專利名稱：一種旋流式換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于旋流式換交換裝置熱交換裝置是利用煙氣余熱來預(yù)熱空氣或煤氣。由于煙氣帶走的物理熱占燃料總熱量的30～60％，溫度600～1100℃，因此，回收煙氣余熱是節(jié)能的重要措施。普通換熱器將空氣預(yù)熱至300～400℃，可節(jié)約燃料15～25％，高溫?fù)Q熱器可節(jié)約燃料達(dá)40％以上。說明換熱器的應(yīng)用可節(jié)約燃料，提高燃燒溫度，增加產(chǎn)量，降低成本，是有效的節(jié)能措施。
多年來，世界各國極其重視和發(fā)展各種類型的換熱器，其中管式換熱器發(fā)展尤為迅速。換熱器的結(jié)構(gòu)較完善的是套管式換熱器，但是，由于管道是光滑的，空氣沿管道流動時(shí)，其附面層影響著傳熱效率，傳熱系數(shù)僅為10～25瓦／米2·度，顯然這類換熱器的熱交換效率是較低的。
本發(fā)明的目的是為了提高上述套管式換熱器的熱交換率，提高換熱效率，增加空氣預(yù)熱溫度，減少空氣的壓力損失。利用管式換熱器內(nèi)增設(shè)旋流器的措施，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的氣流來沖破管壁的空氣附面層或減薄附面層，并且利用氣體附壁效應(yīng)以提高空氣側(cè)的傳熱系數(shù)。同時(shí)，利用固體輻射和擴(kuò)展表面增加煙氣側(cè)的傳熱系數(shù)，其傳熱系數(shù)可達(dá)30～60瓦／米2·度。因而，設(shè)計(jì)并制造了旋流式管狀對流換熱器和旋流式筒狀輻射換熱器。
本發(fā)明旋流式管狀對流換熱器的結(jié)構(gòu)見


圖1，包括冷風(fēng)輸入管(4)、熱風(fēng)輸出管(5)、冷風(fēng)集合箱(8)，熱風(fēng)集氣箱(9)、內(nèi)管(1)、外管(3)、旋流器(2)、輻射板(6)、輻射墻(7)。外管內(nèi)表面為粗糙管，而外表面具有擴(kuò)展系數(shù)為1.2～1.4的擴(kuò)展表面的圓形管，外管下端封閉，上端與熱風(fēng)輸出管連接。內(nèi)管外壁安裝旋流器，處于內(nèi)外管的環(huán)縫內(nèi)，兩個(gè)以上具有旋流器的內(nèi)外管的換熱器元件并聯(lián)后，入口端與冷風(fēng)輸入管、出口端與熱風(fēng)輸出管連接。
本發(fā)明旋流器為螺旋導(dǎo)向槽式，具有10根以上螺旋導(dǎo)向槽，旋流器長度為內(nèi)管直徑的0.1～0.3倍，旋流器與外管間距為內(nèi)外管間距的 1/3 ～ 1/2 ，每隔3～10倍內(nèi)管直徑的距離安裝一個(gè)旋流器，它與外管內(nèi)壁間距為內(nèi)外套管間距的 1/3 ～ 1/2 ，旋流器數(shù)量根據(jù)內(nèi)管長度確定，旋流器的旋流強(qiáng)度為0.6～1.2，旋流器的通氣口與傳熱表面接觸。
本發(fā)明內(nèi)管為粗糙圓管，其長度略小于外管長度，壁厚2～6mm，外管底部封閉，外管與內(nèi)管直徑比為1(0.9～0.5)，內(nèi)管和外管嚴(yán)格保證同心度。
本發(fā)明每隔兩排管之間安裝一塊輻射板，材質(zhì)為耐熱金屬或硅酸鋁質(zhì)耐火材料，輻射墻是利用煙囪內(nèi)壁粘貼一層5～30mm厚的硅酸鋁質(zhì)耐火纖維。
本發(fā)明外管為粗糙管，外管的外表面具有擴(kuò)展表面，擴(kuò)展系數(shù)為1.2～1.4倍，其長度根據(jù)所需表面積確定，外管為耐熱金屬材料，其材質(zhì)可根據(jù)煙氣溫度確定，厚度為3～8mm。內(nèi)管長度略小于外管，材質(zhì)可根據(jù)空氣預(yù)熱溫度而定，內(nèi)管下端底部開口，外管下端底部封閉。
本發(fā)明旋流式筒狀輻射換熱器見圖2、圖3(附圖2的A－A剖面圖)，其結(jié)構(gòu)包括筒狀中管稱中筒(12)，筒狀內(nèi)管稱內(nèi)筒(13)，筒狀外管稱外筒(14)，輻射墻(15)，輻射板(16)，旋流器(17)，冷風(fēng)輸入管(10)，熱風(fēng)輸入管(11)。輻射板置于內(nèi)筒，由厚度為3～10mm的耐熱金屬板制成十字形，其材質(zhì)為耐火材料，或比內(nèi)外筒高一級的耐熱金屬或耐火材料。中筒為粗糙管，其長度略小于內(nèi)筒，壁厚為3～6mm，內(nèi)筒和外筒具有擴(kuò)展系數(shù)為1.2～1.4的擴(kuò)展外表面的圓形管，中筒兩側(cè)安裝旋流器，內(nèi)外筒上下兩端封閉。輻射墻是利用煙囪壁粘附一層厚度為5～10mm的硅酸鋁質(zhì)耐火纖維。
本發(fā)明旋流器安裝位置，每隔1.5～5倍內(nèi)筒直徑的距離安裝一個(gè)旋流器，旋流器的旋流強(qiáng)度為0.6～1.2。
本發(fā)明是利用旋流、固體輻射和外管外壁擴(kuò)展面來提高空氣側(cè)和煙氣側(cè)的對流和輻射換熱系數(shù)，傳熱系數(shù)達(dá)30～60瓦／米2·度較片狀換熱器傳熱系數(shù)高2～3倍。旋流式管狀對流換熱器的空氣側(cè)和煙氣側(cè)氣流阻力與片狀換熱器基本相同，比噴流管式換熱氣小 1/4 ～ 1/2 。該發(fā)明旋流式換熱器具有良好的氣密性，可以用來預(yù)熱空氣或煤氣。當(dāng)用于低溫余熱回收時(shí)，采用具有旋流式管狀對流換熱器。當(dāng)用于高溫余熱回收時(shí)，可采用旋流式筒狀輻射換熱器。當(dāng)煙氣溫度500～700℃時(shí)，利用旋流式管狀對流換熱器，可預(yù)熱空氣溫度達(dá)300～400℃，當(dāng)煙氣溫度為800～1100℃時(shí)，可利用旋流式筒狀輻射換熱器，可預(yù)熱空氣溫度達(dá)450～800℃。本發(fā)明與套管式的換熱器相比較，除綜合傳熱系數(shù)高2～3倍外，還具有結(jié)構(gòu)簡單、易于制造，因傳熱面溫度低而壽命長、投資少，投資還本期半年左右。這類換熱器具有顯著的節(jié)能效果，可以提高燃料燃燒溫度，取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明廣泛應(yīng)用于連續(xù)加熱爐、熱處理爐、鍛造爐、冶煉爐，以及化工用爐的煙氣余熱回收。
權(quán)利要求1.一種旋流式換熱器，包括冷、熱集氣箱和輸入、輸出管，內(nèi)管(或筒)、外管(或筒)、輻射板、輻射墻，其特征在旋流式管狀換熱器的內(nèi)管、外管內(nèi)表面為粗糙管、外表面具有擴(kuò)展系數(shù)為1.2～1.4的擴(kuò)展表面的圓形管，內(nèi)管長度略小于外管長度，壁厚2～6mm，外管底部封閉，外管和內(nèi)管直徑比為1∶[0.5～0.9)，壁厚3～8mm，內(nèi)外管嚴(yán)格保證同心，內(nèi)管外壁安裝旋流器，旋流式筒狀換熱器，內(nèi)筒安裝輻射板，中筒兩側(cè)安裝旋流器，中筒為粗糙管，其長度略小于內(nèi)筒，壁厚為3～6mm，內(nèi)筒和外筒具有擴(kuò)展系數(shù)為1.2～1.4的擴(kuò)展外表面的圓形管，內(nèi)外筒上下兩端封閉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述換熱器，其特征在于旋流器為螺旋導(dǎo)向槽式，其螺旋導(dǎo)向槽數(shù)量大于10根。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述換熱器，其特征在于旋流器安裝在內(nèi)外管之間，每隔3～10倍內(nèi)管直徑的距離安裝一個(gè)旋流器，它與外管內(nèi)壁間距為內(nèi)外管間距的 1/3 ～ 1/4 ，旋流器的長度為內(nèi)管直徑的0.1～0.3倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述換熱器，其特征在于筒狀換熱器的旋流器的位置，每隔1.5～5倍的內(nèi)筒直徑的距離安裝一個(gè)旋流器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述換熱器，其特征在于每隔二排管之間安裝一塊輻射板，材質(zhì)為耐熱金屬或硅酸鋁質(zhì)耐火材料，輻射墻利用煙道內(nèi)壁粘貼5～10mm厚的硅酸鋁質(zhì)耐火纖維，筒狀換熱器輻射板厚度為5～10mm，制成十字形，其材質(zhì)為比內(nèi)外筒的高一級的耐熱金屬或耐火材料。
專利摘要旋流式換熱器制成管狀對流或筒狀輻射換熱器，分別用于低溫和高溫余熱回收。旋流式換熱器主要是利應(yīng)其旋流和附壁效應(yīng)提高空氣側(cè)的傳熱系數(shù)，利用固體輻射和擴(kuò)展表面提高煙氣側(cè)的傳熱系數(shù)。其綜合傳熱系數(shù)可達(dá)30～60瓦/米
文檔編號F28D1/04GK2041768SQ8821306
公開日1989年7月26日 申請日期1988年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月12日
發(fā)明者張先耀, 吳懋林, 尹丹模, 蒼大強(qiáng) 申請人:北京科技大學(xué)