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余热回收与热管换热器
  • 发布日期:2020-05-12      浏览次数:250
    • DYR029 热管换热器实验台

      DYR021 稳态平板法测定绝热材料导热系数实验台

      DYR032Ⅱ 中温法向辐射率测量仪

      DYR021 稳态平板法测定绝热材料导热系数实验台

      DYR033Ⅱ 喷管实验装置

      DYR003Ⅱ 空气绝热指数测定装置

      DYR002 顺逆流传热温差实验台/冷一热水对流传热系数测定装置/套管换热器液-液换热实验仪

       

      1 节能的重要意义

       

      能源是发展国民经济的重要物质基础,是人类赖以生存的必要条件。能源开发与利用程度是反映人类进步、文明的一个重要标志。能源的生产、建设与消费,又将直接制约着国民经济的向前发展和人民物质文化生活水平的提高。因此,能源问题己成为当今世界普遍关注的重大问题。

       

      1973年和1978年所发生的两次世界能源危机,宣告了廉价石油供应时代的结束。能源危机使世界各国特别是进口石油的发达国家大力开展节能。以美国为例,1973—1986年,通过节能,提高能源效率,在总能耗不增加的情况下,国民生产总值增加了35%,化石能源消耗量还略有下降。在最近一个时期使全球气候变暖的温室效应、人口膨胀和第三世界的贫困,更使得节能工作受到极大重视。我国能源利用效率低只有32%左右。比先进国家低10多个百分点。能源的紧缺制约了国民经济的发展。当前,在经济建设和生活消费中能源的紧缺与浪费同在。今后国民经济发展所需新增的能源,一半靠节约,一半靠开发。因此,节能、降耗在我国有着更加重要的意义。

       

      2 烟气余热回收

       

      烟气余热回收是指利用换热器从各种烟气中提取一部分热量加以利用。它是节能工作的一个重要方面,其节能效果显著。例如:美国don化学公司米德兰化工厂在一座7195×106k J/h的加热炉上使用热管空气预热器回收余热,使烟气出口温度从399℃降到168℃以下,将空气进口温度提高到230℃,回收余热约1105×10k J/h,使加热炉的天然气消耗量减少15%。在我们这个星球上,每天被烟气带走的热量其数量之巨大是惊人的。若对所有的烟气的热量都进行回收,其经济效益是非常可观的。

       

      3 换热器

       

      3.1 换热器的类型

       

      目前适合于烟气余热回收的换热器有以下五种基本类型:

       

      (1)回转式:单位体积的传热面积较高,换热系数较大,不需辅助动力。其缺点是维护费、造价较高,存在相互污染问题。

       

      (2)管壳式:换热系数较大,不存在相互污染问题,不需辅动力。其缺点是流阻高,单位体积的传热面积低。

       

      (3)中间载热体式:当排气系统离进气系统较远时,采用这类热回收系统给设计和安装都带来方便,流阻低,不存在相互污染问题。其缺点是换热系数低,维护费、造价较高。

       

      (4)板翅式:流阻低,单位体积的传热面积高,不需辅助动力,无相互污染问题其缺点是造价高。

       

      (5)热管式换热器:在烟气余热回收中热管式换热器应用较多,且呈上升趋势。这与其性能优良、结构简单、容易维护等特点分不开。

      3.2 热管换热器的优良性能

       

      (1)输热能力:

       

      热管利用工质的相变换热,这是好的换热方式,以汽化潜热的方式所传输的热量一般要比以显热方式所传输的热量大几个数量级。

       

      (2)等温性好:

       

      哈尔滨工业大学的方彬进行了热管空气预热器单管传热性能的试验研究,试验对象为Φ25mm 外绕钢翅版制成的钢-铜复合管,试验证明:热管的传热功率在1102-215kw范围内,热管具有良好的等温性,热管的轴向温差一般在5℃左右。在相同条件下,铜-水热管的轴向温差为1-2℃。轴向温差越小则热管的导热性能越好。

       

      (3)功率稳定性

       

      热管传热功率比较稳定,对于同一支试验热管在相同试验条件下,测定其传热功率,一年前与一年后测试结果几乎不变。

       

      (4)安装方式较为随便

       

      热管倾斜安装是降低热管换热器整体高度的有效措施之一。标准式热管可以横放、斜放和竖放,安装角度对其性能影响不大。倾斜安装会使重力热管的某些性能发生变化。当重力式热管的倾斜角度(热管轴线与水平线的夹角)从45.变至75.时,其传热性能没有明显改变。倾角的正负对翅片流动阻力的影响相同。随着倾角的减小,流动阻力增加。

       

      3.3 设计方法成熟

       

      热管的结构参数对热管的传热性能影响很大,而各结构参数之间又相互影响。因此在设计热管换热器时应对各参数进行优化。论述热管优化设计的文章很多,设计者可根据不同的要求选用不同的优化方法、目标函数和约束方程以求得符合要求的各结构参数值。

       

      例如:南京化工学院的裴云生以年纯经济收益S最大为目标函数,采用P owell优化方法进行了热管换热器的优化设计研究。通过将试验结果在计算机上进行多元回归分析,得出热管换热器翅片管管外对流传热膜系数的准数方程式,且得出了对翅片管换热系数影响最大的是气体流动的雷诺数Re,其次是流体的物体参数Pr的结论。

       

      江苏工学院的魏琪等进行了气-气热管换热器设计简便优化方法的研究,以设备总投资最小和设备年电耗最低为目标函数,采用序贯无约束极小方法进行优化,得出各参数的优化值。3.4 结构的改进

       

      (1)密封性能好:法兰与中间隔板采用螺纹联接(带有密封圈),采用此种联接方式换热器密封性能较好。

       

      (2)拆卸方便:换热器的封头和管板、管板和换热器体之间均为可拆卸结构。

       

      (3)微型热管:微型热管的管径通常只有1—2mm,且具有各种形状和尺寸,用于冷却电子装置的芯片、笔记本计算机(PC B)。拓宽了热管应用的领域。

       

      3.5 自吹灰性积灰

       

      解决了实际工作中的积灰问题是热管换热器普遍受到欢迎的因素之一。用于工业锅炉余热回收的热管换热器,由于烟气粘度很小,只要求得一个好风速(10m/s)及采用吹灰管,换热器不仅不会积灰,反而可不断磨刷垢层、更新换热表面,保持高效换热。

       

      内燃机尾气中的烟气呈粘性,且烟气流速不能过高,烟灰在热管上逐渐沉积,降低了热管的传热性能。有效的解决办法有:换热器采用可拆卸结构,定期拆卸、清洗热管;防尘剂的应用:LDEF 低温防腐剂可以降低与受热面接触的那一层烟气膜的露点,中和在受热面己凝出的硫酸,催化氧化受热面上的碳黑,使其变得松散、易吹落。

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