专利名称:烟管端部扰流器的制作方法
本实用新型属节能技术领域：
。它涉及一种锅炉烟管端部扰流器，特别是一种能适用于燃煤烟火管锅炉的烟管端部扰流器，它也适用于其他废热锅炉。
现有传热技术中强化管内对流传热的公知手段有(1)提高管内流速，以减薄边界层，降低热阻；(2)利用入口段传热较强的特性，如采取短管程，多回程结构布置；(3)采用异形管，或在管中加装插入物等，对管内流体进行扰动，破坏其层流底层，提高放热系数。(据资料1)对于手段(1)和(2)，目前在锅炉技术中都已得到应用，但必然会受到结构和流阻的限制。对于手段(3)，据资料2，日本在七十年代已将螺纹烟管用于燃油锅炉；八十年代，中国的重庆锅炉厂和上海工业锅炉厂也已在燃油、气小型锅炉上采用了螺纹管。多年来，苏、美、日等国已进行了大量的试验，这类螺纹管都是借助于烟管内壁上的螺旋形凸筋对烟气流产生扰动，冲击壁面的边界层，从而降低边界层的热阻，提高传热效率；为了不波及烟气主流凸筋的高度一般只有0.04－0.05管子内径，这样可以避免增加过多的流动阻力。据资料3，重庆大学的试验研究表明在相同风机动力消耗和传热率时，螺纹管换热所需传热面积仅为光管换热传热面积的51－86％，而在相同风机动力消耗和传热面积时，螺纹管的传热率是光管技术传热率的1.22－1.61倍。用单头螺纹管代替出力不足的KZL4－13－AⅢ型锅炉第一管束的光管后，实际运行观察和热工测试显示，能稳定达到额定蒸发量，同时满足110％的超负荷要求，在额定负荷下锅炉效率达77％。与同型锅炉比较排烟温度降低了28℃，锅炉效率提高2.5％，且不增加风机的动力消耗，螺纹管内无明显积灰，也看不出磨损迹象。另据资料4，中国远洋货轮上的燃油辅助锅炉在第三回程烟管中已装有长螺旋板条，以便产生扰动，增强热交换。但都未见有用于燃煤炉的介绍。
从资料5可知，还有用其他多种扰流元件，如长螺旋板条、螺旋线、孔板等，以及采用压扁圆管、粗化表面、脉动压力等办法来强化传热，但也都未见用于燃煤锅炉烟管上。据分析，这主要因于流阻增加太多以及积灰难以解决。
资料来源1.(a)传热学，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.“用于工业锅炉的螺纹管”，《工业锅炉通讯》，1983年第一期。
3.“螺纹管的性能及其应用”，《工业锅炉》，1985年第一期4.船舶蒸汽锅炉，P.70，人民交通出版社，1983年第一版5.工程对流换热，P.69，机械工业出版社，1982年第一版可见，目前强化燃煤锅炉烟管内对流传热的成熟技术方法即采用螺纹管。该技术已应用于小型燃油、气、煤锅炉；估计用合适的螺纹管取代全国十几万台KZL型快装锅炉中的光烟管，会有很大的节能效益。但这种改造工作耗资并不低，以一台KZL4－13型锅炉为例第一管束有59根光烟管，每根烟管约重18公斤，共用钢材1100公斤，而螺纹管的价格大约是光管的1.3倍；加上拆、装、胀、扳边等费用，共约1700元。需经1－2年才能从节煤得益中收回。
本实用新型是一种能有效地强化烟火管锅炉，特别是燃煤锅炉烟管内对流传热的装置。
本实用新型的目的是要改进燃煤锅炉烟管内强化传热的技术方法。采用烟管端部扰流器；不必加大风机功率，又不需对原锅炉进行改造；但能产生与螺纹管相同的节能效果。且耗钢极少，使用甚便。
本实用新型是这样实现的在烟管(包括拉撑管)的热进口端插入扰流器。这种管端扰流器为短螺旋形，它有别于长螺旋板条或螺旋线。烟气流受到扰流器的导向，产生绕烟管轴心的旋转运动；利用烟气的旋转和烟气中灰粒对烟管内壁的冲刷作用，破坏层流底层，从而降低热阻。由于扰流器设在管端，所以产生的扰动及烟气中的二次环流能波及全程，尤其对前半管程的换热产生强烈影响。只要改变扰流器的形状，就能改变它的扰流特性，包括烟气阻力和旋速。主要根据锅炉的具体烟速及风机裕量来确定最佳参数。对于有引风裕量、排烟温度偏高，出力不足的火管锅炉，加装本实用新型装置后能提高热效率2－3％。在锅炉设计中结合采用烟管端部扰流器，可以在相同蒸发量和风机功率条件下，缩短管程、减少纵向冲刷对流受热面，並缩小锅炉体积，从而能节省20％左右的钢材。
本实用新型装置与现有公知技术的螺纹管作比较，具有多处优点1)不需对锅炉原结构进行改动，前、后烟室都可以插放扰流器。若换用螺纹管，则必须拆除几十根锅炉光管，再进行穿管、胀接、扳边等工作。
2)具有拆装灵活性。便于检修、调换；还可以视各烟管烟气流量的具体分布，调配布置不同的扰流器。而螺纹管的装拆较费时，也难以调整各烟管的流量。
3)烟管端部扰流器同时用于烟管和拉撑管，因而也能强化拉撑管内的对流换热；这时只需改变扰流器参数，使烟管和拉撑管流量匹配即可。采用螺纹管时，拉撑管仍为光管，因而其传热得不到强化。且螺纹烟管与拉撑管流阻不同，须在拉撑管口增设节流装置以求得流量匹配。
4)烟气中的灰粒会对端部扰流器产生磨损，但不会影响其扰流性能，且更换很方便。但螺纹管内的凸筋被烟灰磨低后势必会削弱其传热性能，这时只有换管才能恢复原状。
5)清灰方便，司炉工只需抽出扰消器就可以和光烟管一样进行捅刷清灰。而对同样管径的螺纹管进行清灰，则要比光烟管费力。
6)烟气旋流中的灰粒对管内壁的冲刷具有自动清灰作用；烟气旋转时产生横向混合及涡流，能强化管内对流传热。
7)烟管端部扰流器成本极低，每个扰流器的成本只及一根螺纹管旋压费用的十分之一，相当换用一根螺纹管所耗资的5％。用本实用新型装置配备一台燃煤快装锅炉的费用可在二个月内从节煤得益中收回，而用螺纹管对相同锅炉进行改造所耗费用需1－2年才能回收。图1是卧式快装锅炉的烟气流程。图2是本实用新型典型实施例的示意图。下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
烟管端部扰流器(1)安插在烟管束的高温端。扰流器用碳钢制成，並经过渗铝处理，能够经受900－950℃高温烟气的冲刷，有较高的抗氧化和耐腐蚀性。扰流器的外径d与烟管(2)内径dn基本相等，可以方便地插入和取出，其受烟气冲击端呈凹形，两角与烟管板边管端相配合，具有定位功能；扰流器尾部为锥形，整个扰流器具有低阻性。扰流器伸入烟管长度约为0.1烟管全长。一般锅炉引风机的风压储备为1.20，所以不需增加原引风机功率。烟气经扰流器导向形成旋流后靠惯性继续旋转，通过烟管。其全程压力损失远远低于全程长度的螺旋板条或其他插入物的相应数值，且不会引起积灰。试验中对于Re＜1.2×104的烟气，经过烟管端部扰流器后的努谢尔特准则数Nu能提高一倍但由于后半管程烟气的扰动减弱，故实际全程平均Nu值约增高40％，与螺纹管效应相近。
至此已公开了一种用于锅炉烟管内强化传热的管端扰流器，它特别适用于卧式燃煤烟火管锅炉。关于这种烟管端部扰流器的制造和配置已是本专业范围内普通技术人员所能理解和实施的。在不增加风机功率的条件下，根据烟管内烟气的雷诺数，选定合适的几何参数，就可以取得与螺纹管类似的传热效果，即提高传热效率25％以上。只要不超出后面权利要求
书中所述的规定范围，可以作各种变换，也同样是有效的。
权利要求
1.一种用于强化锅炉烟管内对流传热的烟管端部扰流器，其基本特征是a、工作位置在烟管的高温烟气入口端；b、整个装置仅一件构成。
2.根据权利要求
1所述的烟管端部扰流器，其特征在于插入烟管的长度基本上不超过烟管全长的十分之一。
3.根据权利要求
1所述的烟管端部扰流器，其特征在于外径与烟管内径相近，可以方便地插入或取出。
4.根据权利要求
1所述的烟管端部扰流器，其特征在于装置呈螺旋状，受烟气冲击端呈凹形，尾部呈锥形，具有低阻导向特性。
5.根据权利要求
1所述的烟管端部扰流器，其特征在于能经受高温烟气流的冲刷，具有耐高温和抗腐蚀性。
专利摘要
一种能强化对流换热的烟管端部扰流器，属于锅炉节能技术。它可以方便地插置于锅炉上烟管的热入口端；对有引风余量，但出力不足，排烟温度偏高的烟火管锅炉，使用本实用新型装置，有明显增加出力的效果。在锅炉设计中结合采用本实用新型装置，能在相同的蒸发量和风机条件下减少受热面积，降低钢材消耗量20％。
文档编号F22B37/00GK86205555SQ86205555
公开日1987年8月5日 申请日期1986年8月4日
发明者王治 申请人:王治导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan