套管喷旋流技术在热交换器中的应用

姜乃斌，董民生，李珍珍

（西安华江环保科技股份有限公司，西安 710021）

套管喷旋流技术在热交换器中的应用

姜乃斌，董民生，李珍珍

（西安华江环保科技股份有限公司，西安 710021）

套管式空气预热器的传热元件是由两根不同直径的管子套在一起组成，外管由高温烟气获取热量，充分利用排烟余热，内管中通入冷空气，内外管通过对流和辐射的传热方式实现热量传递，是一种结构简单、换热效率高的新型空气换热器。

排烟余热;对流;辐射;换热效率高

1 背景技术

火力发电、石油化工等行业，为了提高工业锅炉设备的热效率，充分利用排烟余热，一般都采用烟气-空气换热器，这类换热器型式较多，但性能良莠不齐。其中，板式换热器的传热效率较低，漏风量大，现已逐渐被淘汰；回转式换热器的漏风量大，运行安全性差；热管式换热器相比前两种换热器，具有体积小、容易布置、无转动部件的优点，因此维修量小、结构简单，但因其采用的是单管结构，热烟气流动快，因而传热效率仍然不高。

新型套管式空气预热器采用了喷旋流技术，克服了传统换热器的缺点和不足，是一种设计合理、结构简单、传热系数高、换热效率高、产品成本低的新型空气换热器。

2 结构和工作原理

预热器的传热元件是由两根不同直径的管子套在一起组成的套管型式（见图1、图2、图3）。

套管预热器的外管由高温烟气获取热量，充分利用排烟余热，内管中通入冷空气，内外管通过对流和辐射的传热方式实现热量传递，是一种结构简单、换热效率高的新型空气换热器。可广泛应用在含尘（或颗粒物）较高的烟气中预热空气或燃料气。预热空气一般从冷风风箱进入内管，向下流动经下端空间后再通过内外管之间的环向间隙向上流出进入热风箱。

3 传热特点

套管预热器的传热特点是外管由高温烟气获取热量，使外管壁温度迅速提高，一方面通过对流传递给环向间隙中的空气，另一方面通过辐射传热给内管壁，再由内管壁传给内管和环向间隙中的空气，从而将空气预热到更高的温度，同时使外管的温度得以降低，外管材料可以根据烟气的温度选用不同的耐热钢，使预热器有较长的寿命。

对于在高温条件下工作的空气预热器，在空气侧采用了单喷流形式，内管的管壁上加工有喷孔，这种结构使冷流体可以较高的速度喷射到换热管内表面，因较大的冲击作用而产生紊流流动，使烟气流体边界层具有紊流性质，从而极高地增加了气流与表面的传热系数，同时也使换热管表面的温度降低。据有关记载，喷流预热器的综合传热系数可达50ω/m2·℃，是一般换热器传热系数的2倍左右；内管的外管壁上设置有螺旋状环绕在内管上的旋流凸起。使套管外侧流体以螺旋线形式流动，增强湍流程度，也有效地提高了传热系数，对工业炉窑的烟气余热进行回收，对提高炉窑热效率十分有效。

4 应用实例

套管式空气预热器由冷风箱、冷风进管、热风箱、热风出管、内管、外管联接构成。

在冷风箱底部用螺纹紧固联接件固定联接有热风箱，冷风箱与热风箱之间不互相联通，冷风进管与冷风箱内相联通，在冷风箱的底板上均布焊接内管，内管与冷风箱内相联通，空气从冷风进管进入冷风箱内，再进入内管并沿内管向下流动。位于冷风箱下方的热风箱的右侧通过螺纹联接有热风出管，热风出管与热风箱内相联通，热风箱底板上焊接有外管，外管的底端封闭，内管套装在外管内，内管的中心线与外管的中心线重合，内管的底端与外管内相联通。外管位于高温烟气环境中，外管可从高温烟气中获取热量，使外管管壁温度提高。空气从内管下端流入外管中，再沿内管和外管之间的环向间隙向上流动至热风箱内，空气在流动的过程中同时与外管的管壁进行热量交换，可将空气预热到更高的温度，同时使外管的温度降低，延长了空气换热器的使用寿命。从外管向上流动的空气经热量交换后从热风箱右侧的热风出管流出。内管结构示意见图4。

图4 内管结构示意图

如图4所示，在内管的上部外管壁上焊接联接有一对径向凸出于内管外管壁的上定位柱①、下部外管壁上焊接联接有一对径向凸出于内管外管壁的下定位柱②，上定位柱①和下定位柱②的自由端与外管内壁之间具有微小间隙，上定位柱①和下定位柱②用于保证内管与外管的轴线重合，定位柱的数量可根据内管及外管的长短不同而增加或减少，内、外管壁上都加工有螺旋状环绕在内管上的旋流凸起，可以延长空气的预热通道，增加空气的紊流程度，有效提高换热效率。内管中下部的管壁上加工有喷孔（见图3），喷孔均布设置于内管管壁上，进入内管中的空气在向下流动的同时一部分从喷孔高速喷入外管中，喷射空气流垂直喷向外管内表面，对换热面进行冲击，使层流边界被破坏，可以强化对流换热效率。

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