三流体分离型热管换热器性能分析及应用

来源：发布时间：2014-07-12 11:45:33点击率：

在九十年代初期,宝钢4036m3高炉的热风炉是当时我国大的热风炉,产生的烟气余热要同时用来预热空气和煤气。当时已有的其它三流体换热器都不能适应其要求。分离型热管换热器有如下特点[1-2]:

1)可方便地实现换热流体顺、逆流混合布置。2)能适应换热器装置大型化。3)可靠地将热、冷流体完全隔离。4)组成换热器各排热管的传热面积可以不同。5)能方便实现多种流体远距离换热。

这些特点正好能满足钢厂大型热风炉余热回收的要求。因此,出现了一种新型换热器———三流体分离型热管换热器。这种换热器可在空气或煤气不能流经换热器时保障热管工作温度或压力不会升得太高。在过去几十年间,对各种换热器的性能有大量的研究[3-8]。不同换热器有不同的传热性能和传热有效度的表达形式。文献[9]对2种流体换热的热管换热器的传热性能进行了研究。文献[10-12]得到了三流体板翅式和管壳式换热器的传热分析结果。这类换热器与三流体分离型热管换热器在构造和换热原理上都不同。前者分析模型和研究结果不适合文中的研究对象。文献[13]得到了三流体分离型热管换热器各排热管换热面积相同,一种热流体、2种冷流体分别在顺流和逆流时的温度传递矩阵方程。但它是在假设组成换热器的每个热管排的几何参数相同的条件下完成的。实际工程中,为了调节热管的工作温度和压力,比如为了防止露点腐蚀、积灰等问题,组成换热器的每个热管排的几何参数(如肋间距)可能是不相同的,也就是说换热器各排间的换热面积是不同的。这样可以调节壁面温度,避免水或酸结露,减少换热器表面的积灰和腐蚀。因此,需要研究各排间换热面积不同的换热器的传热性能和设计方法。另外,到目前为止,这种新出现的三流体分离型热管换热器的传热有效度也还未见报道。

在实际运行中,流体的进口温度和流量等工况也随时发生变化。所以需要详细了解这类换热器在变工况时的传热性能。笔者以顺流和逆流布置的三流体分离型热管换热器为研究对象,分别建立传热分析模型,考虑2种换热器中各排热管换热面积会存在相同和不同的状况,分别得到相应的温度传递矩阵,进而利用温度传递矩阵得出传热有效度和不同工况参数的关系式,结合实例进行验证。

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