盘管式有机热载体加热炉提高热效率的结构探讨

枷塑抛一　妒，　勃　ｃ，ｆ昂　３２业锅炉　１　９９６年第３期（　第４７期）　＼／　盘管式有机热载体加热炉提高　热效率的结构探讨　２　ｚ７　里蠢一　（江西万安锅炉厂）　１＿前言　有机热载体加热炉，它采用具有单相介质出Ｉ＝１温度高的导热油作为载热体，具有压力低、　出口温度高等优点，在工业上的应用日益受到重视，并在各用热工业部门及民用供暖迅速得到　推广应用。但是，目前国内正在使用和正在生产的立式盘管热载体加热炉（２．８ＭＷ以下更明　显），普遍存在排烟温度过高，热效率较低，其结构见图１。　璁　向　ｌ　６　夸凰　囤ｚ政进结构加热炉　圉１原结构　Ⅱ热炉　１．烟气出口２保温砖　１．烟气出口２．内圈３导流片　４玲风入口＜切向】　５．肋片６热风　】出管　这种立式盘管炉，因为对流回程相对较短，排烟温度一般都在３８０－ｃ左右，由于排烟温度　过高，除了排烟热损太大外，引风机的使用寿命也大大降低。（虽然有些用户在引风机前部分烟　管上加了一个冷却水箱来降温，但送到用热设备的热能还是少了。）　以０．９３ＭＷ的立式盘管炉型为例，其每小时排烟量约在４８００ｍ　／ｈ左右，按正常工业锅炉　排烟温度２３０℃计算，排烟损失约１　３３ｋｗ，折合Ⅱ类烟煤２５．５ｋｇ／ｈ。　可见，立式盘管有机热载体炉的热效率有待提高　２．设计构思　针对上述问题，我们对原有炉型（见图１）的结构进行了改进设计。　首先．我们设想，增加外壁盘管或增加主体高度（即增加对流受热面积）来解决上述问题。　但是，在排烟温度３００￣４００℃时，温度降低１Ｏ０ｃ，受热面积要增加三分之一以上　。如果以增　１９９６年第３期（总第４７期）　工业锅炉　４ｌ　加对流受热面积来降低排熠温度，则炉子的钢耗会大增加，成本将提高很多，方案不可取；第二　种设想是在烟气出口处增设空气预热器。此方案在有些热载体加热炉制造厂（如常州能源设备　总厂）已经采用。但要使排烟温度降到２３０℃以下，经计算，受热面积要近２０ｍ　，耗钢６５０ｋｇ左　右，我们认为还不是最佳方案。　经过反复构思及方案比较，我们对原来的直式盘管机热载体加热炉在结构上进行了如下　改进设计（见图２）。　（１）在原结构主体上去掉外保温砖，增加一段热风引出管。　（２）在原结构去掉保温砖后，内圈板上增加焊接螺旋肋片和导流圈。并将内圈板厚度由　６ｍｍ改为５ｍｍ　（３）冷空气从炉体上方向下作螺旋流动（主流）和直流（与主流交叉湍动）加热，风　速为９．５ｍ／ｓ。　通过上述改进设计后，该炉的热效率提高了６．５　。　３．结构评价　根据上述改进结构，我们可以校核计算空气的吸热量：　（１）烟气特性：（由结构尺寸和热力计算得出）　外层（第三回程）烟气流速８．２ｍ／ｓ。　烟气流动雷诺数Ｒｅ　一５６４０　努谢尔特数Ｎｕ　一２０　烟气换热系数　＝Ｎｕ・＾／Ｄ　一１８．７（Ｗ／ｍ　・Ｋ）　（２）空气特性（由结构尺寸得出）　空气流速（设定）Ｖ－－９．５ｍ／ｓ　空气流动雷诺数Ｒ“一！　—　型一９０７３５　ｒ　努谢尔特数Ｎｕ　－－０．０２７Ｒｅ＃　・Ｐ；“（　）““一２００．３　ｕ　空气换热系数　＝Ｎｕ　・　／Ｄ　一２９．１（ｗ／ｍ。・Ｋ）　内圈板及有效肋片换热面积Ａｍ２１．５ｍ　（３）综合传热系数ｋ’　ｋ－－ｉ／（　＋　一　）　Ｉ　＾　口２　（　一　＋　）－－ＩＩ．４（Ｗ／ｍ　Ｋ）　弯管效应校正系数Ｃ　一Ｉ＋Ｉ．７７等一１．１６　ｋ’一Ｃ　・Ｋ：＝１．１６×１１．４一ＩＳ．２（Ｗ／ｍ　・Ｋ）　（４）平均温差出　计算　入口温差　ｆ　一２３０℃　２Ｏ℃一２１０℃　出口温差△ｆ　一４５９℃一６５℃一３８５℃　△　一（　Ｌ△ｆ２）／　（２１０—３８５）／Ｉ”　２１０一—２８９℃　（５）每小时空气吸热量Ｑ　４２　工业锅炉　１　９９６年第３期（总第４７期）　Ｑ’－－ｋ’ＡＡｔ　一１３．２×２１．５×２８９—８２０］８（Ｗ／ｈ）　外表散热损失及其它５　一４１００．９Ｗ／ｈ　实际每小时进入炉膛热量Ｑ　Ｑ《一８２０１８　４１００．９＝７７９１７．１（Ｗ／ｈ）一６７１　６９．９ｋｃａｌ／ｈ　（６）空气进入炉膛热量增值　∞一Ｑ　１２３４４．５（２０℃时空气原热焓值）　一６７１　６９．９　１２３４４．５；５４８２５．４（ｋｃａｌ／ｈ）　（７）热量增值与额定供热之比　一　８５％　由上计算可知采用改进结构（图２）设计后在基本不增加钢耗的条件下排烟温度可大大下　降　同时可提高热效率６．８　上。除此之外，还可　节约保温砖（珍珠岩粉砖）２．２６ｍ。，折合＾　民币４６０元／台．更重要的是可为用户每年节约燃煤近４Ｏ吨。　此娄炉型的改进如用在目前正在运行的导热油炉的改造上，其改造费用也很低，但效益则　很显著　参考资料　ｌ　啥工大热能工程教研究　小型锅炉设计与改装．１９８７　（收稿年月：１９９６年１月）　（上接第ｌ６页）　（二）区渗透，促使流动顺时针流动和充分受热，温度分布趋于理想．隔板作用明显。　分析其传热机理，为强化逆流传热效应　初进入锅炉的冷水在隔板及密度差的作用下，向　下流动，既增加了流动长度和面积．又使平均温差增大，从而增加了整体传热系数，传热效率提　高．达到余热利用的目的　６．结论与建议　由数　计算的结果可以看出新型结构与现有结构相比，具有　下优点：　（１、睛　在二维流动的计算中表现出理想的效果．由于锅炉内水的循环得到改善，从而防　止锅炉结垢．延长了锅炉使用期；　（２）带隔板锅炉强化了逆流传热效应．提高了传热效率，减少了排烟损失，从而节省了燃　料；　（３）　型结构只需对原有的锅炉进行改造，方法简易，制造成本低：　（４）建议改进轴向流动方式，尽量是平面进水、平面出水，以使接近二维流动的方式　另外　采用有效的结构，使整体锅炉流动达到理想的轴向旋转流效果。　参　考　文　献　ｌ张永照，陈听宽，黄样新等编．工业锅炉．北京：机械工业出版社，１９９３．　２冯倥凯，沈幼庭主编．锅炉原理及计算．北京：科学出版社，１９９２．　ｓ陶文铨．数值传热学．西安：西安交通大学出版社　１９８６　（收稿年月：１９９５年５月）