[其他]一种喷流式管状换热器

说明书

本发明属于一种热交换装置。

热交换器用来回收烟气的物理热预热空气，其目的是节约燃料，提高炉温，增加产量和降低成本。烟气带走的物理热一般占燃料燃烧总热量的30－60％，温度为600－1100℃。预热空气温度每增加100℃，即可降低燃料消耗量5％以上，为工业炉窑节能的重要措施之一。

根据86年冶金出版社出版“工业炉用热交换装置”所述的喷流换热器，其结构由三层同心套管及烟气和热空气引出箱构成。内管为空气喷流管，外套管为烟气喷流管，中间套管为热交换面，空气从内管侧壁喷流孔喷流至热交换管，烟气从外套管侧壁喷流孔喷流至热交换管以便预热空气，预热的空气沿内管和换热管间隙垂直向上流动。由于采用一次喷流，热空气流动方向影响喷流换热的效果，因此，难以提高空气预热温度，同时，外套管烟气喷流需配耐热风机升高烟气压力来实现亦存在一定的技术困难。此外，从结构上难以组合成较大换热能力的换热器，不宜装配和维修。

本发明的目的是为提高上述喷流式管状换热器的效率、增大换热能力、提高空气预热温度、便于装配和维修，因而设计了新型的喷流式管状换热器，采用空气多次喷流换热，烟气沿垂直波纹管流动增大换热面积，避免烟气喷流造成技术上的困难，提高了换热效率。

本发明喷流式管状换热器的结构，见附图1、2、3，双层同心套管（1）、（2），辐射板（6）、辐射墙（7）、冷空气集气箱（5）和热空气集气箱（4）。内管包括两个以上的端头封闭侧面开设小孔的异形喷流直管和一个180°角的弯管，以串联方式连成U形内管，外套管包括两个以上的垂直纵波纹状直流换热管（8）与180°弯管串联连接构成U形外套管其弯管内装设带旋流器的插入件（3）。由内管和外套管构成喷流单管，见附图，单管为多级串联，直接耦合，每级喷流孔直径逐渐加大。两个以上单管并联连接组合成喷流单管组为喷流换热器主要单元见附图。外套管之间装设辐射板，喷流单管组之间装设辐射墙。喷流单管组顺烟道平行分布，烟气沿单管组平行顺流。

本发明的外套管具有三个以上的波峰及相应波谷形成的垂直纵波纹状直管（8），附图三为纵波纹状直管的横截面，内管开设喷流孔的排数与波峰数相同，其位置与波峰相对应，内管喷流孔与外管波峰间距小于喷孔直径的4倍，喷孔的纵向、横向距离小于喷孔直径的6倍。喷孔和喷管内管直径是根据    气流通过喷孔的速度为15～25米／秒，气流在内管的流速小于8米／秒来确定。内管的弯管外壁附设轴流式螺旋片旋流器或轴式导向叶片旋流器，旋流器为外套管的弯管的插入件。

本发明为了便于喷流式管状换热器的布置、维护和检修，将换热器分为两个以上喷流单管组，顺烟道平行布置，各组间采用并联连接，这样的换热器，可在不停炉的情况下，进行吹扫和更换单管。

本发明为了提高空气侧的对流换热系数，采用密集小孔、多次喷射的方法，每一个单管。空气通过小孔喷射三次以上，每次空气喷射均喷射至外套管内侧的波峰顶端，所以喷孔的纵向排数与外套管的波峰数相同。为了提高单管内弯管的传热效率，采用带旋流器的插入件，增加空气与外套管的接触面积。烟气沿垂直纵波纹状外套管的外侧，沿波纹绕流以提高烟气侧的传热系数。

本发明为了提高烟气侧的辐射传热系数，喷流单管之间安装辐射板，喷流单管组之间装配辐射墙，辐射板采用耐火纤维板或带鱼鳞状的金属板制成。辐射墙系由耐火纤维粘贴耐火砖墙或带突起物的耐火砖墙制成。

本发明在相同的烟气温度和换热面积条件下，预热温度较一般换热器提高50－150℃，综合传热系数可达52瓦／米²。开尔文以上。空气侧采用大流通面积和合理喷出结构及适宜喷出速度 减少了空气侧压力损失。采用U形单管和纵波纹状外套管，提高结构强度热强度和热接受能力，不易积灰，便于清扫。喷流单管的壁面温度较一般换热器低，因此，选材合理则使用寿命可达五年以上。同时，本发明结构简单、重量轻、体积小、便于安装维护、检修、更换喷流单管。投资回收期一般为一年左右。

本发明广泛地应用大中型连续式加热炉，各种热处理炉，台车式加热炉，锻造炉，以及化工和建材用炉等。