專利名稱:煙管端部擾流器的制作方法
本實(shí)用新型屬節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域：
。它涉及一種鍋爐煙管端部擾流器，特別是一種能適用于燃煤煙火管鍋爐的煙管端部擾流器，它也適用于其他廢熱鍋爐。
現(xiàn)有傳熱技術(shù)中強(qiáng)化管內(nèi)對(duì)流傳熱的公知手段有(1)提高管內(nèi)流速，以減薄邊界層，降低熱阻；(2)利用入口段傳熱較強(qiáng)的特性，如采取短管程，多回程結(jié)構(gòu)布置；(3)采用異形管，或在管中加裝插入物等，對(duì)管內(nèi)流體進(jìn)行擾動(dòng)，破壞其層流底層，提高放熱系數(shù)。(據(jù)資料1)對(duì)于手段(1)和(2)，目前在鍋爐技術(shù)中都已得到應(yīng)用，但必然會(huì)受到結(jié)構(gòu)和流阻的限制。對(duì)于手段(3)，據(jù)資料2，日本在七十年代已將螺紋煙管用于燃油鍋爐；八十年代，中國(guó)的重慶鍋爐廠和上海工業(yè)鍋爐廠也已在燃油、氣小型鍋爐上采用了螺紋管。多年來，蘇、美、日等國(guó)已進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，這類螺紋管都是借助于煙管內(nèi)壁上的螺旋形凸筋對(duì)煙氣流產(chǎn)生擾動(dòng)，沖擊壁面的邊界層，從而降低邊界層的熱阻，提高傳熱效率；為了不波及煙氣主流凸筋的高度一般只有0.04－0.05管子內(nèi)徑，這樣可以避免增加過多的流動(dòng)阻力。據(jù)資料3，重慶大學(xué)的試驗(yàn)研究表明在相同風(fēng)機(jī)動(dòng)力消耗和傳熱率時(shí)，螺紋管換熱所需傳熱面積僅為光管換熱傳熱面積的51－86％，而在相同風(fēng)機(jī)動(dòng)力消耗和傳熱面積時(shí)，螺紋管的傳熱率是光管技術(shù)傳熱率的1.22－1.61倍。用單頭螺紋管代替出力不足的KZL4－13－AⅢ型鍋爐第一管束的光管后，實(shí)際運(yùn)行觀察和熱工測(cè)試顯示，能穩(wěn)定達(dá)到額定蒸發(fā)量，同時(shí)滿足110％的超負(fù)荷要求，在額定負(fù)荷下鍋爐效率達(dá)77％。與同型鍋爐比較排煙溫度降低了28℃，鍋爐效率提高2.5％，且不增加風(fēng)機(jī)的動(dòng)力消耗，螺紋管內(nèi)無明顯積灰，也看不出磨損跡象。另據(jù)資料4，中國(guó)遠(yuǎn)洋貨輪上的燃油輔助鍋爐在第三回程煙管中已裝有長(zhǎng)螺旋板條，以便產(chǎn)生擾動(dòng)，增強(qiáng)熱交換。但都未見有用于燃煤爐的介紹。
從資料5可知，還有用其他多種擾流元件，如長(zhǎng)螺旋板條、螺旋線、孔板等，以及采用壓扁圓管、粗化表面、脈動(dòng)壓力等辦法來強(qiáng)化傳熱，但也都未見用于燃煤鍋爐煙管上。據(jù)分析，這主要因于流阻增加太多以及積灰難以解決。
資料來源1.(a)傳熱學(xué)，p.340，人民教育出版社，1980年第一版。
(b)Bergles，A.E.，Recent Developments in Convective Heat Transfer Augmentation，Appl.Mech。Rev.Vol.26，No.6，1973。
2.“用于工業(yè)鍋爐的螺紋管”，《工業(yè)鍋爐通訊》，1983年第一期。
3.“螺紋管的性能及其應(yīng)用”，《工業(yè)鍋爐》，1985年第一期4.船舶蒸汽鍋爐，P.70，人民交通出版社，1983年第一版5.工程對(duì)流換熱，P.69，機(jī)械工業(yè)出版社，1982年第一版可見，目前強(qiáng)化燃煤鍋爐煙管內(nèi)對(duì)流傳熱的成熟技術(shù)方法即采用螺紋管。該技術(shù)已應(yīng)用于小型燃油、氣、煤鍋爐；估計(jì)用合適的螺紋管取代全國(guó)十幾萬臺(tái)KZL型快裝鍋爐中的光煙管，會(huì)有很大的節(jié)能效益。但這種改造工作耗資并不低，以一臺(tái)KZL4－13型鍋爐為例第一管束有59根光煙管，每根煙管約重18公斤，共用鋼材1100公斤，而螺紋管的價(jià)格大約是光管的1.3倍；加上拆、裝、脹、扳邊等費(fèi)用，共約1700元。需經(jīng)1－2年才能從節(jié)煤得益中收回。
本實(shí)用新型是一種能有效地強(qiáng)化煙火管鍋爐，特別是燃煤鍋爐煙管內(nèi)對(duì)流傳熱的裝置。
本實(shí)用新型的目的是要改進(jìn)燃煤鍋爐煙管內(nèi)強(qiáng)化傳熱的技術(shù)方法。采用煙管端部擾流器；不必加大風(fēng)機(jī)功率，又不需對(duì)原鍋爐進(jìn)行改造；但能產(chǎn)生與螺紋管相同的節(jié)能效果。且耗鋼極少，使用甚便。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的在煙管(包括拉撐管)的熱進(jìn)口端插入擾流器。這種管端擾流器為短螺旋形，它有別于長(zhǎng)螺旋板條或螺旋線。煙氣流受到擾流器的導(dǎo)向，產(chǎn)生繞煙管軸心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；利用煙氣的旋轉(zhuǎn)和煙氣中灰粒對(duì)煙管內(nèi)壁的沖刷作用，破壞層流底層，從而降低熱阻。由于擾流器設(shè)在管端，所以產(chǎn)生的擾動(dòng)及煙氣中的二次環(huán)流能波及全程，尤其對(duì)前半管程的換熱產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。只要改變擾流器的形狀，就能改變它的擾流特性，包括煙氣阻力和旋速。主要根據(jù)鍋爐的具體煙速及風(fēng)機(jī)裕量來確定最佳參數(shù)。對(duì)于有引風(fēng)裕量、排煙溫度偏高，出力不足的火管鍋爐，加裝本實(shí)用新型裝置后能提高熱效率2－3％。在鍋爐設(shè)計(jì)中結(jié)合采用煙管端部擾流器，可以在相同蒸發(fā)量和風(fēng)機(jī)功率條件下，縮短管程、減少縱向沖刷對(duì)流受熱面，並縮小鍋爐體積，從而能節(jié)省20％左右的鋼材。
本實(shí)用新型裝置與現(xiàn)有公知技術(shù)的螺紋管作比較，具有多處優(yōu)點(diǎn)1)不需對(duì)鍋爐原結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)，前、后煙室都可以插放擾流器。若換用螺紋管，則必須拆除幾十根鍋爐光管，再進(jìn)行穿管、脹接、扳邊等工作。
2)具有拆裝靈活性。便于檢修、調(diào)換；還可以視各煙管煙氣流量的具體分布，調(diào)配布置不同的擾流器。而螺紋管的裝拆較費(fèi)時(shí)，也難以調(diào)整各煙管的流量。
3)煙管端部擾流器同時(shí)用于煙管和拉撐管，因而也能強(qiáng)化拉撐管內(nèi)的對(duì)流換熱；這時(shí)只需改變擾流器參數(shù)，使煙管和拉撐管流量匹配即可。采用螺紋管時(shí)，拉撐管仍為光管，因而其傳熱得不到強(qiáng)化。且螺紋煙管與拉撐管流阻不同，須在拉撐管口增設(shè)節(jié)流裝置以求得流量匹配。
4)煙氣中的灰粒會(huì)對(duì)端部擾流器產(chǎn)生磨損，但不會(huì)影響其擾流性能，且更換很方便。但螺紋管內(nèi)的凸筋被煙灰磨低后勢(shì)必會(huì)削弱其傳熱性能，這時(shí)只有換管才能恢復(fù)原狀。
5)清灰方便，司爐工只需抽出擾消器就可以和光煙管一樣進(jìn)行捅刷清灰。而對(duì)同樣管徑的螺紋管進(jìn)行清灰，則要比光煙管費(fèi)力。
6)煙氣旋流中的灰粒對(duì)管內(nèi)壁的沖刷具有自動(dòng)清灰作用；煙氣旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生橫向混合及渦流，能強(qiáng)化管內(nèi)對(duì)流傳熱。
7)煙管端部擾流器成本極低，每個(gè)擾流器的成本只及一根螺紋管旋壓費(fèi)用的十分之一，相當(dāng)換用一根螺紋管所耗資的5％。用本實(shí)用新型裝置配備一臺(tái)燃煤快裝鍋爐的費(fèi)用可在二個(gè)月內(nèi)從節(jié)煤得益中收回，而用螺紋管對(duì)相同鍋爐進(jìn)行改造所耗費(fèi)用需1－2年才能回收。圖1是臥式快裝鍋爐的煙氣流程。圖2是本實(shí)用新型典型實(shí)施例的示意圖。下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
煙管端部擾流器(1)安插在煙管束的高溫端。擾流器用碳鋼制成，並經(jīng)過滲鋁處理，能夠經(jīng)受900－950℃高溫?zé)煔獾臎_刷，有較高的抗氧化和耐腐蝕性。擾流器的外徑d與煙管(2)內(nèi)徑dn基本相等，可以方便地插入和取出，其受煙氣沖擊端呈凹形，兩角與煙管板邊管端相配合，具有定位功能；擾流器尾部為錐形，整個(gè)擾流器具有低阻性。擾流器伸入煙管長(zhǎng)度約為0.1煙管全長(zhǎng)。一般鍋爐引風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓儲(chǔ)備為1.20，所以不需增加原引風(fēng)機(jī)功率。煙氣經(jīng)擾流器導(dǎo)向形成旋流后靠慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，通過煙管。其全程壓力損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全程長(zhǎng)度的螺旋板條或其他插入物的相應(yīng)數(shù)值，且不會(huì)引起積灰。試驗(yàn)中對(duì)于Re＜1.2×104的煙氣，經(jīng)過煙管端部擾流器后的努謝爾特準(zhǔn)則數(shù)Nu能提高一倍但由于后半管程煙氣的擾動(dòng)減弱，故實(shí)際全程平均Nu值約增高40％，與螺紋管效應(yīng)相近。
至此已公開了一種用于鍋爐煙管內(nèi)強(qiáng)化傳熱的管端擾流器，它特別適用于臥式燃煤煙火管鍋爐。關(guān)于這種煙管端部擾流器的制造和配置已是本專業(yè)范圍內(nèi)普通技術(shù)人員所能理解和實(shí)施的。在不增加風(fēng)機(jī)功率的條件下，根據(jù)煙管內(nèi)煙氣的雷諾數(shù)，選定合適的幾何參數(shù)，就可以取得與螺紋管類似的傳熱效果，即提高傳熱效率25％以上。只要不超出后面權(quán)利要求
書中所述的規(guī)定范圍，可以作各種變換，也同樣是有效的。
權(quán)利要求
1.一種用于強(qiáng)化鍋爐煙管內(nèi)對(duì)流傳熱的煙管端部擾流器，其基本特征是a、工作位置在煙管的高溫?zé)煔馊肟诙?；b、整個(gè)裝置僅一件構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的煙管端部擾流器，其特征在于插入煙管的長(zhǎng)度基本上不超過煙管全長(zhǎng)的十分之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的煙管端部擾流器，其特征在于外徑與煙管內(nèi)徑相近，可以方便地插入或取出。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的煙管端部擾流器，其特征在于裝置呈螺旋狀，受煙氣沖擊端呈凹形，尾部呈錐形，具有低阻導(dǎo)向特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的煙管端部擾流器，其特征在于能經(jīng)受高溫?zé)煔饬鞯臎_刷，具有耐高溫和抗腐蝕性。
專利摘要
一種能強(qiáng)化對(duì)流換熱的煙管端部擾流器，屬于鍋爐節(jié)能技術(shù)。它可以方便地插置于鍋爐上煙管的熱入口端；對(duì)有引風(fēng)余量，但出力不足，排煙溫度偏高的煙火管鍋爐，使用本實(shí)用新型裝置，有明顯增加出力的效果。在鍋爐設(shè)計(jì)中結(jié)合采用本實(shí)用新型裝置，能在相同的蒸發(fā)量和風(fēng)機(jī)條件下減少受熱面積，降低鋼材消耗量20％。
文檔編號(hào)F22B37/00GK86205555SQ86205555
公開日1987年8月5日 申請(qǐng)日期1986年8月4日
發(fā)明者王治 申請(qǐng)人:王治導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan