2b。在省煤器2d和水保護(hù)段2a之間設(shè)置有鍋筒3，鍋筒3將通入 的水和汽分離。位于水保護(hù)段2a、過(guò)熱器2b、蒸發(fā)器2c和省煤器2d內(nèi)的扁管本體1包括 左旋部Ic、過(guò)渡段Ie和右旋部Id。如圖2所示，廢熱源如煙氣等從廢熱源進(jìn)口進(jìn)入水保護(hù)段2a、過(guò)熱器2b、蒸發(fā)器2c 和省煤器2d，然后排出。水等換熱介質(zhì)進(jìn)入設(shè)置在水保護(hù)段2a、過(guò)熱器2b、蒸發(fā)器2c和省 煤器2d內(nèi)的扁管本體1，換熱介質(zhì)與廢熱源進(jìn)行熱交換后排出。如圖4和圖5所示的左旋部Ic和右旋部Id的放大視圖。圖4a至圖4d是圖4中 的剖視圖，從剖視圖中可以看出，左旋部Ic任意一處的截面都是橢圓形或長(zhǎng)圓形，同樣，圖 5a至圖5d是圖5中的剖視圖，右旋部Id任意一處的截面也都是橢圓形或長(zhǎng)圓形。如圖7和圖8所示，余熱鍋爐中的螺旋扁管通過(guò)第一管接口 Ia或第二管接口 Ib與 90度彎頭4和180度彎頭5相連接，成環(huán)形或規(guī)則曲線形狀通過(guò)管套固定在水保護(hù)段2a、 過(guò)熱器2b、蒸發(fā)器2c和省煤器2d內(nèi)。圖9是圖7的A-A向剖視圖。本發(fā)明的應(yīng)用在余熱鍋爐中的螺旋扁管是一種新型的換熱元件，它以圓管為基 管，經(jīng)壓扁后扭曲成型，其螺旋部沿軸線任一質(zhì)點(diǎn)的橫截面呈螺旋漸變的橢圓形或長(zhǎng)圓形， 管內(nèi)流道因管子的扭曲而呈螺旋狀。呈螺旋狀的螺旋扁管管內(nèi)腔壁和管外周壁的表面積比 起標(biāo)準(zhǔn)的直管要大的多，使得受熱的熱交換面積大大增加，位于螺旋扁管管內(nèi)腔受熱介質(zhì) 熱交換效率大大提高。管內(nèi)管外處于螺旋流動(dòng)，流體在管內(nèi)和管外大體呈縱向流動(dòng)，同時(shí)伴 隨有橫向螺旋運(yùn)動(dòng)，這種流速和流向的周期性改變加強(qiáng)了流體的軸向混合和湍流度，從而 強(qiáng)化了傳熱。實(shí)驗(yàn)研究表面螺旋扁管內(nèi)外膜傳熱系數(shù)比光管的內(nèi)外膜傳熱系數(shù)大幅度提 高，雷諾數(shù)低時(shí)最為明顯，達(dá)到2-4倍，隨著雷諾數(shù)的增大效果略微降低，通常也可提高傳 熱系數(shù)1. 5倍以上。該應(yīng)用了螺旋扁管的余熱鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，吊裝方便；節(jié)省材料，造價(jià)低，大幅度提高換熱效率，可廣泛應(yīng)用于石油化工、電力、鋼鐵、有色、化工、水泥、建材、 輕工、煤炭等行業(yè)。實(shí)施例2
圖10為本實(shí)施例的螺旋扁管應(yīng)用于煙道式余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖10所示，煙道式余熱鍋爐主要由省煤器、上升管、鍋筒、下降管、水保護(hù)段、蒸 發(fā)器、過(guò)熱器和煙囪等組成。煙道式鍋爐是水管鍋爐，水或蒸汽在爐管內(nèi)流動(dòng)，煙氣在爐管 外的煙道中流動(dòng)，在省煤器、水保護(hù)段、蒸發(fā)器和過(guò)熱器內(nèi)設(shè)置由螺旋扁管構(gòu)成的盤管組。 煙氣通過(guò)沖刷管子的外表面將熱量傳遞給管內(nèi)的水或蒸汽。工作過(guò)程中，水經(jīng)給水管道進(jìn)入省煤器，經(jīng)過(guò)加熱以后送入鍋筒，與鍋水混合后沿 下降管下行依次通過(guò)水保護(hù)段、蒸發(fā)段。水在水保護(hù)段和蒸發(fā)段內(nèi)吸收熱形成汽水混合物 經(jīng)上升管到達(dá)鍋筒中，由鍋筒使水、汽分離。分離出來(lái)的飽和蒸汽由鍋筒上部流往過(guò)熱器， 繼續(xù)吸熱成為過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽經(jīng)蒸汽管道送到下游設(shè)備進(jìn)行使用，如用于汽輪機(jī)發(fā)電， 或者供生產(chǎn)、生活取暖用。熱煙氣按順序流經(jīng)水保護(hù)段、過(guò)熱器、蒸發(fā)器和省煤器后，再經(jīng)過(guò)煙@排向大氣。實(shí)施例3圖11為本實(shí)施例的螺旋扁管應(yīng)用于管殼式余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖12所示，管殼式余熱鍋爐本體主要由前端管箱6、煙氣出口 7、固定管板8、蒸 汽出口 9、殼體10、折流板11、管束12、浮動(dòng)管板13、浮頭蓋14、外頭蓋15、水進(jìn)口 16和煙氣 進(jìn)口 17等組成。管殼式余熱鍋爐是火管鍋爐，煙氣在爐管內(nèi)流動(dòng)，水在管外的鍋殼中流動(dòng)。 熱量通過(guò)管壁傳遞給管外的水。水經(jīng)給水管道進(jìn)入鍋殼，水在鍋殼內(nèi)吸熱形成汽水混合物經(jīng)上升管到達(dá)汽包中， 由汽包使水、汽分離。分離出來(lái)的水經(jīng)下降管回到鍋殼內(nèi)，形成水循環(huán)；分離出來(lái)的蒸汽經(jīng) 蒸汽管道送到下游設(shè)備進(jìn)行使用，如用于汽輪機(jī)發(fā)電，或者供生產(chǎn)、生活取暖用。熱煙氣經(jīng)煙氣進(jìn)口 17進(jìn)入管束12，由煙氣出口 7離開鍋爐去下游設(shè)備進(jìn)行使用或 排向大氣。管束12由螺旋扁管組成，管束12中的管子穿過(guò)折流板11，管子兩端分別與固定管 板8和浮動(dòng)管板13連接，管子與浮動(dòng)管板13的連接方式有脹接、焊接、脹焊并用等幾種方 式；殼體10與浮動(dòng)管板13采用焊接方式；固定管板8和管箱通過(guò)法蘭連接成一體。本發(fā)明的最佳實(shí)施例已闡明，由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員做出的各種變化或改型都不 會(huì)脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
應(yīng)用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，包括扁管本體(1)和位于扁管本體(1)兩端的兼作進(jìn)口的第一管接口(1a)和兼作出口的第二管接口(1b)，其特征是所述的扁管本體(1)成環(huán)形或規(guī)則曲線形狀固定安裝在換熱面(2)中，扁管本體(1)包含至少一個(gè)螺旋部，所述的螺旋部沿軸線任一質(zhì)點(diǎn)的橫截面呈螺旋漸變的橢圓形或長(zhǎng)圓形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，其特征是所述的螺旋部為 左旋部(lc)或右旋部(Id)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，其特征是所述的螺旋部之 間設(shè)置有過(guò)渡段(le)，所述的過(guò)渡段(le)是截面呈橢圓形或長(zhǎng)圓形的直管或彎管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，其特征是所述的過(guò)渡段 (le)位于左旋部(lc)和右旋部(Id)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，其特征是所述的換熱面(2) 包括煙氣通道(2a)，以及沿?zé)煔馔ǖ?2a)設(shè)置的水保護(hù)段(2a)、過(guò)熱器(2b)、蒸發(fā)器(2c) 和省煤器(2d)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，其特征是所述的扁管本體 (1)通過(guò)兼作進(jìn)口的第一管接口(la)和兼作出口的第二管接口(lb)與彎頭、集合管、彎 管或直管相連接，成環(huán)形或規(guī)則曲線形狀固定設(shè)置在水保護(hù)段(2a)、過(guò)熱器(2b)、蒸發(fā)器 (2c)和省煤器(2d)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，其特征是所述的省煤器 (2d)和水保護(hù)段(2a)之間設(shè)置有鍋筒(3)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7任一權(quán)利要求所述的應(yīng)用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，其特征是 所述的扁管本體⑴由左旋部(lc)組成或者由右旋部(Id)組成或者由左旋部(lc)、過(guò)渡 段(le)和右旋部(Id)相結(jié)合組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了應(yīng)用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，包括扁管本體和位于扁管本體兩端的兼作進(jìn)口的第一管接口和兼作出口的第二管接口，其中扁管本體成環(huán)形或規(guī)則曲線形狀固定安裝在換熱面中，扁管本體包含至少一個(gè)螺旋部，螺旋部沿軸線任一質(zhì)點(diǎn)的橫截面呈螺旋漸變的橢圓形或長(zhǎng)圓形。應(yīng)用本發(fā)明的螺旋扁管，余熱鍋爐具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，吊裝方便等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)節(jié)省材料，造價(jià)低，大幅度提高換熱效率，可廣泛應(yīng)用于石油化工、電力、鋼鐵、有色、化工、水泥、建材、輕工、煤炭等行業(yè)。
文檔編號(hào)F28F1/42GK101865623SQ20101020911
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者蔡麗萍, 連海峰 申請(qǐng)人:寧波連通設(shè)備制造有限公司