專利名稱：爐窯用多優(yōu)型金屬換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及換熱技術(shù)，是一種含有特異元件的新型熱交換裝置，用于工業(yè)爐窯回收利用排煙余熱。
利用排煙余熱予熱助燃空氣或煤氣，是工業(yè)爐窯節(jié)能的最佳措施。近些年來(lái)，隨著節(jié)能工作的發(fā)展，爐窯用換熱器不僅投用數(shù)量迅速增加，而且在技術(shù)性能方面也有許多新的進(jìn)展。然而從對(duì)換熱器的全面要求看，仍有很大差距，不能完全令人滿意。就現(xiàn)有各種換熱器比較，普通鋼管換熱器是最基本的，應(yīng)用比例較高，在結(jié)構(gòu)、制作、使用和造價(jià)方面占有優(yōu)勢(shì)，但是也有單位體積換熱能力低、外形尺寸大和使用時(shí)間短等缺點(diǎn)。如能提高單位體積換熱能力，并使其在煙氣溫度較高和含塵條件下有長(zhǎng)的使用壽命，則普通鋼管換熱器將能領(lǐng)先居首，獲得廣泛應(yīng)用?！盃t窯用多優(yōu)型金屬換熱器”即為此目的而發(fā)明設(shè)計(jì)，本發(fā)明以提高單位體積換熱能力為核心，使鋼管同特異元件相結(jié)合，構(gòu)成了新的換熱結(jié)構(gòu)形式。
單位體積換熱能力主要取決于單位體積內(nèi)的換熱面積F和傳熱系數(shù)K，可用二者的乘積FK表示。提高單位體積換熱能力，即是要提高F和K。
普通鋼管換熱器管束有如圖3中的二種排列，在工業(yè)爐窯上使用，常是煙氣在管外流動(dòng)，予熱氣體(空氣或煤氣)在管內(nèi)流動(dòng)，管外徑d為60mm，順排時(shí)S1＝S2＝1.5d，錯(cuò)排時(shí)S1＝2d，S2＝1.5d，在此條件下，順排F＝23.3m2／m3，錯(cuò)排F＝17.5m2／m3，數(shù)值都偏低。為提高F值，本實(shí)用新型改管束成緊密型排列，如


圖1所示，圖中1是換熱鋼管，其在一個(gè)方向上相互并列接觸組成串形管列，各管列間有一定的距離，成為管外氣體的流動(dòng)通道，取其S1＝d，S2＝(d＋30)mm，d仍為60mm，則緊密型排列F值提高到35m2／m3，分別是普通鋼管換熱器的1.5倍和2倍。這是本實(shí)用新型從結(jié)構(gòu)方式上實(shí)現(xiàn)提高F值。在緊密型排列中，煙氣可在管內(nèi)或管外(管列間)流動(dòng)，與予熱氣體構(gòu)成逆流或順流式換熱。緊密型排列還給如下所述的強(qiáng)化給熱方法，提供了合適的結(jié)構(gòu)形式。
普通鋼管換熱器為不增大氣體流動(dòng)阻力損失，采用煙氣流速為2－4Nm／S，予熱氣體流速為5～10Nm／S，二者均為低限值，限定給熱系數(shù)也是低的。予熱氣體在管內(nèi)低速流動(dòng)，邊界層中層流底層厚，使傳熱能力受到限制，換熱器的發(fā)展，很多辦法是針對(duì)減薄或破壞層流底層而提出的，但是隨著傳熱系數(shù)的提高，動(dòng)力消耗也顯著增加，總的效果甚至實(shí)得其反，噴流換熱器即屬此例。煙氣在管束間流動(dòng)，橫向沖刷管壁，有很大擾動(dòng)，但由于流速很低，對(duì)管壁傳熱能力更差，煙氣側(cè)傳熱強(qiáng)化一直未得到解決。普通鋼管換熱器總的傳熱系數(shù)不超過(guò)30W／m2·℃，在各種換熱器中居末位。本實(shí)用新型就強(qiáng)化傳熱問(wèn)題，采用了新的解決辦法，可以在很大程度上無(wú)矛盾的提高傳熱能力。
本實(shí)用新型采用如圖2中的管網(wǎng)和管刷插件強(qiáng)化管列間和管內(nèi)的傳熱。在圖2中，1是換熱鋼管，2是管列間管網(wǎng)插件的中心管，3是焊接在中心管2上的支架，4是包圍在外圍的金屬絲網(wǎng)，5是管內(nèi)管刷插件的刷芯，6是夾在刷芯5上的刷絲。對(duì)管網(wǎng)插件，中心管2是φ25×1mm的鋼管，長(zhǎng)度與換熱鋼管1相同。金屬絲網(wǎng)用φ1mm的鋼絲編織，孔眼尺寸為2×2mm。管網(wǎng)插件強(qiáng)化傳熱的原理是，當(dāng)煙氣在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，管網(wǎng)接受換熱鋼管1的輻射傳熱和導(dǎo)熱，而后將所得熱量全部轉(zhuǎn)傳給予熱氣體，反之，煙氣在管列間流動(dòng)時(shí)，管網(wǎng)直接被煙氣加熱，再將熱量經(jīng)輻射和導(dǎo)熱傳給管壁，加大管壁對(duì)予熱氣體的給熱能力。管網(wǎng)插件是增加傳熱量的中間體，其特點(diǎn)是氣體橫向掠過(guò)金屬絲時(shí)，用小的流速可獲得高的給熱系數(shù)，使鋼絲達(dá)到與氣體相同的溫度，而與換熱管壁間保持高的溫度差，及由此而增加的傳熱量。絲徑為1mm，空氣流速為5m／s，在100～500℃范圍內(nèi)，金屬絲對(duì)空氣的給熱系數(shù)高達(dá) 230W／m2·℃。金屬絲網(wǎng)不僅給熱系數(shù)大，而且傳熱面積也大，在給定條件下，單位體積內(nèi)鋼絲的總表面積為76m2／m3，是換熱鋼管管壁面積的2.2倍，二者相加為111m2／m3，是片狀管換熱器空氣側(cè)傳熱面積的2.8倍。所以，管網(wǎng)插件是從提高給熱系數(shù)和傳熱面積二個(gè)方面，強(qiáng)化管列間的傳熱過(guò)程。另外，管網(wǎng)金屬絲還在整個(gè)流程上對(duì)氣流產(chǎn)生細(xì)碎的渦流擾動(dòng)，使氣體與管壁間的對(duì)流傳熱直接受到強(qiáng)化作用。金屬絲網(wǎng)除強(qiáng)化傳熱外，還有好的力學(xué)性能，即有高的孔隙率，氣體在其間流過(guò)只產(chǎn)生不大的阻力損失。因此，可以說(shuō)利用管網(wǎng)插件，是在很少增加動(dòng)力消耗的條件下，大程度的提高了傳熱能力。
管外側(cè)傳熱能力得到提高，管內(nèi)側(cè)傳熱也必須強(qiáng)化，二側(cè)傳熱速度才能匹配，使整體顯出高的傳熱能力。本實(shí)用新型如圖2所示，在換熱鋼管1內(nèi)裝入用耐熱鋼絲擰制的管刷插件強(qiáng)化管內(nèi)傳熱。在圖2中，刷芯5用約φ3mm的鋼絲擰制而成，刷絲6夾在刷芯5上，是1mm左右的鋼絲。管刷插件直徑比換熱鋼管1內(nèi)徑大，刷絲端緊壓在管壁上。管刷插件與管網(wǎng)插件僅構(gòu)造形式有區(qū)別，強(qiáng)化傳熱的原理和特點(diǎn)完全相同。管刷插件刷絲6的密度是在每10mm長(zhǎng)度上約有20根，沿園周均布。這樣，刷絲6表面積的總和，至少是管內(nèi)壁面積的2倍。在鋼管橫斷面上，刷芯5和刷絲6占的面積只有4％，所以管刷插件更不會(huì)增加大的阻力。與已有的扭帶插件相比，具有強(qiáng)化傳熱作用大而阻力小的特征。
以上是本實(shí)用新型采用管網(wǎng)和管刷二種特異元件實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱的原理和方法，從中可見，其具有低阻高效、簡(jiǎn)單易行的特點(diǎn)。采用這種方法，其效果有傳熱系數(shù)K可達(dá)到60W／m2·℃以上，予熱氣體流動(dòng)阻力損失不大于300pa煙氣流動(dòng)阻力不大于150Pa，這是各種工業(yè)爐窯易于接受的使用條件。
按上述辦法，K值提高到60W／m2·℃，F(xiàn)值增大到35m2／m3，則單位體積傳熱能力上升到KF＝2100W／m3·℃，是普通鋼管換熱器二種排列方式下KF值的3倍和4倍，阻力損失卻很少增加。這樣也就達(dá)到了發(fā)明本實(shí)用新型的予期目的。
爐窯用多優(yōu)型金屬換熱器是由換熱鋼管和特異傳熱元件構(gòu)成的，根據(jù)上述強(qiáng)化傳熱的方法和原理，結(jié)合普通鋼管換熱器的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其多優(yōu)型的含義，即其具備的多方面優(yōu)點(diǎn)，可有以下各項(xiàng)1、單位體積換熱能力大，用少行程可達(dá)到高效回收，即熱回收率高、溫度效率高。
2、換熱行程少，換熱器整體體積小、重要輕，加工制作簡(jiǎn)單，造價(jià)低。
3、予熱氣體側(cè)給熱系數(shù)高，換熱鋼管管壁溫度低，使用壽命長(zhǎng)，適合在高煙溫條件下使用。
4、煙氣和予熱氣體流動(dòng)阻力損失小，動(dòng)力消耗低，特別適合制成煙囪式，供上排煙采用。此點(diǎn)與上一項(xiàng)配合，使本發(fā)明很有利于替代體積特大的輻射換熱器。
5、使煙氣在管內(nèi)以大于10m／s的速度向上流動(dòng)，能作到無(wú)堵塞的高效回收含塵煙氣余熱。
6、氣密性好，適合予熱空氣和煤氣。
7、管網(wǎng)和管刷插件重量輕，強(qiáng)化傳熱作用大，不過(guò)多增加金屬重量。
權(quán)利要求1.一種爐窯用多優(yōu)型金屬換熱器。其特征在于是用鋼管1構(gòu)成換熱的基體。鋼管1在一個(gè)方向上并列相接組成管列。管列之間留有距離成平行布置。由此形成的緊密型管束排列結(jié)構(gòu)。使煙氣(或予熱氣體)在管內(nèi)流動(dòng)。予熱氣體(或煙氣)在管列間通過(guò)。換熱鋼管1內(nèi)外均裝有強(qiáng)化傳熱插件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述爐窯用多優(yōu)型金屬換熱器，其特征在于裝在換熱鋼管1外側(cè)的管網(wǎng)插件是用金屬絲網(wǎng)圍繞一有支架3的中心鋼管2而構(gòu)成的棒狀網(wǎng)體結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述爐窯用多優(yōu)型金屬換熱器，其特征在于裝在換熱鋼管1內(nèi)的管刷插件，是用鋼絲5和6擰制而成的鋼絲刷。
專利摘要爐窯用多優(yōu)型金屬換熱器，一種新的換熱器置，用于爐窯利用排煙余熱預(yù)熱助燃空氣或煤氣。本換熱器由鋼管和二種特異插件構(gòu)成，鋼管并列相接形式管列，管列之間留有距離，由此形成管束的緊密型排列，插件均由金屬絲制作。本換熱器使單位體積換熱能力提高到大于2100W/m
文檔編號(hào)F28D1/053GK2045097SQ88208128
公開日1989年9月27日 申請(qǐng)日期1988年7月5日 優(yōu)先權(quán)日1988年7月5日
發(fā)明者王宇敬 申請(qǐng)人:王宇敬