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重力式熱管換熱器串聯組件的實驗研究

點擊:1406 日期:[ 2014-04-26 22:55:12 ]
鄒琳江 段 鋒(安徽工業大學冶金與材料學院)1前言  在低溫煙氣余熱回收系統中,低溫酸露點腐蝕是一件非常令人棘手的問題。目前解決低溫酸露點腐蝕的方法主要有兩種,一是換熱器表面涂防腐涂料,二是換熱器選用不銹鋼等抗腐材料。對于采用表面涂料的方法,缺點是換熱熱阻增加,其體積增大。而且換熱器運行一定時間后,煙氣中的粉塵會把防腐涂料磨薄磨掉,從而引起換熱器局部暴露。局部腐蝕后,整臺換熱器也就不能正常運行了。對于選用不銹鋼等抗腐材料,其缺點不僅是造價高,而且由于低溫的存在,換熱器表面凝結的酸液會吸附大量的煙塵,從而引起換熱器表面積灰加速加重,最終導致換熱能力下降,換熱器不能正常運行。由酸液引起的積灰,通常是很難清除的。  綜上所述,低溫煙氣酸露點引發的問題,就是在低溫下凝結的酸液導致換熱器損壞或能力下降,致使換熱器工作不正常。因此,解決低溫煙氣酸露點問題,本質就是解決煙氣的低溫問題。本文正是立足于這個著眼點,結合熱管的優越特性,提出串聯熱管組件的設想,并通過實驗證實此設想是行之有效的。2組件結構及原理  串行熱管連接組件結構如圖1所示。由圖1可以看出,串聯熱管組件是把若干根單個重力式熱管的兩端并聯起來,因此,各熱管之間是連通的,其內部工質可以相互交換。也就是說,與單根熱管相比,組件單根熱管截面流量一般不為零。在煙氣入口側(前部熱管),由于煙氣溫度較高,管內蒸發段能夠產生較多的蒸汽。這些蒸汽一部分在冷凝段凝結返回到蒸發段,其余的蒸汽則通過頂部連接管流向蒸汽產量較小但冷凝能力較大的后部熱管,在后部熱管的冷凝段凝結后通過底部連接管返回至前部熱管。因此,與單個熱管相比,組件前后熱管內部工質的強烈交換,使得前部熱管工質溫度降低,但后部熱管工質溫度卻提高了。而且由于組件熱管間的工質強烈交換,整個組件內的工質溫度也幾乎相等。    另外,根據熱管熱阻的特點可知,熱管壁溫與工質溫度較為接近,因此整個熱管組件的壁溫也就幾乎相等了。同樣,與單個熱管相比,前部熱管壁溫雖然降低了,但后部熱管壁溫卻得到提高。通常換熱器尾部壁溫較低,容易腐蝕。但本組件尾部壁溫較高,就能夠阻止煙氣中酸液的形成,從而保護了換熱器不被腐蝕。3實驗方法  在本實驗中,用一臺風機將空氣分別送至換熱器的加熱段和冷卻段。為了能得到一定溫度的熱風,冷空氣在進入加熱段前由一臺電爐加熱。在每根熱管的冷卻段和加熱段均焊結一支熱電偶,以測取熱管壁溫。在相同的實驗條件下,比較了兩種不同結構換熱器熱管壁溫分布,即本文提出的串聯熱管組件換熱器及由單個熱管組成的換熱器。兩種結構換熱器里的熱管排列方式均為4×4,每根熱管均焊有翅片。在實驗過程中,首先將冷熱風的流量調至相等,然后再調節電爐功率,使進入換熱器的熱風具有一定的溫度,當換熱器出口風溫穩定時,就可以測取熱管壁溫了。本實驗風量的變化范圍為80~158m3/h,入口熱風溫度變化范圍為160~240℃。4實驗結果及討論  將實驗結果繪制成曲線,如圖2至圖5所示。圖2和圖3表示了兩種不同結構的熱管換熱器在相同的操作條件下的溫度分布情況。由此可知,對于單個熱管換熱器而言,熱管壁溫沿熱風流動方向大幅度地降低,而串聯熱管組件換熱器中的熱管壁溫幾乎保持著相同的溫度,后者尾部(橫坐標4)熱管壁溫要比前者高約27℃。實驗證明了本文設想及理論分析的正確性。      尾部熱管壁溫與流量、入口熱風溫度的關系見圖4和圖5。由此可知,尾部熱管壁面溫度與流量無關,僅與入口熱風溫度有著密切的關系。當入口熱風溫度為180℃時,組件熱管尾部熱管壁溫仍高于120℃,而重力式熱管換熱器尾部熱管壁溫度在熱風入口溫度為200℃時,才約115℃。而且入口熱風溫度每降低20℃,尾部熱管壁溫將降低約10℃。在相同的操作條件下兩種結構的換熱器尾部熱管壁溫相差25~29℃5 結論在理論分析及實驗的基礎上,所得結論如下:(1)尾部壁溫僅與熱風入口溫度有關,而與流量無關。(2)入口熱風溫度每降低20℃,尾部熱管壁溫將降低約10℃。(3)在相同的操作條件下,串聯熱管組件尾部熱管壁溫具有較高的溫度,因而能夠較好地抵抗低溫酸露點腐蝕。
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