具有多吹灰口的水泥回轉(zhuǎn)窯余熱利用換熱器及其吹灰方法
【專利摘要】一種具有多吹灰口的水泥回轉(zhuǎn)窯余熱利用換熱器及其吹灰方法，換熱器包括換熱管束、尾氣進(jìn)口、尾氣出口和殼體，換熱管束設(shè)置在殼體中，所有的換熱管束呈菱形排列，殼體呈與換熱管束菱形排列相配合的菱形結(jié)構(gòu)，稱為菱形殼體，尾氣進(jìn)口設(shè)置在菱形殼體的第一夾角位置處，尾氣出口設(shè)置在菱形殼體的第二夾角位置處，菱形殼體的各條邊上均設(shè)置有吹灰口；吹灰口連接吹灰管道，吹灰管道中連接有風(fēng)機，風(fēng)機與中央控制器連接，中央控制器通過計算換熱管束的導(dǎo)熱熱阻來控制風(fēng)機的頻率。換熱管束呈菱形分布，具有不易積灰、吹灰效果好、傳熱能力強等特點，通過多個吹灰口的開閉，可以在不同的方向進(jìn)行吹灰，從而達(dá)到良好的換熱器吹灰效果。
【專利說明】具有多吹灰口的水泥回轉(zhuǎn)窯余熱利用換熱器及其吹灰方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高效的用于水泥回轉(zhuǎn)窯尾氣余熱利用的換熱器及其吹灰方法，屬于余熱利用換熱器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，能源消耗日益增加，城市大氣質(zhì)量日益惡化的問題也越發(fā)突出，節(jié)約能源和減少環(huán)境有害物排放的問題迫在眉睫。在常見的熱能動力領(lǐng)域中，能耗高、污染嚴(yán)重的主要原因之一是煙氣的排煙溫度過高，即浪費了大量能源，又造成了環(huán)境污染。水泥行業(yè)是一個高耗能，高污染的行業(yè)。水泥回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的尾氣中含塵濃度高，品質(zhì)差。水泥回轉(zhuǎn)窯用余熱發(fā)電系統(tǒng)可對尾氣余熱進(jìn)行回收再利用，實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。但是相關(guān)余熱發(fā)電鍋爐中換熱設(shè)備的積灰現(xiàn)象嚴(yán)重、傳熱能力較差，清灰困難，這些問題亟待解決。
[0003]現(xiàn)有熱量回收裝置中換熱管束的布置方式通常有兩種，順排和叉排，參見圖1和圖2。流體沖刷順排和叉排管束時的流場是不同的。叉排時流體在管間交替收縮和擴(kuò)張的彎曲通道中流動，比順排時在管間走廊通道的流動擾動劇烈，因此叉排的換熱能力比順排的強。同時，叉排管束的阻力損失大于順排，對于需要沖刷清洗的管束，順排有易于清洗的優(yōu)點。
[0004]現(xiàn)有尾氣余熱利用換熱器技術(shù)的存在積灰也嚴(yán)重的問題，而且沒有很好的吹灰效果，從而使得換熱管束的積灰嚴(yán)重，惡化了換熱效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有水泥回轉(zhuǎn)窯尾氣利用換熱設(shè)備中存在的積灰嚴(yán)重的問題，提出一種不易積灰、吹灰效果好的具有多吹灰口的水泥回轉(zhuǎn)窯余熱利用換熱器，同時提供一種該換熱器的吹灰方法。
[0006]本發(fā)明的具有多吹灰口的水泥回轉(zhuǎn)窯余熱利用換熱器，采用以下技術(shù)方案:
[0007]該換熱器，包括換熱管束、尾氣進(jìn)口、尾氣出口和殼體，換熱管束設(shè)置在殼體中，換熱管束呈菱形排列，殼體呈與換熱管束菱形排列相配合的菱形結(jié)構(gòu)，稱為菱形殼體，尾氣進(jìn)口設(shè)置在菱形殼體的第一夾角位置處，尾氣出口設(shè)置在菱形殼體的第二夾角位置處，菱形殼體的的第一夾角和第二夾角是對角；菱形殼體的第一夾角的兩條邊上分別設(shè)置1#吹灰口和2#吹灰口，菱形殼體的第二夾角的兩條邊上分別設(shè)置3#吹灰口和4#吹灰口，其中1#吹灰口和3#吹灰口所在的菱形殼體的邊是相對的兩條邊，2#吹灰口和4#吹灰口所在的菱形殼體的邊是相對的兩條邊；其中1#吹灰口位于所在邊的下部，2#吹灰口位于所在邊的上部，3#吹灰口位于所在邊的上部，4#吹灰口位于所在邊的下部，從而使得1#吹灰口距離尾氣進(jìn)口的距離要大于2#吹灰口距離尾氣進(jìn)口距離，3#吹灰口距離尾氣出口的距離要大于4#吹灰口距離尾氣出口距離；所述的殼體上設(shè)置吹灰口，吹灰口連接吹灰管道，吹灰管道中連接有風(fēng)機，風(fēng)機與中央控制器連接，中央控制器通過計算換熱管束的導(dǎo)熱熱阻來控制風(fēng)機的頻率。
[0008]所述菱形殼體上還設(shè)有5#吹灰口、6#吹灰口、7#吹灰口、8#吹灰口，其中5#吹灰口和I號吹灰口位于同一邊，且位于所在邊的上部；6#吹灰口和2#吹灰口位于同一邊，且位于所在邊的下部;7#吹灰口和3#吹灰口位于同一邊，且位于所在邊的下部;8#吹灰口和4#吹灰口位于同一邊，且位于所在邊的上部；從而使得5#吹灰口距離尾氣進(jìn)口的距離要小于6#吹灰口距離尾氣進(jìn)口距離，7#吹灰口距離尾氣出口的距離要小于8#吹灰口距離尾氣出口距離。
[0009]所述換熱管束菱形排列的第一夾角頂點上的換熱管束設(shè)置在尾氣進(jìn)口的下部置并與尾氣進(jìn)口相對，換熱管束菱形排列的第二夾角頂點上的換熱管束設(shè)置在尾氣出口的上部并與尾氣出口相對，換熱管束菱形排列的第一夾角和換熱管束菱形排列的第二夾角是對角，水泥回轉(zhuǎn)窯尾氣由尾氣進(jìn)口進(jìn)入，先經(jīng)過換熱管束菱形排列的第一夾角頂點上的換熱管束，然后橫向沖刷換熱管束，再經(jīng)過換熱管束菱形排列的第二夾角頂點上的換熱管束，最后從尾氣出口排出。
[0010]換熱管束菱形排列的第一夾角由換熱管束菱形排列的第一邊和換熱管束菱形排列的第二邊構(gòu)成，在第一邊方向上的換熱管間距(是指相鄰換熱管的中心軸線之間的距離)為LI，第二邊方向上的換熱管間距為L2，LI與L2不相等。優(yōu)選的是，LI是L2的1.3倍。
[0011]換熱管束菱形排列的第一夾角A、換熱管束中的換熱管間距L及換熱管外徑D的關(guān)系滿足如下公式:
[0012]3.7XD>L>2.4XD，其中 20mm〈D〈50mm。
[0013]Sin(A/2)=bX (L/D)c，其中 b, c 為參數(shù)，b 為 1.65-1.8，c 為-0.8 至-0.9。
[0014]優(yōu)選的，L=3.2XD, b 為 1.72，c 為-0.815。
[0015]上述具有多吹灰口的水泥回轉(zhuǎn)窯余熱利用換熱器的吹灰方法，包括以下步驟:
[0016](I)分別檢測尾氣進(jìn)口溫度Twl、尾氣出口的尾氣溫度Tw2、換熱管束進(jìn)口流體溫度T11和換熱管束出口的流體溫度T12，通過測量換熱管束中流體的流速計算出換熱管束中流體體積流量\;
[0017](2)通過計算流體進(jìn)出換熱管束的溫差和流量得到流體的吸熱量，也就是總的換熱量Q，Q = P VjCJ(T12-T11)，其中，P是管束中流體的密度，Cp為管束中流體的定壓比熱容；
[0018](3)然后根據(jù)總的換熱量Q = K*A* A Tffl,其中A Tffl是換熱過程的對數(shù)平均溫差，A Tm= ( (Twl-T12) - (Tw2-T11))/In ( (Twl-T12) / (Tw2-T11) )，K 是換熱器的總體傳熱系數(shù)，A 是換熱面積，取換熱管外徑來計算，得出總的換熱系數(shù)K ;
[0019](4)通過對流換熱公式,Q = hw*Aw* (Twl-Tw2)=Ii1^A1* (T12-T11)計算得到換熱管外壁和內(nèi)壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hw和Ii1，其中ApA1分別是換熱管外壁和內(nèi)壁的面積；
[0020]( 5 )中央控制器根據(jù)計算的K，hw和h，根據(jù)傳熱公式計算出換熱管外的積灰導(dǎo)熱熱阻Rd。。
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種具有多吹灰口的水泥回轉(zhuǎn)窯余熱利用換熱器，包括換熱管束、尾氣進(jìn)口、尾氣出口和殼體，換熱管束設(shè)置在殼體中，其特征是:換熱管束呈菱形排列，殼體呈與換熱管束菱形排列相配合的菱形結(jié)構(gòu)，稱為菱形殼體，尾氣進(jìn)口設(shè)置在菱形殼體的第一夾角位置處，尾氣出口設(shè)置在菱形殼體的第二夾角位置處，菱形殼體的的第一夾角和第二夾角是對角；菱形殼體的第一夾角的兩條邊上分別設(shè)置1#吹灰口和2#吹灰口，菱形殼體的第二夾角的兩條邊上分別設(shè)置3#吹灰口和4#吹灰口，其中1#吹灰口和3#吹灰口所在的菱形殼體的邊是相對的兩條邊，2#吹灰口和4#吹灰口所在的菱形殼體的邊是相對的兩條邊；其中1#吹灰口位于所在邊的下部，2#吹灰口位于所在邊的上部，3#吹灰口位于所在邊的上部，4#吹灰口位于所在邊的下部，從而使得1#吹灰口距離尾氣進(jìn)口的距離要大于2#吹灰口距離尾氣進(jìn)口距離，3#吹灰口距離尾氣出口的距離要大于4#吹灰口距離尾氣出口距離；各吹灰口連接吹灰管道，吹灰管道中連接有風(fēng)機，風(fēng)機與中央控制器連接，中央控制器通過計算換熱管束中換熱管的積灰導(dǎo)熱熱阻來控制風(fēng)機的頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多吹灰口的水泥回轉(zhuǎn)窯余熱利用換熱器，其特征是:所述菱形殼體上還設(shè)有5#吹灰口、6#吹灰口、7#吹灰口、8#吹灰口，其中5#吹灰口和I號吹灰口位于同一邊，且位于所在邊的上部；6#吹灰口和2#吹灰口位于同一邊，且位于所在邊的下部；7#吹灰口和3#吹灰口位于同一邊，且位于所在邊的下部；8#吹灰口和4#吹灰口位于同一邊，且位于所在邊的上部；從而使得5#吹灰口距離尾氣進(jìn)口的距離要小于6#吹灰口距離尾氣進(jìn)口距離，7#吹灰口距離尾氣出口的距離要小于8#吹灰口距離尾氣出口距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多吹灰口的水泥回轉(zhuǎn)窯余熱利用換熱器，其特征是:所述換熱管束菱形排列的第一夾角頂點上的換熱管束設(shè)置在尾氣進(jìn)口的下部置并與尾氣進(jìn)口相對，換熱管束菱形排列的第二夾角頂點上的換熱管束設(shè)置在尾氣出口的上部并與尾氣出口相對，換熱管束菱形排列的第一夾角和換熱管束菱形排列的第二夾角是對角，水泥回轉(zhuǎn)窯尾氣由尾氣進(jìn)口進(jìn)入，先經(jīng)過換熱管束菱形排列的第一夾角頂點上的換熱管束，然后橫向沖刷換熱管束，再經(jīng)過換熱管束菱形排列的第二夾角頂點上的換熱管束，最后從尾氣出口排出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多吹灰口的水泥回轉(zhuǎn)窯余熱利用換熱器，其特征是:所述換熱管束菱形排列的第一夾角由換熱管束菱形排列的第一邊和換熱管束菱形排列的第二邊構(gòu)成，在第一邊方向上的換熱管間距為LI，第二邊方向上的換熱管間距為L2，LI與L2不相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有多吹灰口的水泥回轉(zhuǎn)窯余熱利用換熱器，其特征是:所述LI是L2的1.3倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多吹灰口的水泥回轉(zhuǎn)窯余熱利用換熱器，其特征是:所述換熱管束菱形排列的第一夾角A、換熱管束中的換熱管間距L及換熱管外徑D的關(guān)系滿足如下公式:
3.7XD>L>2.4XD，其中 20mm<D<50mm ；
Sin(A/2)=bX (L/D)。，其中 b, c 為參數(shù)，b 為 1.65-1.8，c 為-0.8 至-0.9。
7.—種權(quán)利要求1所述具有多吹灰口的水泥回轉(zhuǎn)窯余熱利用換熱器的吹灰方法，其特征是:包括以下步驟: (I)分別檢測尾氣進(jìn)口溫度Twl、尾氣出口的尾氣溫度Tw2、換熱管束進(jìn)口流體溫度T11和換熱管束出口的流體溫度T12，通過測量換熱管束中流體的流速計算出換熱管束中流體體積流量V1 ; (2)通過計算流體進(jìn)出換熱管束的溫差和流量得到流體的吸熱量，也就是總的換熱量Q, Q = P V1^CJ(T12-T11),其中，P是管束中流體的密度，Cp為管束中流體的定壓比熱容； (3)然后根據(jù)總的換熱量Q= K*A* A Tm，其中A Tm是換熱過程的對數(shù)平均溫差，A Tm= ( (Twl-T12) - (Tw2-T11))/In ( (Twl-T12) / (Tw2-T11) )，K 是換熱器的總體傳熱系數(shù)，A 是換熱面積，取換熱管外徑來計算，得出總的換熱系數(shù)K ; (4)通過對流換熱公式,Q= hw*Aw* (Tw「Tw2) =IijA1* (T12-T11)計算得到換熱管外壁和內(nèi)壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hw和Ii1，其中ApA1分別是換熱管外壁和內(nèi)壁的面積； (5)中央控制器根據(jù)計算的K，匕和Ii1，根據(jù)傳熱公式計算出換熱管外的積灰導(dǎo)熱熱阻Rdo。
【文檔編號】F28F1/12GK103629957SQ201310659333
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】程林, 杜文靜, 王乃華 申請人:山東大學(xué)