蓄热式换热器

Principleanddesignofheatexchanger20155蓄热式换热器Principleanddesignofheatexchanger2015概述：在蓄热式换热器中，冷、热流体交替地流过同一固体传热面及其所形成的通道，依靠构成传热面的物体的热容作用（吸热或放热），实现冷、热流体之间的热交换。与间壁式换热器相比，虽然需要有固体传热面，但间壁式中，热量是在同一时刻通过固体壁由一侧的热流体传递给另一侧的冷流体。若与直接接触式换热器相比，则差别更为明显，因为在蓄热式中不是通过冷、热流体的直接混合来换热的。引言fuelfuel燃烧器Bair切换阀排气150℃炉温1350℃钢板钢板12501250℃℃fuelfuel燃烧器Bair切换阀排气150℃排气150℃炉温1350℃钢板钢板12501250℃℃蓄热室B蓄热室Aonoff一、概述Principleanddesignofheatexchanger2015主要内容及基本要求蓄热式热交换器主要用于流量大的气－气热交换场合，如动力、石油化工、冶金等工业中的余热利用和废热回收。5.1结构和工作原理5.2与间壁式换热器的比较5.3传热设计计算特点Principleanddesignofheatexchanger20155.1结构和工作原理回转式换热器又叫再生蓄热式换热器，主要由圆筒形蓄热体（常称转子）及风罩两部分组成，分为转子回转型和外壳回转型。在转子回转型中，转子转动，而风罩不动。转子回转时，按照一定的周期不断交替地通过冷、热流体通道。当转子某部分在某一时刻通过了热流体通道，转子上的蓄热体就吸收并积蓄热能，到下一时刻，转子该部分到达冷流体通道，就把所储蓄的热能释放给冷流体。外壳回转型，转子不动，而外壳（即风罩）转动，同样可以达到热交换的目的。5.1.1回转式蓄热换热器Principleanddesignofheatexchanger2015Principleanddesignofheatexchanger2015Principleanddesignofheatexchanger2015结构特点：回转式空气预热器中，转子的中心轴支承在上下轴承上，转子周界上装有环形长齿条，电机带动主动齿轮并通过齿条使转子以每分钟3/4~4/5转的转速绕中心轴转动。圆形转子从上到下被12块径向隔板隔成互不通气的12个大扇形格，每个30°的大扇形格又被许多块横向和径向短隔板规则地分为许多小格仓，小格仓中放满预先叠扎好的蓄热板。因烟气容积流量比空气大，故烟气的流通截面要比空气大。在烟气和空气流通截面之间设置占转子断面两个30°的过渡区（密封区），其中无气流流过，起到隔离烟气和空气的作用，使两者互不掺混。Principleanddesignofheatexchanger2015蓄热板：蓄热板由厚为0.5~1.25mm钢板压成的波纹板和定位板两种组件相间排列而成。定位板起传热面和使波纹板相对位置固定的作用。蓄热板的形状应不使气体在其上作层流流动，同时能防止它在烟气中发生腐蚀和堵塞。蓄热板组合件中的波形板和定位板上斜波纹与气流方向约成30度夹角，而两者波纹方向相反，以加强扰动，提高传热效果。因蓄热板布置紧密，容易堵灰，故在传热面的上下部设有蒸汽吹灰装置。当空气预热器发生二次燃烧（焦炭复燃）事故时，吹灰装置可兼作灭火设施使用。Principleanddesignofheatexchanger2015Principleanddesignofheatexchanger2015工作过程：烟气从入口5进入换热器，通过转子的一半（180°）的蓄热板向下流，当烟气流经蓄热板时，把热量传给蓄热板，使其温度升高，空气从另一侧下方的空气入口流入换热器，流经旋转转子的120°时，从已被烟气加热的蓄热板中吸取它在被烟气加热时所储存的热量，使其温度升高，最后流出换热器。烟气、空气流速一般为8~16m/s，流动阻力控制在每米250~1000Pa。Principleanddesignofheatexchanger2015回转式换热器的主要优点：1）结构紧凑，体积小，节省钢材。与管式换热器相比节省钢材1/3左右，所占容积只有管式换热器的1/10。2）布置方便。3）因为蓄热板的温度高，烟气腐蚀的危险性小，所以检修周期较长。回转式换热器的主要缺点：漏风量大。Principleanddesignofheatexchanger2015空预器的转子是转动的，在转子与空预器上下壳体及圆周壳体之间存在一定距离的间隙。由于冷风侧和热风侧各个仓室之间的流体压力、温度和流速的差异，造成了流体在不同仓室之间的相互泄漏，即空预器内部漏风。空气预热器漏风主要可以分为以下两类:(1)携带漏风。携带漏风主要是因为空气预热器在转动过程中,一部分驻留在换热元件中的空气被携带到烟气中去,一部分驻留在换热元件中的烟气被携带到空气中去。这种情况造成的漏风量很小,但这种漏风是空气预热器的构造无法避免的。(2)直接漏风。直接漏风主要是由于空气预热器结构本身为保证安全运行而使烟气与空气之间存在一定的间隙；同时,由于烟气和空气之间存在压差也会产生漏风。直接漏风主要包括径向漏风、轴向漏风、旁路漏风、中心筒漏风。径向漏风占直接漏风量的80%左右,主要是因为转子上、下端温度差异而发生蘑菇状变形,进而造成密封间隙的增大和漏风率的增加。空预器的漏风原因及分类Principleanddesignofheatexchanger20155.1结构和工作原理5.1.2阀门切换型蓄热换热器Principleanddesignofheatexchanger2015fuelfuel燃烧器Bair切换阀排气150℃炉温1350℃钢板1250℃阀门切换型蓄热式换热器Principleanddesignofheatexchanger2015（a）蓄热式烧嘴（b）烧嘴转Principleanddesignofheatexchanger2015Principleanddesignofheatexchanger2015蓄热燃烧原理图煤气空气Principleanddesignofheatexchanger2015原理图Principleanddesignofheatexchanger2015Principleanddesignofheatexchanger2015砌筑尺寸砌筑尺寸外置式单蓄热室结构图Principleanddesignofheatexchanger2015内置式蓄热室结构图Principleanddesignofheatexchanger2015外置式双蓄热室结构图Principleanddesignofheatexchanger2015蓄热式烧嘴结构图Principleanddesignofheatexchanger20155.1结构和工作原理从玻璃加热池上排出的高温烟气进入蓄热格子体时的温度约为1100~1300℃，通过蓄热室后温度约为400~600℃，进入蓄热室的空气温度约100~120℃，排出时达到约900~1100℃，然后进入加热池内供燃油使用。Principleanddesignofheatexchanger2015Principleanddesignofheatexchanger2015煤气烧嘴空气烧嘴热风出口冷风入口本体出口蓄热体燃烧室燃烧器高炉热风炉结构图Principleanddesignofheatexchanger2015蓄热式烤包器结构图Principleanddesignofheatexchanger201525-30%以往的水平预热前窑炉出口排烟温度(℃)14001200100080060040050-60%706050403020100200400600800100012001400预热空气温度燃料节约率%节能潜力Principleanddesignofheatexchanger20155.2与间壁式换热器的比较分析5.2.1温度分布特点由于蓄热式换热器的热交换是依靠蓄热物质的热容量以及冷、热流体通道周期性地交替，使得蓄热式换热器中传热面及流体温度的变化具有一定的特点。特点：1）蓄热材料的壁面温度在整个工作周期中呈周期性变化，且在加热期间的变化情况与冷却期间的变化情况也不相同。2）除了在蓄热式换热器的冷、热气体进口处之外，冷热气体的温度随时间呈周期性变化。Principleanddesignofheatexchanger2015在蓄热式换热器高度方向上取某一A-A截面，在整个周期内，该处蓄热材料及气体的温度按图所示情况变化。Principleanddesignofheatexchanger20155.2与间壁式换热器的比较分析5.2.2换热器的热平衡及传热方程以蓄热式换热器一个循环的时间为单位（一个周期）1热流体；2冷流体蓄热式Principleanddesignofheatexchanger20155.2与间壁式换热器的比较分析5.2.2换热器的热平衡及传热方程蓄热式Principleanddesignofheatexchanger20155.2与间壁式换热器的比较分析5.2.2换热器的热平衡及传热方程处理手段：以蓄热体在加热期和冷却期的平均温度作为壁面的进出口温度；以流体在加热期和冷却期的平均温度作为冷、热流体的平均温度。－－假想间壁式换热器Principleanddesignofheatexchanger20155.2与间壁式换热器的比较分析5.2.2换热器的热平衡及传热方程假设，循环周期τ0，τ0=τ1(加热)+τ2(冷却)（1）蓄热体中的换热量：Principleanddesignofheatexchanger20155.2与间壁式换热器的比较分析5.2.2换热器的热平衡及传热方程（2）换热量Q可由热气体1与蓄热体间的对流换热来表示Principleanddesignofheatexchanger20155.2与间壁式换热器的比较分析5.2.2换热器的热平衡及传热方程（３）换热量Q还可由冷气体2与蓄热体间的对流换热来表示Principleanddesignofheatexchanger20155.2与间壁式换热器的比较分析5.2.2换热器的热平衡及传热方程（４）综合以上三式，可得蓄热式换热器的传热系数计算式：Principleanddesignofheatexchanger20155.2与间壁式换热器的比较分析5.2.2换热器的热平衡及传热方程（5）间壁式换热器若忽略壁面热阻，则tw1,m=tw2.mPrincipleanddesignofheatexchanger20155.2与间壁式换热器的比较分析5.2.2换热器的热平衡及传热方程（6）间壁式蓄热式由于蓄热式换热器中，加热和冷却过程中的平均壁温不等，使得蓄热式传热量仅为间壁式的（）倍。即由传热表面温度不稳定所造成。Principleanddesignofheatexchanger20155.2与间壁式换热器的比较分析5.2.2换热器的热平衡及传热方程当τ→0时，tw1与tw2的曲线将重合，此时，＝1，因此，称之为考虑非稳定换热影响系数，Cn。τ→0，Cn=1，蓄热式换热器达到最大换热能力，等同于相同条件的间壁式换热器；但实际上，τ0，Cn1，因此，相同条件下蓄热式的传热量一定小于间壁式的，蓄热式换热器优点不能显现。Principleanddesignofheatexchanger20155.2与间壁式换热器的比较分析5.2.3蓄热式换热器的特点紧凑：蓄热式2300~6560m2/m3；间壁式2000m2/m3.经济：单位传热面积的价格低；自洁：阀门切换问题造成冷热流体易混合；密封问题造成冷热流体泄漏，如空气向烟气泄漏。Principleanddesignofheatexchanger20155.3蓄热式预热器的设计5.3.1蓄热体类型及尺寸的确定蓄热体一般用耐火材料制成，虽然其密度及热导性并不理想，但有足够的耐火度和比热容，且价格低廉，来源广泛。也有采用铸铁材料的，其特性与