单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,5,蓄热式热交换器,蓄热式热交换器中，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。,与间壁式热交换器相比，虽都有固体传热面，但间壁式中，热量是在同一时刻通过固体壁由一侧热流体传递给另一侧的冷流体。,与直接接触式相比，差异更为明显，因为蓄热式中不是通过冷、热流体的直接混合来换热的。,蓄热式热交换器常用于流量大的气气热交换场合，如动力、硅酸盐、石油化工等工业中的余热利用和废热回收等方面。,5.1.1,回转型蓄热式热交换器,图,5.1,转子回转型空气预热器,1,转子；,2,转子的中心轴；,3,环形长齿条；,4,主动齿轮；,5,烟气入口；,6,烟气出口；,7,空气入口；,8,空气出口；,9,径向隔板；,10,过渡区；,11,密封装置,回转型蓄热式热交换器主要由圆筒形蓄热体(常称转子)及风罩两局部组成。它又分为转子回转型和外壳回转型。转子就是一个蓄热体。,图,5.2,蓄热板结构图,图,5.3,为外壳回转型蓄热式热交换器，它由上下回转风罩、传动装置、蓄热体、密封装置、烟道和风道构成,；,一端为,8,字形,，,另一端为圆柱形的两个风罩盖在定子的上下两个端面上，其安装方位相同，并且同步绕轴旋转。,图,5.3,风罩旋转的回转型空气预热器,1,空气出口；,2,空气入口；,3,烟气出口；,4,回转风罩；,5,隔板；,6,烟气入口,图,5.4,阀门切换型蓄热式热交换器工作原理图,图,5.5,蓄热室结构简图,传统的蓄热室中蓄热体大多由耐火砖砌成的,格子砖,构成。为连续运行，都具有两个蓄热室。这种阀门切换型常用于玻璃窑炉，冶金工业中高炉的热风炉。,5.1.2,阀门切换型蓄热式热交换器,图,5.6,阀门切换型热交换器用于玻璃窑炉示意图,5.2 蓄热式热交换器与间壁式热交换器的比较,蓄热式中的热交换是依靠蓄热物质的热容量及冷、,热流体通道周期性地交替，使得蓄热式热交换器中,传热面及流体温度的变化具有一定的特点。,特点一：蓄热材料的壁面温度在整个工作周期中不,断变化，而且加热期的变化与冷却期的变化情况也,不相同。同时，除了在热交换器的冷、热气体进口,处之外，冷、热气体的温度还随时间而变化。,特点二：蓄热材料和流体温度变化具有周期性，,即每经过一个周期这些温度变化又重复一次。,图,5.8,蓄热式热交换器中气流及蓄热材料的温度变化,图,5.9,逆流下的间壁式和蓄热式热交换器,气体,1,所放出的热量：,Q,1,=M,1,c,p1,(t,1,t,1,),气体,2,所吸收的热量：,Q,2,=M,2,c,p2,(t,1,t,2,),忽略热损失，间壁式气体,1,、,2,间热平衡：,M,1,c,p1,(t,1,t,1,)=M,2,c,p2,(t,2,t,2,),(5.1),对蓄热式，气体,1,所放出的热量：,Q,1,=M,1,c,p1,(t,1,m,t,1,m,),气体,2,所吸收的热量：,Q,2,=M,2,c,p2,(t,2,m,t,2,m,),忽略对外热损失，热平衡：,M,1,c,p1,(t,1,m,t,1,m,)=M,2,c,p2,(t,2,m,t,2,m,),(5.2),(a),假想间壁式换热,(b),蓄热式换热,图,5.10,蓄热式及假想间壁式热交换器中的传热过程,设传热面积为,F,，循环,周期为,0,(,加热时间,1,，,冷却时间,2,),，,可得蓄热传热量：,Q=KF(t,1,m,t,2,m,),0,J(5.3),t,1,m,、,t,2,m,热、冷流体,平均温度，,传热量Q可由热气体1与蓄热体间对流换热量表示：,Q=1F (t1 tw1)d=1F(t1,m tw1,m)1 J(5.4),或可由冷气体2与蓄热体间对流换热量来表示：,Q=2F (tw2 t2)d=2F(tw2,m t2,m)2 J(5.5),综合以上三式可得蓄热式热交换器的传热系数：,W/(m2)(5.6),如1=2，那么：,W/(m2)(5.7),设有一间壁式热交换器，传热面积为F，但冷,气体及热气体各占一半，热气体的平均温度,为t1,m，冷气体的平均温度为 t2,m 那么在时间 0,内该间壁式热交换器的传热量：,Q=KF(t1,m t2,m)0，J(5.8),而热气体的放热量为：,Q=1 F/2(t1,m tw1,m)0，J(5.9),冷气体的吸热量为：,Q=2 F/2(tw2,m t2,m)0，J(5.10),如忽略壁面热阻，即 tw1,m=tw2,m，得：,W/(m,2,)(5.11),比较式(5.3)与(5.8)及(5.7)与(5.11)可见，由于,加热与冷却过程的平均传热壁温不相等，使得,其他条件相同时，蓄热式热交换器的传热量仅,为间壁式热交换器的 倍。,称它为考虑非稳定换热影响的系数Cn。,由于传热外表温度不稳定而产生的。由图5.8(b)，,当换热周期 00时，曲线 tw1与 tw2 将变成同一,直线，因而 tw1,m=tw2,m，此时Cn为1。,与间壁式热交换器相比，蓄热式热交换器在结构,方面有以下三个优点：,紧凑性很高。采用2050目金属网板作蓄热体时，,每m3容积可容纳的传热面积为22966560 m2。,而间壁式，即使紧凑性最高的板翅式热交换器,一般只有2000 m2/m3左右。,单位传热面积的价格要比间壁式廉价得多，而且,易于采用耐腐蚀、耐高温的材料(如陶瓷)作传热面。,有一定的自洁作用。因为周期性地受到气体方向,相反流动，并且传热面上积灰较易自动去除。,与间壁式相比，蓄热式主要缺点：,同一蓄热体交替地作为冷、热气体的通道和受热面，势必导致一通道中的气体带入另一通道。两气体通道间的密封不严，将会造成冷、热气体之间某种程度的混合。在阀门切换型中，也会由于阀门的切换而使冷、热气体之间有不同程度的混合。,对于回转型蓄热式热交换器来说，密封问题比较困难，因而会造成较大的漏风，特别是在高温和低温气体之间压差很大时。例如，在回转型空气预热器中，空气向烟气中的泄漏量约占流过的空气量的5%10%。,5.3,蓄热式热交换器传热设计计算特点,由于蓄热式热交换器始终处于不稳定传热工况下工作，换热流体或传热面的温度都随时间和位置而变化，所以传热系数和传热量也随时间而变。,为解决这一困难，在计算中常把加热期和冷却期合在一起作为一个循环周期来考虑，即传热系数为一个循环周期内的平均值。这样，就可以像普通间壁式热交换器那样进行设计计算。,5.3.1 传热系数,对回转型蓄热式热交换器，基于式(5.7)同时还应考虑烟气、空气冲刷转子的份额不同(一般烟气冲刷占180，空气冲刷占120，过渡区为230)及蓄热板外表积灰等因素，传热系数为：,W/(m2)(5.12),综合考虑烟气对蓄热板外表灰污以及 烟气和空气,对传热面未能冲刷完全及漏风等因素对传热系数影响,的利用系数，一般，=0.80.9。,C,n,考虑低转速时不稳定导热影响的系数，,其值主要与转速有关；,x,1,、,x,2,分别为烟气、空气冲刷转子的份额：,式中：,F,、,F,1,、,F,2,分别为总的、通过烟气,和空气处的传热面积；,f,、,f,1,、,f,2,分别为总的、烟气和空,气的流通截面积。,对阀门切换型，由于蓄热体是格子砖，其蓄热能力及砖外表与内部温度之差等对传热的影响较大，所以每周期传热系数表示为：,J/(m2周期)(5.13),格子砖：C平均比热；容重；厚度；,利用率；温度变动系数。,蓄热室格子体上、下部温差较大，在计算传热系数及对流换热系数时分别按格子体上部(热端)和下部(冷端)来求取，再计算平均值：,J/(m2周期)(5.14),式中：Kt、Kb分别为上、下部的传热系数值；,n考虑上、下部传热系数差异的经验修正系数,5.3.2,对流换热系数,对回,转型：,Nu=ARe,m,Pr,0.4,C,t,C,1,(5.15),式中：,A,系数，因蓄热板结构不同而异；,C,t,与蓄热板壁温及气流温度有关的系数。烟气被冷却,C,t,=1,，,空气被加热,C,t,=(T/T,b,),0.5,，式中,T,为流过气体的温度，,T,b,为蓄热板壁温；,C,1,考虑蓄热板通道长度与其当量直径比值的修正系数，当,l,/d,e,50,时，,C,1,=1.0,。,用式,(5.15),计算时，定型尺寸为蓄热板通道的当量直径，定性温度为流过气体的平均温度。,对,阀门切换型：,式中：,B,系数，因格子体结构不同而异；,d,e,格孔的当量直径，,m,；,W,max,折算到标准状况下气体在最小,截面处流速，,Nm/(m,2,s),；,与温度有关的校正系数,。,W/(m,2,)(5.16),由于烟气温度高，对于烟气与格子砖间换热,除了包含对流换热外同时应考虑辐射换热，,即采用复合换热系数：,1,t=1,tc+1,tr (5.17a),1,b=1,bc+1,br (5.17b),对于空气与格子砖间换热那么仅考虑对流换热：,2,t=2,tc (5.18a),2,b=2,bc (5.18b),这样，由式(5.17a)、(5.18a)及(5.13)可求 Kt，,由式(5.17b)、(5.18b)及(5.13)可求 Kb，,最后由式(5.14)可求总传热系数 K。,5.3.3,传热面积,对回转型，传热面积,F,的计算常与所消耗的,燃料量联系起来：,m,2,(5.19),式中：,B,j,燃料消耗量，,kg/h,；,Q,1kg,燃料所产生的,烟气量,(,包括漏风量,),在空气预热器中放出的热量，,J/kg,。,对阀门切换型，传热面积：,m,2,(5.20),式中：,Q,每周期内预热气体从格子体获得的热量，,J/,周期；,p,预热气体从格子体获得的热量与烟气在,蓄热室中所释放的热量之比。,