文丘里抽吸式混合加热器的设计.pdf

文章编号:1000-5889(Z005)0Z-0066-03文丘里抽吸式混合加热器的设计杨廷文!孔秀琴!刘振全(兰州理工大学 石油化工学院9甘肃 兰州 730050)摘要根据文丘里管加速降压原理!设计制作了套管形式的冷热风混合加热器!使风机和燃烧器在正常工作条件下输出设计所需温度参数的热态烟气.该装置解决了烟气脱硫净化等实验研究中热态烟气模拟的难题!具有结构紧凑#热效高#易于调节等特点!可模拟任意一种烟气工况所需的风速和温度参数.关键词烟气$加热器$设计中图分类号:X701.3 文献标识码:ADesign Of venturi inhaling-m ixing heaterYANG T ing-Wen9KNNG Xiu-Cin9LI U Zhen-Cuan(College of Petroche m ical Technology9Lanzhou Univ.of Tech.9Lanzhou 7300509China)Abstract:According to the operational principle of venturi-tube9a bushing-type heater f or m ixing hot andcool gaseous floWis designed in order to make the bloWer and burner exhaust hot s moke With necessaryte mperature para meter by the design under nor mal Working condition.Using this facility9the proble mssuch as s moke desulphidation and purification have been solved9Which are hard to deal With in experi mentalinvestigation of hot s moke si mulation.This facility possesses features of high ther mal efficiency9compactconfiguration9and liability to be controlled.This facility can be used f or si mulation of floW velocity andte mperature necessary f or any kind of s moke conditions.Key wOrds:heater;s moke;design 要进行烟气中有害成分的净化实验9 首先要模拟特定工业烟气的各种参数9 如风速 温度 压力 各种相关成分的质量分数等.在进行烟气模拟时9 往往存在着各种矛盾9 如一般工业烟道的风速都在10m/s以上9 在这么高的风速下9 烟气温度的提升9 即热源就存在如下问题:电热装置功率太大9 耗电多9不经济;加热锅炉工况不稳定9 且会恶化实验室内工作环境;热风炉造价太高.唯一经济可行的选择是利用燃烧器提供热风9 但是燃烧器的风速 风量远远低于模拟烟气所需的参数9 这种情况下就要考虑给系统装配鼓风机9 鼓入冷风与燃烧器出口热态烟气混合.实际混合时由于冷热两种气体的压力差别很大9易形成冷风倒灌现象9 造成燃烧器熄火或反爆烟现象.为了克服这种矛盾9 笔者设计制作了一种新型的文丘里抽吸式混合加热器.该加热器选用Z35(=4 mm)型钢板9 卷焊制作 1.经实验测试说明9 这种 收稿日期:Z004-03-19 作者简介:杨廷文(1968-)9 男9 甘肃会宁人9 工程师.混合加热器结构紧凑 热效高 造价低9 可以通过调节风机风量和燃烧器油压而达到任意一种烟气模拟工况所需的风速和温度参数.l 设计原理设计原理如图1所示.文丘里抽吸式混合加热器的结构是一种套管形式9 内部管程是燃烧器的燃烧室9 热态;外部壳程是鼓风机的输风管9 冷态.在文丘里收缩段9 壳程压力降低9 内部管程中的热态烟气在喉部被抽吸出来9 在渐扩段与冷风混合9 管内压力逐渐恢复9 在烟道中形成设计所需温度和压力的烟气.利用热平衡计算可选择不同热功率的燃烧器9 利用空气动力学的有关原理9 可对文丘里管不同部位进行内外套管直径的计算.2 设计条件烟气体积流量GV=Z 000 Z 300 m3/h9 烟气温度IZ=Z 00 9 室内温度I1=Z 5 9 当地大气压为第31卷第Z期Z005年4月兰 州 理 工 大 学 学 报Journal of Lanzhou University of TechnologyVol.31No.ZApr.Z005图l 文丘里抽吸式混合加热器示意图Fig l S chematic diagram Of venturi inhaling-m ixing heater84.31 kPa,空气气体常数X=Z87 J/,室温Z5 时的空气密度P=0.98 kg/m3,空气平均定压质量比热Cp,m在Z5 时,Cp,mZ50=1.005 3 kJ/Z;在Z00 时,Cp,mZ000=1.0Z4 5 kJ/Z.风机型号:9-Z6 No4型,风机出口流速1Z.Z m/s,流量Z Z00 m3/h,风机出口压力Z kPa.燃烧机:选用上海炬炼热能设备制造有限公司生产的 LZ6 型燃烧机.3 设计计算3.l 设计假定壳程和管程中有流动换热现象,气体的流动换热由于存在许多不确定因素,计算起来非常复杂,而且往往计算结果与实际数据存在较大差距,又由于该文丘里混合管很短,因此本计算忽略壳程和管程中的换热量.假设壳程和管程中的气体均是一维 定常 绝能 等熵 不可压流,以伯努利方程为依据,进行有关参数的计算.3.2 数值推算该混合加热器设计计算的关键是确定喉部冷热风出口的截面积,使得在此处冷风压力降低至小于或等于热风压力,促使热风能够顺利抽吸出来,避免过高的冷风压力使燃烧室背压太大,造成熄灭或反爆烟现象.3.2.l 内部管程燃烧室内气体参数的确定燃烧室内的气流主要来自燃烧机的助燃风机,该助燃风机的出口参数为:10=400 Pa,空气流量GV,0=90 m3/h.因为喷油量相对空气流量小得多,所以认为燃烧室内燃气的化学成分不变,燃烧室内的流量即助燃空气流量GV,1=90 m3/h.根据燃烧机火焰直径确定的燃烧室内径d1=300 mm,这样,进入燃烧室的气流速度非常低,马赫数非常小,约等于零.根据空气动力学换热管流有关原理3,空气吸热后,引起焓值增加,温度上升,流速增加,其压力稍有下降,此时可以认为压力基本不变,仍为10,即燃烧室压力11=10=84.7 kPa.根据能量方程 连续方程和状态方程3可得O=Cp+U1Z-U0ZZU0T0=U1T(L1式中:O为空气在燃烧室中的吸热量,kJ/kg;Cp为空气的定压比热,Cp=1.088 kJ/;T0为空气进口温度,T0=Z5 Z73=Z98 K;T1为燃烧吸热后的温度,K;U0为空气进口流速,U0=0.35 m/s;U1为燃烧吸热后的流速,m/s.由此方程组可求得燃烧室的温度和气流速度.已知燃烧机轻柴油低位发热量为48 960 kJ/kg,燃油消耗量为8.49 kg/h,热效率定为40%4,进入燃烧室的空气密度为0.98kg/m3,空气流量GV,1=90 m3/h,则可计算得出O=1 850 kJ/kg,代入方程组 可解得燃烧室内气体吸热后流速U1=Z.45 m/s,温度T1=1 983 K,根据状态方程可得此处气体密度为P1=0.14 kg/m3.3.2.2 壳程中冷风参数的确定壳程风量即为风机出口风量GV,1=Z Z00 m3/h;忽略微小损失,风压即为绝对风压11=86.7kPa;温度即室温T1=Z98 K.为了减小摩擦损失,进入壳程中的风速不易太高,当壳程间隙为a1=40mm时,气流速度为U1,=GV,1,T4D1Z-T4d1Z式中:d1为内部燃烧室直径,d1=300 mm;D1为壳筒直径,D1=d1+Za1=380 mm.经计算得U1=14.3 m/s.与风机出口流速1Z.Z m/s相比,壳程流速U1-76-第Z期 杨廷文等:文丘里抽吸式混合加热器的设计 增幅不是很大 因此冷风所在壳筒的直径D1=380mm 与管程外壁间隙a1=40 mm 长度l=1 000mm.从而壳程气流参数 压力11=86.7 kPa 流速U1=14.3 m/s 流量GV 1=Z Z00 m3/h 温度T1=Z98 K 密度P1=1 kg/m3.3.2.3 收缩段出口断面的计算燃烧室内部热风压力11=84.7 kPa 壳程中冷风压力11=86.7 kPa 如果冷热风直接流出 则冷风会反吹进入燃烧室 造成熄火或反爆烟现象.因此让燃烧室渐缩形成Z00 mm长的收缩段 使气体过流断面变小 流速增大 促使壳程中冷风压力降低.设收缩段出口断面Z-Z气流参数为 热风时 压力为1Z 流速为UZ;冷风时 压力为1Z,流速为UZ,.忽略冷热风之间的换热及摩擦作用 因气流速度属于低速 可认为气流是不可压流.根据绝能 等熵 不可压流伯努利方程 1+PUZZ=C 3 可在收缩段进口1-1断面和出口断面Z-Z间列出方程 并把1-1截面处的已知数据代入 可得1Z+P1UZZZ=84.7 kPa1Z,+P1UZ,ZZ=86.8 kPa 为了促使热气流流出 应该1Z,0.034 105+0.15UZZ.采用试算方式 当UZ=5 m/s UZ=60 m/s时 满足以上速度关系式.此时对应的热风压力1Z=84.698 kPa 冷风压力1Z=84.600 kPa 这样1Z,3 600UZ,=GV 1,T4 Z-dZZ 3 600式中 dZ为管程热风筒出口直径 m;aZ为壳程冷风筒间隙宽度 m.当UZ=5 m/s时 dZ=80 mm;UZ=60 m/s时 aZ=30 mm.因此可以把收缩段出口截面做成同心圆形式 其内径为80 mm 外径为140mm.冷热气体从图1所示出口截面Z-Z流出后 穿过长100 mm喉部过渡段 进入后面的渐扩管混合室 进行混合并恢复压力 5 出口4-4接入烟道系统 烟道直径d4=Z50 mm.经实验证明 烟气的参数可达到标准要求.4 实验测试4.l 测试方法把燃烧机置于室外 调整到最佳燃烧状况后装入燃烧室入口端.点火燃烧5 s后 再打开冷风机 发现燃烧机能正常工作 无熄灭和反爆烟现象.根据烟道出口烟气颜色 进一步调整燃烧机的油压和风机的风量 直至烟气略呈淡灰色为准.在10 室温下经30 m in后 各项工况趋于稳定 测试烟气的各项参数.4.2 测试结果在混合段后约Z m的烟道上设置测试点 测试结果见表1.表l 文丘里抽吸式混合加热器的测试结果Tab l Test result Of venturi inhOling-m ixing heater测试项目烟气温度I/烟气压力1/Pa烟气流量GV/烟气流速U/静压 930测试结果Z00 Z10动压 90 1 010 1 1091Z.9 15.1全压1 0Z0测试仪器水银温度计TH-990烟气测试仪 表1中的烟气标况流量换算成实际压力 和实际温度 下的流量后 其值为Z 054 Z Z51 m3/h 符合设计所需流量Z 000 Z 300m3/h的要求 说明该文丘里抽吸式混合加热器可按设计要求模拟特定流速和温度的烟气.5 结论利用文丘里混合加热器可把风机冷风和燃烧机热风进行混合 使冷风得到加热 并达到设计所需温度参数.这种形式的热态烟气模拟器操作简单 制作费用低 对室内环境没有污染 可广泛应用于热态烟气实验装置中 解决了实验室内热态烟气模拟的难题 为深入进行烟气及大气污染治理方面的科学研究提供基础.参考文献 1 王 晖 杨瑞成 郑丽平 等.热管材料P参数与剩余寿命关系的研究 J.兰州理工大学学报 Z003 Z9 Z9-30.Z 刘芙蓉.热工学 M.西安 西安冶金建筑学院出版社 1991.3 林兆福.气体动力学 M.北京 北京航空航天大学出版社 1988.4 张松寿.工程燃烧学 M.上海 上海交通大学出版社 1988.5 吴树志.增湿活化脱硫实验研究 J.热能动力工程 Z001 16 491-493.第31卷第Z期Z005年4月兰 州 理 工 大 学 学 报Journal of Lanzhou University of TechnologyVol.31No.ZApr.Z005文丘里抽吸式混合加热器的设计文丘里抽吸式混合加热器的设计作者：杨廷文，孔秀琴，刘振全，YANG Ting-wen，KONG Xiu-qin，LIU Zhen-quan作者单位：兰州理工大学,石油化工学院,甘肃,兰州,730050刊名：兰州理工大学学报英文刊名：JOURNAL OF LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY年，卷(期)：2005,31(2)参考文献(5条)参考文献(5条)1.王晖;杨瑞成;郑丽平 热管材料P参数与剩余寿命关系的研究期刊论文-兰州理工大学学报 2003(03)2.刘芙蓉 热工学 19913.林兆福 气体动力学 19884.张松寿 工程燃烧学 19885.吴树志 增湿活化脱硫实验研究期刊论文-热能动力工程 2001(16)本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.张涛.罗翼.方立德.ZHANG Tao.LUO Yi.FANG Li-de 文丘里管湿气测量综述期刊论文-计量学报2007,28(3)2.陈群燕.孟志坚.吴顺志 改造文丘里水膜除尘器的可行性和紧迫性期刊论文-煤矿环境保护2002,16(4)3.柳春山.陈大奎.Liu Chunshan.Chen Dakui 改造文丘里混合器结构优化复合肥干燥效果期刊论文-炼油与化工2007,18(2)4.张英杰.张继军.孙秀松.郑献军.王骞.李国强 文丘里干燥器开发研究期刊论文-无机盐工业2003,35(6)5.叶燮明.YE Xie-ming 文丘里(Venturi)吸鱼泵研究期刊论文-渔业现代化2006(4)6.殷忠民.梅蔚波.徐雪峰 圆弧型集流器改用为ISO文丘里喷嘴的分析与试验研究期刊论文-流体机械2001,29(3)7.梁法春.张修刚.王栋.林宗虎 通过文丘里喷嘴的气液两相流流型和压降研究会议论文-20048.王洪国 文丘里混合器在油品精制系统的应用期刊论文-化工设备与防腐蚀2002,5(2)9.刘辰魁.李同波.于巍.张红刚.王喜英 小型临界流文丘里喷嘴的气体流量测量问题会议论文-200610.程锦承.程振民.方向晨.刘忠信.彭德强.齐惠敏.CHENG Jin-cheng.CHENG Zhen-min.FANG Xiang-chen.LIUZhong-xin.PENG De-qiang.QI Hui-min 文丘里气液分布管的实验研究与数值模拟期刊论文-华东理工大学学报（自然科学版）2007,33(4)引用本文格式：杨廷文.孔秀琴.刘振全.YANG Ting-wen.KONG Xiu-qin.LIU Zhen-quan 文丘里抽吸式混合加热器的设计期刊论文-兰州理工大学学报 2005(2)