焙燒爐煙氣換熱器的設(shè)計方案

1、焙燒爐煙氣換熱器的設(shè)計方案概述：本換熱器有如下特點：1 、采用夾套式換熱器，保持夾套內(nèi)的水溫，以增加凝結(jié)在換熱面 上瀝青的流動性。2 、因采用天然氣燃料，燃燒后有H2O生成，同時煙氣中含SQ,為 延長使用壽命，故夾套換熱面材料采用 316L 不銹鋼。3 、煙氣流動側(cè)的煙道設(shè)有可拆開的煙道蓋板，便于人工清除換熱 面上積沉的瀝青。4 、設(shè)備參數(shù)：設(shè)備外形尺寸：2800 （寬）X 1800 （高）X 6000 （長）注：由4組2800 （寬）X 1800 （高）拼裝成 可回收熱量：0.7MVY （熱水70C） 煙氣計算總阻力： 800Pa、附屬設(shè)備：保溫水箱，循環(huán)水泵，補水箱，控制系統(tǒng)等一、基本概況

2、焙燒爐采用天然氣作燃料，煙氣中含有的瀝青27003500mg/Nm3,粉塵300mg/Nm3,二氧化硫 80400 mg/Nm3，要求煙氣溫度由 140 160C降低到90100C。并要求采用換熱器將煙氣中的熱量回收，用來 產(chǎn)生洗澡的熱水及冬天采暖用熱水 二、換熱器設(shè)計1 、換熱器結(jié)構(gòu)形式確定因瀝青煙氣降溫后會成液態(tài)，并且會粘附在換熱面上，如果粘附在 換熱面上的液態(tài)瀝青不流動，就會附著在換熱面上，從而就會使熱器失 效，因此如何很好的保持液態(tài)瀝青在換熱面上的流動性，成為該換熱器 能否正常使用的關(guān)鍵。有碳素廠在采用干法工藝（電捕塵法）進(jìn)行瀝青煙氣治理合格后， 發(fā)表作過碳素廠瀝青煙氣治理系統(tǒng)設(shè)計的論

3、文。現(xiàn)摘取部分論述如 下：附：沁陽黃河碳素廠所用瀝青原料為山東、湖北等地產(chǎn)的中溫煤瀝青，軟化點為60C，閃點為197C，烯點溫度為218C。瀝青煙氣的特點是易粘附，在一定溫度之上易燃爆。在瀝青煙氣的收集、輸送及消煙過程 中，極易粘著管道及設(shè)備表面形成液態(tài)至固態(tài)瀝青。固結(jié)后的瀝青很難 清除掉，往往造成管道堵塞、設(shè)備破壞，使系統(tǒng)無法正常運行。表4煤塵、場青混合物的流動性IKr次rx冃123A567S9W煤灰逼(«)300300300300300300300300300300304560657075100150180*、棍合物總磴(a) 7T含媒撫比例(%)3 SO3453<jO36

4、53703753904004504809.0313.0416.6717.81J 8.92202332533.337.5漲狀溫崖V)110110140147152254155干規(guī)狀齟(V) 施勒迥建(V) 韁蹩流蘭溫度(匸)7680SO9613010L80難癥動超度(r>7080180從表4數(shù)據(jù)可以看出粉塵對混合物流動性的影響， 當(dāng)含煤塵比例小于 16. 6%時，混合物緩慢流動溫度為80C。沁陽黃河碳索廠瀝青煙塵中的 含塵比例為18. 2%,經(jīng)試驗其混合物緩慢流動的溫度為85C。參考上述論述，本換熱器設(shè)計中煙氣瀝青 2700mg粉塵300mg,含灰 比例10%，瀝青的緩慢流動溫度在7880

5、C。因些與煙氣接觸的換熱器 壁面溫度如能保持在7880C便可使凝集的瀝青流動，保證換熱器的熱 熱能力。說 明：煙氣經(jīng)過夾套水箱的外壁，將熱量傳給夾套里的水，使夾套里的水 升溫到80C以上；在夾套水箱里內(nèi)置了一組換熱器，通過循環(huán)泵將保溫 水箱的水送至換熱器內(nèi)加熱，將夾套水箱里內(nèi)水的熱量交換出來，從而 保證夾套水箱內(nèi)的水溫在80C左右；加熱的水送至保溫水箱，用于洗澡 或采暖。具體應(yīng)用時，循環(huán)水泵通過夾套里的水溫加上變頻器來控制，當(dāng)夾 套水箱內(nèi)的水溫升高較快時（如果熱量來不及交換出去，夾套水箱內(nèi)的 水就會沸騰），循環(huán)水泵運行加快，從而最大限度的回收煙氣中的熱量， 使夾套水箱內(nèi)的水溫基本為80C。也使

6、得結(jié)經(jīng)過換熱器的煙氣在90 100C變化。如循環(huán)加熱的水溫超過了 70度及以上，那么夾套水箱內(nèi)的水溫便會 升高直至沸騰。夾套水箱的出水口便會冒蒸汽，進(jìn)水口便會進(jìn)行補水。 造成的后果是煙氣經(jīng)過換熱器后，溫度會達(dá) 120C以上。如果夾套壁面結(jié)瀝青過多，也可拆取煙道上的蓋板，人工進(jìn)行清理 粘附的瀝青。2、夾套水箱換熱面積的計算（1）煙氣可回收的總熱量煙氣從160C降低到100C，煙氣放出的熱量可由下式來計算；Q二CMA T式中C,煙氣的平均比熱，取0.24KCal/（KgC ）M,煙氣質(zhì)量：35000 X 1.295=45325Kg/h T:溫差 160-100=60代入上式得：Q=676822KC

7、al/h回收熱量90%可以利用，故Q 有效=609140KCal/h 0.7MW(2) 煙氣側(cè)換熱系數(shù)；計算從原理圖可看出，該換熱器煙氣側(cè)屬于“煙氣縱掠平板”的換熱， 水側(cè)屬于“有限空間內(nèi)垂直平壁夾層”的換熱，參考簡明傳熱手冊(高等教育出版社1983年10月第一版)，第170頁 表3-13, 193頁圖3-13, 194頁 表3-22相對應(yīng)的計算公式，進(jìn)行計算如下：參照標(biāo)準(zhǔn)煙氣的物性參數(shù)，煙氣物性參數(shù)如下：定性溫度(160+100)/2=130,運動粘度v =24.8X 10-6m2/s,煙氣比 熱入=3.4X 10-2W/(m s),普朗特數(shù)Pr=0.68,換熱板長l=1.5m,迎面風(fēng) 速

8、u-=8m/s。該換熱模式屬于縱掠平板，恒定壁溫(夾套水溫 80度)，根據(jù)表3-13 公式：NuX =0.037Rex45Pr13ReWV otNUx 二 一xV將各參數(shù)代入上述各式，求得煙氣側(cè)的平均換熱系數(shù)-=26W/ (m2 C )(3) 水側(cè)換熱系數(shù)入e水側(cè)屬于有限空間自然對流換熱，故按照參考簡明傳熱手冊194頁表3-22相對應(yīng)的計算公式來進(jìn)行入e的計算水的物性參數(shù)：定性溫度80C，運動粘度v =0.365X 10-6m2/s,比熱入=67.4X 10-2W/(m s),普朗特數(shù) Pr=2.21葛拉曉夫準(zhǔn)則數(shù)：七羅-(G-2=130-80 =50V式中：B體積膨脹系數(shù)：K-1 6.32X

9、 10-45夾套厚0.06m入 水的導(dǎo)熱系數(shù) 67.4x 10-2W/(m C )v水的運動粘度0.365xi0-6m2/sg重力加速度9.8 m/s2因?qū)?shù)值代入公式，可求得 GrPr=1.ix 109,參照表3-22中=0.046Gr *Pry3計算得入 e=3209 W/(m C )(4) 夾套壁的總換熱系數(shù)K平壁的傳熱熱阻由下式表示KA AW:1洽da式中：K總傳熱系數(shù)W/(m2 C)A, Aw表面積，此處A=Awa 1煙氣側(cè)換熱系數(shù):=26W/ (m2 C )rF1煙氣側(cè)污垢系數(shù)，0.001 (m2 C )/W5 夾套壁厚0.002m入 夾套材料導(dǎo)熱系數(shù)，夾套采用316L材料，14.

10、3 W/(m C)rF2水側(cè)污垢系數(shù)，0.0004(m2 C)/W (硬度不高的自來水)A 2水側(cè)換熱系數(shù) 入e=3209 W/(m C )代入計算得：K=248W/(m2)(5) 夾套水箱壁總面積A1由Q=KA T求出Q=0.7MW K=24.8W/(m2) T=130-80=50A=564.5m2考慮瀝青的污垢系數(shù)沒有實驗數(shù)據(jù)，比所參考的燃料油污垢系數(shù)大 及溫度效率，取A=706m2。3、夾套水箱內(nèi)換熱器管束的換熱面積計算(1) 夾套水箱內(nèi)換熱器管束外側(cè)傳熱系數(shù) K1夾套水箱內(nèi)換熱器管束外側(cè)屬于有限空間自然對流換熱，故按照參 考簡明傳熱手冊194頁 表3-22相對應(yīng)的計算公式來進(jìn)行 入e的

11、計算所 得。其值參考上述計算得 K仁入e=3209 W/(m C )(2) 換熱器管束側(cè)的傳熱系數(shù)K2換熱管束內(nèi)屬于管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱，其傳熱系數(shù)按參考簡明傳熱 手冊166頁 續(xù)表3-12紊流，流體加熱相對應(yīng)的計算公式來，計算公式 如下：Nu 二-DNu =0.023Re0'8 Pr0'4R-D九V管內(nèi)水(定性溫度60C)的物性參數(shù)如下：入 水的導(dǎo)熱系數(shù)：65.9X 10-2W/(m C )v 水的運動粘度：0.365X 10-6m2/sPr水的普朗特數(shù)：2.98D傳熱管的當(dāng)量直徑：0.025 m將上述數(shù)值代入上述公式，可得出 K2=5585W/(m2 C )(3) 夾套水箱換熱

12、管束的總換熱系數(shù)K夾套水箱換熱管束是采用© 32X 3, l=0.8m的無縫管作換熱單元，按 圓筒壁來計算總傳熱系數(shù)，公式如下：111 丄舊丄 ln(r。n)+f2 丄 1、KA 2江1 1也斤九r。 rK式中：l=0.8mri=0.0105mk2=5585W/(m2 C)rF1=0.0004(m2 C )/W r°=0.0125m入=56.7W/(m C )rF1=0.0004(m2 C )/WK仁3209 W/(m C )代入得：K=840 W/ C(4) 換熱管束的總面積A2由Q=KA T求出Q=0.7MWK=840W/(m2 C) T=80-60=20 (采暖時70

13、 C送出，50C回水)代入求得A2=41.7m?,取富裕量20%,取A2=52.2m2o三、外形尺寸并換熱器由四個單元組合而成，組合后尺寸為 2690X 1700X 6000。每個單元的尺寸如下圖：i.遴水管乩出水誇 £補水管5.換熱塞*3-13蚪據(jù)平戰(zhàn)時的捉掘計算直捋頭銅卩-平 聲扳H址的同廉蜿殆慕配班一TKitfS-gx處幣卡曲軸血匕的平W. WAbt'C)=半板肅/世平駅上(£-點帥距離.R 建卄芒時g莊卻CS沮就口一*好-土匸】jt- - -舉罷肆界星怙捏也恂啞耗mm 平區(qū)詢塀£；.平i£訐堆竝爆住的見默，e «-京沈那嵐力弘11嚴(yán) ”*険超配/口i-誑動狀五隹St力用式11適陽范BLB詵評wm扭丹1"丹山恒建喘趙“ 口需祐 #.,<5X1, FrAtkG 0<i<It2累聲AK nQ, 4(5 +X黏盯札訶別*產(chǎn)1?.碾+SB7F5尸 式中：磯n M肛尸盧"f住+忖強(qiáng)時尸門”町L/1恒定址AKh靠數(shù)、 車 rCIM0<r<l* r9 *-器發(fā)JVHj-D.W3JltlfFts/1 衛(wèi)tiLQ皿TR已PFM恆之奧置（J =併獨、 fl<z>