蓄热式换热器

Principle and design of heat exchanger 2015
5.2 与间壁式换热器的比较分析
5.2.2 换热器的热平衡及传热方程 假设，循环周期τ0， τ0= τ1(加热)+τ2(冷却) （1）蓄热体中的换热量：
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砌筑尺寸
砌筑尺寸
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内置式蓄热室结构图
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外置式双蓄热室结构图
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蓄热燃烧原理图
空气 煤气
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原理图
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外置式单蓄热室结构图
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燃烧器 燃烧室
高炉热风炉结构图
煤气烧嘴 空气烧嘴
热风出口
蓄热体 本体出口
冷风入口
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主要内容及基本要求
蓄热式热交换器主要用于流量大的气－气热交换场合， 如动力、石油化工、冶金等工业中的余热利用和废热回收。
5.1 结构和工作原理 5.2 与间壁式换热器的比较 5.3 传热设计计算特点
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5.1 结构和工作原理
air 切换阀
阀门切换型蓄热式换热器
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（a） 蓄热式烧嘴
（b）烧嘴转
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蓄热式
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5.2 与间壁式换热器的比较分析
5.2.2 换热器的热平衡及传热方程 处理手段：
以蓄热体在加热期和冷 却期的平均温度作为壁面的 进出口温度；
以流体在加热期和冷却 期的平均温度作为冷、热流 体的平均温度。
－－假想间壁式换热器
此时，
＝1，因此，称之为
考虑非稳定换热影响系数，Cn。
τ→0，Cn=1，蓄热式换热器达到最大 换热能力，等同于相同条件的间壁式 换热器；但实际上，τ>0， Cn<1，因 此，相同条件下蓄热式的传热量一定 小于间壁式的，蓄热式换热器优点不 能显现。
5.1.1 回转式蓄热换热器
回转式换热器又叫再生蓄热式换热器， 主要由圆筒形蓄热体（常称转子）及风罩 两部分组成，分为转子回转型和外壳回转 型。
在转子回转型中，转子转动，而风罩 不动。转子回转时，按照一定的周期不断 交替地通过冷、热流体通道。当转子某部 分在某一时刻通过了热流体通道，转子上 的蓄热体就吸收并积蓄热能，到下一时刻， 转子该部分到达冷流体通道，就把所储蓄 的热能释放给冷流体。外壳回转型，转子 不动，而外壳（即风罩）转动，同样可以 达到热交换的目的。
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5.1 结构和工作原理
5.1.2 阀门切换型蓄热换热器
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fuel 燃烧器 B
fuel
炉温 1350℃ 钢板 1250℃
排气 150℃
蓄热板的形状应不使气体在其上作层 流流动，同时能防止它在烟气中发生腐蚀 和堵塞。蓄热板组合件中的波形板和定位 板上斜波纹与气流方向约成30度夹角，而 两者波纹方向相反，以加强扰动，提高传 热效果。
因蓄热板布置紧密，容易堵灰，故在 传热面的上下部设有蒸汽吹灰装置。当空 气预热器发生二次燃烧（焦炭复燃）事故 时，吹灰装置可兼作灭火设施使用。
5 蓄热式 换热器
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一、概述
概述：在蓄热式换热器中，冷、热流体交替地流过同一固体传热面及其所形成
的通道，依靠构成传热面的物体的热容作用（吸热或放热），实现冷、热流体
之间的热交换。与间壁式换热器相比，虽然需要有固体传热面，但间壁式中，
2）除了在蓄热式换热器的冷、热气体进口处之外，冷热 气体的温度随时间呈周期性变化。
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在蓄热式换热器高度方向上取某一A-A截面，在整个周期内， 该处蓄热材料及气体的温度按图所示情况变化。
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5.2 与间壁式换热器的比较分析
5.2.2 换热器的热平衡及传热方程 （2）换热量Q可由热气体1与蓄 热体间的对流换热来表示
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5.2 与间壁式换热器的比较分析
5.2.2 换热器的热平衡及传热方程 （３）换热量Q还可由冷气体2 与蓄热体间的对流换热来表示
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空预器的漏风原因及分类
空预器的转子是转动的，在转子与空预器上下壳体及圆周壳体之间存在一定 距离的间隙。由于冷风侧和热风侧各个仓室之间的流体压力、温度和流速的差异 ，造成了流体在不同仓室之间的相互泄漏，即空预器内部漏风。 空气预热器漏风主要可以分为以下两类: (1)携带漏风。携带漏风主要是因为空气预热器在转动过程中,一部分驻留在换热 元件中的空气被携带到烟气中去,一部分驻留在换热元件中的烟气被携带到空气 中去。这种情况造成的漏风量很小,但这种漏风是空气预热器的构造无法避免的。 (2)直接漏风。直接漏风主要是由于空气预热器结构本身为保证安全运行而使烟 气与空气之间存在一定的间隙；同时,由于烟气和空气之间存在压差也会产生漏 风。直接漏风主要包括径向漏风、轴向漏风、旁路漏风、中心筒漏风。径向漏风 占直接漏风量的80%左右,主要是因为转子上、下端温度差异而发生蘑菇状变形, 进而造成密封间隙的增大和漏风率的增加。
蓄热式
由于蓄热式换热器中，加热和冷却过程中的平均壁温不
等，使得蓄热式传热量仅为间壁式的（
）倍。
即由传热表面温度不稳定所造成。
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5.2 与间壁式换热器的比较分析
5.2.2 换热器的热平衡及传热方程
当τ→0时，tw1与tw2的曲线将重合，
5.2 与间壁式换热器的比较分析
5.2.2 换热器的热平衡及传热方程 （5）间壁式换热器
若忽略壁面热阻，则tw1,m=tw2.m
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5.2 与间壁式换热器的比较分析
5.2.2 换热器的热平衡及传热方程 （6）间壁式
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回转式换热器的主要优点： 1）结构紧凑，体积小，节省钢材。与管式换热器相比节省钢材
1/3左右，所占容积只有管式换热器的1/10。 2）布置方便。 3）因为蓄热板的温度高，烟气腐蚀的危险性小，所以检修周期
较长。
回转式换热器的主要缺点： 漏风量大。
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结构特点：回转式空气预热器中，转子的 中心轴支承在上下轴承上，转子周界上装 有环形长齿条，电机带动主动齿轮并通过 齿条使转子以每分钟3/4~4/5转的转速绕中 心轴转动。圆形转子从上到下被12块径向 隔板隔成互不通气的12个大扇形格，每个 30°的大扇形格又被许多块横向和径向短 隔板规则地分为许多小格仓，小格仓中放 满预先叠扎好的蓄热板。
5.2 与间壁式换热器的比较分析
5.2.2 换热器的热平衡及传热方程
以蓄热式换热器一个 循环的时间为单位 （一个周期）
1 热流体； 2 冷流体
蓄热式
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5.2 与间壁式换热器的比较分析
5.2.2 换热器的热平衡及传热方程
因烟气容积流量比空气大，故烟气的 流通截面要比空气大。在烟气和空气流通 截面之间设置占转子断面两个30°的过渡 区（密封区），其中无气流流过，起到隔 离烟气和空气的作用，使两者互不掺混。
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蓄热板：蓄热板由厚为0.5~1.25mm钢板压 成的波纹板和定位板两种组件相间排列而 成。定位板起传热面和使波纹板相对位置 固定的作用。
蓄热式烤包器结构图
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节能潜力
70
%
60
50 燃
料
节 约
40
率
30
20
50-60%
预热前窑炉出口排烟温度(℃) 1400 1200
25-30%
以往的水平
600 400
1000 800
100
200 400 600 800 1000 1200 1400Βιβλιοθήκη Baidu预热空气温度
蓄热式烧嘴结构图
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5.1 结构和工作原理
从玻璃加热池上 排出的高温烟气进入 蓄热格子体时的温度 约为1100~1300℃， 通过蓄热室后温度约 为400~600℃，进入 蓄热室的空气温度约 100~120℃，排出时 达到约900~1100℃， 然后进入加热池内供 燃油使用。
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5.2 与间壁式换热器的比较分析
5.2.1 温度分布特点 由于蓄热式换热器的热交换是依靠蓄热物质的热容量以及
冷、热流体通道周期性地交替，使得蓄热式换热器中传热面及 流体温度的变化具有一定的特点。 特点：
1）蓄热材料的壁面温度在整个工作周期中呈周期性变化， 且在加热期间的变化情况与冷却期间的变化情况也不相同。
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5.2 与间壁式换热器的比较分析
5.2.2 换热器的热平衡及传热方程 （４）综合以上三式，可得蓄热式换热 器的传热系数计算式：
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热量是在同一时刻通过固体壁由一侧的热流体传递给另一侧的冷流体。若与直
接接触式换热器相比，则差别更为明显，因为在蓄热式中不是通过冷、热流体
的直接混合来换热的。
引言
off
fuel
燃烧器 B
炉温 1350℃ 钢板 1250℃
on
fuel
蓄热室B
排气 150℃
air 切换阀
蓄热室A
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工作过程：烟气从入口5进入换 热器，通过转子的一半（180°） 的蓄热板向下流，当烟气流经 蓄热板时，把热量传给蓄热板， 使其温度升高，空气从另一侧 下方的空气入口流入换热器， 流经旋转转子的120°时，从已 被烟气加热的蓄热板中吸取它 在被烟气加热时所储存的热量， 使其温度升高，最后流出换热 器。烟气、空气流速一般为 8~16m/s，流动阻力控制在每米 250~1000Pa。