劉國(guó)峰，李永田

(1.廊坊新奧節(jié)能服務(wù)有限公司，河北 廊坊 065000；2.濟(jì)南岳華節(jié)能設(shè)備有限公司，山東 濟(jì)南 250307)

熱管分體式氣-氣加熱器換熱特性試驗(yàn)研究

劉國(guó)峰1，李永田2

(1.廊坊新奧節(jié)能服務(wù)有限公司，河北 廊坊 065000；2.濟(jì)南岳華節(jié)能設(shè)備有限公司，山東 濟(jì)南 250307)

熱管分體式氣-氣加熱器(Heat Pipe Gas-Gas Heater，簡(jiǎn)稱HGGH)是一類被廣泛應(yīng)用的氣體熱交換設(shè)備。為了研究流體掠過管束的傳熱特征，利用相似原理進(jìn)行?；囼?yàn)，通過多次測(cè)量試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膿Q熱系數(shù),并對(duì)換熱系數(shù)擬合，推導(dǎo)出流體掠過管束的換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式，為HGGH的市場(chǎng)推廣提供了可靠的技術(shù)支撐。

相似理論；換熱系數(shù)；準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式；氣-氣加熱器

0 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，濕法煙氣脫硫技術(shù)占80%左右[1-2]，經(jīng)濕法FGD處理后，造成石膏雨明顯[3]，一般需配套GGH來實(shí)現(xiàn)煙氣合理擴(kuò)散[4]。HGGH是利用相變優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能量的空間“搬運(yùn)”，相對(duì)于有機(jī)載體分體式換熱器有相對(duì)節(jié)能優(yōu)勢(shì)。為了研究FGD的換熱特性，推導(dǎo)流體掠管換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式，采取調(diào)整原煙氣進(jìn)口溫度，多次測(cè)量試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶?duì)流換熱系數(shù)，并進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)整理。

1 試驗(yàn)假設(shè)及方法

1.1 試驗(yàn)假設(shè)及規(guī)定

φ=(1-ηC)CPh×Vh×(th2-th1)=

式中：ηC為散熱系數(shù)，無量綱。

1.2 測(cè)試的工藝流程

利用相似原理的特性來指導(dǎo)模化試驗(yàn)，?；囼?yàn)是指不同于實(shí)物幾何尺度的模型來研究實(shí)際裝置中所進(jìn)行的物理過程的試驗(yàn)[5]。目前，原煙氣溫度一般在 120℃以上, 經(jīng)過FGD后，日本、歐洲一些國(guó)家執(zhí)行凈煙氣排放在80℃ 以上[6]。試驗(yàn)工藝流程由燃燒煙氣發(fā)生器、煙氣調(diào)節(jié)室、FGD吸收塔、HGGH、煙道系統(tǒng)、試驗(yàn)測(cè)量設(shè)備等構(gòu)成[7]。試驗(yàn)工藝流程見圖1。

圖1 試驗(yàn)流程

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 煙氣流量測(cè)定

模化試驗(yàn)過程，流量記錄周期為30min。在連續(xù)5日的運(yùn)行過程中，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄結(jié)果看(見表1)，煙氣流動(dòng)狀態(tài)平穩(wěn)。

表1 煙氣流量

項(xiàng) 目脫硫前脫硫后備注流量/m3·h-12025．642055．10測(cè)定均值流量/m3·h-11932．311932．31霧化前值

2.2 煙氣流速

利用風(fēng)速儀直接讀取煙氣流速，并多次測(cè)量，將數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸處理，以多組數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)值代替真實(shí)流速。測(cè)量值波動(dòng)在測(cè)量系統(tǒng)誤差范圍內(nèi)，分別為7.65s、8.36m/s。

2.3 煙氣各組分測(cè)定

利用定電位電解法測(cè)量煙氣中的SO2濃度[8]。利用氧化鋯分析儀測(cè)量煙氣含氧量，進(jìn)而計(jì)算O2含量[9]。水蒸汽測(cè)定：未脫硫煙氣因溫度較高，煙道中的霧化水被氣化，無冷凝水析出，為未飽和煙氣，可利用干濕球法測(cè)得含水量。經(jīng)過脫硫塔洗滌脫硫的煙氣為過飽和煙氣，采取冷凝法測(cè)得。

利用煙氣分析儀可直接測(cè)得煙氣中的CO2百分含量，煙氣中的N2百分含量可以通過煙氣總量減掉其他組分的百分含量求得。

將測(cè)得體積百分含量進(jìn)行匯總，見表2。

表2 體積含量百分?jǐn)?shù) %

2.4 溫度數(shù)據(jù)測(cè)定

2.4.1 煙氣溫度測(cè)定

在蒸發(fā)管束進(jìn)出口的平穩(wěn)氣流段各設(shè)置三個(gè)測(cè)點(diǎn)；在冷凝管束進(jìn)出口的平穩(wěn)氣流段各設(shè)置三個(gè)測(cè)點(diǎn)，合計(jì)12個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，每30Min記錄一次。 用T1-T12表示，見表3。

表3 測(cè)溫點(diǎn)布置

蒸發(fā)管束冷凝管束進(jìn)口T1T2T3T7T8T9出口T4T5T6T10T11T12

2.4.2 熱交換單元壁溫測(cè)定

對(duì)HGGH蒸發(fā)管束熱交換單元溫度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)：B1、B2……B8；對(duì)冷凝管束，對(duì)HGGH的冷凝管束熱交換單元溫度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)：A1、A2……A8，另外，A5-B5、A8-B8為空管的對(duì)照組。其中，記錄各測(cè)點(diǎn)的溫度值(已進(jìn)行均值處理)，見表4。

表4 溫度記錄 ℃

除B1-A1、B6-A6及對(duì)照組外，其余各熱交換單元有不同程度缺陷，并確定A2-B2熱交換單元為異常組。

3 準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式的推導(dǎo)

3.1 換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)

為描述試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膿Q熱特征數(shù)據(jù)，對(duì)HGGH熱交換器的結(jié)構(gòu)尺寸匯總?cè)缦?，結(jié)果見表5。

3.2 對(duì)流換熱系數(shù)計(jì)算

(1)混合煙氣比熱計(jì)算

煙氣脫硫前后的定性溫度分別63.875℃與115.275℃，查取該溫度下煙氣各組分的近似比熱[10]，結(jié)果見表6。

表5 HGGH熱交換器的特征尺寸

項(xiàng) 目冷凝管束蒸發(fā)管束換熱管直徑/m0．0250．025橫向間距/m0．0660．066縱向間距/m0．0570．057有效換熱面積/m27．6307．630

表6 組分比熱容 kJ·kg-1·k-1

結(jié)合表2、表6數(shù)據(jù)，求取原煙氣的體積比容ChP為：

ChP=CPSO2×VhSO2=CPO2×VhO2+CPCO2

×VhCO2+CPH2O×VhH2O+CPN2×VhN2

=1.16kJ/(m3·k)

結(jié)合表2、表6數(shù)據(jù)，求取凈煙氣的體積比容CCP為：

ChP=CPSO2×VCSO2=CPO2×VCO2+CPCO2

×VhCO2+CPH2O×VhH2O+CPN2×VCN2

=1.203kJ/(m3·℃)

(2)對(duì)流換熱系數(shù)計(jì)算

根據(jù)換熱平衡方程式(1)、(2)，并帶入相應(yīng)數(shù)值得：

3.3 導(dǎo)出準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式

兩側(cè)取對(duì)數(shù)，解方程組，求得m、C。

m=0.83126；C=0.03338

求得準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為：Nu=0.03338×Re0.83126；經(jīng)過多次測(cè)量，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，求得近似換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式：Nu=0.03×Re0.82。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)HGGH一定程度上克服了蓄熱式GGH的不足，適用于濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中原煙氣對(duì)凈煙氣的加熱，對(duì)比同類設(shè)備具有一定競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

(2)HGGH的濕法脫硫煙氣加熱系統(tǒng)中，掠管近似換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式：Nu=0.03×Re0.82。

(3)以原煙氣和凈煙氣的進(jìn)出溫度差替代傳熱溫差，忽略了邊界層溫度，存在計(jì)算誤差。 不足之處，研究介質(zhì)單一，換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式無法適用于其他氣體。熱管的制造應(yīng)采取自動(dòng)化充裝，提高分體式熱管換熱設(shè)備的一次充裝成功率。

[1]魏書洲, 張國(guó)新, 郝 劍,等. 脫硫吸收塔流場(chǎng)優(yōu)化及研究[J].華北電力技術(shù),2016(2):65-70.

[2]陸建偉,李 輝,陳 彪.1000MW機(jī)組無旁路煙氣脫硫運(yùn)行研究[J].電力科技與環(huán)保,2012,28(6):28-30.

[3]李付曉, 潘衛(wèi)國(guó) ,丁紅蕾,等.石膏雨危害及其控制技術(shù)[J].電站系統(tǒng)工程,2015(3):55-56.

[4]姜正雄,魏 宇.燃煤電廠石灰石 - 石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)概述[J].裝備機(jī)械,2012(2)::60-65.

[5]楊世銘,陶文銓.傳熱學(xué)(第四版)[M].北京:高等教育出版社,20109.

[6]張 華,何 強(qiáng),陳振宇,等.濕法煙氣脫硫中GGH對(duì)污染物擴(kuò)散影響初探[J].電力環(huán)境保護(hù),2005, 21(2):1-3.

[7]李永田,熱管分體式氣-氣加熱器換熱試驗(yàn)研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展,2017, 41(1):98-101.

[8]汪 楠,王同健,許 亮,等.定電位電解法測(cè)定煙道氣SO2過程中的干擾和對(duì)策[J] .城市環(huán)境與城市生態(tài)保,2009(4):45-47,51.

[9]李 健,張彬文. 煙氣含氧量測(cè)量方法研究[J] .自動(dòng)化儀器儀表,2016,23(2):11-12.

[10]胡 芃,陳則韶.量熱技術(shù)和熱物性測(cè)定[M]. 合肥:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,2009.

Study of split-type heat pipe of Gas-Gas Heater heat transfer experiment

Split-typeHeatPipeGas-GasHeaterisakindofwidelyusedgasheatexchangeequipment.Inordertostudytheheattransfercharacteristicsoffluidpassingtubebundle,usingthesimilarprincipleformodelingexperiment,throughrepeatedlytestingtheheattransfercoefficientofthemodel,andmatchingtheheatexchangecoefficient,deducedtheheattransfercorrelationequationsofthefluidpassingthetubebundle,forprovidingareliabletechnicalsupportoftheHGGHmarketpromotion.

similartheory;heattransfercoefficient;correlationequations;HGGH

TK39

B

1674-8069(2017)06-028-03

2017-07-20；

2017-08-06

劉國(guó)峰(1975-)，吉林農(nóng)安人，從事工業(yè)節(jié)能及冷熱電三聯(lián)供項(xiàng)目管理。E-mail:kkklyt@163.com