[发明专利]一种回收利用低温烟气余热的新型传热管

说明书

技术领域

本发明涉及一种回收利用低温烟气余热的新型传热管，属于低温余热回收利用强化换热技术领域。

背景技术

针对低温烟气的特性，如腐蚀性，含有灰尘等，余热锅炉里面换热管一般选择光管，如国内烧结矿余热回收锅炉里的蛇形管。而光管表面换热面积小，管尾尾流相对负压较大、流体绕流脱体后混合度降低，形成回流，造成阻力损失大，管背面及后排管受尾流影响较大，导致换热效果差。如何提高其换热效率，已成研究人员不断探讨的课题，如国内王厚华等采取在翅片上开对称孔的办法，加强干扰，以减少管尾回流量，强化换热。本发明从回收低温烟气余热实际情况出发，提出解决管尾尾流问题的方案，第一：提高回流温度；第二：减少回流量。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术不足，解决管尾尾流恶化换热的问题，达到降低阻力和提高换热效率目的，发明提出一种降低管尾尾流影响、提高换热效率的新型传热管。该烟气冲刷光管发生绕流脱体，在管尾形成负压较高的回流，造成流动阻力增大，换热效率降低；一方面进行改善提高回流区的温度，提高换热效率；另一方面降低背风区负压，减少阻力损失。

本发明回收利用低温烟气余热的新型传热管，其特征在于：烟气横向冲刷光管，发生绕流脱体，光管横截面以边界层脱体起点处为分界线，将截面分为迎风区和背风区，新型传热管截面的迎风区和背风区都是圆弧，后半部圆弧所在圆的半径大于前半部的；在圆光管的边界层脱体上下起点处(r，α)和(r，-α)往前取两点(r，β)和(r，-β)，保证α-β≤2°；过这两点的圆弧为新型光管的背风区，迎风区保持圆光管不变。

该传热管背风区离迎风区中心的距离短，传热管截面周长比圆管的短。

因此，本发明专利的有益效果是：

1、烟气微团冲刷传热管发生脱体到管尾回流区的时间短，提高了回流区的温度，进而提高换热效率。改善管尾尾流影响，提高换热效率。

2、降低背风区相对负压，减少阻力损失。

附图说明

下面结合附图以数值模拟实验结果进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。

图1为本发明回收利用低温烟气余热的新型传热管的截面图。

图2为采用本发明新型传热管进行压力对比模拟实验时的实际状态图之一。

图3为采用本发明新型传热管进行压力对比模拟实验时的实际状态图之二。

图4为采用本发明新型传热管进行温度对比模拟实验时的实际状态图之一。

图5为采用本发明新型传热管进行温度对比模拟实验时的实际状态图之二。

图6为采用本发明新型传热管进行速度迹线模拟实验时的实际状态图之一。

图7为采用本发明新型传热管进行速度迹线模拟实验时的实际状态图之二。

具体实施方式

本发明烟气横向冲刷光管，发生绕流脱体，光管横截面以边界层脱体起点处为分界线，将截面分为迎风区和背风区，新型传热管截面的迎风区和背风区都是圆弧，后半部圆弧所在圆的半径大于前半部的；在圆光管的边界层脱体上下起点处(r，α)和(r，-α)往前取两点(r，β)和(r，-β)，保证α-β≤2°；过这两点的圆弧为新型光管的背风区，迎风区保持圆光管不变。该传热管背风区离迎风区中心的距离短，烟气微团冲刷传热管发生脱体到管尾回流区的时间变短，提高了回流区的温度，进而提高换热效率。并且传热管截面周长比圆管的短，可节约材料。烟气微团的提前脱体可降低背风区负压，减少阻力损失。

考虑到实际烟气流速在6-20m/s，在余热锅炉内处于过度区和湍流区，模拟计算采用标准K-ε模型，其中C₁，C_1ε＝1.44，C₂＝1.92，C_μ＝0.09，C₃＝1，C₄＝0，σ_k＝1.0，σ_e＝1.3，σ_t＝1。流体介质为稳态不可压缩的烟气，模拟实验设计了5种工况：

工况设计表

分别对圆光管和新型传热管做模拟实验。实验中，1号管为圆光管，新型管2号的横截面周长比1号管略小。光管采用铝合金管，壁温恒定为323.16K。烟气入口条件为速度入口条件，入口温度为623.16K。采用无滑移速度边界条件。湍流度为0.2。计算过程选用稳定性好的二阶迎风格式进行插值，保证计算结果收敛，压力和速度的耦合采用SIMPLE算法。