板翅式換熱器在燃油燃?xì)忮仩t余熱回收中的應(yīng)用研究

中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院 范慶輝 王 建

1.燃油燃?xì)忮仩t及余熱的概述

1.1 燃油燃?xì)忮仩t：是指被我們叫做燃油燃?xì)忮仩t的就是既可以燃油有可以燃?xì)獾腻仩t。[1]燃油燃?xì)忮仩t和燃煤鍋爐的不同之處在于燃油燃?xì)忮仩t采用的是火室燃燒，因?yàn)樗鼪]有燃料灰渣，所以它不需要使用爐排設(shè)施。燃油燃?xì)忮仩t采用的是自動化的燃燒和控制系統(tǒng)，因?yàn)樗哂幸欢ǖ奈ｋU性，如果噴入鍋爐內(nèi)的油氣和空氣在一定的范圍內(nèi)混合或者是熄滅，就會引起爆炸。

1.2 燃油燃?xì)忮仩t的種類：燃油燃?xì)忮仩t大致可以分為燃油燃?xì)鉄崴仩t、燃油燃?xì)忾_水鍋爐、燃油燃?xì)庹羝仩t。

1.3 燃油鍋爐的燃燒的特點(diǎn)：[2]油是屬于液體燃料，而且它的燃燒總是在氣態(tài)下進(jìn)行，就是因?yàn)樗姆悬c(diǎn)低于著火點(diǎn)，因?yàn)橛蜌夂椭車目諝庖嘤觯拍苄纬苫鹧妫运眠M(jìn)行氣化，進(jìn)行氣化的過程就是燃油經(jīng)霧化后的油粒噴進(jìn)爐膛以后，被爐內(nèi)高溫加熱，它就能進(jìn)行氣化了。燃燒的快慢決定于油粒的大小，油粒直徑越小燃燒的就越快，那是因?yàn)槿紵a(chǎn)生的熱量有一部分傳給了噴進(jìn)鍋爐的油粒，要想油粒燃盡只有使油粒不斷地氣化和燃燒，增大空氣與油粒的相對速度、合理的配風(fēng)或是提高燃油的霧化質(zhì)量，從而減小油粒的直徑大小，也就強(qiáng)化了油的燃燒。

1.4 燃?xì)忮仩t的燃燒特點(diǎn)：相對于燃油來說，燃?xì)饩秃唵瘟撕芏啵驗(yàn)槿細(xì)獾陌l(fā)熱量高、對于空氣的用量大，所以要使燃?xì)獬浞值娜紵托枰罅康目諝馀c燃?xì)饣旌稀Ｓ忠驗(yàn)槿細(xì)夤?jié)省了燃油所需要的霧化過程和氣化過程，所以我個人認(rèn)為燃?xì)獗热加鸵怯玫亩唷?/p>

總的來說，燃油燃?xì)忮仩t的結(jié)構(gòu)比較緊湊，大中型的鍋爐可以組裝出廠，小型的鍋爐的本體的通風(fēng)、給水、控制和輔助設(shè)備都在一個底盤上，所以燃油燃?xì)忮仩t比較實(shí)用。

1.5 余熱的概述余：熱是指受技術(shù)、理念、歷史等因素的局限性，在已投運(yùn)的工業(yè)企業(yè)耗能裝置中，原始設(shè)計未被合理利用的顯熱和潛熱。

2.板翅式換熱器

2.1 板翅式換熱器的優(yōu)點(diǎn)

作為新興的換熱器，板翅式換熱器具有傳統(tǒng)換熱器所沒有的特點(diǎn)：[3]

2.1.1 制造工藝的過程復(fù)雜且要求嚴(yán)格。

2.1.2 緊湊，它的比表面積可達(dá)到1000m2/m3是由于板翅式換熱器具有擴(kuò)展的二次表面。

2.1.3 輕巧，現(xiàn)在鋼制，銅制，復(fù)合材料等也已經(jīng)批量生產(chǎn)，以前就因?yàn)榫o湊而且多用鋁合金制造。

2.1.4 適應(yīng)性強(qiáng)，板翅式換熱器可以適用于各種流體之間的換熱以及發(fā)生集態(tài)變化的相變換熱，而且板翅式換熱器適用于不同的換熱工況。

翅式換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效率高等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于空分、石油化工、航空航天等領(lǐng)域。引起該類換熱器性能下降的主要因素為物流分配的不均勻、縱向?qū)嵋约皽囟葓龅姆植疾痪鶆颍咧形锪鞣峙洳痪鶆蛐缘挠绊懯亲钪匾摹?/p>

2.2 板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)

板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)(圖1、圖2、圖3)形式有很多，但其基本結(jié)構(gòu)單元都相同，即在兩塊平行的薄金屬板(平隔板)之間，加入金屬翅片，兩邊以封條密封，組成一個單元體。將各單元體進(jìn)行不同的疊積和適當(dāng)?shù)呐帕校儆免F焊給予固定，即可得到常用的逆流、并流和錯流的板翅式換熱器的組裝件。翅片基本形式：帶孔型、人字型、鋸齒型、平直型、百葉窗型。翅片是換熱器的基本的零部件，是完成熱傳輸?shù)囊揽俊榱藵M足熱傳輸?shù)母鞣N各樣的要求，我們根據(jù)不同的產(chǎn)品選用不同的翅片形式。翅高：2.5-15.7mm，翅距：1.4-5.2mm，翅厚：0.2-0.6mm。

2.3 板翅式換熱器的常見的翅片的類型

板翅式換熱器的常見的翅片的類型通常有5種，平直形、鋸齒形、波紋形、多孔形、百葉窗形。

3.板翅式換熱器的余熱回收實(shí)驗(yàn)

板翅式換熱器由于結(jié)構(gòu)緊湊，換熱能力強(qiáng)，能夠提高能源利用的效率，降低運(yùn)行成本，而且能使設(shè)備小型化，廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)部門中，是生產(chǎn)與生活中不可缺少的重要熱利用設(shè)備。

3.1 定向

板翅式換熱器余熱回收實(shí)驗(yàn)如圖4、圖5，以一臺小型臥式燃油鍋爐(WNS1-1.0-Y)為例，將板翅式換熱器作為其余熱回收裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。板翅式換熱器外形尺寸為464mm(長)×442mm×182mm(高)，重量為60kg，煙氣側(cè)換熱面積為14m，軟水側(cè)4。在圖中，T1是軟水進(jìn)口溫度測點(diǎn)，T2是軟水出口溫度測點(diǎn)，T3是煙氣進(jìn)口溫度測點(diǎn)，T4是煙氣出口溫度測點(diǎn)。其中T1、T2采用Pt100鉑熱電阻溫度傳感器，精確到0.1℃；T3、T4采用鎳鉻—康銅熱電偶。應(yīng)用testo360便攜式排放物測[4]。

圖1 板翅式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 芯體結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 板翅式換熱器芯體單通道結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 鍋爐煙氣余熱回收系統(tǒng)圖

圖5 余熱回收實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖

燃油鍋爐若完全燃燒，排放的煙氣中含有SO2、CO2、N2和H2O。若不完全燃燒，還含有CO、CH4。煙氣經(jīng)過板翅式換熱器后，SO2含量僅有427.1mg/Nm3，小于GWPB 3－1999《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ時段二類區(qū)排放要求的1200mg/Nm3。煙氣中不含CO，說明燃料油完全燃燒。

3.2 結(jié)論

板翅式換熱器的發(fā)展趨勢是：提高翅片精度和釬焊質(zhì)量，增加品種和規(guī)格，加強(qiáng)對翅片性能、多股流和有相變工況下的傳熱機(jī)理研究等。

3.2.1 工程造價

余熱回收裝置為約為9200元，煙氣凈化壁載催化劑約為1800元，總計約為11000元。

3.2.2 運(yùn)用費(fèi)用

全年運(yùn)行十個月7200個小時，電價0.85元／Kwh，設(shè)備的總功率0.7KW，所以每年的耗電費(fèi)用為4200元。

3.2.3 節(jié)約費(fèi)用

余熱回收進(jìn)水溫度從23度提高到68度，蒸汽產(chǎn)量從1800斤增加到1833.2斤，增加了33.2斤，在相同的耗油情況下，總的產(chǎn)氣量增加了百分之1.84，節(jié)約柴油量為2.76斤每小時。若柴油價格為7.2元每升，則全年節(jié)約柴油費(fèi)用為85200元。實(shí)驗(yàn)研究了錯排孔板型結(jié)構(gòu)封頭對板翅式換熱器出口溫度分布與換熱性能的影響，并與工業(yè)用基本型封頭進(jìn)行了對比。結(jié)果表明：基本封頭由于物流分配不均勻的影響，其出口截面溫度和阻力分布極不均勻。而孔板封頭結(jié)構(gòu)能夠明顯地提高換熱器出口截面溫度和阻力分布的均勻性。[5]實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，新式的板翅式換熱器是一種高效的、緊湊的煙氣余熱回收換熱器。燃油鍋爐排放的煙氣污染源含量得到了有效控制；在第一個使用周期內(nèi)余熱回收所節(jié)約的油費(fèi)可以補(bǔ)償初期投資，在第二個使用周期裝置就有純利潤。若推廣到相關(guān)行業(yè)的燃油燃?xì)忮仩t余熱回收系統(tǒng)中，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保貢獻(xiàn)，具有良好的推廣應(yīng)用價值。

4.環(huán)境保護(hù)

環(huán)境保護(hù)具有一定的重要性，如果我們不重視環(huán)境的保護(hù)那么危害就太多太多了，例如：森林破壞、沙漠化、溫室效應(yīng)、酸雨、臭氧層破壞和大氣污染。

近年來，我國發(fā)生的特大水災(zāi)旱災(zāi)就是因?yàn)槿驓夂蜃兣苯佑绊懙搅巳藗兊纳詈蜕a(chǎn)。

大氣污染不僅僅是對人類有害，對于植物也是一樣的，就如最近幾年我們國家下酸雨的次數(shù)增多了，酸雨的形成主要是由于大氣中的污染物二氧化硫過多，，所以，接近地面空氣的溫度比四周郊區(qū)要高好多。這就是被人們稱作的"熱島效應(yīng)"。也減少了了太陽照射地面的輻射量，長此以往，沒有足夠的太陽輻射量，就會導(dǎo)致人和植物因缺乏陽光而生長發(fā)育不好。最重要的是造成的“溫室效應(yīng)”，“溫室效應(yīng)”是因?yàn)榇髿庵卸趸嫉暮砍啵绻髿庵械亩趸嫉暮堪凑宅F(xiàn)在的速度增加下去的話，那么在若干年后南極和北極的冰就會融化，導(dǎo)致全球的氣候變得異常。節(jié)約能源對于現(xiàn)在的環(huán)境來說就是在保護(hù)它，保護(hù)我們生存的環(huán)境，也就是保護(hù)了我們?nèi)祟愖约汉臀覀兩畹牡厍颉?/p>

板翅式換熱器做到了節(jié)約能源，而節(jié)約能源就是在間接地保護(hù)環(huán)境，保護(hù)我們的地球，保護(hù)我們賴以生存的家園，我們應(yīng)該支持這樣的產(chǎn)品。

[1]趙欽新,惠世恩.燃油燃?xì)忮仩t[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2000.

[2]俞珠峰,周然,呂欣.18個城市工業(yè)鍋爐控制污染措施評價(上)[J].節(jié)能與環(huán)保,2004(09).

[3]王彥峰,顧兆林,馮霄,郁永章.熱管換熱器在制備裂化催化劑工藝流程中的應(yīng)用研究[J].節(jié)能,1999(05).

[4]張世紅,董慶珊,段之殷,周琦.催化燃燒技術(shù)在鍋爐中的應(yīng)用研究[J].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報,2006(3).

[5]黃超進(jìn).板翅式換熱器物流分配特性研究[D].上海交通大學(xué),2010.