一種鰭片管及換熱器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明應用于鍋爐換熱器領域，具體是涉及一種有效改善換熱管積灰特性的鰭片管及具有該鰭片管的換熱器。
【背景技術】
[0002]鰭片管是為了回收電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、工業(yè)窯爐、船舶動力裝置等排煙余熱，有效提高燃料的利用率，而在系統(tǒng)煙道的尾部布置的強化換熱元件。鰭片管通過將鰭片焊接在光管表面，增大換熱管的擴展表面積，從而達到強化傳熱的目的。由于圓形和螺旋型鰭片管鰭片表面為流線型，鰭片磨損特性較矩形鰭片更優(yōu)，故工業(yè)常用的鰭片管有圓形鰭片管、螺旋型鰭片管等。當含塵煙氣流經換熱器沖刷受熱面時，日積月累會產生積灰，輕則使受熱面熱阻上升，降低換熱器的傳熱效率，同時使煙道流通截面減小，煙氣流動阻力增大；重則使煙道堵塞，換熱器失效，影響設備的安全性和經濟性；此外，積灰還會導致低溫腐蝕。因此積灰問題已經成為換熱管正常運行的一大障礙。電站鍋爐尾部換熱器管外煙氣流速大約為6~10m/s，煙氣繞流傳統(tǒng)的圓形或螺旋型鰭片管時會在鰭片管尾部形成局部的回流區(qū)(負壓尾渦區(qū))，入口煙速為6m/s時，局部回流速度能達到-2.5m/s甚至更大。由于鰭片管積灰特性與尾渦速度有關，尾渦區(qū)回流速度越大，尾渦卷吸能力越強，會使更多的顆粒從主流卷吸進尾渦，從而增加了顆粒與背流面的接觸和沉積機率，鰭片管更容易積灰。
[0003]目前從鰭片管幾何結構方面改善鰭片管積灰特性的措施有:
1.采用H型鰭片管。由于H型鰭片管背流區(qū)速度分布呈W型，此處不僅有繞流圓柱的回流，還有因H型翅片形成的中心面上的回流，充分增強翅根附近的流動，顆粒不易沉積。但H型鰭片管采用中頻焊接工藝，不僅生產成本較高，而且在有限的空間里所布置的翅片數相對較少，換熱效率低于傳統(tǒng)螺旋鰭片管；同時，H型鰭片管之所以灰粉不易沉積，就是因為在迎流面和背流面各增加了一個導流的通道，從而使得氣流更快的流過鰭片，氣流與鰭片的接觸時間減少，換熱效率降低。
[0004]2.使用縱向直翅片管。背流區(qū)的直翅片使邊界層分離點明顯后移，抑制了邊界層的分離，漩渦脫體的發(fā)生，從而縮小了負壓尾渦區(qū)，減輕了管表面的積灰程度。然而縱向直翅片管犧牲了很大一部分擴展表面積，使得換熱效率降低。
[0005]總之，現有的鰭片管設計，大多是以犧牲換熱面積、降低換熱效率為代價，嚴重影響了鰭片管傳熱效率高的優(yōu)點。故研發(fā)一種既能保證換熱效率又能改善積灰狀況的新型鰭片管結構顯得尤為重要。

【發(fā)明內容】

[0006]技術問題:本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種旨在保證鰭片管表面擴展率的前提下，改善換熱器管道外煙氣流動特性，減小管道尾渦區(qū)煙氣流速，以減輕鰭片管積灰的鰭片管及換熱器。
[0007]技術方案:本發(fā)明解決上述問題所采用的技術方案如下: 一種鰭片管，包括基管以及設置在所述基管外表面的鰭片，其特征在于:在所述鰭片的迎流面上設置有一使煙氣在該迎流面上擾動的擾流孔。
[0008]所述擾流孔從所述鰭片的內端向外端延伸，向外延伸的高度為1/2至2/3翅高。
[0009]所述鰭片為間隔布置的平行鰭片或螺旋形翅片。
[0010]所述擾流孔為半圓形孔、長圓形孔、圓形孔或多邊形孔。
[0011]所述多邊形孔為三角形或菱形孔。
[0012]所述擾流孔設置在所述迎流面的正中。
[0013]—種換熱器，包含上述任一方案的鰭片管。
[0014]本發(fā)明在鰭片的迎流面上設置擾流孔，并將開擾流孔的鰭片焊接在基管上，或將現有的圓形鰭片管進行開孔處理。這樣的鰭片管結構，雖然擾流孔減少了部分換熱面積，但通過擾流孔的擾流作用，不僅增加了迎流面氣流與鰭片的接觸時間，而且因為迎流面的這一擾流使得背流面的氣流流速和流向發(fā)生了變化，鰭片上的擾流孔可使一部分煙氣流經鰭片管時從開孔處流過，在近壁面處形成一定的軸向速度，同傳統(tǒng)的圓形鰭片管繞流情況有明顯區(qū)別。鰭片管尾部的煙氣流動情況隨之受到很大的改變，尾渦中心區(qū)域回流速度明顯降低，從而改善了由于尾渦負向速度過大造成的煙氣顆粒卷吸進入尾渦并沉積在背流面的現象。在迎流面接觸時間的延長，保證和提高了換熱熱效率；背流面的氣流流速和流向的變化，改善煙氣流經鰭片管時尾部回流區(qū)的流動情況，減小回流速度，減少了積灰。
[0015]有益效果:本發(fā)明與現有的鰭片管相比有如下優(yōu)點:
1.換熱效率高。在圓形鰭片管迎流面開擾流孔對鰭片管的擴展表面積影響不大，保留了鰭片管受熱面積大的優(yōu)勢，同時擾流孔的擾流作用，延長了氣流與鰭片以及基管的接觸時間，比不開孔的鰭片管換熱效率更高。
[0016]2.本發(fā)明可使煙氣流經管道時背流面回流區(qū)速度減小，減小了尾渦對顆粒的卷吸能力，使得從主流卷吸入尾渦區(qū)的顆粒數目減少，從而減小了顆粒與背流面的接觸和沉積機率，改善了鰭片管積灰特性。
[0017]3.鰭片的擾流孔位置處于管子的迎流面，減少了迎流面流體與鰭片表面的摩擦力，使迎流面煙氣流更能深入到鰭片根部，對管子迎流面積灰的吹掃起到積極作用。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明擾流孔為半圓形孔的鰭片管的示意圖；
圖2是圖1的剖面圖；
圖3是本發(fā)明擾流孔為菱形孔的鰭片管的示意圖；
圖4為圖3的剖面圖；
圖5為現有技術鰭片管的示意圖；
圖6為圖5的剖面圖；
圖7為現有鰭片管煙氣流速模擬的煙氣流動方向速度剖面圖；
圖8為本發(fā)明擾流孔為半圓形孔的鰭片管煙氣流速模擬的煙氣流動方向速度剖面圖。
[0019]圖中:1、基管，2、半圓形孔，3、鰭片，4、菱形孔。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖，對本發(fā)明作詳細說明:
本發(fā)明是一種鰭片管，主要用于鍋爐換熱器中。
[0021]實施例一
圖1、圖2所示。本發(fā)明鰭片管，包括基管I和鰭片3，其中基管I為基管，鰭片3為間隔設置的圓形鰭片。在圓形鰭片的迎流面上開設有任意形狀的擾流孔，在本實施例中，擾流孔的形狀為半圓形孔2。將內開孔的圓形鰭片焊接在基管I上，或將現有的圓形鰭片管的鰭片3進行開孔處理。
[0022]應用Fluent商業(yè)軟件對某結構尺寸傳統(tǒng)圓形鰭片管(圖5、圖6)及本發(fā)明的開設有擾流孔的鰭片管外部煙氣流動進行數值模擬:
鰭片管外煙氣流速為6m/s，沿X軸正方向流動。對于現有傳統(tǒng)圓形鰭片管，模擬得到的沿煙氣流動方向速度剖面圖示于圖7。
[0023]由圖7可見，在傳統(tǒng)圓形鰭片管近鰭片和基管附近存在速度邊界層，速度近乎為0，鰭片管尾部煙氣在邊界層外存在局部的回流區(qū)，尾渦速度小于-lm/s的區(qū)域占速度截面面積的34.6%，最大回流速度達到-2.5m/So由此可見，采用傳統(tǒng)圓形鰭片管時，在鰭片管背流面存在尾渦區(qū)，局部回流速度較大，導致鰭片管積灰特性不佳。
[0024]采用本發(fā)明擾流孔的鰭片管時沿煙氣流動方向速度分布的模擬結果示于圖8。在鰭片管背流面截面上，整個截面的絕大部分區(qū)域氣流速度處于0~-l.38m/s之間，速度低于-lm/s的區(qū)域占整個截面面積的6%，比傳統(tǒng)圓形鰭片管降低了約82.7% ;最大回流速度僅為-1.38m/s左右，比傳統(tǒng)圓形鰭片管尾渦最大速度降低了約45%。
[0025]因此，與傳統(tǒng)圓形鰭片管相比，本發(fā)明鰭片管顯著降低了鰭片管尾部回流區(qū)(尾渦)最大回流速度，減小了回流速度較高區(qū)域的面積，改善了鰭片管積灰特性，使得鰭片管傳熱效率和穩(wěn)定性得到了保證。
[0026]同時，鰭片迎流面開孔后，迎流面鰭片與管子表面交界處的煙氣速度也明顯提高，有利于迎流面管子表面積灰的吹掃。
[0027]實施例二
如圖3和圖4所示，本發(fā)明鰭片管，包括基管I和鰭片3，其中基管I為基管，鰭片3為螺旋形鰭片。在螺旋形鰭片的迎流面上開設有任意形狀的擾流孔，在本實施例中，擾流孔的形狀為菱形孔4。
【主權項】
1.一種鰭片管，包括基管以及設置在所述基管外表面的鰭片，其特征在于:在所述鰭片的迎流面上設置有一使煙氣在該迎流面上擾動的擾流孔。2.根據權利要求1所述的鰭片管，其特征在于:所述擾流孔從所述鰭片的內端向外端延伸，向外延伸的高度為1/2至2/3翅高。3.根據權利要求1所述的鰭片管，其特征在于:所述鰭片為間隔布置的平行鰭片或螺旋形翅片。4.根據權利要求1所述的鰭片管，其特征在于:所述擾流孔為半圓形孔、長圓形孔、圓形孔或多邊形孔。5.根據權利要求4所述的鰭片管，其特征在于:所述多邊形孔為三角形或菱形孔。6.根據權利要求1所述的鰭片管，其特征在于:所述擾流孔設置在所述迎流面的正中。7.—種換熱器，其特征在于，包括權利要求1至6任一所述的鰭片管。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鰭片管及換熱器，其中鰭片管包括基管以及設置在所述基管外表面的鰭片，其特征在于：在所述鰭片的迎流面上設置有一使煙氣在該迎流面上擾動的擾流孔；所述擾流孔從所述鰭片的內端向外端延伸，向外延伸的高度為1/2至2/3翅高；所述鰭片為間隔布置的平行鰭片或螺旋形翅片。本發(fā)明能夠在保證鰭片管表面擴展率的前提下，改善換熱器管道外煙氣流動特性，減小管道尾渦區(qū)煙氣流速，從而減輕鰭片管積灰。
【IPC分類】F28F1/12
【公開號】CN105043151
【申請?zhí)枴緾N201510432147
【發(fā)明人】趙伶玲, 鐘磊, 周強泰
【申請人】東南大學
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月21日