套管噴旋流技術在熱交換器中的應用

姜乃斌，董民生，李珍珍

（西安華江環保科技股份有限公司，西安 710021）

套管噴旋流技術在熱交換器中的應用

姜乃斌，董民生，李珍珍

（西安華江環保科技股份有限公司，西安 710021）

套管式空氣預熱器的傳熱元件是由兩根不同直徑的管子套在一起組成，外管由高溫煙氣獲取熱量，充分利用排煙余熱，內管中通入冷空氣，內外管通過對流和輻射的傳熱方式實現熱量傳遞，是一種結構簡單、換熱效率高的新型空氣換熱器。

排煙余熱;對流;輻射;換熱效率高

1 背景技術

火力發電、石油化工等行業，為了提高工業鍋爐設備的熱效率，充分利用排煙余熱，一般都采用煙氣-空氣換熱器，這類換熱器型式較多，但性能良莠不齊。其中，板式換熱器的傳熱效率較低，漏風量大，現已逐漸被淘汰；回轉式換熱器的漏風量大，運行安全性差；熱管式換熱器相比前兩種換熱器，具有體積小、容易布置、無轉動部件的優點，因此維修量小、結構簡單，但因其采用的是單管結構，熱煙氣流動快，因而傳熱效率仍然不高。

新型套管式空氣預熱器采用了噴旋流技術，克服了傳統換熱器的缺點和不足，是一種設計合理、結構簡單、傳熱系數高、換熱效率高、產品成本低的新型空氣換熱器。

2 結構和工作原理

預熱器的傳熱元件是由兩根不同直徑的管子套在一起組成的套管型式（見圖1、圖2、圖3）。

套管預熱器的外管由高溫煙氣獲取熱量，充分利用排煙余熱，內管中通入冷空氣，內外管通過對流和輻射的傳熱方式實現熱量傳遞，是一種結構簡單、換熱效率高的新型空氣換熱器。可廣泛應用在含塵（或顆粒物）較高的煙氣中預熱空氣或燃料氣。預熱空氣一般從冷風風箱進入內管，向下流動經下端空間后再通過內外管之間的環向間隙向上流出進入熱風箱。

3 傳熱特點

套管預熱器的傳熱特點是外管由高溫煙氣獲取熱量，使外管壁溫度迅速提高，一方面通過對流傳遞給環向間隙中的空氣，另一方面通過輻射傳熱給內管壁，再由內管壁傳給內管和環向間隙中的空氣，從而將空氣預熱到更高的溫度，同時使外管的溫度得以降低，外管材料可以根據煙氣的溫度選用不同的耐熱鋼，使預熱器有較長的壽命。

對于在高溫條件下工作的空氣預熱器，在空氣側采用了單噴流形式，內管的管壁上加工有噴孔，這種結構使冷流體可以較高的速度噴射到換熱管內表面，因較大的沖擊作用而產生紊流流動，使煙氣流體邊界層具有紊流性質，從而極高地增加了氣流與表面的傳熱系數，同時也使換熱管表面的溫度降低。據有關記載，噴流預熱器的綜合傳熱系數可達50ω/m2·℃，是一般換熱器傳熱系數的2倍左右；內管的外管壁上設置有螺旋狀環繞在內管上的旋流凸起。使套管外側流體以螺旋線形式流動，增強湍流程度，也有效地提高了傳熱系數，對工業爐窯的煙氣余熱進行回收，對提高爐窯熱效率十分有效。

4 應用實例

套管式空氣預熱器由冷風箱、冷風進管、熱風箱、熱風出管、內管、外管聯接構成。

在冷風箱底部用螺紋緊固聯接件固定聯接有熱風箱，冷風箱與熱風箱之間不互相聯通，冷風進管與冷風箱內相聯通，在冷風箱的底板上均布焊接內管，內管與冷風箱內相聯通，空氣從冷風進管進入冷風箱內，再進入內管并沿內管向下流動。位于冷風箱下方的熱風箱的右側通過螺紋聯接有熱風出管，熱風出管與熱風箱內相聯通，熱風箱底板上焊接有外管，外管的底端封閉，內管套裝在外管內，內管的中心線與外管的中心線重合，內管的底端與外管內相聯通。外管位于高溫煙氣環境中，外管可從高溫煙氣中獲取熱量，使外管管壁溫度提高。空氣從內管下端流入外管中，再沿內管和外管之間的環向間隙向上流動至熱風箱內，空氣在流動的過程中同時與外管的管壁進行熱量交換，可將空氣預熱到更高的溫度，同時使外管的溫度降低，延長了空氣換熱器的使用壽命。從外管向上流動的空氣經熱量交換后從熱風箱右側的熱風出管流出。內管結構示意見圖4。

圖4 內管結構示意圖

如圖4所示，在內管的上部外管壁上焊接聯接有一對徑向凸出于內管外管壁的上定位柱①、下部外管壁上焊接聯接有一對徑向凸出于內管外管壁的下定位柱②，上定位柱①和下定位柱②的自由端與外管內壁之間具有微小間隙，上定位柱①和下定位柱②用于保證內管與外管的軸線重合，定位柱的數量可根據內管及外管的長短不同而增加或減少，內、外管壁上都加工有螺旋狀環繞在內管上的旋流凸起，可以延長空氣的預熱通道，增加空氣的紊流程度，有效提高換熱效率。內管中下部的管壁上加工有噴孔（見圖3），噴孔均布設置于內管管壁上，進入內管中的空氣在向下流動的同時一部分從噴孔高速噴入外管中，噴射空氣流垂直噴向外管內表面，對換熱面進行沖擊，使層流邊界被破壞，可以強化對流換熱效率。

Application of Spraying and Spiral-flow Technology of Casing Pipe in Heat Exchanger

JIANG Nai-bin, DONG Min-sheng, LI Zhen-zhen
(Xi’an Huajiang Environmental Technologies Co., Ltd, Xi’an 710021, China)

The heat transmission element of air pre-heater with casing pipe is composed of two different diametric pipes,the outside pipes obtain the quantity of heat from high temperature and use fully the surplus heat of emission smoke, the inside pipes go through cool air. By convective and radiant heat transmission, inside and outside pipes realize quantity of heat transfer,it is a new air heat interchanger with simple structure and high efficiency of heat interchange.

surplus heat of emission smoke; convection; radiation; high efficiency of heat interchange

TK172

A

1006-5377（2012）11-0034-02