具有多吹灰口的水泥回转窑余热利用换热器及其吹灰方法
【专利摘要】一种具有多吹灰口的水泥回转窑余热利用换热器及其吹灰方法，换热器包括换热管束、尾气进口、尾气出口和壳体，换热管束设置在壳体中，所有的换热管束呈菱形排列，壳体呈与换热管束菱形排列相配合的菱形结构，称为菱形壳体，尾气进口设置在菱形壳体的第一夹角位置处，尾气出口设置在菱形壳体的第二夹角位置处，菱形壳体的各条边上均设置有吹灰口；吹灰口连接吹灰管道，吹灰管道中连接有风机，风机与中央控制器连接，中央控制器通过计算换热管束的导热热阻来控制风机的频率。换热管束呈菱形分布，具有不易积灰、吹灰效果好、传热能力强等特点，通过多个吹灰口的开闭，可以在不同的方向进行吹灰，从而达到良好的换热器吹灰效果。
【专利说明】具有多吹灰口的水泥回转窑余热利用换热器及其吹灰方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高效的用于水泥回转窑尾气余热利用的换热器及其吹灰方法，属于余热利用换热器【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着我国经济快速发展，能源消耗日益增加，城市大气质量日益恶化的问题也越发突出，节约能源和减少环境有害物排放的问题迫在眉睫。在常见的热能动力领域中，能耗高、污染严重的主要原因之一是烟气的排烟温度过高，即浪费了大量能源，又造成了环境污染。水泥行业是一个高耗能，高污染的行业。水泥回转窑产生的尾气中含尘浓度高，品质差。水泥回转窑用余热发电系统可对尾气余热进行回收再利用，实现节能减排的目的。但是相关余热发电锅炉中换热设备的积灰现象严重、传热能力较差，清灰困难，这些问题亟待解决。
[0003]现有热量回收装置中换热管束的布置方式通常有两种，顺排和叉排，参见图1和图2。流体冲刷顺排和叉排管束时的流场是不同的。叉排时流体在管间交替收缩和扩张的弯曲通道中流动，比顺排时在管间走廊通道的流动扰动剧烈，因此叉排的换热能力比顺排的强。同时，叉排管束的阻力损失大于顺排，对于需要冲刷清洗的管束，顺排有易于清洗的优点。
[0004]现有尾气余热利用换热器技术的存在积灰也严重的问题，而且没有很好的吹灰效果，从而使得换热管束的积灰严重，恶化了换热效果。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有水泥回转窑尾气利用换热设备中存在的积灰严重的问题，提出一种不易积灰、吹灰效果好的具有多吹灰口的水泥回转窑余热利用换热器，同时提供一种该换热器的吹灰方法。
[0006]本发明的具有多吹灰口的水泥回转窑余热利用换热器，采用以下技术方案:
[0007]该换热器，包括换热管束、尾气进口、尾气出口和壳体，换热管束设置在壳体中，换热管束呈菱形排列，壳体呈与换热管束菱形排列相配合的菱形结构，称为菱形壳体，尾气进口设置在菱形壳体的第一夹角位置处，尾气出口设置在菱形壳体的第二夹角位置处，菱形壳体的的第一夹角和第二夹角是对角；菱形壳体的第一夹角的两条边上分别设置1#吹灰口和2#吹灰口，菱形壳体的第二夹角的两条边上分别设置3#吹灰口和4#吹灰口，其中1#吹灰口和3#吹灰口所在的菱形壳体的边是相对的两条边，2#吹灰口和4#吹灰口所在的菱形壳体的边是相对的两条边；其中1#吹灰口位于所在边的下部，2#吹灰口位于所在边的上部，3#吹灰口位于所在边的上部，4#吹灰口位于所在边的下部，从而使得1#吹灰口距离尾气进口的距离要大于2#吹灰口距离尾气进口距离，3#吹灰口距离尾气出口的距离要大于4#吹灰口距离尾气出口距离；所述的壳体上设置吹灰口，吹灰口连接吹灰管道，吹灰管道中连接有风机，风机与中央控制器连接，中央控制器通过计算换热管束的导热热阻来控制风机的频率。
[0008]所述菱形壳体上还设有5#吹灰口、6#吹灰口、7#吹灰口、8#吹灰口，其中5#吹灰口和I号吹灰口位于同一边，且位于所在边的上部；6#吹灰口和2#吹灰口位于同一边，且位于所在边的下部;7#吹灰口和3#吹灰口位于同一边，且位于所在边的下部;8#吹灰口和4#吹灰口位于同一边，且位于所在边的上部；从而使得5#吹灰口距离尾气进口的距离要小于6#吹灰口距离尾气进口距离，7#吹灰口距离尾气出口的距离要小于8#吹灰口距离尾气出口距离。
[0009]所述换热管束菱形排列的第一夹角顶点上的换热管束设置在尾气进口的下部置并与尾气进口相对，换热管束菱形排列的第二夹角顶点上的换热管束设置在尾气出口的上部并与尾气出口相对，换热管束菱形排列的第一夹角和换热管束菱形排列的第二夹角是对角，水泥回转窑尾气由尾气进口进入，先经过换热管束菱形排列的第一夹角顶点上的换热管束，然后横向冲刷换热管束，再经过换热管束菱形排列的第二夹角顶点上的换热管束，最后从尾气出口排出。
[0010]换热管束菱形排列的第一夹角由换热管束菱形排列的第一边和换热管束菱形排列的第二边构成，在第一边方向上的换热管间距(是指相邻换热管的中心轴线之间的距离)为LI，第二边方向上的换热管间距为L2，LI与L2不相等。优选的是，LI是L2的1.3倍。
[0011]换热管束菱形排列的第一夹角A、换热管束中的换热管间距L及换热管外径D的关系满足如下公式:
[0012]3.7XD>L>2.4XD，其中 20mm〈D〈50mm。
[0013]Sin(A/2)=bX (L/D)c，其中 b, c 为参数，b 为 1.65-1.8，c 为-0.8 至-0.9。
[0014]优选的，L=3.2XD, b 为 1.72，c 为-0.815。
[0015]上述具有多吹灰口的水泥回转窑余热利用换热器的吹灰方法，包括以下步骤:
[0016](I)分别检测尾气进口温度Twl、尾气出口的尾气温度Tw2、换热管束进口流体温度T11和换热管束出口的流体温度T12，通过测量换热管束中流体的流速计算出换热管束中流体体积流量\;
[0017](2)通过计算流体进出换热管束的温差和流量得到流体的吸热量，也就是总的换热量Q，Q = P VjCJ(T12-T11)，其中，P是管束中流体的密度，Cp为管束中流体的定压比热容；
[0018](3)然后根据总的换热量Q = K*A* A Tffl,其中A Tffl是换热过程的对数平均温差，A Tm= ( (Twl-T12) - (Tw2-T11))/In ( (Twl-T12) / (Tw2-T11) )，K 是换热器的总体传热系数，A 是换热面积，取换热管外径来计算，得出总的换热系数K ;
[0019](4)通过对流换热公式,Q = hw*Aw* (Twl-Tw2)=Ii1^A1* (T12-T11)计算得到换热管外壁和内壁的表面传热系数hw和Ii1，其中ApA1分别是换热管外壁和内壁的面积；
[0020]( 5 )中央控制器根据计算的K，hw和h，根据传热公式计算出换热管外的积灰导热热阻Rd。。
[0021]
【权利要求】
1.一种具有多吹灰口的水泥回转窑余热利用换热器，包括换热管束、尾气进口、尾气出口和壳体，换热管束设置在壳体中，其特征是:换热管束呈菱形排列，壳体呈与换热管束菱形排列相配合的菱形结构，称为菱形壳体，尾气进口设置在菱形壳体的第一夹角位置处，尾气出口设置在菱形壳体的第二夹角位置处，菱形壳体的的第一夹角和第二夹角是对角；菱形壳体的第一夹角的两条边上分别设置1#吹灰口和2#吹灰口，菱形壳体的第二夹角的两条边上分别设置3#吹灰口和4#吹灰口，其中1#吹灰口和3#吹灰口所在的菱形壳体的边是相对的两条边，2#吹灰口和4#吹灰口所在的菱形壳体的边是相对的两条边；其中1#吹灰口位于所在边的下部，2#吹灰口位于所在边的上部，3#吹灰口位于所在边的上部，4#吹灰口位于所在边的下部，从而使得1#吹灰口距离尾气进口的距离要大于2#吹灰口距离尾气进口距离，3#吹灰口距离尾气出口的距离要大于4#吹灰口距离尾气出口距离；各吹灰口连接吹灰管道，吹灰管道中连接有风机，风机与中央控制器连接，中央控制器通过计算换热管束中换热管的积灰导热热阻来控制风机的频率。
2.根据权利要求1所述的具有多吹灰口的水泥回转窑余热利用换热器，其特征是:所述菱形壳体上还设有5#吹灰口、6#吹灰口、7#吹灰口、8#吹灰口，其中5#吹灰口和I号吹灰口位于同一边，且位于所在边的上部；6#吹灰口和2#吹灰口位于同一边，且位于所在边的下部；7#吹灰口和3#吹灰口位于同一边，且位于所在边的下部；8#吹灰口和4#吹灰口位于同一边，且位于所在边的上部；从而使得5#吹灰口距离尾气进口的距离要小于6#吹灰口距离尾气进口距离，7#吹灰口距离尾气出口的距离要小于8#吹灰口距离尾气出口距离。
3.根据权利要求1所述的具有多吹灰口的水泥回转窑余热利用换热器，其特征是:所述换热管束菱形排列的第一夹角顶点上的换热管束设置在尾气进口的下部置并与尾气进口相对，换热管束菱形排列的第二夹角顶点上的换热管束设置在尾气出口的上部并与尾气出口相对，换热管束菱形排列的第一夹角和换热管束菱形排列的第二夹角是对角，水泥回转窑尾气由尾气进口进入，先经过换热管束菱形排列的第一夹角顶点上的换热管束，然后横向冲刷换热管束，再经过换热管束菱形排列的第二夹角顶点上的换热管束，最后从尾气出口排出。
4.根据权利要求1所述的具有多吹灰口的水泥回转窑余热利用换热器，其特征是:所述换热管束菱形排列的第一夹角由换热管束菱形排列的第一边和换热管束菱形排列的第二边构成，在第一边方向上的换热管间距为LI，第二边方向上的换热管间距为L2，LI与L2不相等。
5.根据权利要求4所述的具有多吹灰口的水泥回转窑余热利用换热器，其特征是:所述LI是L2的1.3倍。
6.根据权利要求1所述的具有多吹灰口的水泥回转窑余热利用换热器，其特征是:所述换热管束菱形排列的第一夹角A、换热管束中的换热管间距L及换热管外径D的关系满足如下公式:
3.7XD>L>2.4XD，其中 20mm<D<50mm ；
Sin(A/2)=bX (L/D)。，其中 b, c 为参数，b 为 1.65-1.8，c 为-0.8 至-0.9。
7.—种权利要求1所述具有多吹灰口的水泥回转窑余热利用换热器的吹灰方法，其特征是:包括以下步骤: (I)分别检测尾气进口温度Twl、尾气出口的尾气温度Tw2、换热管束进口流体温度T11和换热管束出口的流体温度T12，通过测量换热管束中流体的流速计算出换热管束中流体体积流量V1 ; (2)通过计算流体进出换热管束的温差和流量得到流体的吸热量，也就是总的换热量Q, Q = P V1^CJ(T12-T11),其中，P是管束中流体的密度，Cp为管束中流体的定压比热容； (3)然后根据总的换热量Q= K*A* A Tm，其中A Tm是换热过程的对数平均温差，A Tm= ( (Twl-T12) - (Tw2-T11))/In ( (Twl-T12) / (Tw2-T11) )，K 是换热器的总体传热系数，A 是换热面积，取换热管外径来计算，得出总的换热系数K ; (4)通过对流换热公式,Q= hw*Aw* (Tw「Tw2) =IijA1* (T12-T11)计算得到换热管外壁和内壁的表面传热系数hw和Ii1，其中ApA1分别是换热管外壁和内壁的面积； (5)中央控制器根据计算的K，匕和Ii1，根据传热公式计算出换热管外的积灰导热热阻Rdo。
【文档编号】F28F1/12GK103629957SQ201310659333
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】程林, 杜文静, 王乃华 申请人:山东大学