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CN114263927A - 基于重力热管的暖风器装置及重力热管管束的配置方法 - Google Patents

基于重力热管的暖风器装置及重力热管管束的配置方法 Download PDF

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CN114263927A
CN114263927A CN202210196418.9A CN202210196418A CN114263927A CN 114263927 A CN114263927 A CN 114263927A CN 202210196418 A CN202210196418 A CN 202210196418A CN 114263927 A CN114263927 A CN 114263927A
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China
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heat
heat pipe
air
pipe
pipes
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吴天顺
彭文平
程国玉
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Shanxi Changde Dacheng Technology Co ltd
Shanxi Rongcarbon New Energy Technology Development Co.,Ltd.
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Shanxi Changde Dacheng Technology Co ltd
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Abstract

本发明属于烟气余热预热空气领域，具体涉及一种基于重力热管的暖风器装置及重力热管管束的配置方法，具体为根据单位时间所需空气量与选定的空气流速，确定空气水平风道的流通面积，并结合已知水平风道的宽高比，确定水平风道的宽度和高度，根据水平风道的高度确定热管的冷端长度和热端长度，根据水平风道的宽度与选定的热管横向间距，确定热管横向布置数，根据传热理论模型确定纵向热管排数，依据选定的热管纵向间距，确定出水平风道的长度。本发明通过自动调控蒸汽容器内蒸汽压力与热管内工质汽化/冷凝温度，实现暖风器出口风温的有效自动调控，防止风温加热过高，既可合理利用蒸汽能量，又可避免排烟热损失增大，从而实现能量科学合理利用。

Description

基于重力热管的暖风器装置及重力热管管束的配置方法
技术领域
本发明属于烟气余热预热空气领域，具体涉及一种基于重力热管的暖风器装置及重力热管管束的配置方法。
背景技术
目前，我国主要能源利用方式是通过锅炉直接燃烧将燃料化学能转化为热能进行供热供汽，以满足生产生活的需求，例如煤炭、低热值煤、生物质、天然气及垃圾等。为提高能源利用效率，燃烧产生的烟气一般均会预热送入炉膛助燃的空气。该方式既可提高助燃空气温度，减少燃料不完全燃烧损失，提升燃烧效率；也可利用烟气余热，降低排烟热损失，二者最终共同提升锅炉效率。然而，现役空气预热器面临的一个主要瓶颈问题是腐蚀积灰堵塞问题。
空气预热器烟气侧积灰腐蚀原因主要为低温（露点）腐蚀和氨逃逸造成的硫酸氢氨腐蚀。低温（露点）腐蚀为烟气温度低于酸露点时，烟气中硫酸蒸汽冷凝引起的管壁金属腐蚀积灰。而且在冬季气温较低、锅炉启动及低负荷运行期间最易发生低温（露点）腐蚀。目前，通用方法为在空气预热器空气侧前段安装暖风器，利用辅助汽源加热一二次风，提高进入空气预热器的风温，进而减缓或防止空气预热器低温腐蚀堵灰。
目前，暖风器主要采用管束式换热器形式，高温蒸汽管内流动冷凝放热、低温空气管外横掠流动吸热，管外采用翅片强化空气侧传热。这种方式存在以下问题：
1.蒸汽管内流动摩擦阻力大，降低蒸汽压力，减弱传热动力；
2.疏水不畅，管道振动，特别空气温度较低时尤为严重；
3.暖风器出口风温较难控制；
4.前排管道被空气吹裂后，整个热管管束需要更换。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于重力热管的暖风器装置，旨在克服现有技术中暖风器出口风温较难控制的缺陷，防止将风温加热得过高，这样既可合理利用蒸汽能量，又可避免排烟热损失的增大，从而实现能量科学合理利用。
本发明的另一目的在于提供一种基于重力热管的暖风器装置重力热管管束的配置方法，旨在解决基于现场时重力热管管束的配置问题。
为了达到上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
重力热管管束的配置方法，适用于空气横掠叉排布置的重力热管管束，所述重力热管管束的一端置于空气冷端，另一端置于蒸汽热端，本发明的重力热管管束的配置方法包括以下步骤：
根据单位时间所需空气量与选定的空气流速，确定空气水平风道的流通面积；
根据所述流通面积并结合已知水平风道的宽高比，确定水平风道的宽度和高度；
根据所述水平风道的高度确定重力热管管束中热管的冷端长度和热端长度；根据所述水平风道的宽度结合选定的热管横向间距，进一步确定热管的横向布置数；
根据单根热管的传热过程及传热理论模型获得纵向每排热管的换热量以及n排热管相加后总的换热量，然后再由热平衡建立起水平风道内空气经过每排热管加热后的空气温度方程，由此确定出纵向热管的排数，最后依据选定的热管纵向间距，最终确定出水平风道的长度，其中，所述单根热管的传热过程依次为：蒸汽侧冷凝换热过程、蒸汽侧管壁导热过程、热管内介质蒸发换热过程、热管内介质冷凝换热过程、空气侧管壁导热过程及空气侧对流换热过程。
进一步的，所述根据单位时间所需空气量与选定的空气流速，确定空气水平风道的流通面积，具体包括：首先确定在设计工况下锅炉燃煤的消耗量，并根据煤的元素分析得出设计工况下所需实际空气量，同时，在设计工况下，所述选定的空气流速为2-10m/s，以避免变负荷运行时空气流速过低。
进一步的，所述水平风道的宽高比按勾股定理选为4:3，同时，所述重力热管管束中的热管采用光滑管，且热管的冷端长度与热端长度相同，并在所述热管的冷端加装翅片。
进一步的，根据单根热管的传热过程及传热理论模型获得纵向每排热管的换热量以及n排热管相加后总的换热量，然后再由热平衡建立起水平风道内空气经过每排热管加热后的空气温度方程，由此确定出纵向热管的排数，最后依据选定的热管纵向间距，最终确定出水平风道的长度，具体包括：
根据单根热管从高温蒸汽侧到低温空气侧的传热过程并结合传热理论模型，获得单根热管热端总传热系数方程如下：
Figure 368230DEST_PATH_IMAGE001
　　　　公式（1）
式中，
Figure 994383DEST_PATH_IMAGE002
为热管热端的总传热系数，
Figure 381502DEST_PATH_IMAGE003
为热管热端外表面积，
Figure 485724DEST_PATH_IMAGE004
为蒸汽侧冷凝换热系数，
Figure 314003DEST_PATH_IMAGE006
为管壁厚度，
Figure 111058DEST_PATH_IMAGE007
为管壁导热系数，
Figure 719894DEST_PATH_IMAGE008
为热端管壁中心面面积，
Figure 424544DEST_PATH_IMAGE009
为热管热端蒸发换热系数，
Figure 435226DEST_PATH_IMAGE010
为热管热端内表面积；
同理，单根热管冷端总传热系数方程如下：
Figure 403182DEST_PATH_IMAGE011
　　 公式（2）
式中，
Figure 499314DEST_PATH_IMAGE012
为热管冷端的总传热系数，
Figure 890147DEST_PATH_IMAGE013
为热管冷端外表面积，
Figure 20914DEST_PATH_IMAGE014
为热管冷端冷凝换热系数，
Figure 159772DEST_PATH_IMAGE015
为热管冷端内表面积，
Figure 415304DEST_PATH_IMAGE016
为冷端管壁中心面面积，
Figure 665020DEST_PATH_IMAGE017
为空气侧对流换热系数，
Figure 650293DEST_PATH_IMAGE018
为热管冷端肋基面积，
Figure 960052DEST_PATH_IMAGE019
为翅片面积，
Figure 561934DEST_PATH_IMAGE020
为肋效率；
然后再根据获取的公式（1）与公式（2）并结合热平衡方程，得出第一排热管的换热量为：
Figure 615341DEST_PATH_IMAGE021
　　　　公式（3）
式中，
Figure 455121DEST_PATH_IMAGE022
为单排热管热端单位时间传热量，
Figure 935781DEST_PATH_IMAGE023
，其中
Figure 149593DEST_PATH_IMAGE024
为单排热管热端面积，
Figure 6691DEST_PATH_IMAGE025
为单排热管冷端单位时间传热量，
Figure 700978DEST_PATH_IMAGE026
，其中
Figure 352539DEST_PATH_IMAGE027
为单排热管冷端面积，
Figure 804380DEST_PATH_IMAGE028
为空气质量热容，
Figure 199589DEST_PATH_IMAGE029
为辅助蒸汽温度，
Figure 748382DEST_PATH_IMAGE030
为空气入口温度；
第二排热管的换热量为：
Figure 836424DEST_PATH_IMAGE031
　　公式（4）
同理，得出第n排热管的换热量为：
Figure 900195DEST_PATH_IMAGE032
　　公式（5）
那么，n排热管换热量相加得出总传热量为：
Figure 833516DEST_PATH_IMAGE033
　　　公式（6）
式中，p计算式为
Figure 502394DEST_PATH_IMAGE034
；
最后，再由热平衡建立起水平风道内空气经过每排热管加热后的空气温度方程：
Figure 761337DEST_PATH_IMAGE035
　　 公式（7）
式中，
Figure 905880DEST_PATH_IMAGE036
为第n排热管后空气温度；
Figure 908471DEST_PATH_IMAGE037
为第n-1排热管后空气温度；
Figure 431856DEST_PATH_IMAGE038
为第n排热管换热量；
Figure 596121DEST_PATH_IMAGE039
为空气流量；
Figure 509851DEST_PATH_IMAGE040
为空气比热容；
由此确定出纵向热管的排数，最后依据选定的热管纵向间距，最终确定出水平风道的长度。
基于上述重力热管管束的配置方法，本发明还提供了一种基于重力热管的暖风器装置，该装置包括：由若干个光滑的热管组成的重力热管管束，所述重力热管管束内的热管以叉排布置的方式设于热管管束隔板上后，将热管的上端置于水平风道内形成冷端，将热管的下端置于蒸汽空间内形成热端；在所述重力热管管束的外部设置有置于所述水平风道内的固定架，所述固定架内卡接有可上下移动的热管管束隔板；在所述固定架的下部安装有蒸汽容器且所述蒸汽容器的下部伸出于所述热管的下端，同时在所述蒸汽容器的四周开设蒸汽通道，在所述蒸汽容器的下部设置漏斗状的集水器，所述集水器的下部连接疏水通道。
优选地，所述热管采用填充液为水的碳钢重力热管并通过螺纹连接的方式设于热管管束隔板上后，形成了热管的上端为热管冷端，热管的下端为热管热端，并在所述热管冷端高频焊接若干个翅片，所述翅片的厚度为1.2mm，翅片高度为15mm，翅片的间距为4mm。
优选地，所述固定架与所述热管管束隔板四角相卡接的竖直杆上设有直线导轨，实现热管管束隔板沿所述竖直杆上下移动。
优选地，在所述固定架的下部并位于所述热管管束隔板的下方设有用于限制热管管束隔板行程的顶死片。
优选地，所述集水器内冷凝水液面下加装有水下孔板，且该水下孔板还位于疏水通道疏水口的上方。
优选地，所述疏水通道上还设置有用于调节疏水量的调节阀门。
本发明的有益效果：
（1）本发明蒸汽侧流动摩擦阻力小，可提供大的蒸汽压力，加大蒸汽冷凝传热动力；
（2）本发明具有较高的疏水能力，通过疏水液面下布置水下孔板，减缓疏水带汽，从而减缓管道振动；
（3）本发明通过自动调控蒸汽容器内蒸汽压力与热管内工质汽化/冷凝温度，实现暖风器出口风温的有效自动调控；
（4）本发明可降低成本、获得较高的经济效益，即个别热管破裂时，不会引起蒸汽与空气穿路，同时仅更换破裂热管；
（5）本发明能够实现热管管束的拆卸，通过固定架与热管管束隔板四角相卡接的竖直杆上设置的直线导轨，实现热管管束隔板沿竖直杆的上下移动，便于热管管束更换与暖风器停用时热管管束的拆卸。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于重力热管的暖风器装置安装有重力热管管束的结构示意图；
图2为图1中拆卸重力热管管束后的结构示意图；
图3为图1中空气经过固定架的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本申请的发明人为了解决现有暖风器存在的问题，发明人通过采用重力热管作为换热元件提供了一种新型暖风器装置。
本发明提供的一种基于重力热管的暖风器装置风道水平布置，重力热管竖直布置，将热管的上端置于水平风道内形成冷端，且热管冷端高频焊接若干个翅片，将热管的下端置于蒸汽空间内形成热端，蒸汽从蒸汽容器四周或蒸汽容器两侧开设的蒸汽通道进入蒸汽容器内，蒸汽容器的下方设置有集水器，集水气的下部连接疏水通道。本装置运行时，热管热端内介质吸热汽化，介质汽化后上升到热管冷端，热管冷端内汽化后的介质冷凝放热，介质在重力作用下流回热管热端继续吸热汽化，热管冷端冷凝放出的热量加热水平风道的空气，空气加热到特定温度后进入空气预热器，可解决空气预热器的低温腐蚀问题。
基于上述的工作原理，本发明基于重力热管暖风器装置的重力热管管束的配置方法具体步骤为：
根据单位时间所需空气量与选定的空气流速，确定空气水平风道的流通面积，具体包括：
首先确定在设计工况下锅炉燃煤的消耗量，并根据煤的元素分析得出设计工况下所需实际空气量，同时，在设计工况下，选定的空气流速为2-10m/s，以避免变负荷运行时空气流速过低；
根据所述流通面积并结合已知水平风道的宽高比，确定水平风道的宽度和高度；
具体到本例中，所述水平风道的宽高比按勾股定理选为4:3，同时，所述重力热管管束中的热管采用光滑管，且热管的冷端长度与热端长度相同，并在所述热管的冷端加装翅片；
根据所述水平风道的高度确定重力热管管束中热管的冷端长度和热端长度；根据所述水平风道的宽度结合选定的热管横向间距，进一步确定热管的横向布置数；
根据单根热管的传热过程及传热理论模型获得纵向每排热管的换热量以及n排热管相加后总的换热量，然后再由热平衡建立起水平风道内空气经过每排热管加热后的空气温度方程，由此确定出纵向热管的排数，最后依据选定的热管纵向间距，最终确定出水平风道的长度。其中，所述单根热管的传热过程依次为：蒸汽侧冷凝换热过程、蒸汽侧管壁导热过程、热管内介质蒸发换热过程、热管内介质冷凝换热过程、空气侧管壁导热过程及空气侧对流换热过程。具体包括：
根据单根热管从高温蒸汽侧到低温空气侧的传热过程并结合传热理论模型，获得单根热管热端总传热系数方程如下：
Figure 50553DEST_PATH_IMAGE001
　　　　公式（1）
式中，
Figure 428445DEST_PATH_IMAGE002
为热管热端的总传热系数，
Figure 29191DEST_PATH_IMAGE003
为热管热端外表面积，
Figure 289271DEST_PATH_IMAGE004
为蒸汽侧冷凝换热系数，
Figure 633664DEST_PATH_IMAGE006
为管壁厚度，
Figure 131642DEST_PATH_IMAGE007
为管壁导热系数，
Figure 293502DEST_PATH_IMAGE008
为热端管壁中心面面积，
Figure 509719DEST_PATH_IMAGE009
为热管热端蒸发换热系数，
Figure 392225DEST_PATH_IMAGE010
为热管热端内表面积；
同理，单根热管冷端总传热系数方程如下：
Figure 744709DEST_PATH_IMAGE011
　　 公式（2）
式中，
Figure 93782DEST_PATH_IMAGE012
为热管冷端的总传热系数，
Figure 531716DEST_PATH_IMAGE013
为热管冷端外表面积，
Figure 217912DEST_PATH_IMAGE014
为热管冷端冷凝换热系数，
Figure 424903DEST_PATH_IMAGE015
为热管冷端内表面积，
Figure 69511DEST_PATH_IMAGE016
为冷端管壁中心面面积，
Figure 994741DEST_PATH_IMAGE017
为空气侧对流换热系数，
Figure 219049DEST_PATH_IMAGE018
为热管冷端肋基面积，
Figure 467497DEST_PATH_IMAGE019
为翅片面积，
Figure 751848DEST_PATH_IMAGE020
为肋效率；
然后再根据获取的公式（1）与公式（2）并结合热平衡方程，得出第一排热管的换热量为：
Figure 898795DEST_PATH_IMAGE021
　　　　公式（3）
式中，
Figure 926794DEST_PATH_IMAGE022
为单排热管热端单位时间传热量，
Figure 639535DEST_PATH_IMAGE023
，其中
Figure 94787DEST_PATH_IMAGE024
为单排热管热端面积，
Figure 994610DEST_PATH_IMAGE025
为单排热管冷端单位时间传热量，
Figure 560721DEST_PATH_IMAGE026
，其中
Figure 268914DEST_PATH_IMAGE027
为单排热管冷端面积，
Figure 895067DEST_PATH_IMAGE028
为空气质量热容，
Figure 16607DEST_PATH_IMAGE029
为辅助蒸汽温度，
Figure 386409DEST_PATH_IMAGE030
为空气入口温度；
第二排热管的换热量为：
Figure 198376DEST_PATH_IMAGE031
　　公式（4）
同理，得出第n排热管的换热量为：
Figure 995430DEST_PATH_IMAGE032
　　公式（5）
那么，n排热管换热量相加得出总传热量为：
Figure 604266DEST_PATH_IMAGE033
　　　公式（6）
式中，p计算式为
Figure 512179DEST_PATH_IMAGE034
；
最后，再由热平衡建立起水平风道内空气经过每排热管加热后的空气温度方程：
Figure 319598DEST_PATH_IMAGE035
　　 公式（7）
式中，
Figure 287554DEST_PATH_IMAGE036
为第n排热管后空气温度，
Figure 383686DEST_PATH_IMAGE037
为第n-1排热管后空气温度，
Figure 95290DEST_PATH_IMAGE038
为第n排热管换热量，
Figure 898161DEST_PATH_IMAGE039
为空气流量，
Figure 37019DEST_PATH_IMAGE040
为空气比热容；
由此确定出纵向热管的排数，最后依据选定的热管纵向间距，最终确定出水平风道的长度。
具体到本例中，以设计工况下燃料消耗量为246t/h的低热值煤循环流化床锅炉为例，设计工况下需标准状况下空气量为922675m3/h，即256.3m3/s，空气流速选为9.933m/s，则空气流通面积为25.8m2。根据水平风道的宽高比按勾股定理选为4:3，得出水平风道的尺寸为宽5.918m×高4.36m。热管的外径为38mm，内径为32mm，热管间横向间距为80mm，热管间纵向间距为75mm。热管的横向布置数为72根；肋片采用环肋，翅片厚度为1.2mm，翅片高度为15mm，翅片间距为4mm，每根管1066片。空气冬季极端选为-20℃，根据公式（1）-（7）在设计工况下管排数为10的情况下，可将空气温度加热到30℃，可得暖风器长度1m即可。
本发明还提供了一种基于上述重力热管管束配置方法的重力热管暖风器装置，如图1-3所示。
该重力热管暖风器装置，包括：由若干个光滑的热管组成的重力热管管束1，所述热管采用填充液为水的碳钢重力热管，所述重力热管管束1内的热管以叉排布置的方式并通过螺纹连接的方式设于热管管束隔板2上后，将热管的上端设置于水平风道3内形成冷端，将热管的下端设置于蒸汽空间内形成热端，热管内介质在蒸汽空间吸热，汽化为蒸汽，而后上升到热管上部，与上部风道空气换热冷却后冷凝，冷凝液体在重力作用，流回热管下部，继续吸热。
为了强化空气侧对流换热能力，在所述热管冷端高频焊接若干个翅片，所述翅片的厚度为1.2mm，翅片高度为15mm，翅片的间距为4mm。
在重力热管管束1的外部设置有置于水平风道3内的固定架9，所述固定架9内卡接有热管管束隔板2，所述固定架9与热管管束隔板2四角相卡接的竖直杆上设有直线导轨（图中未标注），可实现热管管束隔板2沿竖直杆上下移动，通过设置在固定架9下部并位于热管管束隔板2下方的顶死片（图中未标注），用于限制热管管束隔板2行程。
在所述固定架的9下部安装有蒸汽容器4且所述蒸汽容器4的下部伸出于热管的下端，同时在所述蒸汽容器4的四周或蒸汽容器4的两侧开设蒸汽通道5，在所述蒸汽容器4的下部设置漏斗状的集水器10，所述集水器10的下部连接疏水通道6，疏水通道6上设置有用于调节疏水量的调节阀门7，集水器10内冷凝水液面下加装有水下孔板8，且该水下孔板8还位于疏水通道6疏水口的上方。
基于上述的实施例，本发明提供的一种基于重力热管暖风器装置还包括上挡板11、下挡板12、滑轨一（图中未标注）和滑轨二（图中未标注），所述上下挡板平行设置于固定架9的上下表面，所述固定架9与上挡板11相接的横杆上设有滑轨一，所述固定架9与下挡板12相接的横杆上设有滑轨二，实现水平风道上下表面的开合。
暖风器运行时，上挡板关闭，下挡板开启；暖风器停运时，开启上挡板，采用移动式吊车拆卸热管管束，然后关闭上挡板和下挡板；暖风器维修时，开启上挡板，更换热管，关闭上挡板。
结合上述重力热管管束的配置方法和重力热管暖风器装置，本发明解决现有暖风器存在问题的关键点为：
本发明提供的暖风器装置与现有的暖风器装置相比，蒸汽侧流动摩擦阻力较小，可维持较高的蒸汽压力，具备较大冷凝传热动力，从而提升暖风器性能及换热效率。蒸汽从蒸汽容器四周或蒸汽容器两侧导入蒸汽容器内，且蒸汽容器空间较大，可认为是静止蒸汽的冷凝，蒸汽进入蒸汽容器后基本不存在压降，因此可维持较高的蒸汽压力，具有较大的冷凝传热动力，从而减少蒸汽利用量，节约能源。
本发明提供的暖风器装置的蒸汽容器空间较大，蒸汽具有较大的冷凝空间，蒸汽冷凝附着在热管外壁的液体可顺利聚集到蒸汽容器下方的集水器内，通过集水器下方的疏水通道即时排泄，具有较高的疏水能力；对蒸汽冷凝量的响应较快，并且冷凝液液面下布置水下孔板，从而减缓疏水带汽引起的疏水管道振动；布置水下孔板也可在温度较低时，避免疏水量较大形成漩涡。
本发明提供的暖风器装置通过自动调控蒸汽容器内蒸汽压力与热管内工质汽化/冷凝温度，实现暖风器出口风温的有效自动调控，防止将风温加热得过高，这样既可合理利用蒸汽能量，又可避免排烟热损失的增大，从而实现能量科学合理利用。本暖风器装置通过两个机制可实现暖风器出口风温的自动有效调控，具体为：
（1）自动调控蒸汽容器内蒸汽压力的机制为：当空气温度变低时，由于换热温差增大，则致使蒸汽容器内蒸汽凝结量增大，即所需蒸汽量增大，由于蒸汽量增大，则蒸汽流速增大，从而致使蒸汽管道流动阻力增大，当达到新的热力平衡后，蒸汽容器内蒸汽压力将降低，蒸汽压力降低后，对应的冷凝温度降低，汽化潜热增大，则使蒸汽侧凝结换热系数增大，将强化换热，使空气加热量增大，反之亦然。
（2）热管内工质汽化/冷凝温度的机制为：热管内工质汽化/冷凝温度是由空气与辅助蒸汽冷凝温度决定的，具体原理为，热管冷端放热量为：
Figure 354868DEST_PATH_IMAGE041
公式（8）
式中，
Figure 525955DEST_PATH_IMAGE042
为暖风器入口风温；
Figure 511228DEST_PATH_IMAGE043
为热管内工质冷凝温度；
Figure 820987DEST_PATH_IMAGE044
热管冷段总传热系数；
Figure 626132DEST_PATH_IMAGE045
为单排热管冷端面积。
热管热端放热量为：
Figure 476276DEST_PATH_IMAGE046
公式（9）
式中，
Figure 316056DEST_PATH_IMAGE047
为辅助蒸汽饱和温度；
Figure 796716DEST_PATH_IMAGE043
为热管内工质汽化温度；
Figure 354736DEST_PATH_IMAGE002
热管热段总传热系数；
Figure 618359DEST_PATH_IMAGE048
为单排热管热端面积。
由热平衡联立公式（8）、（9）可得热管内工质汽化/冷凝温度的计算式：
Figure DEST_PATH_IMAGE049
公式（10）
由公式（10）可知，当风温与蒸汽压力（蒸汽压力降低，对应冷凝温度亦降低）降低时，热管内工质汽化/冷凝温度亦降低，则汽化潜热增大，对应的热管内热端沸腾换热系数与冷端凝结换热系数均增大，亦可起到强化换热的作用，反之亦然。
本发明提供的暖风器装置，热管管束叉排布置具有分离式特征，即使个别热管破裂，也不会引起蒸汽与空气穿路，暖风器仍可继续运行，同时仅更换破裂热管即可，可大大降低成本；而且热管冷端设置翅片，热管热端不设置翅片，因此便于更换安装。
本发明提供的暖风器装置通过固定架内卡接有可上下移动的热管管束隔板，便于热管管束更换与暖风器停用时热管管束的拆卸。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.重力热管管束的配置方法，适用于空气横掠叉排布置的重力热管管束，所述重力热管管束的一端置于空气冷端，另一端置于蒸汽热端，其特征在于，该配置方法包括以下步骤：
根据单位时间所需空气量与选定的空气流速，确定空气水平风道的流通面积；
根据所述流通面积并结合已知水平风道的宽高比，确定水平风道的宽度和高度；
根据所述水平风道的高度确定重力热管管束中热管的冷端长度和热端长度；根据所述水平风道的宽度结合选定的热管横向间距，进一步确定热管的横向布置数；
根据单根热管的传热过程及传热理论模型获得纵向每排热管的换热量以及n排热管相加后总的换热量，然后再由热平衡建立起水平风道内空气经过每排热管加热后的空气温度方程，由此确定出纵向热管的排数，最后依据选定的热管纵向间距，最终确定出水平风道的长度，其中，所述单根热管的传热过程依次为：蒸汽侧冷凝换热过程、蒸汽侧管壁导热过程、热管内介质蒸发换热过程、热管内介质冷凝换热过程、空气侧管壁导热过程及空气侧对流换热过程。
2.根据权利要求1所述的重力热管管束的配置方法，其特征在于，所述根据单位时间所需空气量与选定的空气流速，确定空气水平风道的流通面积，具体包括：首先确定在设计工况下锅炉燃煤的消耗量，并根据煤的元素分析得出设计工况下所需实际空气量，同时，在设计工况下，所述选定的空气流速为2-10m/s，以避免变负荷运行时空气流速过低。
3.根据权利要求2所述的重力热管管束的配置方法，其特征在于，所述水平风道的宽高比按勾股定理选为4:3，同时，所述重力热管管束中的热管采用光滑管，且热管的冷端长度与热端长度相同，并在所述热管的冷端加装翅片。
4.根据权利要求3所述的重力热管管束的配置方法，其特征在于，根据单根热管的传热过程及传热理论模型获得纵向每排热管的换热量以及n排热管相加后总的换热量，然后再由热平衡建立起水平风道内空气经过每排热管加热后的空气温度方程，由此确定出纵向热管的排数，最后依据选定的热管纵向间距，最终确定出水平风道的长度，具体包括：
根据单根热管从高温蒸汽侧到低温空气侧的传热过程并结合传热理论模型，获得单根热管热端总传热系数方程如下：
Figure 531567DEST_PATH_IMAGE001
公式（1）
式中，
Figure 448707DEST_PATH_IMAGE002
为热管热端的总传热系数，
Figure 228444DEST_PATH_IMAGE003
为热管热端外表面积，
Figure 358074DEST_PATH_IMAGE004
为蒸汽侧冷凝换热系数，
Figure 172447DEST_PATH_IMAGE005
为管壁厚度，
Figure 994909DEST_PATH_IMAGE006
为管壁导热系数，
Figure 261942DEST_PATH_IMAGE007
为热端管壁中心面面积，
Figure 54318DEST_PATH_IMAGE008
为热管热端蒸发换热系数，
Figure 723197DEST_PATH_IMAGE009
为热管热端内表面积；
同理，单根热管冷端总传热系数方程如下：
Figure 716560DEST_PATH_IMAGE010
公式（2）
式中，
Figure 470890DEST_PATH_IMAGE011
为热管冷端的总传热系数，
Figure 4639DEST_PATH_IMAGE012
为热管冷端外表面积，
Figure 528025DEST_PATH_IMAGE013
为热管冷端冷凝换热系数，
Figure 957869DEST_PATH_IMAGE014
为热管冷端内表面积，
Figure 668336DEST_PATH_IMAGE015
为冷端管壁中心面面积，
Figure 943460DEST_PATH_IMAGE016
为空气侧对流换热系数，
Figure 586930DEST_PATH_IMAGE017
为热管冷端肋基面积，
Figure 922097DEST_PATH_IMAGE018
为翅片面积，
Figure 510073DEST_PATH_IMAGE019
为肋效率；
然后再根据获取的公式（1）与公式（2）并结合热平衡方程，得出第一排热管的换热量为：
Figure 588887DEST_PATH_IMAGE020
　　　　公式（3）
式中，
Figure 86865DEST_PATH_IMAGE021
为单排热管热端单位时间传热量，
Figure 858512DEST_PATH_IMAGE022
，其中
Figure 277992DEST_PATH_IMAGE023
为单排热管热端面积，
Figure 160497DEST_PATH_IMAGE024
为单排热管冷端单位时间传热量，
Figure 512981DEST_PATH_IMAGE025
，其中
Figure 455529DEST_PATH_IMAGE026
为单排热管冷端面积，
Figure 690202DEST_PATH_IMAGE027
为空气质量热容，
Figure 110819DEST_PATH_IMAGE028
为辅助蒸汽温度，
Figure 583388DEST_PATH_IMAGE029
为空气入口温度；
第二排热管的换热量为：
Figure 696838DEST_PATH_IMAGE030
　　公式（4）
同理，得出第n排热管的换热量为：
Figure 481123DEST_PATH_IMAGE031
公式（5）
那么，n排热管换热量相加得出总传热量为：
Figure 705431DEST_PATH_IMAGE032
　　　公式（6）
式中，p计算式为
Figure 766928DEST_PATH_IMAGE033
；
最后，再由热平衡建立起水平风道内空气经过每排热管加热后的空气温度方程：
Figure 51279DEST_PATH_IMAGE034
　　 公式（7）
式中，
Figure 932647DEST_PATH_IMAGE035
为第n排热管后空气温度，
Figure 960646DEST_PATH_IMAGE036
为第n-1排热管后空气温度，
Figure 142229DEST_PATH_IMAGE037
为第n排热管换热量，
Figure 128639DEST_PATH_IMAGE038
为空气流量，
Figure 28462DEST_PATH_IMAGE039
为空气比热容；
由此确定出纵向热管的排数，最后依据选定的热管纵向间距，最终确定出水平风道的长度。
5.基于重力热管的暖风器装置，采用了权利要求1-4任意一项所述的重力热管管束的配置方法，其特征在于，包括：由若干个光滑的热管组成的重力热管管束，所述重力热管管束内的热管以叉排布置的方式设于热管管束隔板上后，将热管的上端置于水平风道内形成冷端，将热管的下端置于蒸汽空间内形成热端；在所述重力热管管束的外部设置有置于所述水平风道内的固定架，所述固定架内卡接有可上下移动的热管管束隔板；在所述固定架的下部安装有蒸汽容器且所述蒸汽容器的下部伸出于所述热管的下端，同时在所述蒸汽容器的四周开设蒸汽通道，在所述蒸汽容器的下部设置漏斗状的集水器，所述集水器的下部连接疏水通道。
6.根据权利要求5所述的基于重力热管的暖风器装置，其特征在于，所述热管采用填充液为水的碳钢重力热管并通过螺纹连接的方式设于热管管束隔板上后，形成了热管的上端为热管冷端，热管的下端为热管热端，并在所述热管冷端高频焊接若干个翅片，所述翅片的厚度为1.2mm，翅片高度为15mm，翅片的间距为4mm。
7.根据权利要求6所述的基于重力热管的暖风器装置，其特征在于，所述固定架与所述热管管束隔板四角相卡接的竖直杆上设有直线导轨，实现热管管束隔板沿所述竖直杆上下移动。
8.根据权利要求7所述的基于重力热管的暖风器装置，其特征在于，在所述固定架的下部并位于所述热管管束隔板的下方设有用于限制热管管束隔板行程的顶死片。
9.根据权利要求8所述的基于重力热管的暖风器装置，其特征在于，所述集水器内冷凝水液面下加装有水下孔板，且该水下孔板还位于疏水通道疏水口的上方。
10.根据权利要求5-9任意一项所述的基于重力热管的暖风器装置，其特征在于，所述疏水通道上还设置有用于调节疏水量的调节阀门。
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