专利名称：炉窑用多优型金属换热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及换热技术，是一种含有特异元件的新型热交换装置，用于工业炉窑回收利用排烟余热。
利用排烟余热予热助燃空气或煤气，是工业炉窑节能的最佳措施。近些年来，随着节能工作的发展，炉窑用换热器不仅投用数量迅速增加，而且在技术性能方面也有许多新的进展。然而从对换热器的全面要求看，仍有很大差距，不能完全令人满意。就现有各种换热器比较，普通钢管换热器是最基本的，应用比例较高，在结构、制作、使用和造价方面占有优势，但是也有单位体积换热能力低、外形尺寸大和使用时间短等缺点。如能提高单位体积换热能力，并使其在烟气温度较高和含尘条件下有长的使用寿命，则普通钢管换热器将能领先居首，获得广泛应用。“炉窑用多优型金属换热器”即为此目的而发明设计，本发明以提高单位体积换热能力为核心，使钢管同特异元件相结合，构成了新的换热结构形式。
单位体积换热能力主要取决于单位体积内的换热面积F和传热系数K，可用二者的乘积FK表示。提高单位体积换热能力，即是要提高F和K。
普通钢管换热器管束有如图3中的二种排列，在工业炉窑上使用，常是烟气在管外流动，予热气体(空气或煤气)在管内流动，管外径d为60mm，顺排时S1＝S2＝1.5d，错排时S1＝2d，S2＝1.5d，在此条件下，顺排F＝23.3m2／m3，错排F＝17.5m2／m3，数值都偏低。为提高F值，本实用新型改管束成紧密型排列，如
图1所示，图中1是换热钢管，其在一个方向上相互并列接触组成串形管列，各管列间有一定的距离，成为管外气体的流动通道，取其S1＝d，S2＝(d＋30)mm，d仍为60mm，则紧密型排列F值提高到35m2／m3，分别是普通钢管换热器的1.5倍和2倍。这是本实用新型从结构方式上实现提高F值。在紧密型排列中，烟气可在管内或管外(管列间)流动，与予热气体构成逆流或顺流式换热。紧密型排列还给如下所述的强化给热方法，提供了合适的结构形式。
普通钢管换热器为不增大气体流动阻力损失，采用烟气流速为2－4Nm／S，予热气体流速为5～10Nm／S，二者均为低限值，限定给热系数也是低的。予热气体在管内低速流动，边界层中层流底层厚，使传热能力受到限制，换热器的发展，很多办法是针对减薄或破坏层流底层而提出的，但是随着传热系数的提高，动力消耗也显著增加，总的效果甚至实得其反，喷流换热器即属此例。烟气在管束间流动，横向冲刷管壁，有很大扰动，但由于流速很低，对管壁传热能力更差，烟气侧传热强化一直未得到解决。普通钢管换热器总的传热系数不超过30W／m2·℃，在各种换热器中居末位。本实用新型就强化传热问题，采用了新的解决办法，可以在很大程度上无矛盾的提高传热能力。
本实用新型采用如图2中的管网和管刷插件强化管列间和管内的传热。在图2中，1是换热钢管，2是管列间管网插件的中心管，3是焊接在中心管2上的支架，4是包围在外围的金属丝网，5是管内管刷插件的刷芯，6是夹在刷芯5上的刷丝。对管网插件，中心管2是φ25×1mm的钢管，长度与换热钢管1相同。金属丝网用φ1mm的钢丝编织，孔眼尺寸为2×2mm。管网插件强化传热的原理是，当烟气在管内流动时，管网接受换热钢管1的辐射传热和导热，而后将所得热量全部转传给予热气体，反之，烟气在管列间流动时，管网直接被烟气加热，再将热量经辐射和导热传给管壁，加大管壁对予热气体的给热能力。管网插件是增加传热量的中间体，其特点是气体横向掠过金属丝时，用小的流速可获得高的给热系数，使钢丝达到与气体相同的温度，而与换热管壁间保持高的温度差，及由此而增加的传热量。丝径为1mm，空气流速为5m／s，在100～500℃范围内，金属丝对空气的给热系数高达 230W／m2·℃。金属丝网不仅给热系数大，而且传热面积也大，在给定条件下，单位体积内钢丝的总表面积为76m2／m3，是换热钢管管壁面积的2.2倍，二者相加为111m2／m3，是片状管换热器空气侧传热面积的2.8倍。所以，管网插件是从提高给热系数和传热面积二个方面，强化管列间的传热过程。另外，管网金属丝还在整个流程上对气流产生细碎的涡流扰动，使气体与管壁间的对流传热直接受到强化作用。金属丝网除强化传热外，还有好的力学性能，即有高的孔隙率，气体在其间流过只产生不大的阻力损失。因此，可以说利用管网插件，是在很少增加动力消耗的条件下，大程度的提高了传热能力。
管外侧传热能力得到提高，管内侧传热也必须强化，二侧传热速度才能匹配，使整体显出高的传热能力。本实用新型如图2所示，在换热钢管1内装入用耐热钢丝拧制的管刷插件强化管内传热。在图2中，刷芯5用约φ3mm的钢丝拧制而成，刷丝6夹在刷芯5上，是1mm左右的钢丝。管刷插件直径比换热钢管1内径大，刷丝端紧压在管壁上。管刷插件与管网插件仅构造形式有区别，强化传热的原理和特点完全相同。管刷插件刷丝6的密度是在每10mm长度上约有20根，沿园周均布。这样，刷丝6表面积的总和，至少是管内壁面积的2倍。在钢管横断面上，刷芯5和刷丝6占的面积只有4％，所以管刷插件更不会增加大的阻力。与已有的扭带插件相比，具有强化传热作用大而阻力小的特征。
以上是本实用新型采用管网和管刷二种特异元件实现强化传热的原理和方法，从中可见，其具有低阻高效、简单易行的特点。采用这种方法，其效果有传热系数K可达到60W／m2·℃以上，予热气体流动阻力损失不大于300pa烟气流动阻力不大于150Pa，这是各种工业炉窑易于接受的使用条件。
按上述办法，K值提高到60W／m2·℃，F值增大到35m2／m3，则单位体积传热能力上升到KF＝2100W／m3·℃，是普通钢管换热器二种排列方式下KF值的3倍和4倍，阻力损失却很少增加。这样也就达到了发明本实用新型的予期目的。
炉窑用多优型金属换热器是由换热钢管和特异传热元件构成的，根据上述强化传热的方法和原理，结合普通钢管换热器的生产经验，对其多优型的含义，即其具备的多方面优点，可有以下各项1、单位体积换热能力大，用少行程可达到高效回收，即热回收率高、温度效率高。
2、换热行程少，换热器整体体积小、重要轻，加工制作简单，造价低。
3、予热气体侧给热系数高，换热钢管管壁温度低，使用寿命长，适合在高烟温条件下使用。
4、烟气和予热气体流动阻力损失小，动力消耗低，特别适合制成烟囱式，供上排烟采用。此点与上一项配合，使本发明很有利于替代体积特大的辐射换热器。
5、使烟气在管内以大于10m／s的速度向上流动，能作到无堵塞的高效回收含尘烟气余热。
6、气密性好，适合予热空气和煤气。
7、管网和管刷插件重量轻，强化传热作用大，不过多增加金属重量。
权利要求1.一种炉窑用多优型金属换热器。其特征在于是用钢管1构成换热的基体。钢管1在一个方向上并列相接组成管列。管列之间留有距离成平行布置。由此形成的紧密型管束排列结构。使烟气(或予热气体)在管内流动。予热气体(或烟气)在管列间通过。换热钢管1内外均装有强化传热插件。
2.根据权利要求1所述炉窑用多优型金属换热器，其特征在于装在换热钢管1外侧的管网插件是用金属丝网围绕一有支架3的中心钢管2而构成的棒状网体结构。
3.根据权利要求1所述炉窑用多优型金属换热器，其特征在于装在换热钢管1内的管刷插件，是用钢丝5和6拧制而成的钢丝刷。
专利摘要炉窑用多优型金属换热器，一种新的换热器置，用于炉窑利用排烟余热预热助燃空气或煤气。本换热器由钢管和二种特异插件构成，钢管并列相接形式管列，管列之间留有距离，由此形成管束的紧密型排列，插件均由金属丝制作。本换热器使单位体积换热能力提高到大于2100W/m
文档编号F28D1/053GK2045097SQ88208128
公开日1989年9月27日 申请日期1988年7月5日 优先权日1988年7月5日
发明者王宇敬 申请人:王宇敬