－２０－
文章编号：１００６－４１８４（２００７）０７－００２０－０３
ＺＨＥＪＩＡＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹＶｏｌ．３８Ｎｏ．０７（２００７）
间壁式空气预热器的研究进展
于志英（威海职业学院生物与化学工程系，山东威海２６４２００）
摘要：总结了近年来关于间壁式空气预热器方面的研究，如管式空气预热器及板式空气预
热器；对间壁式空气预热器的结构特点与改进、性能原理及其应用情况进行了简要介绍。
关键词：空气预热器；节约能源；排烟温度
目前，国内外较普遍地采用了空气预热器来回收炉尾烟气带走的热量。采用这种方法可以增加进入炉膛助燃空气的温度，带入一部分物理显热，提高炉膛的辐射温度，降低排烟温度，具有一定的节能效果。下面具体针对间壁式空气预热器的发展，对其各种类型进行简述。
间壁式空气预热器中烟气、空气被间壁隔开，烟气余热通过间壁传递给冷空气，根据间壁形状可分为管式和板式空气预热器。
管基壁为整体结构，不会脱离，长期运行可靠性好；三是花瓣状翅片为圆周上间断的三角形翅片，对流体在壁面的传热滞流底层有较好的扰流作用，传热膜系数较高［２］。
１管式空气预热器
上世纪７０年代广泛使用的是固定光管式空气预热器，由于其传热系数低、单位面积传热量小、设备体积和重量较大，目前已很少采用。对管式空气预热器的传热强化，主要针对光管进行改进（如管外增加翅片、管内加入扰流子、及改变光管形状等），提高流体流动的湍流度，增强管束的传热性能，使管式空气预热器更加紧凑。
图１花瓣形翅片管的结构图
赵晓曦等人研究的菱形翅片管与螺旋管、花瓣形翅片管等其他传热强化管相比具有传热效果好且加工方便等特点。其结构主要包括基管体和按一定螺旋角凸附于管基体外表面菱形状的三维周向翅片，可用碳钢管坯轧制而成［３］。
１．１翅片管空气预热器
翅片管强化传热的因素有两点：一是扩展传热表面积，二是促进壁面上流体的湍流度。为强化空气预热器的传热，当空气横向掠过管排时，工业上常采用肋化系数较大的高翅片管作为传热管。我国工业目前常用的翅片形式有：平直翅片、开缝翅片、三角形波纹翅片和正弦波纹翅片等［１］。
华南理工大学的邓先和等人研究的花瓣状翅片管，与普通的波纹状高翅片管相比有以下三方面的优点：一是加工成本低，易于成形；二是翅片与传热
收稿日期：２００７－０４－１０
作者简介：于志英（１９８０－），女，讲师，从事化工机械方面研究。
图２菱形翅片管示意图
菱形翅片管强化冷凝或对流传热的基本原理为：蒸汽在菱形翅片表面上冷凝时，利用冷凝液膜的表面张力与菱形翅片表面曲率半径的变化，使冷凝液膜缩聚于翅根，而翅片上冷凝液膜很薄，可起到强化冷凝传热的作用。流体在横向（或纵向）流经菱形翅片表面时，流体传热边界层在非连续周向翅片上周期性受到破坏，可使流体传热边界层的厚度减薄，
２００７年第３８卷第７期
《浙江化工》－２１－
提高对流传热膜系数［４］。
１．２扰流子空气预热器［５，６］
扰流子空气预热器即在传热管内插入扰流子（扭带、麻花铁或弹簧），分为扰流子翅片管空气预热器和光管扰流子空气预热器。翅片管空气预热器在投入初期节能效果较明显，但经过一段时间的使用后，由干翅片部位积灰不易清除，使其热阻明显高于光管，传热效率下降；相比较而言，光管扰流子空气预热器具有传热效果稳定、维护方便、设备安全可靠及使用周期长等优点。
１．３螺旋槽管空气预热器［７，８，９］
螺旋槽管是由光管滚压而成的，其形状如图１－
３所示。与其它异形管相比，螺旋槽管具有制造简
单、传热性能和机械性能好等优点。
图３螺旋槽管结构
螺旋槽管内存在两种独特的流动方式：一种是螺旋槽对近壁处流体流动的作用而使管内产生附加螺旋运动，这种运动减薄了壁面粘性层流层的厚度；另一种是螺旋槽管的管内壁凸出物使流体边界层分离，分离不仅产生涡流结构，而且分离后流体将与壁面重新接触。正是由于这两种流动方式使管内换热得到了强化，同时也增加了管内流动阻力。
试验研究和应用表明，螺旋槽管在有相变和无相变传热中均能起到强化传热作用，是一种用途广泛的高效换热元件。螺旋槽管可以降低排烟温度，提高壁温，减轻低温腐蚀，减少堵灰和磨损，极大地提高了锅炉工作的可靠性和经济性。
槽螺旋管有Ｖ型、
矩形和内螺纹等具体形式。１．４旋流式空气预热器［１０］
旋流管亦称异型螺旋槽管，也是一般光管经过滚压工艺加工而成的一种新型强化传热管。沿轴线方向是一种波状表面，流体在管内的轴向流动带有波状流动特性。旋流管内壁凸出物使流体流动边界层发生分离与再附。另外螺旋波纹槽对近壁区流体流动的作用使管内产生附加的旋转运动，这种运动一方面降低了粘性层流底层的厚度，另一方面又产生了离心湍动作用。上述几方面因素使得烟气侧的传热系数大大提高。旋流管因管内烟气侧换热的强化大大地高于管外空气侧换热的强化；因此，在
同等条件下，壁温比光管要高３０～４５℃，可抑制低温腐蚀的发展。
１．５三维肋管空气预热器［１１］
当强化传热管内或管外连续的肋、槽沿槽向断开时，这些粗糙元就变成一个个的突起物或凹坑，流体在经过这些突起物或凹坑时，就形成三元流动，称这种强化传热管为三维肋管。
空气流经三维肋时产生流动脱离区而形成强度不同、大小不等的旋涡。图１－４（ａ）中，在两肋中间产生一个大肇涡和角区二个小旋涡，大旋涡是不稳定的三元结构，它周期地抛出流体并从主流中引入补充流体，这样构成了肋间流体与主流之间的质量和能量交换；图１－４（ｂ）中，肋前和肋后的脱离区大得多。正是这些旋涡有一大一小的两个旋涡，肋后的脱离区要比肋前的脱离区大得多。正是这些旋涡改变了流体的流动结构，大大增强了传热效果。但当肋间距太大时，流体将在两肋的脱离区之间重新形成层流底层及过渡层。
图４空气流经三维肋所产生的漩涡
三维肋管的传热性能优于目前的翅片管、螺纹管、波形管、砂粒型粗糙管等。三维肋结构，既可保证旋涡充分发展以发挥三维肋的扰动作用，又能适时地使流体获得后续的扰动，避免自重新接触点开始的层流底层的增厚，因此能够得到最大的增强换热效果。
三维肋管包括三维外肋管、三维内肋管、三维内外肋管，其传热性能优于目前的翅片管、螺纹管、波形管、砂粒型粗糙管等。
２板式空气预热器
板式空气预热器在余热回收中的应用比较早，应用范围也比较广。人们主要对其板型、密封、材料方面进行改进。
板式空气预热器由许多相互平行的板单元组成，烟气与空气在板间交错流动换热，板单元可以是平板，也可以是冲压成各种形状的波纹板。板材质可根据烟气温度及烟气腐蚀状况进行选择。
目前板式空气预热器主要从板型及板间增设绕流件方面进行改进。中国石油天然气华东勘察设计
－２２－ＺＨＥＪＩＡＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹＶｏｌ．３８Ｎｏ．０７（２００７）
板式空气预热器中气流在两板之间流动，具有几乎畅通无阻的气体流动通道，所以其气体侧压降较其它类型的空气预热器要小得多。其传热板片可以紧密排列，具有非常高的紧凑度，因此同样传热面积的空气预热器采用板式远小于采用管式时的体积。因此，在应用过程中应根据实际情况进行对比选择。参考文献：
［１］李妩，陶文铨，康海军，等．整体式翅片管换热器传热
和阻力性能的试验研究［Ｊ］．机械工程学报，１９９７；３３（１）：８１．
［２］邓先和，王世平，林培森，等．空气横向掠过花瓣状翅
图５板式空气预热器原理图
片管传热强化性能研究［Ｊ］．华南理工大学学报（自然科学版），
研究院、大庆石理局油田化工总厂与青岛化工学院等单位合作开发设计了宽流道椭圆钉头板空气预热器。徐百平等人提出添加适当的扰流件以改善气体在板间的动力特性，不但可以强化传热，而且可以进一步降低流道内的阻力；设计了一种置于两板间的新型扰流结构，既能增加板的刚性，又能强化传热［１３］。
在板间波纹或加强筋的扰动作用下，气流在低流速下即达到湍流，由于流体在板间流动的湍动程度高，故传热系数较大。特别是其传热面全部与烟气流向平行，若流速设计合理，则积灰现象较轻，结垢热阻对总传热系数的影响也较小。
板式空气预热器不适用于烟气压力较大情况，其密封垫片尚需进一步开发。板式空气预热器现在主要的改进方向是板型及耐温、耐压的密封垫片的开发。
［１４］
［１２］
１９９５；２３（２）：７５．
［３］赵晓曦，邓先和，陆恩锡．螺旋折流板菱形翅片管换
热器的传热与流阻性能［Ｊ］．化工学报，２００３；５４（３）：３８９．
［４］赵晓曦，邓先和，陆恩锡．菱形翅片管的强化传热特
性［Ｊ］．化工科技，２００２；１０（５）：１～３．
［５］孙元进．绕流子空气预热器的设计及应用［Ｊ］．石油化
工设备技术，１９９７；１８：４０．
［６］陈文艺，马玉莉，孙元进．光管绕流子空气预热器在
石化行业的推广应用［Ｊ］．沈阳化工，１９９６；４：４５～４６．
［７］徐奇焕．螺旋槽管空气预热器的性能分析与应用效
果［Ｊ］．河北电力技术，２００２；５：４４．
［８］徐奇焕，扬子临．螺旋槽管强化传热在锅炉空气预热
器上的应用［Ｊ］．水利电力机械，２００３；３：５～７．
［９］张华，周强泰．螺旋槽管强化管内换热试验研究［Ｊ］．
发电设备，２００３；４：２４～２６．
［１０］吴朝平，李进水，侯凡军，车刚．旋流式空气预热器
在６５ｔ／ｈ燃油锅炉上的应用［Ｊ］．山东电力技术，２００１；５：６２．
［１１］黄飞，林向东，尤国英，马家驹．三维肋管在管式空
气预热器上的应用［Ｊ］．能源技术，１９９７；４：４３～４４．
３小结
管式空气预热器属常规间隔式换热器。考虑到积灰、磨损等问题，一般使烟气走于管内，空气走于管外。由于烟气在管内作纵向冲刷，扰动较小，所以换热能力相对较小。但管式空气预热器因其结构简单、工作可靠、制造、安装和维护方便而得到广泛应用。
［１２］王洪军，张军．宽流道椭圆钉头板空气预热器在燃
油加热炉上的应用［Ｊ］．石油化工设备技术，１９９９；２０（５）．
［１３］徐百平，雷鸣，吴雪．气－气波纹板换热器强化传热
研究［Ｊ］．石油化工设备．２０００．７；２９（４）：５～６．
［１４］张铁峰．板式空气预热器在工业炉中的应用［Ｊ］．化
工装备技术，２００２；２３（１）：２４．
ＴｈｅＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｂｏｕｔＲｅｃｕｐｅｒａｔｉｖｅＡｉｒＰｒｅｈｅａｔｅｒ
ＹＵＺｈｉ－ｙｉｎｇ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＢｉｏｌｏｇｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｅｉｈａｉＶｏｃａｔｉｏｎａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｗｅｉｈａｉ２６４２００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｒｅｃｕｐｅｒａｔｉｖｅａｉｒｐｒｅｈｅａｔｅｒｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｓｕｃｈａｓｐｉｐｅａｉｒｐｒｅｈｅａｔｅｒ，ｐｌａｔｅａｉｒｐｒｅｈｅａｔｅｒ．Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎａｎｄｂｅｔｔｅｒｍｅｎｔａｂｏｕｔｒｅｃｕｐｅｒａｔｉｖｅａｉｒｐｒｅｈｅａｔｅｒｉｓｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｔｈｅｈｅａｔ－ｅｘｃｈａｎｇｅｔｈｅｏｒｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｒｅｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｉｒｐｒｅｈｅａｔｅｒ；ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ；ｆｌｕｅｇａｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
