一种重污垢型螺旋流道结构高效传热装置.pdf

一种重污垢型螺旋流道结构高效传热装置，其污水换热器可以是沉浸在清水槽内的螺旋蛇管换热器，也可以是螺旋管夹套换热器。整个螺旋流道、配沙管和进水回水管线的水平段都设置有螺旋线。螺旋线在平常运行时是对流传热强化元件，在污垢清洗时是旋液流态化发生器，污水流速只需要在0.5m/s以上就可以实现流道上下半周、内外半周的污垢清洗的均匀性，更不会发生粒子沉积堵塞。夹套内壁也是传热面。流态化清洗粒子的循环槽安装有流态化清洗液粒子浓度自动控制的的配沙管。因此，污水换热器的效率高，阻力不大，可靠性高，操作简便，可以广泛地应用于污水作为冷热源利用的换热器。

1.  一种重污垢型螺旋流道结构高效传热装置，由污水换热器(1)、螺旋流道(2)、螺旋结构件(3)、粒子(10)、循环槽(8)、三通阀(6、15)、进水管线(14)、回水管线(5)螺旋线(4)等组成，其特征在于：污水换热器(1)螺旋流道(2)的全部、进水管线(14)和回水管线(5)及其配沙管(13)的水平段管内都设置有螺旋线(4)；粒子(10)循环槽(8)与污水换热器(1)之间通过配送管(13)、回水管线(5)、进水管线(14)连接；循环槽(8)分为上室(9)与下室(11)，采用连通阀(12)连接；上室(8)为粒子沉降分离回收空间；下室(11)安装有配制流态化清洗液的配沙管(13)，配沙管(13)由文丘里的喉部(17)、回沙孔(16)、喷流孔(18)等部分构成。

2.  根据权利要求1的一种重污垢型螺旋流道结构高效传热装置，其特征在于：污水换热器(1)的结构形式可以是沉浸在清水槽内螺旋蛇管换热器(19)，也可以是螺旋管夹套换热器(20)；螺旋结构件(3)一般是螺旋蛇管(31)，也可以是螺旋半管(32)、螺旋板(33)；螺旋流道(2)的截面形状可以是圆形、半圆形、矩形，也可以是其它复杂形状。
3根据权利要求1的一种重污垢型螺旋流道结构高效传热装置，其特征在于：螺旋管夹套换热器(20)的夹套内壁(26)作为传热面，夹套内壁(26)内侧的污垢，可以周期性地通过旋转把(29)转动清洗刷(24)及时清洗。

一种重污垢型螺旋流道结构高效传热装置
技术领域
本发明涉及一种重污垢型螺旋流道结构高效传热装置，涉及螺旋流道式污水换热器的传热强化和污垢在线清洗系统。它适用于螺旋夹套污水换热器和螺旋蛇管污水换热器及其它结构形式的螺旋流道式污水换热器的螺旋流道内的水垢自动清洗及其对流传热强化节能。
背景技术
工业炉高温烟气、尤其是应用最广数量最多的工业锅炉烟气，采用水喷淋法消烟洗涤得到的热污水能源的利用，考虑到热污水需要先通过澄清槽澄清，然后再与清洁的冷水进行热交换。现有的技术(例如，自洁式高温烟气余热利用及其净化系统，专利号ZL200520051132.3，2006年12月13日)将澄清与热交换两个过程都在一台设备中完成，虽然结构紧凑，但是缺点显然：一是螺旋流道内污垢在线清洗系统过于复杂，运行操作也太复杂；二是螺旋流道内污垢在线清洗系统需要两台循环泵；三是最里面的夹套壁内侧生长污垢以后无法清洗。
利用污水冷热源的热泵系统的污水-中介水换热器采用管壳式换热器(润桂兰、唐志伟，污水源热泵系统的工程应用，节能，2006(12)45-50)，传热管内水垢严重影响效率；若传热列管内水垢自动清洗，成本费用高。利用污水能源的热泵系统的换热器采用螺旋蛇管换热器(李晓明、王磊，回收污水热能中换热器污垢性能的使用研究，化工机械，2006，33(6)325-328)，对传热面的污垢清洗问题似乎只能靠选择材料铜来缓解，现有的污垢清洗技术几乎都部适用；若污水在管外，螺旋蛇管外壁生长污垢以后很难清洗；若污水设计在螺旋蛇管管内，螺旋蛇管内的污垢清洗问题与螺旋夹套换热器的螺旋流道内的污垢清洗问题相同。
发明内容
本发明针对换热器螺旋流道污垢清洗存在的上述问题，提出一种一种重污垢型螺旋流道结构高效传热装置，不仅传热强化效果好，在螺旋流道内污水流速0.5m/s左右就可以实现在线流态化自动清洗，并且流态化清洗系统大大简化，费用更低，可靠性更高，可以广泛地应用于螺旋夹套污水换热器和螺旋蛇管污水换热器及其它结构形式的螺旋流道式污水换热器的螺旋流道内的污垢自动清洗及其对流传热强化节能。
本发明的技术方案为：一种重污垢型螺旋流道结构高效传热装置，由污水换热器、螺旋流道、螺旋结构件、螺旋线、粒子、循环槽、三通阀、进水管线、回水管线等组成。污水换热器的结构形式可以是沉浸在清水槽内的螺旋蛇管换热器，也可以是螺旋管夹套换热器。螺旋结构件可以是螺旋蛇管、螺旋半管、也可以是螺旋板。螺旋流道的横截面形状可以是圆形、半圆形、矩形，也可以是其它复杂形状。污水换热器螺旋流道的全部、进水管线、回水管线及其流态化清洗液配送管的水平段管内都设置有螺旋线。螺旋线螺距T一般为流道水力直径d_e的(1.0～2.5)倍。螺旋线一般为金属丝，也可以是塑包金属丝结构。螺旋线的功能，一是对流传热强化，二是清洗时形成低流速的旋液流态化，粒子不会在螺旋流道水平段、或倾斜角不大的螺旋流道内沉积堵塞。循环槽分为上下两室，采用连通阀连接。上室为粒子沉降分离回收空间。下室为流态化清洗液的配制室，安装有能够自动控制流态化清洗液粒子浓度的配沙管。配沙管的工作原理是通过文丘里的喉部减压造成喷流孔出来的水沙混合和回沙孔的吸回来实现的。循环槽与污水换热器的进水管线、回水管线连通，清洗操作通过三通阀的切换实现。
平常运行时，螺旋流道内的螺旋线是对流传热的强化元件，可以使螺旋流道一侧的给热系数提高25％～50％。螺旋流道内污垢需要清洗时，污水先经过循环槽下室的流态化清洗液配沙管，自动配制成含有一定浓度粒子的流态化清洗液，再经过进水管线流入污水换热器的螺旋流道进行热交换。虽然粒子密度比污水大，会自发地向流道横截面的下部沉降，但是螺旋线作为旋液流态化发生器，螺旋线的导流作用使污水流动变为螺旋线流，其周向分速度会将欲下沉的粒子推向上方，因此污水流速只需要在0.5m/s左右，就可以实现流道上下半周、内外半周的污垢清洗的均匀性，更不会发生粒子沉积堵塞。由于对污水流速的要求低，污水换热器的阻力也不大，对污水泵的流量与扬程无额外要求。流态化清洗使用的粒子一般为普通河沙，也可以是瓷球、金属球、塑料球、胶球。
附图说明
图1是一种重污垢型螺旋流道结构高效传热装置的螺旋蛇管结构形式示意图。
图2是一种重污垢型螺旋流道结构高效传热装置的夹套结构结构形式的示意图。
图3是配沙管结构示意图
图4是螺旋流道结构截面示意图
具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
图中1污水换热器 2螺旋流道 3螺旋结构件 4螺旋线 5回水管线 6三通阀7回沙管 8循环槽 9上室 10粒子 11下室 12连通阀 13配沙管 14进水管线15三通阀 16回沙孔 17喉部 18喷流孔 19螺旋蛇管换热器 20螺旋管夹套换热器21循环泵 22清水出口 23污水沉降槽 24清洗刷 25夹套层 26夹套内壁 27清水进口28污水进口管 29旋转把 30污水出口管 31螺旋蛇管 32螺旋半管 33螺旋板
图1所示的一种重污垢型螺旋流道结构高效传热装置，由污水换热器1、螺旋流道2、螺旋结构件3、粒子10、循环槽8、三通阀6和15、进水管线14、回水管线5、螺旋线4等组成。污水换热器1的结构形式可以是沉浸在清水槽内的螺旋蛇管换热器18，也可以是螺旋管夹套换热器20。螺旋结构件3可以是螺旋蛇管31、螺旋半管32、也可以是螺旋板33。螺旋蛇管31沉浸在污水换热器1的清水槽内。螺旋流道2的横截面形状可以是圆形、半圆形、矩形，也可以是其它复杂形状。循环槽8分为上室9与下室11，采用连通阀12连接。上室8为粒子沉降分离回收空间。下室11为流态化液自动配制室，安装有流态化清洗液粒子浓度自动控制的配沙管13。配沙管13的放大结构如图3所示，其工作原理，依靠文丘里的喉部17减压造成喷流孔18出来的水沙混合和回沙孔16的吸回来实现的。循环槽8及其配沙管13与污水换热器1的进水管线14、回水管线5连接，清洗操作通过三通阀6和15的切换实现。在整个螺旋流道2、进水管线14和回水管线5的水平段管内全部设置有螺旋线4，其功能，一是对流传热强化，二是清洗时形成低流速的旋液流态化，粒子10不会在螺旋流道2的水平段、或倾斜角不大的螺旋流道2内沉积堵塞。螺旋线4的螺距T一般为流道水力直径d_e的(1.0～2.5)倍。螺旋线4一般为金属丝，也可以是塑包金属丝结构。制造螺旋线4的金属丝直径d在1mm以上，其材料一般是不锈钢钢丝，也可以是塑包钢丝，主要依据螺旋流道内液体的腐蚀性和温度选择。塑包钢丝的塑料包层的厚度在0.5mm～5.0mm的范围，采用耐磨性好、注塑工艺性好的工程塑料制造，同时考虑螺旋流道2内的污水的温度高低条件选择。
平常运行时，螺旋流道2内的螺旋线4是对流传热的强化元件，可以使螺旋流道2一侧的传热膜系数提高25～％50％。螺旋流道2内污垢需要清洗时，污水先经过循环槽8下室1的流态化清洗液配沙管13，自动配制成含有一定浓度粒子的流态化清洗液，再经过进水管线14流入污水换热器1的螺旋流道2进行热交换。虽然粒子10密度比污水大，会自发地向流道横截面的下部沉降，但是螺旋线4作为旋液流态化发生器，螺旋线4的导流作用使污水流动变为螺旋线流，其周向分速度会将欲下沉的粒子10推向截面上方，因此污水流速只需要在0.5m/s以上，就可以实现螺旋流道2上下半周、内外半周的污垢清洗的均匀性，更不会发生粒子沉积堵塞。由于对污水流速的要求低，污水换热器1的阻力也不大，对污水泵的流量与扬程无额外要求。流态化清洗使用的粒子10一般为普通河沙，也可以是瓷球、金属球、塑料球、胶球。
图2所示的一种重污垢型螺旋流道结构高效传热装置的结构形式为螺旋管夹套换热器20，与螺旋蛇管换热器18的不同点只是螺旋蛇管31设计在污水换热器1的夹套层25内，夹套层25里流动清水。其它不同点是污水进入污水换热器1的螺旋流道2前先在沉降槽23内将部分固体物沉降分离出去，夹套内壁26作为传热面，夹套内壁26内侧的污垢，可以很简便地依据实际需要、周期性地通过旋转把29转动清洗刷24及时进行清洗。