一种用于余热回收的改进H型翅片管的制作方法

本发明涉及一种h型翅片管，具体涉及一种用于余热回收的改进h型翅片管，适用于石油、化工、冶金、电力、能源等行业各种类型的换热和加热设备。

背景技术：

随着社会的不断发展，对于能源的需求逐渐扩大，为了人类的可持续发展，能源的高效可持续利用必须引起重视。我国火电在电力工业中所占比重较大，煤电装机容量占58.8％。要适应人类社会可持续性发展的要求，满足国家能源发展规划，积极响应节能减排的号召，提升火电机组的能源利用效率非常紧迫。

火力发电厂通常设置省煤器来回收烟气余热，达到节能的目的。翅片管的设计尤为重要，它是烟气换热设备的核心部分。通过增加翅片来增大换热管换热面积从而强化换热是一种普遍方式。目前国内电厂多采用螺旋翅片管，该种翅片管的缺点是受热面积小，烟气流动不通畅，翅片间积灰较为严重，从而导致换热能力下降。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术问题，提供了一种改进h型翅片管。其不仅改善速度和温度梯度的协同性，使整个翅片管的换热效率良好，优异的耐磨性能同时有效减少积灰避免烟气流动通道堵塞。并且有效控制经济成本。

一种用于余热回收的改进h型翅片管，包括基管和翅片组；翅片组包含一组两个尺寸完全相同的翅片，翅片内侧有和基管外壁吻合的弧形凹槽；具有沿基管轴向布置的连接在基管外壁的多个平行翅片组；基管具有一定的长度，若干平行翅片组沿基管轴向布置的连接在基管外壁；其特征在于：取包含基管轴线且垂直于烟气流动方向的平面为分界面将翅片分为两部分，上游为迎风侧，下游为背风侧；翅片表面迎风侧具有一扰流杆，在翅片表面中心位置基管侧布置一个球凸结构，翅片表面背风侧具有一小翼涡发生器。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

翅片关于基管对称布置，包括基管、翅片、扰流杆、球凸和矩形小翼。h型翅片管的主要损耗是烟气流中的颗粒对其磨削和冲击作用。当翅片前后间隙比不同时使得流过的烟气有均流作用，提高磨损寿命。烟气流过时方向不改变，布置球凸和扰流杆的翅片可以改变气流运动状态，加剧扰动，减少滞热层厚度，在一定程度上达到强化传热的目的。布置矩形小翼可提高烟气吹扫其间的积灰程度。当把烟气设定到一定流速可以起到自行吹灰的目的。磨损与积灰问题的解决可以保证设备长时间稳定运行，减少维护成本。另外翅片由扰流杆轴向贯通利于对齐，定位准确，方便安装。可根据实际情况需要自由组合不同长度的h型翅片管。

数值模拟结果证明，相比传统h型翅片管，本发明平均对流换热系数提高33.2％

数值模拟结果证明，相比传统h型翅片管，本发明流动压损降低13.4％。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的侧视图；

其中：1迎风侧；2背风侧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作更详细的说明。以下实例有利于相应技术人员更好地了解本发明，但不以任何形式限制本发明。并且应当指出，对本研究领域的技术人员来说，可以在本发明构思基础上做出改进，这都属于本发明的保护范围。

图1-3为本发明的结构示意图，包含一根圆形基管和一对翅片。

如图所示，一种结构改进型h型翅片管包括基管和翅片组。基管内部有流动换热工质，一般为液体，且热传导能力大于翅片外部流体。翅片组包含一组两个尺寸完全相同的翅片，其按一定节距规则排列，翅片内侧有和基管外壁吻合的弧形凹槽，翅片与基管通过焊接相连。弧形凹槽位于翅片中间轴线处，翅片关于弧形凹槽对称。具有沿基管轴向布置的连接在基管外壁的多个平行翅片组。基管具有一定的长度，若干平行翅片组沿基管轴向布置的连接在基管外壁。

所述翅片管为中心对称的h型翅片管结构，或为非中心对称的h型翅片管结构；当为非中心对称的h型翅片管结构时，弧形凹槽在翅片上偏一侧设置，翅片关于弧形凹槽非对称。若取以基管轴线和气体来流方向所构成的面为参考面，该参考面将翅片管分为迎风侧和背风侧两部分，在非对称布置翅片时，应满足迎风侧面积大于背风侧面积，且两部分的面积比应在1～2之间。

翅片采用矩形平板结构。相对于换热烟气气流方向，翅片两端分别为翅片表面迎风侧和翅片表面背风侧。翅片厚度2mm，平行节距8mm。矩形翅片长宽比为2.105：1。

翅片的表面形状可为矩形、平行四边形、梯形或不规则四边形。

取包含基管轴线且垂直于烟气流动方向的平面为分界面将翅片分为两部分，上游为迎风侧，下游为背风侧。

翅片表面迎风侧设置扰流杆,扰流杆为柱体结构，其轴向贯通翅片，关于翅片上下对称。截面为圆形、矩形或三角形。扰流杆位于翅片宽度方向外侧1/3处。

在翅片表面中心位置处设置球凸，球凸位于翅片宽度方向外侧1/3处。其高度与直径之比为(0.2～0.6)：1，推荐0.4:1。球凸半径5mm。在翅片表面设有球凸可以扰动气流、阻止边界层发展降低压降损失减少烟气中的颗粒在换热表面沉积，利于换热器长时间高效运行。所述球凸球心在基管中心线的垂线上，综合考虑换热量和流动阻力关系球凸半径范围是4mm～6mm；

球凸也可改进为圆柱体结构。所述基管直管的形状为呈圆管状、椭圆管状、扁管状中的任意一种。基管壁厚为2mm。

矩形小翼涡发生器位于翅片表面背风侧，位于翅片宽度方向1/2处。其长边长度与基管外径之比为(0.2～0.4):1，推荐0.3:1；短边与长边之比为(0.3～0.6)：1，推荐0.5:1。小翼高度与设置的平行翅片的间距比值为0.5～1.0。矩形小翼高4mm，厚2mm，长10mm。

矩形小翼方向与气体来流方向的攻角为10°～80°。优选为30°。

矩形小翼与球凸设置于翅片的同一表面。

矩形小翼可改进为三角形小翼。

矩形小翼根部的翅片上加工有矩形贯通槽，矩形贯通槽长度等于矩形小翼，贯通槽面积约两倍于小翼截面面积，矩形贯通槽方向与矩形小翼方向一致。贯通槽的形状可为矩形，弧形或圆形；对于矩形槽，以槽的矩形长边作为开槽基准方向，其开槽方向与气体来流方向的攻角为10°～80°；对于弧形或圆形槽，以槽圆弧所在割线作为开槽基准方向，与气体来流方向成10°～80°。

贯通槽能够形成流动及边界层中断，使边界层流动重启，从而使边界层减薄，局部换热系数增加，达到强化传热的目的。当烟气流过翅片时，球凸、贯通槽和小翼对流体产生扰动，从而达到强化换热的目的。特别是流体流经矩形小翼涡发生器，流场传热管尾部滞止区明显减少，流体扰动增强，滞止区流体进入主流区时边界层被破坏，因此翅片管的换热性能得到强化。而尾部滞止区的扰动，也增加了吹扫作用，使得飞灰沉积量明显减小。

上述h型翅片管通过基管与翅片配合，包括基管、翅片、扰流杆、球凸和矩形小翼而形成的直通道式的烟气通道的流畅性好，因此与普通h型翅片管相比，本发明明显强化换热，大量减少了翅片中的积灰，便于清扫，提高了翅片管的耐磨性和防积灰性。另外翅片上扰流杆便于对齐，定位准确，方便安装。可以直接应用于烟气余热回收工艺，也可以制作为模块化结构，应用于电厂过热器、省煤器等场合。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的解释，并不用于限制本发明，尽管对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。