管束間距及凸起密度不同的水泥回轉窯余熱利用換熱器的制造方法
【專利摘要】一種管束間距及凸起密度不同的水泥回轉窯余熱利用換熱器，包括換熱管束、尾氣進口、尾氣出口和殼體，換熱管束設置在殼體中，所有的換熱管束呈菱形排列，殼體具有與換熱管束菱形排列相配合的菱形結構，稱為菱形殼體，尾氣進口設置在菱形殼體的第一夾角位置處，尾氣出口設置在菱形殼體的第二夾角位置處；換熱管束菱形排列的第一夾角和第二夾角是對角，換熱管束菱形排列的第三夾角和第四夾角是對角，從尾氣進口到第三角和第四角連線之間的換熱管間距是不斷減小的，從第三角和第四角連線到尾氣出口之間的換熱管間距是不斷變大的。該換熱器從尾氣進口到尾氣出口，換熱管間距先減小后增大，使尾氣速度保持不變，減少了積灰現象，達到環(huán)保節(jié)能的目的。
【專利說明】管束間距及凸起密度不同的水泥回轉窯余熱利用換熱器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于水泥回轉窯尾氣余熱利用的換熱器，屬于換熱器【技術領域】?！颈尘凹夹g】
[0002]隨著我國經濟快速發(fā)展，能源消耗日益增加，城市大氣質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域中，能耗高、污染嚴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)。水泥回轉窯產生的尾氣中含塵濃度高，品質差。水泥回轉窯用余熱發(fā)電系統可對尾氣余熱進行回收再利用，實現節(jié)能減排的目的。但是相關余熱發(fā)電鍋爐中換熱設備的積灰現象嚴重、傳熱能力較差，清灰困難，這些問題亟待解決。
[0003]現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]現有余熱利用換熱器的技術中，換熱管束的間距是相同的，但是隨著尾氣的流動，速度不斷的降低，導致隨著速度的降低，使得積灰落下，發(fā)生了積灰的現象，導致換熱效果惡化。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明針對現有水泥回轉窯尾氣利用換熱器中存在的積灰嚴重的問題，提出一種不易積灰的管束間距及凸起密度不同的水泥回轉窯余熱利用換熱器。
[0006]本發(fā)明的管束間距及凸起密度不同的水泥回轉窯余熱利用換熱器，采用以下技術方案:
[0007]該換熱器，包括換熱管束、尾氣進口、尾氣出口和殼體，換熱管束設置在殼體中，換熱管束呈菱形排列，殼體具有與換熱管束菱形排列相配合的菱形結構，稱為菱形殼體，尾氣進口設置在菱形殼體的第一夾角位置處，尾氣出口設置在菱形殼體的第二夾角位置處，菱形殼體的第一夾角和第二夾角是對角；換熱管束菱形排列的第一夾角頂點上的換熱管束設置在尾氣進口的下部并與尾氣進口相對，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第二夾角是對角；換熱管束菱形排列還包括第三夾角和第四夾角，換熱管束菱形排列的第三夾角和第四夾角是對角，由尾氣進口到第三角和第四角連線之間的換熱管間距是不斷減小的，從第三角和第四角連線到尾氣出口之間的換熱管間距是不斷變大的。
[0008]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。
[0009]換熱管束中的換熱管間距L與換熱管外徑D的關系滿足如下公式:L=aXD，a是參數，其中a=3.2。
[0010]換熱管束菱形排列的第一夾角A、換熱管間距L及換熱管外徑D的關系滿足如下公式:
[0011]Sin(A/2)=bX (L/D)。，其中 b, c 為參數，b 為 1.65-1.8，c 為-0.8 至-0.9。
[0012]沿著換熱管束菱形排列第三角和第四角之間的連線對稱的上部和下部，下部的換熱管間距小于上部的換熱管間距。
[0013]換熱管束中換熱管的外壁上設置有凸起,距離尾氣進口的距離越遠換熱管上凸起的分布密度越大。
[0014]本發(fā)明使尾氣速度保持不變，減少了積灰現象，達到環(huán)保節(jié)能的目的，與現有技術相比較，具有如下的優(yōu)點:
[0015]I)通過管束間距的不同，使得積灰現象減少。
[0016]2)本發(fā)明通過換熱管束呈菱形分布，使得換熱器具有流動阻力小、便于吹灰、使用壽命長。
[0017]3)通過換熱管束在兩個方向上的換熱管束的之間的距離不同的設置，使得換熱管束呈順排錯流式換熱器，具有換熱效果好、易于清洗等優(yōu)點，是一種適用于回收水泥回轉窯尾氣熱量的換熱裝備。
[0018]4)殼體與管束具有相配合的菱形，可以減少換熱區(qū)域的死區(qū)，同時使得換熱過程中的尾氣的流速保持相對一致。
[0019]5)通過不斷的試驗，得出了管間距與管徑的最佳關系式，滿足了換熱和減少積灰的需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是現有技術中的換熱管束順排布置的示意圖；
[0021]圖2是現有技術中的換熱管束叉排布置的示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明的換熱管束菱形分布的示意圖；
[0023]圖4是圖3中的局部放大的示意圖；
[0024]圖5是圖3中沿著菱形結構的上下兩個夾角的剖面圖；
[0025]圖6是本發(fā)明的換熱管束菱形排列與現有技術的插排、順排的換熱系數效果比較圖；
[0026]圖7是風機頻率控制流程圖；
[0027]圖8是吹灰形成的漩渦示意圖；
[0028]圖9是吹灰的另一個實施方式。
[0029]圖中:1、尾氣進口，2、尾氣出口，3、1#吹灰口，4、2#吹灰口，5、3#吹灰口，6、4#吹灰口，7、換熱管束，8、殼體，9、出口集箱，10、進口集箱，11、隔板，12、進口管，13、出口管，14、進口溫度傳感器，15、出口溫度傳感器，16、閥門，17、第一夾角頂點換熱管，18、第二夾角頂點換熱管，19、換熱管束菱形排列的第一邊，20、換熱管束菱形排列的第二邊，21、菱形殼體第一直邊，22、菱形殼體第二直邊,23、菱形殼體第三直邊,24、菱形殼體第四直邊,25、第三夾角頂點換熱管；26、第四夾角頂點換熱管，27、5#吹灰口，28、6#吹灰口，29、7#吹灰口，30、8#
吹灰接口。
【具體實施方式】
[0030]以下內容中所述的換熱管束菱形排列(換熱管束由若干換熱管組成)和殼體的菱形結構是從垂直于換熱管束的中心軸線的切面來看的形狀；換熱管間距是指相鄰換熱管的中心軸線之間的距離。
[0031]如圖3所示，本發(fā)明的換熱器包括換熱管束7、尾氣進口 1、尾氣出口 2和殼體8。換熱管束7設置在殼體8中，換熱管束呈菱形排列，該換熱管束菱形排列的第一邊19與換熱管束菱形排列的第二邊20相鄰，如圖4所示，第一邊19與第二邊20是由最外側兩排的換熱管形成，這兩條邊上的換熱管的截面圓心連線形成的夾角為換熱管束菱形排列的第一夾角A (即圖3中上部的最外側的兩排換熱管形成的夾角)，與第一夾角相對的為換熱管束菱形排列的第二夾角，另外兩個夾角分別為換熱管束菱形排列的第三夾角和換熱管束菱形排列的第四夾角，四個夾角頂點處分別為第一夾角頂點換熱管17、第二夾角頂點換熱管18、第三夾角頂點換熱管25和第四夾角頂點換熱管26。殼體8具有與換熱管束7排列相配合的菱形結構，稱為菱形殼體，包括菱形殼體第一直邊21、菱形殼體第二直邊22、菱形殼體第三直邊23和菱形殼體第四直邊24，菱形殼體第一直邊21和菱形殼體第二直邊22延伸線形成的夾角為菱形殼體第一夾角，菱形殼體第三直邊23和菱形殼體第四直邊24延伸線形成的夾角為菱形殼體第二夾角。尾氣進口 I設置在殼體8上的菱形殼體第一夾角位置處，尾氣出口 2設置在殼體8上的菱形殼體第二夾角位置處,菱形殼體第一夾角和菱形殼體第二夾角為對角。第一夾角頂點換熱管17設置在尾氣進口 I的位置處，第二夾角頂點換熱管18設置在尾氣出口 2位置處。水泥回轉窯尾氣從尾氣進口 I進入，先經過第一夾角頂點換熱管17，然后橫向沖刷位于第一夾角頂點換熱管17和第二夾角頂點換熱管18之間的換熱管，再經過第二夾角頂點換熱管18，最后從尾氣出口 2排出。
[0032]因為是菱形結構，因此換熱管束菱形排列的第一夾角和第二夾角相同，同理，菱形殼體的第一夾角和第二夾角相同。
[0033]優(yōu)選的是，菱形殼體的第一夾角大于換熱管束菱形排列的第一夾角，這樣的設置可以使得尾氣在殼體內的流動面積是先增加后減小的幅度大一些，可以保證在下部的尾氣速度不斷的增加，帶走更多的積灰，盡量降低因為流速的減少而導致積灰。
[0034]上述余熱利用換熱器可以應用于水泥回轉窯尾氣余熱利用領域，當然對本領域技術人員來說，并不局限于水泥回轉窯尾氣余熱利用領域，還可以包括其他利用煙氣進行余熱利用的領域，例如鍋爐尾氣中。
[0035]本發(fā)明上述余熱利用換熱器的換熱管束呈菱形布置與圖1給出的現有技術中換熱管束順排布置和圖2給出的現有技術中換熱管束叉排布置的換熱系數的對比可以參見圖6。從圖6可以看出，三種管束布置所產生的殼側平均表面?zhèn)鳠嵯禂稻S流速的增加而增力口，并且菱形結構布置的平均表面?zhèn)鳠嵯禂底畲?，遠遠高于其它兩種結構的換熱器，約是其它兩種結構的2-3倍。
[0036]采用換熱管束呈菱形結構布置的換熱器，因為應用于尾氣的余熱利用領域，因此容易產生積灰現象。因此為了減少積灰的發(fā)生，需要合理搭配換熱管間距(相鄰換熱管的中心軸線之間的距離)以及菱形排列的第一夾角A的大小。在換熱管直徑一定的情況下，減小換熱管間距，可以在單位的體積內分配更多的換熱管，這能夠增加換熱面積，加強余熱的利用，但是在換熱管間距減小的同時，因為尾氣流動空間的減小，容易造成積灰，嚴重時甚至阻塞殼程的換熱通道。對于換熱管束菱形排列的第一夾角A的大小，也是需要一個合理的范圍。如果第一夾角A太小，則相當于沿著尾氣流動方向換熱管的分布越來越趨近于一條線，使得換熱路線過長，容易導致積灰，同時因為單位體積分布的換熱管數量明顯減少，也導致換熱效果的下降，同理，如果第一夾角A太大，則相當于垂直尾氣流動方向換熱管的分布越來越趨近于一條線，使得尾氣需要在橫向上流通路徑過長，而且需要轉的彎度過大，容易導致積灰，同時因為單位體積分布的換熱管數量明顯減少，也導致換熱效果的下降，因此需要對第一夾角A有一個合理的范圍。
[0037]通過多次試驗，在滿足換熱和阻力兩種情況下的調和，得到的合理的換熱管的外徑D和換熱管間距L的關系式為:
[0038]3.7XD>L>2.4XD，其中 20mm〈D〈50mm ;
[0039]優(yōu)選的，L與D的關系滿足如下:L=aXD，a是參數，其中a=3.2。
[0040]換換熱管束菱形排列的第一夾角A與L和D的關系滿足如下公式:
[0041]5111(六/2)斗\(170)%其中13，(3為參數，13為1.65-1.8，(3為-0.8至-0.9。優(yōu)選的是，b 為 1.72，c 為-0.815。
[0042]換熱管束菱形排列的第一夾角A為70-110°，最優(yōu)選的是87°。
[0043]作為一個優(yōu)選的實施例，構成換熱管束的菱形的四條邊與構成殼體的菱形的四條邊互相平行。
[0044]如圖3和圖4所示，沿著換熱管束菱形排列的第一邊19的方向具有多排換熱管，沿著換熱管束菱形排列的第二邊20的方向具有多排換熱管，在第一邊19方向上的換熱管間距為LI，在第二邊20方向上的換熱管間距為L2，作為一個優(yōu)選的實施例，LI與L2不相等，因為如果LI與L2不相等，則換熱管束的排列方式就是互相錯開，這樣可以進一步強化傳熱。作為一個優(yōu)選的實施例，LI是L2的1.3倍。在此種倍數下，可以分布更多的換熱管，使得整個換熱器具有很高的換熱系數，同時阻力基本增加不大。當然，作為一個優(yōu)選的實施例，LI與L2也可以相同。
[0045]如果換熱管束中最邊上的換熱管(例如圖3中的第一邊19和第二邊20的換熱管)距離殼體8直邊的距離如果太近，會導致尾氣對流空間太小，容易積灰，但是如果太遠，則容易導致大量尾氣沒有經過換熱管束，造成換熱死區(qū)的擴大，惡化換熱。因此對于第一邊19的換熱管與殼體8直邊的最近距離也需要滿足一定的條件。通過實驗得出最邊上的換熱管的中心軸線距離殼體8直邊的距離S需要滿足3.8D>S>4.6D，其中20mm〈D〈50mm，能夠同時滿足換熱和避免積灰的需求。
[0046]對于換熱管的材料優(yōu)選的成分質量百分比如下:
[0047]Ni 30% ；Cr 20% ；A1 6% ；C 0.03% ；B 0.016% ；Co 2% ；Ti 3% ；Nb 0.1% ；La
0.2% ；Ce0.2% ;余量為 Fe。
[0048]合金的制造方法為:通過在真空感應爐中按照合金的成分熔煉澆注成錠，然后在12000C -900°C將合金錠熱鍛成棒材，在1200°C _90(TC熱軋成盤材，再在室溫按外徑規(guī)格要求冷拔成不同的絲材。[0049]經測試，上述合金具有很高的導熱率，同時具有較高的耐熱性，滿足了水泥回轉窯尾氣余熱利用換熱器中的多方面要求。
[0050]作為一個優(yōu)選的實施例，沿著尾氣流動的方向，換熱管間距先減小后增大。主要原因是因為隨著尾氣的流動，同時隨著尾氣的流通面積是先變大后變小，從而導致尾氣的速度是先變小后變大，導致中間尾氣速度變小的部分容易積灰，因此可以通過換熱管間距的設置使得尾氣的速度基本保持不變，可以盡量減少隨著尾氣的速度的減小而導致在換熱器中部的積灰，從而保證積灰的減少。
[0051]因為換熱管束菱形排列的另外兩個角(第三角和第四角)之間的連線的所在的管排(一排換熱管)的位置是尾氣流通面積最大的地方，因此由尾氣進口到第三角和第四角連線之間的換熱管間距是不斷減小的，從第三角和第四角的連線到尾氣出口之間的換熱管間距是不斷變大的。沿著第三角和第四角之間的連線對稱的上部和下部，下部的換熱管間距要小于上部的換熱管間距。
[0052]當然，隨著尾氣的流動過程，因為沖刷換熱管束，使其動能不斷的減小，從而導致在上部和下部，即第三角和第四角連線的上部，具有同樣流通面積的位置，如果換熱管間距分布相同，則上部的尾氣速度要明顯的大于下部的尾氣速度，因此，在相同流通面積情況下，下部的換熱管間距要小于上部的換熱管間距，從而使得下部的尾氣速度保持和上部在相同的流通面積的位置處基本相同。
[0053]優(yōu)選的，同樣的流通面積，上部的換熱管間距是下部的換熱管間距的1.05-1.1倍。
[0054]作為一個優(yōu)選的實施例,在尾氣流動的方向上,換熱管的最大間距是最小間距的1.3-1.5 倍。
[0055]但是即使換熱管間距不斷的增大，換熱管間距與換熱管外徑之間的關系也滿足上面的公式。
[0056]作為一個優(yōu)選的實施例，換熱管的外壁上設置凸起，隨著距離尾氣進口 I的距離的增加，換熱管上凸起的高度越來越高。主要原因是隨著沿著尾氣的流動方向上，尾氣溫度在不斷的下降，導致換熱管束內的流體的吸熱量也不斷的下降，從而導致隨著距離尾氣進口 I的距離的增加，換熱管中流體的溫度提升速度也來越慢，因此通過隨著距離尾氣進口的距離的增加，換熱管上凸起的高度越來越高，可以加強換熱管的吸熱量，保證各換熱管中的流體均勻受熱，保證加熱的流體的溫度的一致性和受熱的一致性，也避免部分換熱管過熱或者過冷。
[0057]作為一個優(yōu)選的實施例，換熱管外壁上的最大的凸起高度是最小的凸起高度的1.5-1.6 倍。
[0058]作為優(yōu)選的，同一根換熱管上的凸起高度隨著距離尾氣進口的距離的不同而不同，這樣可以保證同一根換熱管上均勻吸熱。
[0059]作為優(yōu)選的，同一根換熱管上的凸起高度可以相同，但是不同換熱管上的凸起高度可以不問。
[0060]作為可以替代的實施例，隨著距離尾氣進口 I的距離的增加，換熱管上凸起的分布密度越來越大。通過分布密度的增加，可以使得擴展的換熱面積隨著距離尾氣進口的距離越來越大，保證各換熱管中的流體均勻受熱，保證加熱的流體的溫度的一致性和受熱的一致性，也避免部分換熱管過熱或者過冷。
[0061]本發(fā)明的換熱器的殼體8還包括吹灰口。如圖3所示，與尾氣進口 I相連的菱形殼體第一直邊21和菱形殼體第二直邊22上分別設置1#吹灰口 3和2#吹灰口 4，與尾氣出口 2相連的菱形殼體第三直邊23和菱形殼體第四直邊24上分別設置3#吹灰口 5和4#吹灰口 6 ;其中1#吹灰口 3位于所在菱形殼體第一直邊21的下部，2#吹灰口 4位于所在菱形殼體第二直邊22的上部，3#吹灰口 5位于所在菱形殼體第三直邊23的上部，4#吹灰口 6位于所在菱形殼體第四直邊24的下部，從而使得1#吹灰口 3距離尾氣進口 I的距離要大于2#吹灰口 4距離尾氣進口 I的距離，3#吹灰口 5距離尾氣出口 I的距離要大于4#吹灰口 6距離尾氣出口 I的距離。
[0062]上述吹灰口可以開通2 — 4個，通過上述的吹灰口的位置的設置，可以使得吹灰的風在換熱器殼體中形成漩渦，如圖8所示。每個吹灰口上連接有風機。
[0063]如果開通2個吹灰口，則需要開通對邊的相對的兩個吹灰口，例如1#吹灰口 3和3#吹灰口 5，或者2#吹灰口 4和4#吹灰口 6。
[0064]通過上述設置的多個吹灰口，可以使得當一個或2個吹灰口不能工作時，其它吹灰口依然可以保持正常的工作。
[0065]作為另一個優(yōu)選的吹灰的實施例，如圖9所示，殼體8的四條直邊上均設置兩個吹灰口，其中5#吹灰口 27與I號吹灰口 3同位于第一直邊21上，但在第一直邊21的上部，6#吹灰口 28和2#吹灰口 4同位于第二直邊22上，但在第二直邊22的下部，7#吹灰口 29和3#吹灰口 5同位于第三直邊23上，但在第三直邊23的下部，8#吹灰口 30和4#吹灰口6同位于第四直邊24上，但在第四直邊24的上部。從而使得5#吹灰口 27距離尾氣進口 I的距離要小于6#吹灰口 28距離尾氣進口距離，7#吹灰口 29距離尾氣出口的距離要小于8#吹灰口 30距離尾氣出口的距離。
[0066]通過上述的設置，可以使得吹灰過程中，空氣沿著在順時針和逆時針運動，增加吹灰的力度。圖7給出了風機頻率控制流程。
[0067]水泥回轉窯尾氣余熱利用換熱器的具體吹灰過程如下:
[0068]I)關閉1#吹灰口 3、2#吹灰口 4、3#吹灰口 5和4#吹灰口 6，打開5#吹灰口 27、6#吹灰口 28、7#吹灰口 29和8#吹灰口 30，使空氣沿著逆時針方向運行，實現逆時針方向吹灰，清除換熱管束外表面逆時針方向的積灰；
[0069]2)關閉5#吹灰口 27、6#吹灰口 28、7#吹灰口 29和8#吹灰口 30，打開1#吹灰口
3、2#吹灰口 4、3#吹灰口 5和4#吹灰口 6，使空氣沿著順時針方向運行，實現順時針方向吹灰，清除換熱管束外表面順時針方向的積灰。
[0070]經過多個吹灰循環(huán)過程，可全方位、高效清除換熱管束7表面的積灰。吹灰口處法蘭用于連接吹灰管道，所述的吹灰管連接風機，吹灰用風以及風量的調節(jié)通過風機來實現。吹落的積灰進入尾氣出口 2下方的灰斗儲存。
[0071]作為優(yōu)先選的是，每個吹灰口上連接的風機與中央控制器通訊聯接，中央控制器根據積灰情況自動調節(jié)風機的頻率。
[0072]中央控制器是根據導熱熱阻的大小來控制風機的頻率的。如果導熱熱阻過大，則表明積灰嚴重，則需要加大風機的風量，反之，則需要采用使用的風機頻率低一些，節(jié)約能源。[0073]在中央控制器中，先預存一部分數據，這些數據包括換熱管束中流體在不同速度、溫度下的對換熱管束內壁面對流傳熱系數，尾氣在不同速度和不同溫度下的對換熱管束外表面的對流傳熱系數?？紤]到溫度對表面?zhèn)鳠嵯禂档挠绊懸蛩刈兇螅瑒t也可以只考慮只存儲速度變化下的對流換熱系數情況。
[0074]對于上述換熱系數的取得，可以通過試驗或者通過查詢現有的對流換熱系數表來取得。
[0075]如圖5所示，所有換熱管束的同一端均與進口集箱10連接，另一端與出口集箱9連接，進口集箱10上設置有進口管12，用于向換管熱束中輸送換熱流體，出口集箱9上設置有出口管13,用于將熱交換后的換熱流體從換熱管束中排出。進口管12上設置有閥門16,用于控制進入換熱器束的換熱流體的流量。進口管12中設置有進口溫度傳感器14，用于測量進口管12中換熱流體的溫度。出口管13中設置有出口溫度傳感器15，用于測量出口管13中換熱流體的溫度。閥門16采用電動閥門，閥門16、進口溫度傳感器14和出口溫度傳感器15均與中央控制器(圖中未畫出)通訊聯接，中央控制器根據出口溫度傳感器15測量的出口管13中流體的溫度來控制閥門16的開度，如果出口管13中流體溫度高于設定值，中央控制器控制閥門的開度，提高進入進口集箱10內的流體流量，通過增加流量來減少流體溫度的提升；如果出口管13的流體溫度低于設定值，中央控制器控制閥門降低開度，減少進入進口集箱10內的流體流量，通過減小流量來使流體溫度的提升的更高。
[0076]作為優(yōu)選的，如圖5所示，可以通過在進口集箱10和出口集箱9中設置隔板11將整個換熱器設置為多個管程。
[0077]在尾氣進口 I處設置有進口尾氣溫度傳感器，在尾氣出口 2處設置有出口尾氣溫
度傳感器，分別檢測尾氣進口 I處的尾氣溫度Twl和尾氣出口 2處的尾氣溫度Tw2。進口溫
度傳感器14和出口溫度傳感器1·5分別檢測換熱管束進口流體溫度T11和換熱管束出口流
體溫度T12。在尾氣進口 1、尾氣出口 2以及殼體8內位于尾氣進口 I和尾氣出口 2之間的
多個位置均設置有測量尾氣流速的第一流速計，在換熱管進口處設置有測量換熱流體流速
的第二流速計。通過測量數值計算出進入換熱管束中流體體積流量V1,同時通過多個測量
尾氣流速的流速計測得的數值的平均值來得到尾氣的平均流速；通過計算流經換熱管束的
流體的溫差和流量可以得到流體的吸熱量，也就是總的換熱量Q，Q= P VjCp*(T12-T11),其
中，P是換熱管束中流體的密度，Cp為換熱管束中流體的定壓比熱容；然后根據總的換熱
量Q = K*A* A Tm,其中A Tm是換熱過程的對數平均溫差，A Tm= ( (Twl-T12)-(Tw2-T11))/
ln( (Twl-T12V(Tw2-T11))J是換熱器的總體傳熱系數，A是換熱面積，取換熱管外徑來計算，
得出總的換熱系數K。根據尾氣的平均流速和換熱管內流體的流速、溫度從預先存儲的數據
中得出換熱管外壁和內壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?\和tv中央控制器根據計算的K，匕和匕，根
據傳熱公式計算出換熱管外側的積灰導熱熱阻Rd。。
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[0079]上述公式中，K為總體傳熱系數；hw為換熱管外壁尾氣對的表面?zhèn)鳠嵯禂禐閾Q熱管內流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?；d。為換熱管外直徑噸為換熱管內直徑；dm為換熱管平均直徑，等于((1。+屯)/2 ; 5為換熱管的壁厚,等于((1。-屯)/2 ; X為換熱管的導熱系數；Rd。為換熱管的積灰導熱熱阻。[0080]在吹灰的時候，中央控制器會調取最近一次運行情況，得出目前換熱管的積灰導熱熱阻，根據積灰導熱熱阻的大小自動選取合適的風機頻率。
[0081]本發(fā)明還提供了一種測量積灰導熱熱阻的另一種方法。該方法如下:
[0082]I)分別檢測尾氣進口溫度Twl、尾氣出口的尾氣溫度Tw2、換熱管束進口流體溫度T11和換熱管束出口流體溫度T12 ;設置在換熱管束進口的測量換熱管束中流體流速的第二流速計，通過測量數值計算出換熱管束中流體體積流量V1 ；
[0083]2)通過計算換熱管束的流體的溫差和流量可以得到流體的吸熱量，也就是總的換熱量Q，Q = P VjCJ(T12-T11)，其中，P是換熱管束中流體的密度，Cp為換熱管束中流體的定壓比熱容；
[0084]3)然后根據總的換熱量Q = K*A* A Tffl,其中A Tffl是換熱過程的對數平均溫差，A Tm= ( (Twl-T12) - (Tw2-T11))/In ( (Twl-T12) / (Tw2-T11) )，K 是換熱器的總體傳熱系數，A 是換熱面積，取換熱管外徑來計算，得出總的換熱系數K ;
[0085]4)通過對流換熱公式，Q = hw*Aw* (Tr1-Tw2)=Ii1^A1* (T12-T11)計算得到換熱管外壁和內壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?\和Ii1，其中ApA1分別是換熱管外壁和內壁的面積；
[0086]5)中央控制器根據計算的K，匕和Ii1，根據傳熱公式計算出管外的積灰導熱熱阻
Rdoo。
【權利要求】
1.一種管束間距及凸起密度不同的水泥回轉窯余熱利用換熱器，包括換熱管束、尾氣進口、尾氣出口和殼體，換熱管束設置在殼體中，其特征是:換熱管束呈菱形排列，殼體具有與換熱管束菱形排列相配合的菱形結構，稱為菱形殼體，尾氣進口設置在菱形殼體的第一夾角位置處，尾氣出口設置在菱形殼體的第二夾角位置處，菱形殼體的第一夾角和第二夾角是對角；換熱管束菱形排列的第一夾角頂點上的換熱管束設置在尾氣進口的下部并與尾氣進口相對，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第二夾角是對角；換熱管束菱形排列還包括第三夾角和第四夾角，換熱管束菱形排列的第三夾角和第四夾角是對角，由尾氣進口到第三角和第四角連線之間的換熱管間距是不斷減小的，從第三角和第四角連線到尾氣出口之間的換熱管間距是不斷變大的。
2.根據權利要求1所述管束間距及凸起密度不同的水泥回轉窯余熱利用換熱器，其特征是: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。
3.根據權利要求2所述管束間距及凸起密度不同的水泥回轉窯余熱利用換熱器，其特征是:L1是L2的1.3倍。
4.根據權利要求1所述管束間距及凸起密度不同的水泥回轉窯余熱利用換熱器，其特征是:所述換熱管束中換熱管間距L與換熱管外徑D的關系滿足如下公式:L=aXD，a是參數，其中a=3.2。
5.根據權利要求1所述管束間距及凸起密度不同的水泥回轉窯余熱利用換熱器，其特征是:所述換熱管束菱形排列的第一夾角A、換熱管間距L及換熱管外徑D的關系滿足如下公式:
Sin(A/2)=bX (L/D)c，其中 b, c 為參數，b 為 1.65-1.8，c 為-0.8 至-0.9。
6.根據權利要求1所述管束間距及凸起密度不同的水泥回轉窯余熱利用換熱器，其特征是:沿著換熱管束菱形排列第三角和第四角之間的連線對稱的上部和下部，下部的換熱管間距小于上部的換熱管間距。
7.根據權利要求1所述管束間距及凸起密度不同的水泥回轉窯余熱利用換熱器，其特征是:所述換熱管束中換熱管的外壁上設置有凸起，距離尾氣進口的距離越遠換熱管上凸起的分布密度越大。
【文檔編號】F28F27/00GK103629958SQ201310659344
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權日: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