余熱回收與熱管換熱器

DYR029 熱管換熱器實驗臺

DYR021 穩態平板法測定絕熱材料導熱系數實驗臺

DYR032Ⅱ 中溫法向輻射率測量儀

DYR021 穩態平板法測定絕熱材料導熱系數實驗臺

DYR033Ⅱ 噴管實驗裝置

DYR003Ⅱ 空氣絕熱指數測定裝置

DYR002 順逆流傳熱溫差實驗臺/冷一熱水對流傳熱系數測定裝置/套管換熱器液-液換熱實驗儀

1　節能的重要意義

能源是發展國民經濟的重要物質基礎,是人類賴以生存的必要條件。能源開發與利用程度是反映人類進步、文明的一個重要標志。能源的生產、建設與消費,又將直接制約著國民經濟的向前發展和人民物質文化生活水平的提高。因此,能源問題己成為當今世界普遍關注的重大問題。

1973年和1978年所發生的兩次世界能源危機,宣告了廉價石油供應時代的結束。能源危機使世界各國特別是進口石油的發達國家大力開展節能。以美國為例,1973—1986年,通過節能,提高能源效率,在總能耗不增加的情況下,國民生產總值增加了35%,化石能源消耗量還略有下降。在近一個時期使氣候變暖的溫室效應、人口膨脹和第三世界的貧困,更使得節能工作受到極大重視。我國能源利用效率低只有32%左右。比先進國家低10多個百分點。能源的緊缺制約了國民經濟的發展。當前,在經濟建設和生活消費中能源的緊缺與浪費同在。今后國民經濟發展所需新增的能源,一半靠節約,一半靠開發。因此,節能、降耗在我國有著更加重要的意義。

2　煙氣余熱回收

煙氣余熱回收是指利用換熱器從各種煙氣中提取一部分熱量加以利用。它是節能工作的一個重要方面,其節能*。例如:美國don化學公司米德蘭化工廠在一座7195×106k J/h的加熱爐上使用熱管空氣預熱器回收余熱,使煙氣出口溫度從399℃降到168℃以下,將空氣進口溫度提高到230℃,回收余熱約1105×10k J/h,使加熱爐的天然氣消耗量減少15%。在我們這個星球上,每天被煙氣帶走的熱量其數量之巨大是驚人的。若對所有的煙氣的熱量都進行回收,其經濟效益是非常可觀的。

3　換熱器

3.1　換熱器的類型

目前適合于煙氣余熱回收的換熱器有以下五種基本類型:

(1)回轉式:單位體積的傳熱面積較高,換熱系數較大,不需輔助動力。其缺點是維護費、造價較高,存在相互污染問題。

(2)管殼式:換熱系數較大,不存在相互污染問題,不需輔動力。其缺點是流阻高,單位體積的傳熱面積低。

(3)中間載熱體式:當排氣系統離進氣系統較遠時,采用這類熱回收系統給設計和安裝都帶來方便,流阻低,不存在相互污染問題。其缺點是換熱系數低,維護費、造價較高。

(4)板翅式:流阻低,單位體積的傳熱面積高,不需輔助動力,無相互污染問題其缺點是造價高。

(5)熱管式換熱器:在煙氣余熱回收中熱管式換熱器應用較多,且呈上升趨勢。這與其性能優良、結構簡單、容易維護等特點分不開。

3.2　熱管換熱器的優良性能

(1)輸熱能力:

熱管利用工質的相變換熱,這是好的換熱方式,以汽化潛熱的方式所傳輸的熱量一般要比以顯熱方式所傳輸的熱量大幾個數量級。

(2)等溫性好:

哈爾濱工業大學的方彬進行了熱管空氣預熱器單管傳熱性能的試驗研究,試驗對象為Φ25mm 外繞鋼翅版制成的鋼-銅復合管,試驗證明:熱管的傳熱功率在1102-215kw范圍內,熱管具有良好的等溫性,熱管的軸向溫差一般在5℃左右。在相同條件下,銅-水熱管的軸向溫差為1-2℃。軸向溫差越小則熱管的導熱性能越好。

(3)功率穩定性

熱管傳熱功率比較穩定,對于同一支試驗熱管在相同試驗條件下,測定其傳熱功率,一年前與一年后測試結果幾乎不變。

(4)安裝方式較為隨便

熱管傾斜安裝是降低熱管換熱器整體高度的有效措施之一。標準式熱管可以橫放、斜放和豎放,安裝角度對其性能影響不大。傾斜安裝會使重力熱管的某些性能發生變化。當重力式熱管的傾斜角度(熱管軸線與水平線的夾角)從45.變至75.時,其傳熱性能沒有明顯改變。傾角的正負對翅片流動阻力的影響相同。隨著傾角的減小,流動阻力增加。

3.3　設計方法成熟

熱管的結構參數對熱管的傳熱性能影響很大,而各結構參數之間又相互影響。因此在設計熱管換熱器時應對各參數進行優化。論述熱管優化設計的文章很多,設計者可根據不同的要求選用不同的優化方法、目標函數和約束方程以求得符合要求的各結構參數值。

例如:南京化工學院的裴云生以年純經濟收益S大為目標函數,采用P owell優化方法進行了熱管換熱器的優化設計研究。通過將試驗結果在計算機上進行多元回歸分析,得出熱管換熱器翅片管管外對流傳熱膜系數的準數方程式,且得出了對翅片管換熱系數影響大的是氣體流動的雷諾數Re,其次是流體的物體參數Pr的結論。

江蘇工學院的魏琪等進行了氣-氣熱管換熱器設計簡便優化方法的研究,以設備總投資小和設備年電耗低為目標函數,采用序貫無約束極小方法進行優化,得出各參數的優化值。3.4　結構的改進

(1)密封性能好:法蘭與中間隔板采用螺紋聯接(帶有密封圈),采用此種聯接方式換熱器密封性能較好。

(2)拆卸方便:換熱器的封頭和管板、管板和換熱器體之間均為可拆卸結構。

(3)微型熱管:微型熱管的管徑通常只有1—2mm,且具有各種形狀和尺寸,用于冷卻電子裝置的芯片、筆記本計算機(PC B)。拓寬了熱管應用的領域。

3.5　自吹灰性積灰

解決了實際工作中的積灰問題是熱管換熱器普遍受到歡迎的因素之一。用于工業鍋爐余熱回收的熱管換熱器,由于煙氣粘度很小,只要求得一個好風速(10m/s)及采用吹灰管,換熱器不僅不會積灰,反而可不斷磨刷垢層、更新換熱表面,保持高效換熱。

內燃機尾氣中的煙氣呈粘性,且煙氣流速不能過高,煙灰在熱管上逐漸沉積,降低了熱管的傳熱性能。有效的解決辦法有:換熱器采用可拆卸結構,定期拆卸、清洗熱管;防塵劑的應用:LDEF 低溫防腐劑可以降低與受熱面接觸的那一層煙氣膜的露點,中和在受熱面己凝出的硫酸,催化氧化受熱面上的碳黑,使其變得松散、易吹落。