一種輸出流體溫度恒定的余熱利用換熱器的制造方法
【專利摘要】一種輸出流體溫度恒定的余熱利用換熱器，包括換熱管束、殼體、進(jìn)口集箱和出口集箱，換熱管束設(shè)置在殼體中，所有換熱管束的兩端分別與進(jìn)口集箱和出口集箱連接，進(jìn)口集箱上設(shè)置有進(jìn)口管，出口集箱上設(shè)置有出口管，尾氣進(jìn)口和尾氣出口分別設(shè)置在殼體的上部和下部；進(jìn)口管上設(shè)置有閥門和溫度傳感器，出口管中設(shè)置有出口溫度傳感器；溫度傳感器和閥門均與中央控制器通訊聯(lián)接。該余熱利用換熱器是一種高效清潔式熱量回收裝置，具有傳熱能力強(qiáng)等特點(diǎn)，通過控制輸入換熱器中換熱的流體的流量來保持出水溫度的恒定，可以實(shí)現(xiàn)輸出的水的溫度恒定的技術(shù)效果，從而實(shí)現(xiàn)換熱器的智能控制。
【專利說明】一種輸出流體溫度恒定的余熱利用換熱器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種出水溫度恒定的余熱利用的換熱器，屬于換熱器【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(fèi)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(shí)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(qiáng)。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(diǎn)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的余熱利用換熱器中，根據(jù)余熱利用的尾氣的溫度不同，或者因?yàn)榉e灰導(dǎo)致的換熱效果的不同，導(dǎo)致輸出的換熱流體的溫度的不同，因此急需要實(shí)現(xiàn)一種保持輸出流體溫度恒定的換熱器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有余熱利用換熱器存在的輸出換熱流體的溫度不同的問題，提出了一種智能控制的輸出流體溫度恒定的余熱利用換熱器。
[0006]本發(fā)明的輸出流體溫度恒定的余熱利用換熱器，采用以下技術(shù)方案:
[0007]該余熱利用換熱器，包括換熱管束、殼體、進(jìn)口集箱和出口集箱，換熱管束設(shè)置在殼體中，換熱管束的兩端分別與進(jìn)口集箱和出口集箱連接，進(jìn)口集箱上設(shè)置有進(jìn)口管，用于向換熱管束中輸送換熱流體，出口集箱上設(shè)置有出口管，用于將熱交換后的換熱流體從換熱管束中排出，尾氣進(jìn)口和尾氣出口分別設(shè)置在殼體的上部和下部，分別用于向殼體中輸入和輸出尾氣；進(jìn)口管上設(shè)置有閥門，用于控制進(jìn)入換熱器束的換熱流體的流量，進(jìn)口管中設(shè)置有進(jìn)口溫度傳感器，用于測量進(jìn)口管中換熱流體的溫度，出口管中設(shè)置有出口溫度傳感器，用于測量出口管中換熱流體的溫度；溫度傳感器和閥門均與中央控制器通訊聯(lián)接，中央控制器根據(jù)溫度傳感器測量的出口管內(nèi)換熱流體的溫度來控制閥門的開度，如果出口管內(nèi)換熱流體的溫度高于設(shè)定值，中央控制器控制閥門加大開度，提高進(jìn)入的換熱流體的流量，如果出口管內(nèi)換熱流體的溫度低于設(shè)定值，中央控制器控制閥門降低開度，減少進(jìn)入的換熱流體的流量。
[0008]所述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；換熱管束菱形排列的第一夾角頂點(diǎn)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(diǎn)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，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(diǎn)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(diǎn)上的換熱管束，最后從尾氣出口排出。
[0009]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。
[0010]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:
[0011]3.7XD>L>2.4XD，其中 20mm<D<50mm ；
[0012]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。
[0013]所述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。
[0014]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。
[0015]本發(fā)明中的換熱管束呈菱形排列，是一種高效清潔式熱量回收裝置，具有傳熱能力強(qiáng)、等特點(diǎn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0016]I)通過控制流量，使得輸出流體的溫度保持恒定。
[0017]2 )本發(fā)明通過換熱管束呈菱形排列，使得換熱器具有流動阻力小、便于吹灰、使用壽命長。
[0018]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(shè)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(diǎn)，是一種適用于回收水泥回轉(zhuǎn)窯尾氣熱量的換熱裝備。
[0019]4)殼體與換熱管束具有相配合的菱形結(jié)構(gòu)，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。
[0020]5)得出了換熱管束間距與管徑的最佳關(guān)系式，滿足了換熱和減少積灰的需求?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0021]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的換熱管束順排布置的示意圖；
[0022]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的換熱管束叉排布置的示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的換熱管束菱形分布的示意圖；
[0024]圖4是圖3中的局部放大的示意圖；
[0025]圖5是圖3中沿著菱形結(jié)構(gòu)的上下兩個夾角的剖面圖；
[0026]圖6是本發(fā)明的換熱管束菱形排列與現(xiàn)有技術(shù)的插排、順排的換熱系數(shù)效果比較圖；
[0027]圖7是風(fēng)機(jī)頻率控制流程圖；
[0028]圖8是吹灰形成的漩渦示意圖；
[0029]圖9是吹灰的另一個實(shí)施方式。
[0030]圖中:1、尾氣進(jìn)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(jìn)口集箱，11、隔板，12、進(jìn)口管，13、出口管，14、進(jìn)口溫度傳感器，15、出口溫度傳感器，16、閥門，17、第一夾角頂點(diǎn)換熱管，18、第二夾角頂點(diǎn)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(diǎn)換熱管；26、第四夾角頂點(diǎn)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(shí)施方式】
[0031]以下內(nèi)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(jié)構(gòu)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。
[0032]如圖3所示，本發(fā)明的換熱器包括換熱管束7、尾氣進(jìn)口 1、尾氣出口 2和殼體8。換熱管束7設(shè)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(cè)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(cè)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(diǎn)處分別為第一夾角頂點(diǎn)換熱管17、第二夾角頂點(diǎn)換熱管18、第三夾角頂點(diǎn)換熱管25和第四夾角頂點(diǎn)換熱管26。殼體8具有與換熱管束7排列相配合的菱形結(jié)構(gòu)，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(jìn)口 I設(shè)置在殼體8上的菱形殼體第一夾角位置處，尾氣出口 2設(shè)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(diǎn)換熱管17設(shè)置在尾氣進(jìn)口 I的位置處，第二夾角頂點(diǎn)換熱管18設(shè)置在尾氣出口 2位置處。水泥回轉(zhuǎn)窯尾氣從尾氣進(jìn)口 I進(jìn)入，先經(jīng)過第一夾角頂點(diǎn)換熱管17，然后橫向沖刷位于第一夾角頂點(diǎn)換熱管17和第二夾角頂點(diǎn)換熱管18之間的換熱管，再經(jīng)過第二夾角頂點(diǎn)換熱管18，最后從尾氣出口 2排出。
[0033]因?yàn)槭橇庑谓Y(jié)構(gòu)，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。
[0034]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(shè)置可以使得尾氣在殼體內(nèi)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?yàn)榱魉俚臏p少而導(dǎo)致積灰。
[0035]上述余熱利用換熱器可以應(yīng)用于水泥回轉(zhuǎn)窯尾氣余熱利用領(lǐng)域，當(dāng)然對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，并不局限于水泥回轉(zhuǎn)窯尾氣余熱利用領(lǐng)域，還可以包括其他利用煙氣進(jìn)行余熱利用的領(lǐng)域，例如鍋爐尾氣中。
[0036]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(xiàn)有技術(shù)中換熱管束順排布置和圖2給出的現(xiàn)有技術(shù)中換熱管束叉排布置的換熱系數(shù)的對比可以參見圖6。從圖6可以看出，三種管束布置所產(chǎn)生的殼側(cè)平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)均隨流速的增加而增力口，并且菱形結(jié)構(gòu)布置的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)最大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它兩種結(jié)構(gòu)的換熱器，約是其它兩種結(jié)構(gòu)的2-3倍。
[0037]采用換熱管束呈菱形結(jié)構(gòu)布置的換熱器，因?yàn)閼?yīng)用于尾氣的余熱利用領(lǐng)域，因此容易產(chǎn)生積灰現(xiàn)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(nèi)分配更多的換熱管，這能夠增加換熱面積，加強(qiáng)余熱的利用，但是在換熱管間距減小的同時，因?yàn)槲矚饬鲃涌臻g的減小，容易造成積灰，嚴(yán)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(dāng)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(dǎo)致積灰，同時因?yàn)閱挝惑w積分布的換熱管數(shù)量明顯減少，也導(dǎo)致?lián)Q熱效果的下降，同理，如果第一夾角A太大，則相當(dāng)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(zhuǎn)的彎度過大，容易導(dǎo)致積灰，同時因?yàn)閱挝惑w積分布的換熱管數(shù)量明顯減少，也導(dǎo)致?lián)Q熱效果的下降，因此需要對第一夾角A有一個合理的范圍。
[0038]通過多次試驗(yàn)，在滿足換熱和阻力兩種情況下的調(diào)和，得到的合理的換熱管的外徑D和換熱管間距L的關(guān)系式為:
[0039]3.7XD>L>2.4XD，其中 20mm〈D〈50mm ;
[0040]優(yōu)選的，L與D的關(guān)系滿足如下:L=aXD, a是參數(shù),其中a=3.2。
[0041]換換熱管束菱形排列的第一夾角A與L和D的關(guān)系滿足如下公式:
[0042]5111(六/2)斗\(170)%其中13，(3為參數(shù)，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。
[0043]換熱管束菱形排列的第一夾角A為70-110°，最優(yōu)選的是87°。
[0044]作為一個優(yōu)選的實(shí)施例，構(gòu)成換熱管束的菱形的四條邊與構(gòu)成殼體的菱形的四條邊互相平行。
[0045]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(shí)施例，LI與L2不相等，因?yàn)槿绻鸏I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(jìn)一步強(qiáng)化傳熱。作為一個優(yōu)選的實(shí)施例，LI是L2的1.3倍。在此種倍數(shù)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(shù)，同時阻力基本增加不大。當(dāng)然，作為一個優(yōu)選的實(shí)施例，LI與L2也可以相同。
[0046]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(dǎo)致尾氣對流空間太小，容易積灰，但是如果太遠(yuǎn)，則容易導(dǎo)致大量尾氣沒有經(jīng)過換熱管束，造成換熱死區(qū)的擴(kuò)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(shí)驗(yàn)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。
[0047]對于換熱管的材料優(yōu)選的成分質(zhì)量百分比如下:
[0048]Ni30 % ；Cr20 % ；A16 % ；C0.03 % ；B0.016 % ；Co2 % ；Ti3 % ；Nb0.1 % ；La0.2% ；
Ce0.2% ;余量為 Fe。
[0049]合金的制造方法為:通過在真空感應(yīng)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。
[0050]經(jīng)測試，上述合金具有很高的導(dǎo)熱率，同時具有較高的耐熱性，滿足了水泥回轉(zhuǎn)窯尾氣余熱利用換熱器中的多方面要求。
[0051]作為一個優(yōu)選的實(shí)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?yàn)殡S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(dǎo)致尾氣的速度是先變小后變大，導(dǎo)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(shè)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(dǎo)致在換熱器中部的積灰，從而保證積灰的減少。
[0052]因?yàn)閾Q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(jìn)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。
[0053]當(dāng)然，隨著尾氣的流動過程，因?yàn)闆_刷換熱管束，使其動能不斷的減小，從而導(dǎo)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。
[0054]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。
[0055]作為一個優(yōu)選的實(shí)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。
[0056]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(guān)系也滿足上面的公式。[0057]作為一個優(yōu)選的實(shí)施例，換熱管的外壁上設(shè)置凸起，隨著距離尾氣進(jìn)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(dǎo)致?lián)Q熱管束內(nèi)的流體的吸熱量也不斷的下降，從而導(dǎo)致隨著距離尾氣進(jìn)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(jìn)口的距離的增加，換熱管上凸起的高度越來越高，可以加強(qiáng)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。
[0058]作為一個優(yōu)選的實(shí)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。
[0059]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(jìn)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。
[0060]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。
[0061]作為可以替代的實(shí)施例，隨著距離尾氣進(jìn)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(kuò)展的換熱面積隨著距離尾氣進(jìn)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。
[0062]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(jìn)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(shè)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(shè)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(jìn)口 I的距離要大于2#吹灰口 4距離尾氣進(jìn)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。
[0063]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(shè)置，可以使得吹灰的風(fēng)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(fēng)機(jī)。
[0064]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。
[0065]通過上述設(shè)置的多個吹灰口，可以使得當(dāng)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。
[0066]作為另一個優(yōu)選的吹灰的實(shí)施例，如圖9所示，殼體8的四條直邊上均設(shè)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(jìn)口 I的距離要小于6#吹灰口 28距離尾氣進(jìn)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。
[0067]通過上述的設(shè)置，可以使得吹灰過程中，空氣沿著在順時針和逆時針運(yùn)動，增加吹灰的力度。圖7給出了風(fēng)機(jī)頻率控制流程。
[0068]水泥回轉(zhuǎn)窯尾氣余熱利用換熱器的具體吹灰過程如下:
[0069]I)關(guān)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(yùn)行，實(shí)現(xiàn)逆時針方向吹灰，清除換熱管束外表面逆時針方向的積灰；
[0070]2)關(guān)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(yùn)行，實(shí)現(xiàn)順時針方向吹灰，清除換熱管束外表面順時針方向的積灰。
[0071]經(jīng)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(fēng)機(jī)，吹灰用風(fēng)以及風(fēng)量的調(diào)節(jié)通過風(fēng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)。吹落的積灰進(jìn)入尾氣出口 2下方的灰斗儲存。
[0072]作為優(yōu)先選的是，每個吹灰口上連接的風(fēng)機(jī)與中央控制器通訊聯(lián)接，中央控制器根據(jù)積灰情況自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的頻率。
[0073]中央控制器是根據(jù)導(dǎo)熱熱阻的大小來控制風(fēng)機(jī)的頻率的。如果導(dǎo)熱熱阻過大，則表明積灰嚴(yán)重，則需要加大風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，反之，則需要采用使用的風(fēng)機(jī)頻率低一些，節(jié)約能源。
[0074]在中央控制器中，先預(yù)存一部分?jǐn)?shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括換熱管束中流體在不同速度、溫度下的對換熱管束內(nèi)壁面對流傳熱系數(shù)，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(shù)?？紤]到溫度對表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響因素變大，則也可以只考慮只存儲速度變化下的對流換熱系數(shù)情況。
[0075]對于上述換熱系數(shù)的取得，可以通過試驗(yàn)或者通過查詢現(xiàn)有的對流換熱系數(shù)表來取得。
[0076]如圖5所示，所有換熱管束的同一端均與進(jìn)口集箱10連接，另一端與出口集箱9連接，進(jìn)口集箱10上設(shè)置有進(jìn)口管12，用于向換管熱束中輸送換熱流體，出口集箱9上設(shè)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(jìn)口管12上設(shè)置有閥門16,用于控制進(jìn)入換熱器束的換熱流體的流量。進(jìn)口管12中設(shè)置有進(jìn)口溫度傳感器14，用于測量進(jìn)口管12中換熱流體的溫度。出口管13中設(shè)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(jìn)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(lián)接，中央控制器根據(jù)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(shè)定值，中央控制器控制閥門的開度，提高進(jìn)入進(jìn)口集箱10內(nèi)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(shè)定值，中央控制器控制閥門降低開度，減少進(jìn)入進(jìn)口集箱10內(nèi)的流體流量，通過減小流量來使流體溫度的提升的更高。
[0077]作為優(yōu)選的，如圖5所示，可以通過在進(jìn)口集箱10和出口集箱9中設(shè)置隔板11將整個換熱器設(shè)置為多個管程。
[0078]在尾氣進(jìn)口 I處設(shè)置有進(jìn)口尾氣溫度傳感器，在尾氣出口 2處設(shè)置有出口尾氣溫度傳感器，分別檢測尾氣進(jìn)口 I處的尾氣溫度Twl和尾氣出口 2處的尾氣溫度Tw2。進(jìn)口溫度傳感器14和出口溫度傳感器15分別檢測換熱管束進(jìn)口流體溫度T11和換熱管束出口流體溫度T12。在尾氣進(jìn)口 1、尾氣出口 2以及殼體8內(nèi)位于尾氣進(jìn)口 I和尾氣出口 2之間的多個位置均設(shè)置有測量尾氣流速的第一流速計(jì)，在換熱管進(jìn)口處設(shè)置有測量換熱流體流速
的第二流速計(jì)。通過測量數(shù)值計(jì)算出進(jìn)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(jì)測得的數(shù)值的平均值來得到尾氣的平均流速；通過計(jì)算流經(jīng)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(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))/
ln( (Twl-T12V(Tw2-T11))J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(jì)算，
得出總的換熱系數(shù)K。根據(jù)尾氣的平均流速和換熱管內(nèi)流體的流速、溫度從預(yù)先存儲的數(shù)據(jù)
中得出換熱管外壁和內(nèi)壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)1\和tv中央控制器根據(jù)計(jì)算的K，匕和匕，根
據(jù)傳熱公式計(jì)算出換熱管外側(cè)的積灰導(dǎo)熱熱阻Rd。。
【權(quán)利要求】
1.一種輸出流體溫度恒定的余熱利用換熱器，包括換熱管束、殼體、進(jìn)口集箱和出口集箱，其特征是:換熱管束設(shè)置在殼體中，換熱管束的兩端分別與進(jìn)口集箱和出口集箱連接，進(jìn)口集箱上設(shè)置有進(jìn)口管，用于向換熱管束中輸送換熱流體，出口集箱上設(shè)置有出口管，用于將熱交換后的換熱流體從換熱管束中排出，尾氣進(jìn)口和尾氣出口分別設(shè)置在殼體的上部和下部，分別用于向殼體中輸入和輸出尾氣；進(jìn)口管上設(shè)置有閥門，用于控制進(jìn)入換熱器束的換熱流體的流量，進(jìn)口管中設(shè)置有進(jìn)口溫度傳感器，用于測量進(jìn)口管中換熱流體的溫度，出口管中設(shè)置有出口溫度傳感器，用于測量出口管中換熱流體的溫度；溫度傳感器和閥門均與中央控制器通訊聯(lián)接，中央控制器根據(jù)溫度傳感器測量的出口管內(nèi)換熱流體的溫度來控制閥門的開度，如果出口管內(nèi)換熱流體的溫度高于設(shè)定值，中央控制器控制閥門加大開度，提高進(jìn)入的換熱流體的流量，如果出口管內(nèi)換熱流體的溫度低于設(shè)定值，中央控制器控制閥門降低開度，減少進(jìn)入的換熱流體的流量。
2.如權(quán)利要求1所述的輸出流體溫度恒定的余熱利用換熱器，其特征在于:所述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；換熱管束菱形排列的第一夾角頂點(diǎn)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(diǎn)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，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(diǎn)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(diǎn)上的換熱管束，最后從尾氣出口排出。
3.如權(quán)利要求2所述的輸出流體溫度恒定的余熱利用換熱器，其特征在于: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。
4.如權(quán)利要求3所述的輸出流體溫度恒定的余熱利用換熱器，其特征在于:所述LI是L2的1.3倍。
5.如權(quán)利要求2所述的輸出流體溫度恒定的余熱利用換熱器，其特征在于: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。
6.如權(quán)利要求2所述的輸出流體溫度恒定的余熱利用換熱器，其特征在于:所述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。
7.如權(quán)利要求6所述的輸出流體溫度恒定的余熱利用換熱器，其特征在于，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。
【文檔編號】F28D7/16GK103615919SQ201310664039
【公開日】2014年3月5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)