玻璃窯尾煙氣熱管換熱器的設計

廖闊 李步廣 顧智窗 孫建華 付葆榮

摘要：玻璃窯是高耗能、低能效的生產(chǎn)行業(yè)，雖然目前有些玻璃窯配備了余熱鍋爐用來進行余熱回收，但排煙溫度還是較高，存在著余熱利用不充分的現(xiàn)象。本文為某玻璃窯尾煙氣設計了一臺熱管換熱器，可以充分利用余熱資源，解決腐蝕和堵、積灰等問題，也給相同工況余熱利用提供了參考。

關鍵詞：熱管;迎風面寬度;透過系數(shù);翅化比;翅化效率;凈自由容積;當量直徑

引言

節(jié)能減排是國家“十二五”計劃的關鍵任務，是可持續(xù)發(fā)展的重頭戲。作為高耗能、低能效大戶的玻璃生產(chǎn)企業(yè)，一直以來是節(jié)能改造的重點對象。比較普遍的做法是對窯爐產(chǎn)生的煙氣進行余熱回收，在窯爐尾配備換熱器將500℃的煙氣進行余熱回收，產(chǎn)生一定壓力、溫度的蒸汽，用于發(fā)電、生產(chǎn)或生活使用，從而提高能源的利用效率。

本文擬針對某小型玻璃窯余熱鍋爐利用后50000Nm3/h、300℃的煙氣采用熱管換熱器進行余熱二次利用，來提高玻璃窯進氣溫度。

1.熱管換熱器計算方法及步驟1.1?熱管換熱器的計算方法

熱管換熱器是由若干獨立傳熱的熱管按一定的排列方式所組成，目前均采用重力式熱管作傳熱元件。換熱器設計計算的主要任務在于求取總傳熱系數(shù)U，然后根據(jù)平均溫差ΔT及熱負荷Q求得總傳熱面積A，從而定出管子根數(shù)N。

熱管氣-氣換熱器傳熱計算的熱平衡方程為：

2.熱管換熱器的設計計算

2.1?確定基本條件參數(shù)

熱源條件為50000Nm3/h、300℃的煙氣，經(jīng)過換熱器后出口溫度200℃，空氣進口溫度20℃、流量49500Nm3/h。采用熱管長2.5m，外徑25mm、內(nèi)徑20mm，熱管橫縱向間距分別為65mm和90mm，翅片高12.5mm、厚1mm、間隙6mm。

2.2?工藝計算

2.2.1計算總傳熱量Q

煙氣的定性溫度為：（式6）

根據(jù)假定情況下的定性溫度確定空氣的熱物理參數(shù)，計算空氣側(cè)的熱量。再根據(jù)計算的與總傳熱量Q進行比較，通過調(diào)整假定的出口溫度逐步逼近準確值。設迭代精度及步長分別為0.5和0.1，最終得到為125.5℃，定性溫度為72.75℃。

2.2.3確定迎風面寬度B和熱管列數(shù)n

（式20）

2.2.10計算自由容積NFV和當量直徑D

（式21）

（式22）

設計完成換熱器的結構形式如圖1所示。

圖1?熱管換熱器結構

3.結論

本文將熱管換熱器應用到玻璃窯煙氣余熱利用領域，有以下幾個優(yōu)點：

換熱器中冷熱流體完全隔開，單根熱管的破損不會影響整個換熱器的使用;冷熱流體分開流動，易實現(xiàn)純逆流換熱，由于傳熱均在管外進行，管外的換熱系數(shù)高于管內(nèi)，更適用于低品位熱源的回收;對于含塵量較大的煙氣，可以通過簡單的結構調(diào)整解決磨損和堵灰問題;熱管在冷熱兩側(cè)的溫差小，壁溫比常規(guī)管殼式換熱器高，相同工況下更易避免露點腐蝕問題;

本文的設計給氣-氣余熱利用熱管換熱器的設計提供了參考。

參考文獻：

[1]李寶江.利用熱管蒸發(fā)器（余熱鍋爐）回收玻璃熔窯煙道廢氣余熱現(xiàn)狀[J].玻璃與搪瓷.2013（1）：12-18.

[2]胡帆，史慶璽等.玻璃窯余熱利用關鍵技術問題的探討[J].動力工程學報.2011（5）：381-386.