一种生物质锅炉余热器翅片的制作方法

本实用新型属于余热器设计技术领域，具体涉及一种热能利用率更高的生物质锅炉余热器翅片。

背景技术：

能源作为经济增长和发展的基本动力，其发展和利用关系着世界各国的政治稳定，社会发展和经济繁荣，能源问题在21世纪成为了全世界共同关注的焦点。目前，世界能源消费的构成主要为不可再生的化石类能源。然而随着对这些能源的过度开发利用，能源危机和日益严重的环境污染问题摆在了世界各国面前。近几年来利用可再生的生物质资源作为一种能源从而代替以往的化石原料引起了世界各国的注意力。所谓的生物质就是一般的农业作物残留部分。用生物质能源代替原先的化石燃料可以为环境的保护，经济的发展带来巨大的利益。因此，对生物质的利用和开发已经成为各个国在能源技术发展过程中不可缺少的一个环节。在发达国家中，关于生物质资源的利用技术研究与开发被定为国家优先发展项目中国是世界上人口最多的国家，农业也必将是中国大力发展的一个行业，因此每年中国都将产生大量的农林业生物质资源。而在近几年中国经济高速发展过程中，可持续性被放在了极其重要的位置，改变传统的能源生产和消费方式，开发低污染、可再生的新能源成为了可持续发展重要的领域。众所周知，农林业作物在生长过程中，吸收CO₂释放O₂，而在燃烧过程中消耗氧气释放CO₂的量等同于在生长过程中吸收的量，因此在CO₂总量上实现了零排放，去除了产生温室效应的根源。同时在与化石原料相比，生物质所含的灰少，含N、S也少，排放的SO₂和NO_x远小于化石燃料。

以生物质能源为燃料的锅炉叫生物质锅炉，生物质锅炉是锅炉的一个种类，包括以下几种：生物质热风炉、生物质蒸汽锅炉、生物质热水锅炉、生物质导热油炉、立式生物质锅炉、卧式生物质锅炉等。然而，锅炉在燃烧过程中不可避免的存在着热损失，而研究表明排烟的热损失将之与生物质锅炉运行过程中的其它热损失都要大，大约占到5%-8%左右，并且会随着排烟温度的升高而增大，根据前人研究的经验，排烟的热损失以0.6%/10℃的量递增。目前，对于普通锅炉来说，排烟温度一般在120-130℃，而生物质锅炉排烟温度一般在200℃以上，排烟温度较高，因此采取措施降低排烟温度，对这部分余热进行回收不仅符合我国现阶段节能减排的战略方针，同时对提高工厂锅炉的热效率以及经济效率尤为关键。

余热器是为了回收烟气部分带走的余热，在锅炉排烟管道上安装有翅片，利用空气为冷却介质，烟气为热介质，通过换热器实现热交换，以空气压缩机为动力，将被烟气加热后的空气输送进锅炉，作为生物质燃料燃烧所需的空气，这样不仅能有效地降低锅炉的排烟温度，同时节省燃料，使得生物质的燃烧和着火条件得到改善，也降低了生物质锅炉其它方面（如生物质燃烧不完全）的热损失，提高了锅炉的燃烧效率。而在整个余热回收过程中，翅片作为核心部件，对其进行研究具有重要的经济和战略意义。从翅片管的换热过程的原理以及热交换公式可以知道翅片扩大了单位体积内换热器的换热面积，同时在设计换热器的过程中，圆形翅片管的结构参数也将影响换热器的整体换热效率，因此对这些参数变换的情况下对换热器效率的影响的研究是十分必要的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种热能利用率更高的生物质锅炉余热器翅片。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种生物质锅炉余热器翅片，由一个或两个以上平行的、错列布置的翅片管1和沿翅片管轴向螺旋设在外壁上的翅片2构成，所述的翅片管的横截面为椭圆形，翅片管的长度L与翅片管长轴R的比为λ，λ≥76；翅片上设有通孔5，翅片的片体表面有波浪形的褶皱；翅片管内部设有导热管3，导热管的外壁与直管体的短轴处的内壁之间相互贴紧。

所述的翅片管外还设置有外环体4，外环体将翅片固定在外环体内壁与翅片外壁之间。

所述的翅片管、翅片和外环体采用铝或铝合金构成的基板；在基板表面有含有以环氧乙烷基为结构单元的化合物的亲水性涂膜；亲水性涂膜还含有热分解抑制剂。

所述的导热管为截面为扁平型的容器管，容器管包括设置在扁平端的气体流路和中间的液体流路，容器的内部设置有导热液；所述的导热液以及气化物分别沿所述液体流路和气体流路顺长度方向流动，其中在垂直于所述扁平型的容器管的长度方向的横截面中，液体流路在所述扁平型的容器管的内部空间中的面积占有率为45～85％；

所述扁平型的容器管的内壁面形成有具有毛细管力的沟槽，液体流路和气体流路之间通过透气膜隔断。

所述的通孔为椭圆形倾斜设置在翅片上，通孔的长轴的延长线经过翅片管的椭圆形圆心。

翅片间距S、翅片高度H与烟气进口速度V之间的结构设置关系为：

V≥H/S，其中6.6m/s≥V≥2.6 m/s，7mm≥S≥3mm，H单位为mm。

所述的扁平型的容器管的液体流路和气体流路的方向与烟气进口速度V的方向相反。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型设置了椭圆形翅片管，减小了传统翅片管的风阻力，并结合翅片的结构设计，进一步增加了翅片与空气接触的面积。进一步的，在翅片管内设计的特殊的导热管，使本结构的翅片管也提高了导热能力，通过片间距S、翅片高度H与烟气进口速度V之间的结构设置关系提高了平均换热系数。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构图；

图2为本实用新型的另一结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述。

一种生物质锅炉余热器翅片，由一个或两个以上平行的、错列布置的翅片管和沿翅片管轴向螺旋设在外壁上的翅片构成，所述的翅片管的横截面为椭圆形，翅片管的长度L与翅片管长轴R的比为λ，λ≥76；翅片上设有通孔，翅片的片体表面有波浪形的褶皱；翅片管内部设有导热管，导热管的外壁与直管体的短轴处的内壁之间相互贴紧。翅片间距S、翅片高度H与烟气进口速度V之间的结构设置关系为：

V≥H/S，其中6.6m/s≥V≥2.6 m/s，7mm≥S≥3mm，H单位为mm。

在研究前期，实用新型人根据翅片管的结构特点，利用其周期性和对称性建立了数值模拟的几何模型，并在实测数据的基础上验证了模型和模拟结果的可行性和准确性。影响翅片换热性能的因素很多，如何确定这些因素对翅片性能的影响效果大小是研究的主要工作。然而由于影响因素的复杂性和多样性，使得实验研究变得极其困难，所需耗费成本太高且实验周期长。因此数值模拟在寻求合理的翅片结构参数，优化换热性能时有着巨大的优势。实用新型人通过实验测试以及模拟结果的分析，对于翅片烟气流体的流动和换热过程有了基本的了解。对影响换热器性能的三个参数（烟气进口速度、翅片间距、翅片高度）进行数值模拟，并通过对三个参数的三参数全部模拟，以期得到最优换热器几何参数，提高换热性能。

通过上述结构希望得到以下三个效果：

1、增加传热面积

增加传热面积对强化传热来说是一种效果明显的方法，也是研究最多的强化传热方法。本质是在其它条件不变的情况下，通过对换热器内冷热流体的换热面的结构做出改变，使得单位体积内吸热增大。合理的换热面结构甚至可以提高换热系数。增加换热器的传热面积的形式主要包括使用本结构翅片管以及采用本结构的翅片设计等。

2、提高传热系数

其它两种强化传热的方法在实际工程应用中常常受到各方面的条件约束，不能任意的增大，因而在其它两个条件不允许改变的情况下，提高传热系数成为唯一可行的途径。提高传热系数的途径包括：增大换热面两侧的换热系数；避免或减小污垢热阻；设计传热间壁式尽量减小壁厚具选用的材料应具有较为良好的导热性能。

3、增大传热温差

增大平均传热温差主要方法有:（1）降低冷流体的进口温度或增大热流体的进口温度。（2）当冷热流体进口温度不变时，改变流程布置，以增大平均传热温差。例如在同样冷热流体进口温度，逆流传热要比顺流传热的平均传热温差大。

从前面的三参数全部模拟我们知道当烟气进口速度为 6.6m/s，翅片和翅片高度比 S/H=0.4（即翅片间距为 3mm，翅片高度为 7.5mm）时，换热器的壳侧平均换热系数达到最大，为 138.75W/m²·K，换热效果达到了最好，说明在设计优化圆形翅片管换热器的结果参数时，选择 S/H=0.4 为最佳。且烟气进口速度在满足设备安全等条件下尽可能选择较大的进口速度。此外，翅片管排列方式对换热器换热性能有较大的影响，在许多国内外研究文献中都提到了翅片管排列形式为错列（叉排）时比线性排列的传热效果要好，这是由于错列（叉排）时，管与管之间形成了交替收缩和扩张的弯曲流道，流体在该流道内流动时，扰动加强，换热增加。同时传热温差的角度考虑，通过逆流布置也有利于增大两种流体的传热温差。当处理的烟气量一定时，且换热量不变的情况下（即烟气的降低的温度相同），所使用的换热器的换热面积可以比顺流排列的换热器的换热面积小，从而缩小换热器的尺寸，节约换热器成本。故该翅片管换热器内片管采用错列布置，管内外流体为逆流换热。

进一步的，所述的翅片管外还设置有外环体，外环体将翅片固定在外环体内壁与翅片外壁之间。

所述的翅片管、翅片和外环体采用铝或铝合金构成的基板；在基板表面有含有以环氧乙烷基为结构单元的化合物的亲水性涂膜；亲水性涂膜还含有热分解抑制剂。其在表面具备应用了以环氧乙烷基为结构单元的化合物的亲水性涂膜，同时不仅在该铝翅片材的制造时和热交换器的组装时的高温处理，能够防止化学物质的腐蚀。

所述的导热管为截面为扁平型的容器管，容器管包括设置在扁平端的气体流路和中间的液体流路，容器的内部设置有导热液；所述的导热液以及气化物分别沿所述液体流路和气体流路顺长度方向流动，其中在垂直于所述扁平型的容器管的长度方向的横截面中，液体流路在所述扁平型的容器管的内部空间中的面积占有率为45～85％。从垂直于扁平型容器的长度方向的两端部至吸液芯结构体的端部的距离缩短，从而冷凝的工作液体能够顺利地摄入吸液芯结构体，从而能够防止在冷凝部发生工作液体的液体滞留。另外，根据本实用新型的实施方式，在垂直于扁平型容器的长度方向上的横截面中的面积占有率设计，能够防止液体滞留的发生，同时还能够降低工作液体气化后的蒸汽流的压力损失。

所述扁平型的容器管的内壁面形成有具有毛细管力的沟槽，液体流路和气体流路之间通过透气膜隔断。

所述的通孔为椭圆形倾斜设置在翅片上，通孔的长轴的延长线经过翅片管的椭圆形圆心。在翅片上设有斜向孔，使得靠近管壁的热气能从该斜向孔散发出去，提高了散热效果，效率高；本结构巧妙，使用方便。

当空气外绕每根管外流动时，顺气流方向，在管末端尾流区将形成涡漩，在该区域与换热表面接触的空气较少，影响了换热效率。在管体外壁上螺旋设置翅片，并在翅片上设有上下贯通的孔，提高散热效果；结构巧妙，使用方便。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。