[发明专利]管束菱形排列的水泥回转窑余热利用换热器及其吹灰方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于水泥回转窑尾气利用的高效换热器，属于换热器技术领域。

背景技术

随着我国经济快速发展，能源消耗日益增加，城市大气质量日益恶化的问题也越发突出，节约能源和减少环境有害物排放的问题迫在眉睫。在常见的热能动力领域中，能耗高、污染严重的主要原因之一是烟气的排烟温度过高，即浪费了大量能源，又造成了环境污染。水泥行业是一个高耗能，高污染的行业。水泥回转窑产生的尾气中含尘浓度高，品质差。水泥回转窑用余热发电系统可对尾气余热进行回收再利用，实现节能减排的目的。但是相关余热发电锅炉中换热设备的积灰现象严重、传热能力较差，清灰困难，这些问题亟待解决。

现有热量回收装置中换热管束的布置方式通常有两种，顺排和叉排，参见图1和图2。流体冲刷顺排和叉排管束时的流场是不同的。叉排时流体在管间交替收缩和扩张的弯曲通道中流动，比顺排时在管间走廊通道的流动扰动剧烈，因此叉排的换热能力比顺排的强。同时，叉排管束的阻力损失大于顺排，对于需要冲刷清洗的管束，顺排有易于清洗的优点。

发明内容

本发明针对现有水泥回转窑尾气利用换热设备中存在的积灰严重和对流传热能力较差的问题，提出一种不宜积灰、对流传热效果好的管束菱形排列的水泥回转窑余热利用换热器，同时提供一种该换热器的吹灰方法。

本发明管束菱形排列的水泥回转窑余热利用换热器，采用以下技术方案

该换热器，包括换热管束、尾气进口、尾气出口和壳体，换热管束设置在壳体中，换热管束呈菱形排列，壳体呈与换热管束菱形排列相配合的菱形结构，称为菱形壳体，尾气进口设置在菱形壳体的第一夹角位置处，尾气出口设置在菱形壳体的第二夹角位置处，菱形壳体的的第一夹角和第二夹角是对角；换热管束菱形排列的第一夹角顶点上的换热管束设置在尾气进口的下部并与尾气进口相对，换热管束菱形排列的第二夹角顶点上的换热管束设置在尾气出口的上部并与尾气出口相对，换热管束菱形排列的第一夹角和换热管束菱形排列的第二夹角是对角，水泥回转窑尾气由尾气进口进入，先经过换热管束菱形排列的第一夹角顶点上的换热管束，然后横向冲刷换热管束，再经过换热管束菱形排列的第二夹角顶点上的换热管束，最后从尾气出口排出；在尾气进口、尾气出口以及位于尾气进口和尾气出口之间的位置上均设置用于测量尾气流速的第一流速计，在换热管束进口设置用于测量换热管束中流体流速的第二流速计；所述的壳体上设置吹灰口，所述吹灰口连接吹灰管道，吹灰管道中连接有风机，风机与中央控制器连接，中央控制器通过计算换热管的积灰导热热阻来控制风机的频率。

换热管束菱形排列的第一夹角由换热管束菱形排列的第一边和换热管束菱形排列的第二边构成，在第一边方向上的换热管间距（是指相邻换热管的中心轴线之间的距离）为L1，第二边方向上的换热管间距为L2，L1与L2不相等。优选的是，L1是L2的1.3倍。

换热管束菱形排列的第一夹角A、换热管束中的换热管间距L及换热管外径D的关系满足如下公式：

3.7×D>L>2.4×D，其中20mm<D<50mm。

Sin(A/2)=b×(L/D)^c，其中b，c为参数，b为1.65-1.8，c为-0.8至-0.9。

优选的，L=3.2×D，b为1.72，c为-0.815。

上述管束菱形排列的水泥回转窑余热利用换热器的吹灰方法，包括以下步骤：

（1）在中央控制器中，先预存一部分数据，这些数据包括换热管束中流体在不同速度、温度下的对换热管内壁面对流传热系数，尾气在不同速度和不同温度下的对换热管外表面的对流传热系数；

（2）检测尾气进口温度T_w1、尾气出口的尾气温度T_w2、换热管束进口流体温度T_l1和换热管束出口的流体温度T_l2，通过测量换热管束中流体的流速计算出换热管束中流体体积流量V_l，同时通过各个测量尾气流速的第一流速计测得的数值的平均值来得到尾气的平均流速；通过计算流体进出换热管束的温差和流量得到流体的吸热量，也就是总的换热量Q，Q＝ρV_l*C_p*(T_l2-T_l1)，其中，ρ是管束中流体的密度，C_p为管束中流体的定压比热容；