專利名稱:煙管端部擾流器的制作方法
本實用新型屬節能技術領域：
。它涉及一種鍋爐煙管端部擾流器，特別是一種能適用于燃煤煙火管鍋爐的煙管端部擾流器，它也適用于其他廢熱鍋爐。
現有傳熱技術中強化管內對流傳熱的公知手段有(1)提高管內流速，以減薄邊界層，降低熱阻；(2)利用入口段傳熱較強的特性，如采取短管程，多回程結構布置；(3)采用異形管，或在管中加裝插入物等，對管內流體進行擾動，破壞其層流底層，提高放熱系數。(據資料1)對于手段(1)和(2)，目前在鍋爐技術中都已得到應用，但必然會受到結構和流阻的限制。對于手段(3)，據資料2，日本在七十年代已將螺紋煙管用于燃油鍋爐；八十年代，中國的重慶鍋爐廠和上海工業鍋爐廠也已在燃油、氣小型鍋爐上采用了螺紋管。多年來，蘇、美、日等國已進行了大量的試驗，這類螺紋管都是借助于煙管內壁上的螺旋形凸筋對煙氣流產生擾動，沖擊壁面的邊界層，從而降低邊界層的熱阻，提高傳熱效率；為了不波及煙氣主流凸筋的高度一般只有0.04－0.05管子內徑，這樣可以避免增加過多的流動阻力。據資料3，重慶大學的試驗研究表明在相同風機動力消耗和傳熱率時，螺紋管換熱所需傳熱面積僅為光管換熱傳熱面積的51－86％，而在相同風機動力消耗和傳熱面積時，螺紋管的傳熱率是光管技術傳熱率的1.22－1.61倍。用單頭螺紋管代替出力不足的KZL4－13－AⅢ型鍋爐第一管束的光管后，實際運行觀察和熱工測試顯示，能穩定達到額定蒸發量，同時滿足110％的超負荷要求，在額定負荷下鍋爐效率達77％。與同型鍋爐比較排煙溫度降低了28℃，鍋爐效率提高2.5％，且不增加風機的動力消耗，螺紋管內無明顯積灰，也看不出磨損跡象。另據資料4，中國遠洋貨輪上的燃油輔助鍋爐在第三回程煙管中已裝有長螺旋板條，以便產生擾動，增強熱交換。但都未見有用于燃煤爐的介紹。
從資料5可知，還有用其他多種擾流元件，如長螺旋板條、螺旋線、孔板等，以及采用壓扁圓管、粗化表面、脈動壓力等辦法來強化傳熱，但也都未見用于燃煤鍋爐煙管上。據分析，這主要因于流阻增加太多以及積灰難以解決。
資料來源1.(a)傳熱學，p.340，人民教育出版社，1980年第一版。
(b)Bergles，A.E.，Recent Developments in Convective Heat Transfer Augmentation，Appl.Mech。Rev.Vol.26，No.6，1973。
2.“用于工業鍋爐的螺紋管”，《工業鍋爐通訊》，1983年第一期。
3.“螺紋管的性能及其應用”，《工業鍋爐》，1985年第一期4.船舶蒸汽鍋爐，P.70，人民交通出版社，1983年第一版5.工程對流換熱，P.69，機械工業出版社，1982年第一版可見，目前強化燃煤鍋爐煙管內對流傳熱的成熟技術方法即采用螺紋管。該技術已應用于小型燃油、氣、煤鍋爐；估計用合適的螺紋管取代全國十幾萬臺KZL型快裝鍋爐中的光煙管，會有很大的節能效益。但這種改造工作耗資并不低，以一臺KZL4－13型鍋爐為例第一管束有59根光煙管，每根煙管約重18公斤，共用鋼材1100公斤，而螺紋管的價格大約是光管的1.3倍；加上拆、裝、脹、扳邊等費用，共約1700元。需經1－2年才能從節煤得益中收回。
本實用新型是一種能有效地強化煙火管鍋爐，特別是燃煤鍋爐煙管內對流傳熱的裝置。
本實用新型的目的是要改進燃煤鍋爐煙管內強化傳熱的技術方法。采用煙管端部擾流器；不必加大風機功率，又不需對原鍋爐進行改造；但能產生與螺紋管相同的節能效果。且耗鋼極少，使用甚便。
本實用新型是這樣實現的在煙管(包括拉撐管)的熱進口端插入擾流器。這種管端擾流器為短螺旋形，它有別于長螺旋板條或螺旋線。煙氣流受到擾流器的導向，產生繞煙管軸心的旋轉運動；利用煙氣的旋轉和煙氣中灰粒對煙管內壁的沖刷作用，破壞層流底層，從而降低熱阻。由于擾流器設在管端，所以產生的擾動及煙氣中的二次環流能波及全程，尤其對前半管程的換熱產生強烈影響。只要改變擾流器的形狀，就能改變它的擾流特性，包括煙氣阻力和旋速。主要根據鍋爐的具體煙速及風機裕量來確定最佳參數。對于有引風裕量、排煙溫度偏高，出力不足的火管鍋爐，加裝本實用新型裝置后能提高熱效率2－3％。在鍋爐設計中結合采用煙管端部擾流器，可以在相同蒸發量和風機功率條件下，縮短管程、減少縱向沖刷對流受熱面，並縮小鍋爐體積，從而能節省20％左右的鋼材。
本實用新型裝置與現有公知技術的螺紋管作比較，具有多處優點1)不需對鍋爐原結構進行改動，前、后煙室都可以插放擾流器。若換用螺紋管，則必須拆除幾十根鍋爐光管，再進行穿管、脹接、扳邊等工作。
2)具有拆裝靈活性。便于檢修、調換；還可以視各煙管煙氣流量的具體分布，調配布置不同的擾流器。而螺紋管的裝拆較費時，也難以調整各煙管的流量。
3)煙管端部擾流器同時用于煙管和拉撐管，因而也能強化拉撐管內的對流換熱；這時只需改變擾流器參數，使煙管和拉撐管流量匹配即可。采用螺紋管時，拉撐管仍為光管，因而其傳熱得不到強化。且螺紋煙管與拉撐管流阻不同，須在拉撐管口增設節流裝置以求得流量匹配。
4)煙氣中的灰粒會對端部擾流器產生磨損，但不會影響其擾流性能，且更換很方便。但螺紋管內的凸筋被煙灰磨低后勢必會削弱其傳熱性能，這時只有換管才能恢復原狀。
5)清灰方便，司爐工只需抽出擾消器就可以和光煙管一樣進行捅刷清灰。而對同樣管徑的螺紋管進行清灰，則要比光煙管費力。
6)煙氣旋流中的灰粒對管內壁的沖刷具有自動清灰作用；煙氣旋轉時產生橫向混合及渦流，能強化管內對流傳熱。
7)煙管端部擾流器成本極低，每個擾流器的成本只及一根螺紋管旋壓費用的十分之一，相當換用一根螺紋管所耗資的5％。用本實用新型裝置配備一臺燃煤快裝鍋爐的費用可在二個月內從節煤得益中收回，而用螺紋管對相同鍋爐進行改造所耗費用需1－2年才能回收。圖1是臥式快裝鍋爐的煙氣流程。圖2是本實用新型典型實施例的示意圖。下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
煙管端部擾流器(1)安插在煙管束的高溫端。擾流器用碳鋼制成，並經過滲鋁處理，能夠經受900－950℃高溫煙氣的沖刷，有較高的抗氧化和耐腐蝕性。擾流器的外徑d與煙管(2)內徑dn基本相等，可以方便地插入和取出，其受煙氣沖擊端呈凹形，兩角與煙管板邊管端相配合，具有定位功能；擾流器尾部為錐形，整個擾流器具有低阻性。擾流器伸入煙管長度約為0.1煙管全長。一般鍋爐引風機的風壓儲備為1.20，所以不需增加原引風機功率。煙氣經擾流器導向形成旋流后靠慣性繼續旋轉，通過煙管。其全程壓力損失遠遠低于全程長度的螺旋板條或其他插入物的相應數值，且不會引起積灰。試驗中對于Re＜1.2×104的煙氣，經過煙管端部擾流器后的努謝爾特準則數Nu能提高一倍但由于后半管程煙氣的擾動減弱，故實際全程平均Nu值約增高40％，與螺紋管效應相近。
至此已公開了一種用于鍋爐煙管內強化傳熱的管端擾流器，它特別適用于臥式燃煤煙火管鍋爐。關于這種煙管端部擾流器的制造和配置已是本專業范圍內普通技術人員所能理解和實施的。在不增加風機功率的條件下，根據煙管內煙氣的雷諾數，選定合適的幾何參數，就可以取得與螺紋管類似的傳熱效果，即提高傳熱效率25％以上。只要不超出后面權利要求
書中所述的規定范圍，可以作各種變換，也同樣是有效的。
權利要求
1.一種用于強化鍋爐煙管內對流傳熱的煙管端部擾流器，其基本特征是a、工作位置在煙管的高溫煙氣入口端；b、整個裝置僅一件構成。
2.根據權利要求
1所述的煙管端部擾流器，其特征在于插入煙管的長度基本上不超過煙管全長的十分之一。
3.根據權利要求
1所述的煙管端部擾流器，其特征在于外徑與煙管內徑相近，可以方便地插入或取出。
4.根據權利要求
1所述的煙管端部擾流器，其特征在于裝置呈螺旋狀，受煙氣沖擊端呈凹形，尾部呈錐形，具有低阻導向特性。
5.根據權利要求
1所述的煙管端部擾流器，其特征在于能經受高溫煙氣流的沖刷，具有耐高溫和抗腐蝕性。
專利摘要
一種能強化對流換熱的煙管端部擾流器，屬于鍋爐節能技術。它可以方便地插置于鍋爐上煙管的熱入口端；對有引風余量，但出力不足，排煙溫度偏高的煙火管鍋爐，使用本實用新型裝置，有明顯增加出力的效果。在鍋爐設計中結合采用本實用新型裝置，能在相同的蒸發量和風機條件下減少受熱面積，降低鋼材消耗量20％。
文檔編號F22B37/00GK86205555SQ86205555
公開日1987年8月5日 申請日期1986年8月4日
發明者王治 申請人:王治導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan