焙烧炉烟气换热器的设计方案Word格式.docx
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800Pa
5、附属设备:
保温水箱,循环水泵,补水箱,控制系统等
一、基本概况
焙烧炉采用天然气作燃料,烟气中含有的沥青2700~3500mg/Nm3,粉尘300mg/Nm3,二氧化硫80~400mg/Nm3,要求烟气温度由140~160℃降低到90~100℃。
并要求采用换热器将烟气中的热量回收,用来产生洗澡的热水及冬天采暖用热水
二、换热器设计
1、换热器结构形式确定
因沥青烟气降温后会成液态,并且会粘附在换热面上,如果粘附在换热面上的液态沥青不流动,就会附着在换热面上,从而就会使热器失效,因此如何很好的保持液态沥青在换热面上的流动性,成为该换热器能否正常使用的关键。
有碳素厂在采用干法工艺(电捕尘法)进行沥青烟气治理合格后,发表作过《碳素厂沥青烟气治理系统设计》的论文。
现摘取部分论述如下:
附:
沁阳黄河碳素厂所用沥青原料为山东、湖北等地产的中温煤沥青,软化点为60℃,闪点为197℃,烯点温度为218℃。
沥青烟气的特点是易粘附,在一定温度之上易燃爆。
在沥青烟气的收集、输送及消烟过程中,极易粘着管道及设备表面形成液态至固态沥青。
固结后的沥青很难清除掉,往往造成管道堵塞、设备破坏,使系统无法正常运行。
从表4数据可以看出粉尘对混合物流动性的影响,当含煤尘比例小于16.6%时,混合物缓慢流动温度为80℃。
沁阳黄河碳索厂沥青烟尘中的含尘比例为18.2%,经试验其混合物缓慢流动的温度为85℃。
参考上述论述,本换热器设计中烟气沥青2700mg,粉尘300mg,含灰比例10%,沥青的缓慢流动温度在78~80℃。
因些与烟气接触的换热器壁面温度如能保持在78~80℃便可使凝集的沥青流动,保证换热器的热热能力。
本换热器采用一种夹套式换热结构来实现将烟气中的热量回收,产生洗澡及采暖用的热水,其结构如下图:
说
明:
烟气经过夹套水箱的外壁,将热量传给夹套里的水,使夹套里的水升温到80℃以上;
在夹套水箱里内置了一组换热器,通过循环泵将保温水箱的水送至换热器内加热,将夹套水箱里内水的热量交换出来,从而保证夹套水箱内的水温在80℃左右;
加热的水送至保温水箱,用于洗澡或采暖。
具体应用时,循环水泵通过夹套里的水温加上变频器来控制,当夹套水箱内的水温升高较快时(如果热量来不及交换出去,夹套水箱内的水就会沸腾),循环水泵运行加快,从而最大限度的回收烟气中的热量,使夹套水箱内的水温基本为80℃。
也使得结经过换热器的烟气在90~100℃变化。
如循环加热的水温超过了70度及以上,那么夹套水箱内的水温便会升高直至沸腾。
夹套水箱的出水口便会冒蒸汽,进水口便会进行补水。
造成的后果是烟气经过换热器后,温度会达120℃以上。
如果夹套壁面结沥青过多,也可拆取烟道上的盖板,人工进行清理粘附的沥青。
2、夹套水箱换热面积的计算
(1)烟气可回收的总热量
烟气从160℃降低到100℃,烟气放出的热量可由下式来计算;
Q=CM△T
式中C,烟气的平均比热,取0.24KCal/(Kg·
℃)
M,烟气质量:
35000×
1.295=45325Kg/h
△T:
温差
160-100=60
代入上式得:
Q=676822KCal/h,回收热量90%可以利用,故
Q有效=609140KCal/h≈0.7MW
(2)烟气侧换热系数
计算
从原理图可看出,该换热器烟气侧属于“烟气纵掠平板”的换热,水侧属于“有限空间内垂直平壁夹层”的换热,参考《简明传热手册》(高等教育出版社1983年10月第一版),第170页表3-13,193页图3-13,194页表3-22相对应的计算公式,进行计算如下:
参照标准烟气的物性参数,烟气物性参数如下:
定性温度(160+100)/2=130℃,运动粘度ν=24.8×
10-6m2/s,
烟气比热λ=3.4×
10-2W/(m·
s),普朗特数Pr=0.68,换热板长l=1.5m,迎面风速u∞=8m/s。
该换热模式属于纵掠平板,恒定壁温(夹套水温80度),根据表3-13公式:
将各参数代入上述各式,求得烟气侧的平均换热系数
=26W/(m2·
(3)水侧换热系数λe
水侧属于有限空间自然对流换热,故按照参考《简明传热手册》194页表3-22相对应的计算公式来进行λe的计算
水的物性参数:
定性温度80℃,运动粘度ν=0.365×
比热λ=67.4×
s),普朗特数Pr=2.21
葛拉晓夫准则数:
(
=130-80=50)
式中:
β体积膨胀系数:
K-1
6.32×
10-4
δ夹套厚0.06m
λ水的导热系数67.4×
ν水的运动粘度0.365×
10-6m2/s
g
重力加速度9.8m/s2
因将数值代入公式,可求得Gr·
Pr=1.1×
109,参照表3-22中
计算得λe=3209W/(m·
(4)夹套壁的总换热系数K
平壁的传热热阻由下式表示
K
总传热系数W/(m2·
A,Aw表面积,此处A=Aw
α1烟气侧换热系数
rF1
烟气侧污垢系数,0.001(m2·
℃)/W
δ
夹套壁厚0.002m
λ
夹套材料导热系数,夹套采用316L材料,14.3W/(m·
rF2
水侧污垢系数,0.0004(m2·
℃)/W(硬度不高的自来水)
Α2水侧换热系数λe=3209W/(m·
代入计算得:
K=24.8W/(m2·
(5)夹套水箱壁总面积A1
由Q=KA△T求出
Q=0.7MW
℃)
△T=130-80=50
A=564.5m2
考虑沥青的污垢系数没有实验数据,比所参考的燃料油污垢系数大及温度效率,取A=706m2。
3、夹套水箱内换热器管束的换热面积计算
(1)夹套水箱内换热器管束外侧传热系数K1
夹套水箱内换热器管束外侧属于有限空间自然对流换热,故按照参考《简明传热手册》194页表3-22相对应的计算公式来进行λe的计算所得。
其值参考上述计算得K1=λe=3209W/(m·
(2)换热器管束侧的传热系数K2
换热管束内属于管内强制对流换热,其传热系数按参考《简明传热手册》166页续表3-12紊流,流体加热相对应的计算公式来,计算公式如下:
管内水(定性温度60℃)的物性参数如下:
水的导热系数:
65.9×
ν
水的运动粘度:
0.365×
Pr
水的普朗特数:
2.98
D
传热管的当量直径:
0.025m
将上述数值代入上述公式,可得出K2=5585W/(m2·
℃)
(3)夹套水箱换热管束的总换热系数K
夹套水箱换热管束是采用φ32×
3,l=0.8m的无缝管作换热单元,按圆筒壁来计算总传热系数,公式如下:
式中:
l=0.8m
ri=0.0105m
k2=5585W/(m2·
rF1=0.0004(m2·
℃)/W
ro=0.0125m
λ=56.7W/(m·
rF1=0.0004(m2·
K1=3209W/(m·
代入得:
K=840
W/℃
(4)换热管束的总面积A2
K=840W/(m2·
△T=80-60=20(采暖时70℃送出,50℃回水)
代入求得A2=41.7m2,,取富裕量20%,取A2=52.2m2。
三、外形尺寸
并换热器由四个单元组合而成,组合后尺寸为2690×
1700×
6000。
每个单元的尺寸如下图:
附图
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