專利名稱：應用在余熱鍋爐中的螺旋扁管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種熱交換裝置，具體地說是應用在余熱鍋爐中的螺旋扁管。
背景技術(shù)：
我國政府計劃到2020年將碳排放量減少40% -45%,目前面臨著巨大的減排壓 力。政府正在推行各項有利于節(jié)能減排的政策，其中余熱回收利用作為提高能源利用效率 的有效途徑，國家出臺了多項政策鼓勵企業(yè)進行余熱回收利用。在節(jié)能、環(huán)保策的大力推動 下，余熱鍋爐的需求迅猛增長，市場容量巨大。2008年國內(nèi)余熱鍋爐企業(yè)銷售額約34億元， 預計未來5年國內(nèi)余熱鍋爐市場容量將達280億元，國際市場約400億元，共計約680億元， 余熱鍋爐行業(yè)市場前景廣闊。我國余熱資源非常豐富，特別是在石油和石化、鋼鐵、有色、化工、水泥、建材、輕 工、煤炭等行業(yè)，余熱資源約占燃料消耗總量的17% _67%，其中可回收利用的余熱資源 約占余熱總資源的60%。目前我國余熱資源利用比例低，大型鋼鐵企業(yè)余熱利用率約為 30 %-50%,其他行業(yè)更低，余熱利用效率提升潛力大。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀，而提供應用在余熱鍋 爐中的螺旋扁管，有效提高余熱鍋爐的熱能利用效率。本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為應用在余熱鍋爐中的螺旋 扁管，包括扁管本體和位于扁管本體兩端的兼作進口的第一管接口和兼作出口的第二管接 口，其中扁管本體成環(huán)形或規(guī)則曲線形狀固定安裝在換熱面中，扁管本體包含至少一個螺 旋部，螺旋部沿軸線任一質(zhì)點的橫截面呈螺旋漸變的橢圓形或長圓形。為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的措施還包括上述的螺旋部為左旋部或右旋部。上述的螺旋部之間設(shè)置有過渡段，所述的過渡段是截面呈橢圓形或長圓形的直管
或彎管。上述的過渡段位于左旋部和右旋部之間。上述的換熱面包括煙氣通道，以及沿煙氣通道設(shè)置的水保護段、過熱器、蒸發(fā)器和
省煤器。上述的扁管本體通過管接口與彎頭、集合管、彎管或直管相連接，成環(huán)形或規(guī)則曲 線形狀固定設(shè)置在水保護段、過熱器、蒸發(fā)器和省煤器內(nèi)。上述的省煤器和水保護段之間設(shè)置有鍋筒。鍋筒將通入的水和汽分離。上述的扁管本體由左旋部組成或者由右旋部組成或者由左旋部、過渡段和右旋部 相結(jié)合組成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的應用在余熱鍋爐中的螺旋扁管是一種新型的換熱 元件，它以圓管為基管，經(jīng)壓扁后扭曲成型，其螺旋部沿軸線任一質(zhì)點的橫截面呈螺旋漸變的橢圓形或長圓形，管內(nèi)流道因管子的扭曲而呈螺旋狀。呈螺旋狀的螺旋扁管管內(nèi)腔壁和 管外周壁的表面積比起標準的直管要大的多，使得受熱的熱交換面積大大增加，位于螺旋 扁管管內(nèi)腔受熱介質(zhì)熱交換效率大大提高。管內(nèi)管外處于螺旋流動，流體在管內(nèi)和管外大 體呈縱向流動，同時伴隨有橫向螺旋運動，這種流速和流向的周期性改變加強了流體的軸 向混合和湍流度，從而強化了傳熱。實驗研究表面螺旋扁管內(nèi)外膜傳熱系數(shù)比光管的內(nèi)外 膜傳熱系數(shù)大幅度提高，雷諾數(shù)低時最為明顯，達到2-4倍，隨著雷諾數(shù)的增大效果略微降 低，通常也可提高傳熱系數(shù)1.5倍以上。該應用了螺旋扁管的余熱鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊、體積小， 吊裝方便；節(jié)省材料，造價低，大幅度提高換熱效率，可廣泛應用于石油化工、電力、鋼鐵、有 色、化工、水泥、建材、輕工、煤炭等行業(yè)。
[0015]圖1是本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；[0016]圖2是圖1的原理示意圖；[0017]圖3是圖1中螺旋扁管的結(jié)構(gòu)示意圖；[0018]圖4是圖3中的G處放大視圖；[0019]圖4a是圖4中的A-A向剖視圖；[0020]圖4b是圖4中的B-B向剖視圖；[0021]圖4c是圖4中的C-C向剖視圖；[0022]圖4d是圖4中的D-D向剖視圖；[0023]圖5是圖3中的F處放大視圖；[0024]圖5a是圖5中的A-A向剖視圖；[0025]圖5b是圖5中的B-B向剖視圖；[0026]圖5c是圖5中的C-C向剖視圖；[0027]圖5d是圖5中的D-D向剖視圖；[0028]圖6是圖3中的E-E向剖視圖；[0029]圖7是余熱鍋爐中管道的結(jié)構(gòu)示意圖；[0030]圖8是圖7的右視圖；[0031]圖9是圖7的A-A向剖視圖；[0032]圖10是本實用新型應用于煙道式余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖[0033]圖11是本實用新型應用于管殼式余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖[0034]圖12是管殼式余熱鍋爐本體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例作進一步詳細描述。圖1至圖12所示為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。其中的附圖標記為扁管本體1、第一管接口 la、第二管接口 lb、左旋部lc、右旋部 Id、過渡段le、換熱面2、水保護段2a、過熱器2b、蒸發(fā)器2c、省煤器2d、鍋筒3、90度彎頭4、 180度彎頭5、前端管箱6、煙氣出口 7、固定管板8、蒸汽出口 9、殼體10、折流板11、管束12、 浮動管板13、浮頭蓋14、外頭蓋15、水進口 16、煙氣進口 17。
4[0038]實施例1本實用新型的應用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，包括扁管本體1和位于扁管本體1 兩端的兼作進口的第一管接口 Ia和兼作出口的第二管接口 lb，其中扁管本體1成環(huán)形或 規(guī)則曲線形狀固定安裝在換熱面2中，扁管本體1包含至少一個螺旋部，螺旋部沿軸線任一 質(zhì)點的橫截面呈螺旋漸變的橢圓形或長圓形。螺旋部可以是左旋部Ic或右旋部Id。螺旋部是以圓管為基管，經(jīng)壓扁后扭曲成 型，其螺旋部沿軸線任一質(zhì)點的橫截面呈螺旋漸變的橢圓形或長圓形。在扁管本體1上可 以設(shè)置有多個螺旋部。在各個螺旋部之間可以設(shè)置有過渡段le，如圖6所示，本實施例中過渡段Ie是截 面呈橢圓形的直管或彎管。過渡段Ie位于左旋部Ic和右旋部Id之間，通過過渡段Ie連 接各個左旋部Ic或右旋部Id。過渡段Ie的截面可以是橢圓形，也可以是圓形。本實用新型的螺旋扁管，扁管本體1可以是由左旋部Ic組成或者由右旋部Id組 成或者由左旋部lc、過渡段Ie和右旋部Id相結(jié)合組成。換熱面2包括煙氣通道2a，以及沿煙氣通道2a設(shè)置的水保護段2a、過熱器2b、蒸 發(fā)器2c和省煤器2d。螺旋扁管的扁管本體1通過第一管接口 Ia和第二管接口 Ib與彎頭、 集合管、彎管或直管相連接，成環(huán)形或規(guī)則曲線形狀固定設(shè)置在水保護段2a、過熱器2b、蒸 發(fā)器2c和省煤器2d內(nèi)。如圖1中所示，本實施例中，螺旋扁管的扁管本體1依次穿設(shè)省煤器2d、水保護段 2a、蒸發(fā)器2c和過熱器2b。在省煤器2d和水保護段2a之間設(shè)置有鍋筒3，鍋筒3將通入 的水和汽分離。位于水保護段2a、過熱器2b、蒸發(fā)器2c和省煤器2d內(nèi)的扁管本體1包括 左旋部Ic、過渡段Ie和右旋部Id。如圖2所示，廢熱源如煙氣等從廢熱源進口進入水保護段2a、過熱器2b、蒸發(fā)器2c 和省煤器2d，然后排出。水等換熱介質(zhì)進入設(shè)置在水保護段2a、過熱器2b、蒸發(fā)器2c和省 煤器2d內(nèi)的扁管本體1，換熱介質(zhì)與廢熱源進行熱交換后排出。如圖4和圖5所示的左旋部Ic和右旋部Id的放大視圖。圖4a至圖4d是圖4中 的剖視圖，從剖視圖中可以看出，左旋部Ic任意一處的截面都是橢圓形或長圓形，同樣，圖 5a至圖5d是圖5中的剖視圖，右旋部Id任意一處的截面也都是橢圓形或長圓形。如圖7和圖8所示，余熱鍋爐中的螺旋扁管通過第一管接口 Ia或第二管接口 Ib與 90度彎頭4和180度彎頭5相連接，成環(huán)形或規(guī)則曲線形狀通過管套固定在水保護段2a、 過熱器2b、蒸發(fā)器2c和省煤器2d內(nèi)。圖9是圖7的A-A向剖視圖。本實用新型的應用在余熱鍋爐中的螺旋扁管是一種新型的換熱元件，它以圓管為 基管，經(jīng)壓扁后扭曲成型，其螺旋部沿軸線任一質(zhì)點的橫截面呈螺旋漸變的橢圓形或長圓 形，管內(nèi)流道因管子的扭曲而呈螺旋狀。呈螺旋狀的螺旋扁管管內(nèi)腔壁和管外周壁的表面 積比起標準的直管要大的多，使得受熱的熱交換面積大大增加，位于螺旋扁管管內(nèi)腔受熱 介質(zhì)熱交換效率大大提高。管內(nèi)管外處于螺旋流動，流體在管內(nèi)和管外大體呈縱向流動，同 時伴隨有橫向螺旋運動，這種流速和流向的周期性改變加強了流體的軸向混合和湍流度， 從而強化了傳熱。實驗研究表面螺旋扁管內(nèi)外膜傳熱系數(shù)比光管的內(nèi)外膜傳熱系數(shù)大幅 度提高，雷諾數(shù)低時最為明顯，達到2-4倍，隨著雷諾數(shù)的增大效果略微降低，通常也可提 高傳熱系數(shù)1. 5倍以上。該應用了螺旋扁管的余熱鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，吊裝方便；節(jié)省材料，造價低，大幅度提高換熱效率，可廣泛應用于石油化工、電力、鋼鐵、有色、化工、水泥、 建材、輕工、煤炭等行業(yè)。實施例2圖10為本實施例的螺旋扁管應用于煙道式余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖10所示，煙道式余熱鍋爐主要由省煤器、上升管、鍋筒、下降管、水保護段、蒸 發(fā)器、過熱器和煙囪等組成。煙道式鍋爐是水管鍋爐，水或蒸汽在爐管內(nèi)流動，煙氣在爐管 外的煙道中流動，在省煤器、水保護段、蒸發(fā)器和過熱器內(nèi)設(shè)置由螺旋扁管構(gòu)成的盤管組。 煙氣通過沖刷管子的外表面將熱量傳遞給管內(nèi)的水或蒸汽。工作過程中，水經(jīng)給水管道進入省煤器，經(jīng)過加熱以后送入鍋筒，與鍋水混合后沿 下降管下行依次通過水保護段、蒸發(fā)段。水在水保護段和蒸發(fā)段內(nèi)吸收熱形成汽水混合物 經(jīng)上升管到達鍋筒中，由鍋筒使水、汽分離。分離出來的飽和蒸汽由鍋筒上部流往過熱器， 繼續(xù)吸熱成為過熱蒸汽，過熱蒸汽經(jīng)蒸汽管道送到下游設(shè)備進行使用，如用于汽輪機發(fā)電， 或者供生產(chǎn)、生活取暖用。熱煙氣按順序流經(jīng)水保護段、過熱器、蒸發(fā)器和省煤器后，再經(jīng)過煙@排向大氣。實施例3圖11為本實施例的螺旋扁管應用于管殼式余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖12所示，管殼式余熱鍋爐本體主要由前端管箱6、煙氣出口 7、固定管板8、蒸 汽出口 9、殼體10、折流板11、管束12、浮動管板13、浮頭蓋14、外頭蓋15、水進口 16和煙氣 進口 17等組成。管殼式余熱鍋爐是火管鍋爐，煙氣在爐管內(nèi)流動，水在管外的鍋殼中流動。 熱量通過管壁傳遞給管外的水。水經(jīng)給水管道進入鍋殼，水在鍋殼內(nèi)吸熱形成汽水混合物經(jīng)上升管到達汽包中， 由汽包使水、汽分離。分離出來的水經(jīng)下降管回到鍋殼內(nèi)，形成水循環(huán)；分離出來的蒸汽經(jīng) 蒸汽管道送到下游設(shè)備進行使用，如用于汽輪機發(fā)電，或者供生產(chǎn)、生活取暖用。熱煙氣經(jīng)煙氣進口 17進入管束12，由煙氣出口 7離開鍋爐去下游設(shè)備進行使用或 排向大氣。管束12由螺旋扁管組成，管束12中的管子穿過折流板11，管子兩端分別與固定管 板8和浮動管板13連接，管子與浮動管板13的連接方式有脹接、焊接、脹焊并用等幾種方 式；殼體10與浮動管板13采用焊接方式；固定管板8和管箱通過法蘭連接成一體。本實用新型的最佳實施例已闡明，由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員做出的各種變化或改型 都不會脫離本實用新型的范圍。
權(quán)利要求應用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，包括扁管本體(1)和位于扁管本體(1)兩端的兼作進口的第一管接口(1a)和兼作出口的第二管接口(1b)，其特征是所述的扁管本體(1)成環(huán)形或規(guī)則曲線形狀固定安裝在換熱面(2)中，扁管本體(1)包含至少一個螺旋部，所述的螺旋部沿軸線任一質(zhì)點的橫截面呈螺旋漸變的橢圓形或長圓形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，其特征是所述的螺旋部為 左旋部(Ic)或右旋部(Id)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，其特征是所述的螺旋部之 間設(shè)置有過渡段(Ie)，所述的過渡段(Ie)是截面呈橢圓形或長圓形的直管或彎管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，其特征是所述的過渡段 (Ie)位于左旋部(Ic)和右旋部(Id)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，其特征是所述的換熱面(2) 包括煙氣通道(2a)，以及沿煙氣通道(2a)設(shè)置的水保護段(2a)、過熱器(2b)、蒸發(fā)器(2c) 和省煤器(2d)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，其特征是所述的扁管本體 (1)通過兼作進口的第一管接口(Ia)和兼作出口的第二管接口(Ib)與彎頭、集合管、彎 管或直管相連接，成環(huán)形或規(guī)則曲線形狀固定設(shè)置在水保護段(2a)、過熱器(2b)、蒸發(fā)器 (2c)和省煤器(2d)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，其特征是所述的省煤器 (2d)和水保護段(2a)之間設(shè)置有鍋筒(3)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7任一權(quán)利要求所述的應用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，其特征是 所述的扁管本體(1)由左旋部(Ic)組成或者由右旋部(Id)組成或者由左旋部(Ic)、過渡 段(Ie)和右旋部(Id)相結(jié)合組成。
專利摘要本實用新型公開了應用在余熱鍋爐中的螺旋扁管，包括扁管本體和位于扁管本體兩端的兼作進口的第一管接口和兼作出口的第二管接口，其中扁管本體成環(huán)形或規(guī)則曲線形狀固定安裝在換熱面中，扁管本體包含至少一個螺旋部，螺旋部沿軸線任一質(zhì)點的橫截面呈螺旋漸變的橢圓形或長圓形。應用本實用新型的螺旋扁管，余熱鍋爐具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，吊裝方便等優(yōu)點，同時節(jié)省材料，造價低，大幅度提高換熱效率，可廣泛應用于石油化工、電力、鋼鐵、有色、化工、水泥、建材、輕工、煤炭等行業(yè)。
文檔編號F28F1/02GK201706938SQ20102023672
公開日2011年1月12日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者蔡麗萍, 連海峰 申請人:寧波連通設(shè)備制造有限公司