热交换器原理和设计第5章 蓄热式热交换器-PPT课件
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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。
(5.2)
设传热面积为 F，循环 周期为 τ0 (加热时间 τ1，
冷却时间 τ2 )，
可得蓄热传热量： Q=KF(t1,m – t2,m )τ0 J (5.3) t1,m、t2,m—热、冷流体 平均温度，℃
(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
☆传热量Q可由热气体1与蓄热体间对流换热量表示： Q=α1F 0 (t1 – tw1)dτ =α1F(t1,m – tw1,m )τ1 Q=α2F (tw2 – t2)dτ=α2F(tw2,m – t2,m )τ2
0 τ2
τ1
J (5.4)
☆或可由冷气体2与蓄热体间对流换热量来表示：
J (5.5)
☆综合以上三式可得蓄热式热交换器的传热系数：
K 1 1 1 τ1 τ2 α α 1 2 τ0 τ0 tw1,m tw2,m 1 t t 1,m 2,m
J (5.8)
☆而热气体的放热量为：
Q=α1 F/2(t1,m – tw1,m )τ0， ☆冷气体的吸热量为： Q=α2 F/2(tw2,m – t2,m )τ0，
K 1 2 2 α1 α2
J (5.9)
J (5.10)
☆如忽略壁面热阻，即 tw1,m= tw2,m，得：
W/(m2· ℃) (5.11)
☆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： Q1=M1cp1(t′1 – t″1 ) ☆气体2所吸收的热量： Q2=M2cp2(t″1 – t′2 )
☆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
tw1,m tw2,m 1 t1,m t2,m
倍。
☆称它为考虑非稳定换热影响的系数—Cn。 由于传热表面温度不稳定而产生的。由图5.8(b)，
W/(m2· ℃) (5.6)
如τ1=τ2，则：
tw1,m tw2,m K 1 2 2 t t 1,m 2,m α 1 α 2 1
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 则在时间 τ0 内该间壁式热交换器的传热量： Q=KF(t1,m – t2,m )τ0，
☆单位传热面积的价格要比间壁式便宜得多，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。
☆忽略热损失，间壁式气体1、2间热平衡： M1cp1(t′1 – t″1 )=M2cp2 (t″2 – t′2 ) (5.1)
☆对蓄热式，气体1所放出的热量： Q1=M1cp1(t′1,m – t″1,m ) 气体2所吸收的热量： Q2=M2cp2(t″2,m – t′2,m ) ☆忽略对外热损失，热平衡： M1cp1(t′1,m – t″1,m )=M2cp2(t″2,m – t′2,m )
当换热周期 τ0→0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20~50目金属网板作蓄热体时， 每m3容积可容纳的传热面积为2296~6560 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。
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，差别更为明显，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 ຫໍສະໝຸດ Baidu转型蓄热式热交换器
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 两部分组成。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5.1 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
5.1.2 阀门切换型蓄热式热交换器
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。
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
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
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
☆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。
(5.2)
设传热面积为 F，循环 周期为 τ0 (加热时间 τ1，
冷却时间 τ2 )，
可得蓄热传热量： Q=KF(t1,m – t2,m )τ0 J (5.3) t1,m、t2,m—热、冷流体 平均温度，℃
(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
☆传热量Q可由热气体1与蓄热体间对流换热量表示： Q=α1F 0 (t1 – tw1)dτ =α1F(t1,m – tw1,m )τ1 Q=α2F (tw2 – t2)dτ=α2F(tw2,m – t2,m )τ2
0 τ2
τ1
J (5.4)
☆或可由冷气体2与蓄热体间对流换热量来表示：
J (5.5)
☆综合以上三式可得蓄热式热交换器的传热系数：
K 1 1 1 τ1 τ2 α α 1 2 τ0 τ0 tw1,m tw2,m 1 t t 1,m 2,m
J (5.8)
☆而热气体的放热量为：
Q=α1 F/2(t1,m – tw1,m )τ0， ☆冷气体的吸热量为： Q=α2 F/2(tw2,m – t2,m )τ0，
K 1 2 2 α1 α2
J (5.9)
J (5.10)
☆如忽略壁面热阻，即 tw1,m= tw2,m，得：
W/(m2· ℃) (5.11)
☆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： Q1=M1cp1(t′1 – t″1 ) ☆气体2所吸收的热量： Q2=M2cp2(t″1 – t′2 )
☆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
tw1,m tw2,m 1 t1,m t2,m
倍。
☆称它为考虑非稳定换热影响的系数—Cn。 由于传热表面温度不稳定而产生的。由图5.8(b)，
W/(m2· ℃) (5.6)
如τ1=τ2，则：
tw1,m tw2,m K 1 2 2 t t 1,m 2,m α 1 α 2 1
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 则在时间 τ0 内该间壁式热交换器的传热量： Q=KF(t1,m – t2,m )τ0，
☆单位传热面积的价格要比间壁式便宜得多，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。
☆忽略热损失，间壁式气体1、2间热平衡： M1cp1(t′1 – t″1 )=M2cp2 (t″2 – t′2 ) (5.1)
☆对蓄热式，气体1所放出的热量： Q1=M1cp1(t′1,m – t″1,m ) 气体2所吸收的热量： Q2=M2cp2(t″2,m – t′2,m ) ☆忽略对外热损失，热平衡： M1cp1(t′1,m – t″1,m )=M2cp2(t″2,m – t′2,m )
当换热周期 τ0→0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20~50目金属网板作蓄热体时， 每m3容积可容纳的传热面积为2296~6560 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。
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，差别更为明显，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 ຫໍສະໝຸດ Baidu转型蓄热式热交换器
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 两部分组成。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5.1 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
5.1.2 阀门切换型蓄热式热交换器
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。
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
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
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