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陶瓷蓄熱體用量計(jì)算

來源:|作者:金瑞 |發(fā)布時(shí)間:2021-04-14 |次瀏覽
規(guī)整蜂窩陶瓷蓄熱體的氣孔尺寸根據(jù)幾十年的實(shí)際工程運(yùn)用經(jīng)驗(yàn),形成了常規(guī)的50cpsi(每平方英寸上的孔數(shù))規(guī)格,目前較為常規(guī)的單塊蓄熱體尺寸為150*150*150mm或者150*150*300mm的正方體或
在RTO運(yùn)行的時(shí)候可以看到以下現(xiàn)象,在RTO升溫完畢進(jìn)入正常運(yùn)行的時(shí)候,在閥門切換的時(shí)間段內(nèi),RTO進(jìn)氣倉內(nèi),出蓄熱體的氣體溫度剛開始是接近爐膛溫度,隨著時(shí)間的推進(jìn),溫度會(huì)越來越低,到切換的時(shí)間時(shí)達(dá)到溫度低點(diǎn)。而RTO出氣倉中的溫度,出蓄熱體的氣體溫度隨著時(shí)間推移會(huì)越來越高。蓄熱體的平均熱效率(包括預(yù)熱過程的熱效率以及蓄熱過程的熱回收效率)與RTO切換閥的切換周期間隔息息相關(guān),設(shè)想當(dāng)時(shí)間足夠長,進(jìn)蓄熱體的溫度等于出蓄熱體的溫度,則熱效率即變?yōu)榱懔恕?/div>
從角度進(jìn)行分析蓄熱體的這種溫度波動(dòng)現(xiàn)象,當(dāng)爐膛中的高溫氣體通過陶瓷蓄熱體時(shí),氣體中的熱量通過對(duì)流換熱,積蓄在蓄熱材料中,氣體溫度降低,蓄熱體溫度升高,此為熱量回收過程,儲(chǔ)能完畢后RTO切換閥門,此蓄熱體進(jìn)入溫度較低的氣體,氣體在蓄熱體中通過對(duì)流換熱,把儲(chǔ)在其中的熱量換到較冷的氣體中,盡可能的達(dá)到爐膛的溫度,如此可大減少爐膛內(nèi)的直接加熱,可以降低RTO燃燒器的功率,達(dá)到節(jié)能的目的??梢园l(fā)現(xiàn),若想提高換熱的效率,一種有效的方法即提高換熱面積,如此提高蓄熱體的比表面積成為一個(gè)非常有效果的途徑。
從一代蓄熱體鵝卵石,到后面的矩鞍環(huán),再到現(xiàn)在的規(guī)整填料,都是提高比表面積,同時(shí)也降低壓降。比表面積并不是越大越好,也需要考慮氣流壓降的因素,需要有實(shí)際的工程運(yùn)用價(jià)值,規(guī)整蜂窩陶瓷蓄熱體的氣孔尺寸根據(jù)幾十年的實(shí)際工程運(yùn)用經(jīng)驗(yàn),形成了常規(guī)的50cpsi(每平方英寸上的孔數(shù))規(guī)格,目前較為常規(guī)的單塊蓄熱體尺寸為150*150*150mm或者150*150*300mm的正方體或長方體型。在150邊長上開有40個(gè)左右小孔,氣流壓降控制在1500pa/米左右,若將孔數(shù)擴(kuò)大到400cpsi,150邊長上有120個(gè)孔,比表面積增加了2.5倍左右,但蓄熱體的壓降則到8000pa/米以上(此處壓降對(duì)比都在相同的標(biāo)況面風(fēng)速1.2Nm/s條件下進(jìn)行的),工程上缺少實(shí)際運(yùn)用的可能性。運(yùn)用較為成熟,高,效果好的,經(jīng)過多年實(shí)踐,普遍為150mm邊長有40個(gè)孔的蓄熱體,兼顧了經(jīng)濟(jì)型,成品率,效果等多個(gè)方面。
關(guān)于高工作溫度,由于其Al2O3的含量較低,其產(chǎn)品其實(shí)達(dá)不到宣傳的高工作溫度,藍(lán)太克公司會(huì)特別告知蓄熱體正常運(yùn)行溫度不要超過950℃。
蜂窩陶瓷蓄熱體從開發(fā)出來即面臨堵孔的問題,藍(lán)太克公司開發(fā)的一款賽格蒙分層式蓄熱體可以較好的解決部分堵孔的問題,工程實(shí)踐中具有非常好的效果。運(yùn)用多的為SHC-40規(guī)格,成為RTO蓄熱體的主流產(chǎn)品。其它規(guī)整蓄熱體也以40孔為主要的RTO用蓄熱體。
在陸震維編撰的《廢氣凈化技術(shù)》一書中,引用了德國人H.Hausen所做的數(shù)學(xué)模型,將蓄熱體的傳熱計(jì)算,轉(zhuǎn)換成換熱器的模型進(jìn)行計(jì)算。其前提假定原理是一股氣體,在冷周期中吸收的熱量,與另一股氣體,在熱周期中釋放的熱量相等。當(dāng)無限的經(jīng)常切換的限情況下,則熱效率與相同大小的間壁式換熱器一樣,當(dāng)切換時(shí)間越長,熱效率則也越低。
目前對(duì)RTO的熱效率大多是按換熱器的溫度效率來計(jì)算。蓄熱體需用的量的計(jì)算過程如下:
a.根據(jù)蓄熱體的規(guī)格參數(shù),計(jì)算出比較面積m2/m3;b.設(shè)定所需要的熱效率,比如95%;c.設(shè)定爐膛溫度,如780℃;d.設(shè)定廢氣溫度,如25℃;e.設(shè)定廢氣風(fēng)量,設(shè)置進(jìn)入蓄熱式的風(fēng)速;
f.根據(jù)熱效率公式,可得到出蓄熱式的溫度to;g.根據(jù)對(duì)流換熱系數(shù)公式,計(jì)算出換熱系數(shù)α;h.分別計(jì)算廢氣進(jìn)出蓄熱體以及煙氣進(jìn)出蓄熱體的換熱系數(shù),并且考慮爐膛內(nèi)熱輻射影響的換熱系數(shù),參考《傳熱學(xué)》,參考
王秉銓編撰《工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)》中,對(duì)流換熱器的的綜合換熱系數(shù)的計(jì)算公式。i.計(jì)算周期內(nèi)蓄熱體吸熱的熱量,及放熱的熱量,即進(jìn)出蓄熱體的氣體的溫差的,選取數(shù)值高的Q。
j.根據(jù)蓄熱體的比
表面積,可得出蓄熱體體積,參照蓄熱體的單塊尺寸,根據(jù)設(shè)計(jì)的廢氣進(jìn)蓄熱體的風(fēng)速,可計(jì)算出,蓄熱體的迎風(fēng)面面積,則可得出蓄熱體的堆高度。此處需要注意的是,通過公式計(jì)算出的換熱面積
A,包含了冷卻面積和加熱面積兩部分,所以計(jì)算蓄熱體用量時(shí),只需要一半即可。因?yàn)樾顭狍w蓄熱和放熱分別在2個(gè)室體內(nèi)進(jìn)行。k.關(guān)于陶瓷蓄熱體對(duì)層的流體壓損,參考陸震維的《廢氣的凈化技術(shù)》一書,有詳細(xì)的計(jì)算過程,這里不做過多闡