一种防止烟气腐蚀的蝶形翅片管换热器的制作方法

本发明涉及一种锅炉和工业炉窑及电厂烟气热能回收用耐低温腐蚀的蝶形翅片管换热器，属于烟气余热利用领域，可用于低温烟气的热能回收。

背景技术

燃煤锅炉和工业炉窑的烟气成分比较复杂，烟气中含有大量的固体颗粒物、sox、nox和水蒸气等，当对高温烟气尾气进行余热回收时，重点考虑回收余热及换热器清灰问题，如已有发明cn103438746a、cn106091782a、cn103438746a等能实现高温烟气余热回收且效果显著。但当烟气温度降到酸性烟气发生凝结时，除考虑积灰清灰外，更重要的是考虑影响换热器寿命的酸蚀、冲蚀以及避免换热器传热性能恶化问题，此时，积灰以及硫酸蒸汽、硝酸蒸汽及水蒸气凝结现象同时出现，以酸蚀为主的翅片腐蚀问题成为影响换热器使用寿命的关键因素。

在对存在酸蚀问题的烟气尾气进行余热回收时，需要协同解决好如下三个关键问题：一是在烟气侧翅片强化换热兼顾积灰清灰能力，从而提高整个换热器的传热性能；二是采用相应结构形式，实现含灰及酸性凝结液及时脱落排走，从而避免换热器堵塞，提高换热器运行周期；三是采用减缓酸蚀、冲蚀的防腐控制技术，有效提高换热器的使用寿命。本发明是在多次设施现场调研、共性问题梳理分析以及多方面反复试验研究的基础上，提出了一种蝶形翅片管换热器，本发明能够有效解决上述关键问题，有效抑制酸蚀等问题的同时实现烟气余热回收。

技术实现要素：

在含尘烟气尾气的余热回收中，本发明实现不易积灰积垢、便于清理和高效换热的同时，从烟气侧结构及防腐技术两方面出发，协同来解决烟气低温腐蚀、传热性能差等难题，从而延长烟气余热回收换热器的使用寿命。

本发明的技术方案如下：

一种防止烟气腐蚀的蝶形翅片管换热器，该换热器是由换热管和设置在换热管上的多组翅片组成，其特征在于：每组翅片呈蝶形结构，所述蝶形结构是由对称布置在换热管两侧的两个半蝶形翅片组成，每个半蝶形翅片的四个边角均为弧形边角，所述的弧形的曲率半径为10mm～100mm。

优选地，在所述蝶形结构中，两个半蝶形翅片之间的间距至少为6～100mm。

优选地，在所述的弧形边角分为内侧弧形边角和外侧弧形边角，两者通过直线过渡段或弧线过渡段连接；所述外侧弧形边角的曲率半径大于内侧弧形边角的曲率半径。

优选地，每个半蝶形翅片边缘在厚度方向上设有圆形倒角，该圆形倒角的曲率半径为2～8mm。

优选地，所述的半蝶形翅片和换热管连接处形成倒角，该倒角的曲率半径为2～8mm。

上述技术方案中，所述的半蝶形翅片和换热管外表面上涂镀有复合防腐涂层，该复合防腐涂层包括底层镀层和有机防腐涂层。所述的底层镀层是由硫酸高铈为添加剂制备的非晶态镍铜磷复合镀层；所述的有机防腐涂层为氟树脂、聚氨酯、氟碳树脂或有机硅涂层。所述的换热管为圆形管、椭圆形管或扁管。

本发明与现有技术相对，具有以下优点及突出性效果：①由于本发明的翅片呈蝶形结构，且翅片的边角均为弧形设计，可有效减小易腐蚀区的比表面积，如尖叫、棱角，有效缓解翅片酸蚀，同时降低了含尘烟气的冲刷磨损；②两个半蝶形翅片在换热管上对称布置且留有一定距离，有利于含尘气流在冲击换热管前缘以及流经负压区尾缘时，聚集的灰尘及凝结液在重力作用下及时脱落排出；③本发明在翅片和换热管的连接处采用全焊方式和曲面过度，减少了焊缝位置的局部应力，有效降低了应力腐蚀和酸蚀速率；④本发明从结构和涂层两方面入手，协同解决了现有技术中存在的换热器易酸蚀、灰尘及凝结液难以排出以及传热效率较低等问题，与传统烟气余热回收换热器相比，本发明具有节省材料、不易积灰积液、有效降低冲刷磨损以及寿命长等特点。

附图说明

图1为一种蝶形翅片和圆管组成的换热器换热单元。

图2为另一种蝶形翅片和圆管组成的换热器换热单元。

图3为两个换热圆管镶嵌在一个蝶形翅片上的换热器换热单元结构。

图4为蝶形翅片边缘在厚度方向上设有圆形倒角的示意图。

图中标记：1-换热管；2-半蝶形翅片；3-弧形边角；3a-内侧弧形边角；3b-外侧弧形边角；4-倒角；7-圆形倒角。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体结构及工作过程做进一步说明。

如图1所示，本发明提供的一种防止烟气腐蚀的蝶形翅片管换热器包括换热管1和设置在换热管上的多组呈蝶形结构的翅片，每组蝶形结构是由对称布置在换热管两侧的两个半蝶形翅片2组成，每个半蝶形翅片2的四个边角均为弧形边角3，所述的弧形边角3的曲率半径为10mm～100mm。换热管可选择圆形管,也可选择椭圆管或扁管等异形换热管。

由于受流动条件的影响，在换热管上游的滞止区存在烟尘及酸性凝结液堆积，在换热管下游存在一个负压区，该负压区最易发生灰尘附壁及低温烟气酸蚀，因此，常规换热器在换热管迎风面和背风面上积攒的灰尘、酸性凝结液不及时清除则极易发生积灰、积垢、甚至堵塞现象，从而影响换热器传热性能。本发明的翅片采用蝶形结构，且翅片的边角均为弧形设计，可有效减小易腐蚀区的比表面积，如尖叫、棱角，有效缓解翅片酸蚀，同时降低含尘烟气的冲刷磨损。

具体设计时，弧形边角3还可分为内侧弧形边角3a和外侧弧形边角3b，两者通过直线过渡段或弧线过渡段连接(如图2)，外侧弧形边角3b的曲率半径宜大于内侧弧形边角的曲率半径，这样能够有效防止强冲刷腐蚀，适用于含尘量较大、气流速度较高的场合。在所述蝶形结构中，两个半蝶形翅片2之间的间距h一般为6～100mm。在沿烟气流动方向上，在换热管上下游位置处，两个对称布置的半蝶形翅片之间留有垂直距离h，灰尘及其余酸性凝结液混合物沿着换热管向下流淌，实现及时清灰和排出酸性凝结液的目的。若距离h过小则易发生堵灰而损坏换热器，h过大则翅片的强化换热能力变弱，换热器传热性能差。

本发明在每个半蝶形翅片边缘的厚度方向上还设有圆形倒角7，该圆形倒角的曲率半径为2～8mm为宜，(如图3所示)，该圆形倒角结构能够降低来流含尘烟气的冲刷腐蚀，同时降低了局部比表面积，有效降低了酸性凝结液对翅片表面涂层的腐蚀速率。在所述的半蝶形翅片2和换热管1连接处形成倒角4，该倒角的曲率半径为2～8mm，这既能降低换热管1和半蝶形翅片2之间的应力腐蚀，又能通过降低局部比表面积来弱化酸蚀。

在上述技术方案中，所述的半蝶形翅片1和换热管外表面上涂镀有复合防腐涂层，该复合防腐涂层是由底层镀层和有机防腐涂层组成的；所述的底层镀层是由硫酸高铈为添加剂制备的非晶态镍铜磷复合镀层；所述的有机防腐涂层为氟树脂、聚氨酯、氟碳树脂或有机硅涂层。这样从抑制涂层局部加速酸蚀/腐蚀入手，提高了换热器整体使用寿命，从结构及复合涂层上协同配合来有效抑制酸液腐蚀，显著减缓了酸性凝结液对复合涂层的腐蚀，从而实现了本换热器的长寿命经济稳定运行。

综上，对于常规的翅片管换热器，遇到含尘烟气产生的酸性凝结液时，极易对翅片造成显著酸性腐蚀、冲击腐蚀及应力腐蚀。由于本发明在半蝶形翅片的边角及厚度方向、以及换热管与翅片的全焊接触位置都设计了较大曲率结构并在每组半蝶形翅片之间设置了垂直距离h，实现翅片拐角等位置平滑过渡。最后采用了特殊的复合防腐涂层结构，有效降低了含尘烟气余热回收过程中烟气对涂层的冲刷腐蚀、应力腐蚀，抑制了含尘烟气酸蚀，最终保证了换热器的换热结构不被腐蚀而显著延长换热器寿命。