热工-第三章-蓄热室原理及设计优秀课件.ppt

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,*,第三章 余热回收原理及设计,第一节 换热器原理,第二节 蓄热室原理及设计,1,第一节 换热器,一、换热器的类型 及使用范围,二、陶质换热器,三、改善换热器工作的途径,2,一、换热器的类型及使用范围,凡能将热能有效地从高温载热流体通过器壁传,向低温受热流体的设备，都称之为换热器。,（一）类型,根据烟气与空气的流动方向：,顺流式、逆流式、错流式等。,根据换热器构造材料：,陶质与金属换热器两类。图,3-1,。,3,4,常用的陶质换热器,：,由粘土质（少数用锆刚玉质或碳化硅质）耐火,材料砌成。,为筒形砖立式换热器，图,3-1a,为筒形砖卧式换热器，图,3-1b,用标形砖砌的风火道形式的换热器等，例如坩,埚方炉的换热器。,5,常用的金属换热器,：图,3-2,根据使用温度不同，用各种耐热铸铁或合金钢,材料制成，其结构型式以及连接方式较多。,辐射式金属换热器（图,3-2a,）,流式金属换热器（图,3-2b,）,同心空气管式换热器（图,3-2C,）,6,7,（二）几种换热器的特点及适用范围,顺逆流换热器：,逆流式的空气预热温度最高，而顺流式的器,壁温度最低。,因此，从传热观点看，换热器,以逆流形式为好，但对于要求器壁温度不能,过高的某些金属换热器来说，则有时采用顺,流式，或者也可采用顺流逆流联合形式,。,8,金属换热器：,优点：,传热系数大；气密性好；能获得较高的空气出口压,强；结构紧凑、机械强度高等。,缺点：,材料耐高温耐侵蚀性能较差，因而限制了它的使用,温度和寿命（目前使用的一般空气预热温度,700,以下。,9,陶质换热器：,优点：,可用于较高温度（空气预热温度,900,1100,），,缺点：,气密性差（漏风量甚至达烟气量的,20,30,）,如综合传热系数、强度和结构紧凑等方面也都不如,前者。,表,3-l,列出换热器综合传热系数的一般数据。,10,玻璃熔窑上使用换热器（陶质）：,优点：,空气预热温度稳定；不需换向设备，结构紧凑，,占地面积小；造价较低；操作简单。,缺点：,空气预热温度较低；由于气密性问题，一般不用,于预热煤气。,目前在大中型玻璃窑上很少采用换热器。而小型,熔窑上则能显示出它的优越,11,二、陶质换热器,（一）陶质换热器的结构型式,（二）陶质换热器的设计计算,12,（一）陶质换热器的结构型式,两类：筒形砖 标形砖 两者比较,（,1,）壁厚：筒形砖器壁厚度一般为,20mm,，管壁较薄,热阻较小，故综合传热系数较大，表,3-1,。,标形砖器壁厚度最小为,65mm,。,（,2,）单位体积换热面积：筒形砖,6,12,2,/,3,，换,热面积较大；标形砖,3,5,2,/,3,。,（,3,）气密性：筒形砖好些；标形砖差。,（,4,）空气预热温度：筒形砖,800,1100,；标形砖,600,800,。,（,5,）造价：筒形砖价贵，阻力较大，易堵，且清灰不,慎易漏气。,13,筒形砖形状：,圆形、六角形、方形（俗称金子砖）等,管件之间有用接板连接，或将管件本身做成,接口的（图,3,5,）。六角形单位体积的换热面,积最大，砌筑稳定性最好，应用最普遍。圆形,的热稳定性较好，需竖放。,筒形砖换热器又有立式、卧式之分。,立式是指筒形砖竖直排放，烟气自上而下流,过筒形砖内壁，空气则在壁外作水平曲折流,动，其总的方向是自下而上。,14,表,3-1,15,两者比较，立式的优点：,（,1,）烟气竖直流动过程中阻力较小。不易堵。,（,2,）因有重力作用，管件间的气密性较好。,（,3,）单位体积中换热面积较大。空气水平曲折流动，热交换情况较好。,立式砌筑的缺点：砌体较高，砌筑难度大；空,气道阻力较大，往往需用低压鼓风。,目前较少采用立式。,16,标形砖换热器大多为卧式。,在标形砖砌风火道式换热器内，风（空气）、,火（烟气）流程：风火各翻几番，每番有几层。,确定风火流程的原则是：风要包火，换热效果要好,（例如尽量用逆流、换热面积尽量大，气流阻力要,小，易砌筑，易清扫。,17,（二）陶质换热器的设计计算,换热器计算的目的在于：,（,1,）确定所需的换热面积，从而决定换热器主要尺寸；,（,2,）确定壁面温度，以便选择材料；,（,3,）确定空气侧及烟气侧阻力，以便选择风机或计算烟囱高度。,18,19,确定换热比表面积：,每平方米池窑熔化部面积或坩埚窑窑底面积占,有的换热表面积，即换热表面积熔化部液面,面积，单位是,m,2,m,2,），见表,3,2,。,确定所需的总换热表面积,确定所需管件数目（由换热面积和选择的风火,流程、结构和管件形式），,确定换热器尺寸：,（换热器宽度、换热器高,度、换热器长度）。,20,三、改善换热器工作的途径,1,、提高烟气对空气的传热，,（,1,）选择导热系数较大的材质，以减小内热,阻。例如采用碳化硅质管件代替粘土质管件,（,1000,时，碳化硅为,9.3,11.6W/m,，,而粘土土砖为,1.16,3.49 W/m,），不仅,大大提高传热能力，而且其强度和耐高温性能,也都得到改善，但造价高。,21,（,2,）采用耐高温的合金钢材料，提高烟气进换热器的,温度，从而提高换热器的传热能力。,（,3,）减小陶质换热器器壁厚度，减小内热阻，提高传,热能力，并能减小换热器体积。,（,4,）及时清除器壁积灰，以减少因烟气中的油烟、炭,黑等，造成传热能力的减弱。,（,5,）增加空气流速，提高器壁对空气的对流换热。,（,6,）在空气中掺入少量烟气或蒸汽，以增加器壁对空,气的辐射换热能力。,22,（,7,）在换热器设计中，采用间接加热面的结构，提高对空气的换热能力。图,3-3,（,8,）器壁上加肋片等，在不增加换热器体积的情况下可增加换热面积。,（,9,）在烟气通过中心加芯子或增设旋涡装置等，使气流产生旋涡增加传热，使烟气靠向器壁流过而有利于传热。,（,10,）减少换热器外壁热损失，加强保温。,（,11,）改善换热器内气流分布，提高气流分布均匀程度，以充分利用换热面积。,23,24,2,、为延长金属换热器的使用寿命，在设计中设,法,提高空气流速以降低器壁温度,。在操作中严,格控制烟气进入换热器的温度。当烟气温度过,高时，可用水冷却或通入冷空气的办法。,3,、为解决陶质换热器漏风问题，在设计时采,用,带子母扣（也叫掉头）的预制器件,以减少接,缝漏风。在砌筑时高温段采用磷酸盐泥浆以提,高强度，减少漏风。在操作中尽可能减小空气,道与烟气道之间的压强差。,25,第二节 蓄热室,一、工作原理,二、蓄热室的结构设计,三、蓄热室的计算,四、提高蓄热室效率的途径,26,一、工作原理,1,、换热过程 图,3-11,与换热器的区别：,换热室内气流方向方向不变,蓄热室中,气体流动的方向周期性的改变,，,蓄热室是周期性工作的换热设备。,27,28,29,30,2,、换热原理,由于每个周期中烟气、格子砖、空气或煤气,的温度都随时间而变，故属于不稳定温度场，,蓄热室内的传热过程,属于不稳定传热,。,图,3,13,、图,3,14,，图,3,15,。,三者平均温度在整个周期内都不随时间而变化，且符合逆流换热器的温度分布规律，,用逆流式换热器对蓄热室、进行传热分析。,31,32,33,蓄热室内的传热方式包括,：,烟气对格子砖的辐射和对流换热。,格子砖内部的传导传热,格子砖向空气或煤气的对流及辐射换热。,34,3,、换向时间对预热温度的影响,当加热期开始后,格子砖温度急剧上升,格,子体上部逐渐,为热量所“饱和”,吸热能力逐渐减小,离开蓄热室的,烟气温度开始上升,，烟气留在蓄热室内的热量逐渐减少,格子砖愈来愈少地参加热交换，其热效率相应降低。,35,结论：,加热期和冷却期的时间都不宜过长。但时间,太短，造成换向过于频繁，热量损失增加，,也不合理,。,一般来说，蓄热室的相对热效率与换向间隔,时间之间有一个最有利的时间，其相对热效,率最高，对于玻璃熔容来说，目前多采用,20,30min,36,4,、气流均匀分布的意义及措施,格子体内气体通道横断面上的气流分布均匀,程度，对于改善传热和提高换热效率具有重,要意义。,气流分布均匀程度越高，则格子体,越能充分地参加热交换，因而气体预热温度,越高，烟气离蓄热室温度越低,。,37,措施：,（,1,）气流方向应符合气体,垂直分流法则,。,（,2,）气流入口情况,入口通道的方向、位置,垂直差、侧面好，图,3-16,垂直通道断面大小,通道小差，大好,入口到格子体顶面的距离,近差，远好，,38,39,（,3,）上方通道形式,有通道：上方通道形式,斜后墙好，直后,墙差 图,3-18a,无上升通道：,取消了垂直通道,箱式蓄热,室（图,3-18b,，广泛使用于马蹄焰和横焰窑上）,箱式蓄热室优点：,气流分布均匀；不必增加外外形尺寸就可增,加了格子体体积；减少沿途温降和散热；,周期内气体温度变化小；气流阻力小；空气,预热温度提高，热效率高。,40,41,（,4,）蓄热室横断面的大小,断面尺寸大不均匀，即：瘦高形均匀（但通,道阻力大）,（,5,）通道的阻力和堵塞情况,炉条孔的宽度、通道内飞料和积灰以及格子,体损坏倒塌等都使阻力增大、使气流的分布,不均匀。,42,5,、蓄热室内的压力情况：,影响空气吸入量及外壁漏风量,关系到气体预热温度、烟囱抽力及到达小炉口的空气量等等。,自然通风的窑：足够的蓄热室高度即能增多,格子体量，又能产生足够的几何压头，使空,气达到足够流速和流量。,43,二、蓄热室的结构设计,设计要求：,1,）工艺要求：满足熔化工艺所需温度的要求，预热温度高且度稳定；,2,）经济要求：蓄热室应有较高的换热效率，,充分回收烟气余热，减少气体流动阻力和占地面积，,3,）结构要求：有足够的强度，特别是高温下的结构强度；,4,）操作要求：便于调节流量、清扫和热修。,44,1,、蓄热室的结构,常用的,立式蓄热室的结构,图,3,20,空气、煤气烟道（扒灰坑）,炉条碹,格子体,上部空间,（垂直通道）空气、煤气入口（碹顶）,45,46,47,2,、格子体和格子砖,（,1,）格子体的排列方式,西门子式,李赫特式,连续通道式,编篮式等,图,3,21,48,（,2,）格子体的特性指标 表,3-7,图,3-22,格子体受热表面：,每立方米格子体中所具有的受热表面积的大小。,此值愈大，说明在满足同样的热负荷的情况下，,格子体体积可以缩小。,填充系数：,每立方米格子体内砖材的体积。,此值愈大，说明格子体的蓄热能力愈大，因而被,预热气体在二个周期内的温度波动较小。,49,50,51,格子作的通道截面积：,每平方米格子体横截面上气,体通道的截面积。此值愈大，说明气体在格子体内,的流速较低，流动阻力较小。,通道截面积大时、单位体积受热面积减小，填充系,数也减小；,如果格孔尺寸和通道截面积愈小，则受,热面积和填充系数愈大，但气流阻力也增大。,因此,要综合考虑几项指标来确定格孔尺寸。,52,表,3,8,为几种排列方式的性能特点比较。,传热方面：李赫特式优于西门子式,操作方面：李赫特式易堵塞，又难于清扫，热修换,格子跨时砌筑较复杂，,用于热负荷较的中、小型蓄,热式窑上以及大型窑的空气蓄热室,。,而煤气蓄热、热修次数较多的大型横焰窑，,目前多,采用简单的西门子式,。,53,54,（,3,）格子砖,格子砖的材质，如密度、比热、导热系数及耐高,温抗腐蚀性能都影响到换热效果和使用寿命。,标型砖，,（,23011465,）,标型大砖搭砌。图,3-21,格子砖的厚度应保证足够的强度和蓄热能力。过,厚时，砖中心部分不参加换热，经试验,40mm,的,砖厚最适宜，我国常用的是,65mm,。,异形格子砖,55,波形砖,见附加图,十字形砖,，图,3-24,，由法国最先研制，用电熔,锆刚玉材质制成。壁厚,40mm,，格孔有,140mmX140mm,、,170mmX170mm,。,优点：单位体积砖格的受热表面大，流通比,大，单位体积的格子砖重量轻、稳固性好，,因而可提高热回收率，不易堵，气流阻力小，,基本上不需维修。其技术性能见表,3,9,。,56,57,58,59,筒形砖,，图,3-25,由英国研制，采用锆刚玉质（电熔或烧结）、粘,土质制成。壁厚,40mm,，格孔,140mmX140mm,、,或,160mmX160mm,。,优点：,具有和十字形格子砖相同的优点。它还优于十字,形格子砖，砖形单一，搭砌方便，稳固性更好，,并且可搭成闭式（封闭垂直通道或者和标型砖组,合搭成开式（各通道间可相通），较灵活，便于,检修。所以我国逐步推广使用筒形砖。,60,61,62,3,、蓄热室的形式,1,）根据气流方向的不同，有,立式与卧式,之分，,如图,3,26,所示。,两者比较：,立式蓄热室内气流阻力小，可用于自然通风的,熔窑，气流分市也较均匀，且格子砖热修方便，,所以采用的比较普遍,。,卧式蓄热室气体分层现象较严重，阻力也较大，,需要机械通风。,63,64,2,）连通式与分隔式 表,3-10,3,）,烟道分隔式又称半分隔式,，图,3,27,结构特征,：,蓄热室相通，支烟道和总烟分隔；支烟道上闸板调,节各蓄热室的排烟量和空气供给量废气和空气分别,换向。,性能特点,：,增大了换热面积；气流分布均匀；空气预热温度提,高；热回收率提高。,使用特点：烟道分隔式蓄热室的应用正在逐步推,广。也称,超级烟道,。,65,66,67,4,）单通道与多通道，见图,3,28,多通道即将原单一通道分割成数段。一般用双,通道与三通道。常以双通道居多。可在不增加,厂房高度下扩大换热面积。蓄热室的利用率和,热回收率有所提高，还改善了热修条件，蓄热,室的整体寿命也稍有延长。但相应的气流阻力,会增大、烟囱要加高。较合适的是双通道蓄热,室。,68,69,4,、蓄热室与小炉部位的连接方式，,垂直通道式、直后墙、斜后墙、流线型后,墙、箱式蓄热室 图,3-18,、,19,70,71,72,三、蓄热室的计算,（一）理论计算,蓄热室的计算国的与换热器相同，主要是确定,所需的传热面积，从而确定蓄热室的主要尺,寸。为此需进行传热计算和热平衡计算。,1,、传热计算,2,、平均温度差计算,3,、综合传热系数计算,73,（二）经验计算,1,、,确定比表面积,每平方米熔化部面积所需格子体受热表面积，即；,一侧蓄热室格子体受热表面与熔化部液面面积之,比，表,3-12,（,1,）熔制温度高或预热温度要求高时，,A,取大,（,2,）要求充分利用烟气余热时，,A,取大,（,3,）低热值燃料时，,A,取大,（,4,）格子砖耐热性能好时，,A,取大,74,75,2,、选格子体形式和格孔大小，计算性能指标,3,、计算格子体总受热面积,4,、计算格子体体积,5,、设计格子体长、宽、高（经验值）,6,、校核（经验值）,7,、确定蓄热室各向尺寸（经验值）,76,四、提高蓄热室效率的途径,着重考虑,受热表面积,或受热体积、,气,流分布均匀性,和,蓄热室气密性,77,受热表面积或受热体积：,应尽可能大些。比受热体积已达,3,3.35m,3,/m,2,（最佳范围为,4,4.5 m,3,/m,2,）。比受热表面达,50,m,2,/m,2,或以上。此时，格子体的高度达,9m,或以,上，若格子体过高时，改用双通道形式。,78,提高气流分布均匀性：,应注意格子体的细长比、上部空间高度、底,烟道的高度和各格孔通道内的气流阻力。,提高蓄热室的气密性：,蓄热室周围砖缝多，容易吸入外界空气。,使能耗增加。窑压增大。,79,