螺旋肋片管是用一定厚度和高度的鋼帶以螺旋線軌跡繞焊在光管外壁而成，通常采用高頻電阻焊或釬焊。
1 螺旋肋片管的結(jié)構(gòu)與布置
1.1 結(jié)構(gòu)尺寸
目前，干熄焦鍋爐已成系列化，能適應(yīng)熄焦能力65～150t/h的鍋爐，所采用的螺旋肋片管如圖1所示。其中，D=70mm, d=38mm, δ=3.5mm, s=1.4mm, t=12.7mm, h=16mm，肋片傾角≤8°，肋片材料采用20號鋼，常用肋片的尺寸見表1。
表1 65～150t/h熄焦能力鍋爐常用的肋片尺寸mm
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管徑 |
肋片厚度 |
肋片高度 |
肋片節(jié)距 |
肋片傾角 |
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Φ32～51 |
1～2 |
10～20 |
10～14 |
≤8° |
圖1 螺旋肋片管示意圖
1.2 布置形式
螺旋肋片管在鍋爐蒸發(fā)器或省煤器的設(shè)計中一般有下列4種方式，干熄焦鍋爐通常采用第1種方式，見圖2。
1) 錯列布置吊掛方式。通過管夾夾緊每排螺旋肋片管，由連接耳板吊在橫梁上。
2) 順列布置吊掛方式。用兩片扁鋼將管子夾住，管子下部用銷釘支撐，再用耳板將其吊掛在橫梁上。
3) 錯列布置支撐方式。管夾夾住螺旋肋片管的光管部分，上部焊有連接扁鋼，底部焊在橫梁上。
4) 管板支吊方式。管子逐根套入管板，可吊可支。
圖2 錯列布置吊掛方式示意圖
錯列布置的沾污系數(shù)低于順列布置，提高煙氣流速或減小縱向相對節(jié)距可使沾污減輕，但當(dāng)氣流速度大于12m/s時，兩者的沾污程度趨于一致。另外，隨著單位長度內(nèi)肋片數(shù)的增多、管徑的增粗及肋片傾角的加大，沾污加重。
2 傳熱計算
計算傳熱系數(shù)K的公式如下：
K＝1/(1/α1+εw+δ/λ+εn+1/α2) kJ/(m2·h·℃) （1）
式中的α1為煙氣側(cè)的對流放熱系數(shù)，kJ/(m2·h·℃); εw為管子外側(cè)的沾污系數(shù)，（m2·h·℃）/kJ; δ為管壁厚度，mm; λ為管壁金屬導(dǎo)熱系數(shù)，kJ/(m·h·℃) ; εn為管子內(nèi)壁的沾污系數(shù)，（m2·h·℃）/kJ; α2為工質(zhì)側(cè)的對流放熱系數(shù)，kJ/(m2·h·℃)。
對于省煤器或強制循環(huán)的蒸發(fā)器，由于工質(zhì)側(cè)的放熱系數(shù)遠(yuǎn)大于煙氣側(cè)放熱系數(shù)，即α2遠(yuǎn)大于α1，則1/α1遠(yuǎn)大于1/α2，因此1/α2可省略。由于干熄焦水質(zhì)很好，內(nèi)壁的沾污系數(shù)小，在省煤器計算中也可以忽略。因此，傳熱系數(shù)計算公式可簡化為：
K＝α1/(1+εwα1) kJ/(m2·h·℃) （2）
2.1 沾污系數(shù)ε
沾污系數(shù)ε對K值影響較大，通常沾污系數(shù)與管徑（d)、煙速（w)、相對節(jié)距（s/d)、灰粒大小等因素有關(guān)。（包括順流、錯列布置）計算公式如下：
ε＝εoCsCzCφCφpCd+Δε （m2·h·℃）/kJ (3)
式中的εo為初始沾污系數(shù)；Cs為橫向相對節(jié)距修正系數(shù)；Cz為管排修正系數(shù)；Cφp
為灰顆粒組成修正系數(shù)；Cφ為螺旋傾角修正系數(shù)；Cd為管徑修正系數(shù)。
對于固體燃料、松散積灰且煙溫在 400～600℃區(qū)域的干熄焦蒸發(fā)器及省煤器，還需加1個修正系數(shù)Δε，此值為：Δε＝0.0015 （m2·h·℃）/kJ 。
2.2 對流放熱系數(shù)α1
煙氣側(cè)的放熱系數(shù)α1由兩部分組成，即輻射放熱系數(shù)αf與對流放熱系數(shù)αd。干熄焦蒸發(fā)器的進口煙氣溫度為500℃左右，該段的平均溫度在400℃左右，而省煤器的入口溫度在350℃左右，平均溫度為260℃左右，溫度較低。因此，αf占整個煙氣側(cè)的放熱系數(shù)的份額很小，可忽略，故α1=αd。
就螺旋肋片管而論，計算煙氣側(cè)的放熱系數(shù)必須考慮到肋片高度方向的溫降，并且煙氣的繞流作用也比光管弱，使得煙氣側(cè)的α1有所下降。煙氣側(cè)的放熱系數(shù)α1可按下列公式計算：
α1=Cα1' kJ/（m2·h·℃） (4)
式中的C為螺旋肋片管當(dāng)量直徑修正系數(shù)；α1' 為初始放熱系數(shù)，kJ/（m2·h·℃）；
α1' =3.469× l0-4×Wz0.75(1.8 tp+492)0.5/Dd0.25 kJ/（m2·h·℃） (5)
式中的Wz為單位面積每小時的煙氣重量流速；tp 為平均煙氣溫度；Dd為肋片管的當(dāng)量直徑。
2.3 肋片的有效利用系數(shù)
計算傳熱系數(shù)K時，還需考慮肋片的有效利用系數(shù)，該值與肋化率及肋片效率有關(guān)。e為螺旋肋片管的肋化率，e=F'1p/ F1p ；η為肋片效率。最終的傳熱系數(shù)可表示如下：
K=1／(1/4α1+ε) kJ/（m2·h·℃）
3 結(jié)論
根據(jù)相關(guān)計算，同等情況下，螺旋肋片管的傳熱系數(shù)僅為光管的60％左右，但其單位長度的受熱面積為光管受熱面的6倍左右?？紤]到螺旋肋片管傳熱系數(shù)的降低及肋片的有效利用系數(shù)，實際布置受熱面時，其值僅為光管的3.4倍左右。從省煤器的金屬重量看，螺旋肋片管省煤器的總金屬重量僅為光管省煤器的2/3，而承壓管材僅為光管的30％左右。
干熄焦在二次蒸發(fā)器及省煤器中采用了螺旋肋片管設(shè)計，無論從增加傳熱面角度還是從防止磨損方面均比光管好，而且在設(shè)計布置、經(jīng)濟效果諸方面都比光管優(yōu)越。
