1、5 5 蓄热式蓄热式 换热器换热器概述：概述：在蓄热式换热器中，冷、热流体交替地流过同一固体传热面及其所形成在蓄热式换热器中，冷、热流体交替地流过同一固体传热面及其所形成的通道，依靠构成传热面的物体的热容作用（吸热或放热），实现冷、热流体的通道，依靠构成传热面的物体的热容作用（吸热或放热），实现冷、热流体之间的热交换。与间壁式换热器相比，虽然需要有固体传热面，但间壁式中，之间的热交换。与间壁式换热器相比，虽然需要有固体传热面，但间壁式中，热量是在同一时刻通过固体壁由一侧的热流体传递给另一侧的冷流体。若与直热量是在同一时刻通过固体壁由一侧的热流体传递给另一侧的冷流体。若与直接接触式换热器相比，则
2、差别更为明显，因为在蓄热式中不是通过冷、热流体接接触式换热器相比，则差别更为明显，因为在蓄热式中不是通过冷、热流体的直接混合来换热的。的直接混合来换热的。一、概述一、概述主要内容及基本要求主要内容及基本要求 蓄热式热交换器主要用于流量大的气气热交换场合，蓄热式热交换器主要用于流量大的气气热交换场合，如动力、石油化工、冶金等工业中的余热利用和废热回收。如动力、石油化工、冶金等工业中的余热利用和废热回收。5.1 结构和工作原理结构和工作原理5.2 与间壁式换热器的比较与间壁式换热器的比较5.3 传热设计计算特点传热设计计算特点5.1 结构和工作原理结构和工作原理 回回转转式式换换热热器器又又叫叫再
3、再生生蓄蓄热热式式换换热热器器，主主要要由由圆圆筒筒形形蓄蓄热热体体（常常称称转转子子）及及风风罩罩两两部部分分组组成成，分分为为转转子子回回转转型型和和外外壳壳回回转转型。型。在在转转子子回回转转型型中中，转转子子转转动动，而而风风罩罩不不动动。转转子子回回转转时时，按按照照一一定定的的周周期期不不断断交交替替地地通通过过冷冷、热热流流体体通通道道。当当转转子子某某部部分分在在某某一一时时刻刻通通过过了了热热流流体体通通道道，转转子子上上的的蓄蓄热热体体就就吸吸收收并并积积蓄蓄热热能能，到到下下一一时时刻刻，转转子子该该部部分分到到达达冷冷流流体体通通道道，就就把把所所储储蓄蓄的的热热能能释
4、释放放给给冷冷流流体体。外外壳壳回回转转型型，转转子子不不动动，而而外外壳壳（即即风风罩罩）转转动动，同同样样可可以以达到热交换的目的。达到热交换的目的。5.1.1 回转式蓄热换热器回转式蓄热换热器结结构构特特点点：回回转转式式空空气气预预热热器器中中，转转子子的的中中心心轴轴支支承承在在上上下下轴轴承承上上，转转子子周周界界上上装装有有环环形形长长齿齿条条，电电机机带带动动主主动动齿齿轮轮并并通通过过齿齿条条使使转转子子以以每每分分钟钟3/44/5转转的的转转速速绕绕中中心心轴轴转转动动。圆圆形形转转子子从从上上到到下下被被12块块径径向向隔隔板板隔隔成成互互不不通通气气的的12个个大大扇扇
5、形形格格，每每个个30的的大大扇扇形形格格又又被被许许多多块块横横向向和和径径向向短短隔隔板板规规则则地地分分为为许许多多小小格格仓仓，小小格格仓仓中中放放满满预先叠扎好的蓄热板。预先叠扎好的蓄热板。因因烟烟气气容容积积流流量量比比空空气气大大，故故烟烟气气的的流流通通截截面面要要比比空空气气大大。在在烟烟气气和和空空气气流流通通截截面面之之间间设设置置占占转转子子断断面面两两个个30的的过过渡渡区区（密密封封区区），其其中中无无气气流流流流过过，起起到到隔隔离离烟气和空气的作用，使两者互不掺混。烟气和空气的作用，使两者互不掺混。蓄蓄热热板板：蓄蓄热热板板由由厚厚为为0.51.25mm钢钢板板
6、压压成成的的波波纹纹板板和和定定位位板板两两种种组组件件相相间间排排列列而而成成。定定位位板板起起传传热热面面和和使使波波纹纹板板相相对对位位置置固定的作用。固定的作用。蓄蓄热热板板的的形形状状应应不不使使气气体体在在其其上上作作层层流流流流动动，同同时时能能防防止止它它在在烟烟气气中中发发生生腐腐蚀蚀和和堵堵塞塞。蓄蓄热热板板组组合合件件中中的的波波形形板板和和定定位位板板上上斜斜波波纹纹与与气气流流方方向向约约成成30度度夹夹角角，而而两两者者波波纹纹方方向向相相反反，以以加加强强扰扰动动，提提高高传传热效果。热效果。因因蓄蓄热热板板布布置置紧紧密密，容容易易堵堵灰灰，故故在在传传热热面面
7、的的上上下下部部设设有有蒸蒸汽汽吹吹灰灰装装置置。当当空空气气预预热热器器发发生生二二次次燃燃烧烧（焦焦炭炭复复燃燃）事事故故时，吹灰装置可兼作灭火设施使用。时，吹灰装置可兼作灭火设施使用。工工作作过过程程：烟烟气气从从入入口口5进进入入换换热热 器器，通通 过过 转转 子子 的的 一一 半半（180）的的蓄蓄热热板板向向下下流流，当当烟烟气气流流经经蓄蓄热热板板时时，把把热热量量传传给给蓄蓄热热板板，使使其其温温度度升升高高，空空气气从从另另一一侧侧下下方方的的空空气气入入口口流流入入换换热热器器，流流经经旋旋转转转转子子的的120时时，从从已已被被烟烟气气加加热热的的蓄蓄热热板板中中吸吸取
8、取它它在在被被烟烟气气加加热热时时所所储储存存的的热热量量，使使其其温温度度升升高高，最最后后流流出出换换热热器器。烟烟气气、空空气气流流速速一一般般为为816m/s，流流动动阻阻力力控制在控制在每米每米2501000Pa。回转式换热器的主要优点：回转式换热器的主要优点：1）结结构构紧紧凑凑，体体积积小小，节节省省钢钢材材。与与管管式式换换热热器器相相比比节节省省钢钢材材1/3左右，所占容积只有管式换热器的左右，所占容积只有管式换热器的1/10。2）布置方便。）布置方便。3）因因为为蓄蓄热热板板的的温温度度高高，烟烟气气腐腐蚀蚀的的危危险险性性小小，所所以以检检修修周周期期较长。较长。回转式换
9、热器的主要缺点：回转式换热器的主要缺点：漏风量大。漏风量大。空预器的转子是转动的，在转子与空预器上下壳体及圆周壳体之间存在一定距离的间隙。由于冷风侧和热风侧各个仓室之间的流体压力、温度和流速的差异，造成了流体在不同仓室之间的相互泄漏，即空预器内部漏风。空气预热器漏风主要可以分为以下两类:(1)携带漏风。携带漏风主要是因为空气预热器在转动过程中,一部分驻留在换热元件中的空气被携带到烟气中去,一部分驻留在换热元件中的烟气被携带到空气中去。这种情况造成的漏风量很小,但这种漏风是空气预热器的构造无法避免的。(2)直接漏风。直接漏风主要是由于空气预热器结构本身为保证安全运行而使烟气与空气之间存在一定的间
10、隙；同时,由于烟气和空气之间存在压差也会产生漏风。直接漏风主要包括径向漏风、轴向漏风、旁路漏风、中心筒漏风。径向漏风占直接漏风量的80%左右,主要是因为转子上、下端温度差异而发生蘑菇状变形,进而造成密封间隙的增大和漏风率的增加。空预器的漏风原因及分类空预器的漏风原因及分类5.1 结构和工作原理结构和工作原理5.1.2 阀门切换型蓄热换热器阀门切换型蓄热换热器fuelfuel燃烧器燃烧器 B Bair切换阀切换阀排气排气 150 150炉温炉温 1350 1350钢板钢板钢板钢板 1250 1250 1250 1250阀门切换型蓄热式换热器阀门切换型蓄热式换热器 （a）蓄蓄热热式式烧烧嘴嘴 （b
11、烧烧嘴嘴转转蓄热燃烧原理图原理图外置式单蓄热室结构图内置式蓄热室结构图外置式双蓄热室结构图蓄热式烧嘴结构图5.1 结构和工作原理结构和工作原理 从玻璃加热池上从玻璃加热池上排出的高温烟气进入排出的高温烟气进入蓄热格子体时的温度蓄热格子体时的温度约为约为11001300，通过蓄热室后温度约通过蓄热室后温度约为为400600，进入，进入蓄热室的空气温度约蓄热室的空气温度约100120，排出时，排出时达到约达到约9001100，然后进入加热池内供然后进入加热池内供燃油使用。燃油使用。煤气烧嘴煤气烧嘴空气烧嘴空气烧嘴热风出口热风出口冷风入口冷风入口本体出口本体出口蓄热体蓄热体燃烧室燃烧室燃烧器燃烧器
12、高炉热风炉结构图蓄热式烤包器结构图25-30%以往的水平预热前窑炉出口排烟温度()14001200100080060040050-60%70 60 50 40 30 20 100 200 400 600 800 1000 1200 1400预热空气温度燃料节约率%节能潜力节能潜力5.2 与间壁式换热器的比较分析与间壁式换热器的比较分析5.2.1 温度分布特点温度分布特点 由于蓄热式换热器的热交换是依靠蓄热物质的热容量以及由于蓄热式换热器的热交换是依靠蓄热物质的热容量以及冷、热流体通道周期性地交替，使得蓄热式换热器中传热面及冷、热流体通道周期性地交替，使得蓄热式换热器中传热面及流体温度的变化具有
13、一定的特点。流体温度的变化具有一定的特点。特点：特点：1）蓄热材料的壁面温度在整个工作周期中呈周期性变化，）蓄热材料的壁面温度在整个工作周期中呈周期性变化，且在加热期间的变化情况与冷却期间的变化情况也不相同。且在加热期间的变化情况与冷却期间的变化情况也不相同。2）除了在蓄热式换热器的冷、热气体进口处之外，冷热）除了在蓄热式换热器的冷、热气体进口处之外，冷热气体的温度随时间呈周期性变化。气体的温度随时间呈周期性变化。在蓄热式换热器高度方向上取某一在蓄热式换热器高度方向上取某一A-A截面，在整个周期内，截面，在整个周期内，该处蓄热材料及气体的温度按图所示情况变化。该处蓄热材料及气体的温度按图所示情
14、况变化。5.2 与间壁式换热器的比较分析与间壁式换热器的比较分析5.2.2 换热器的热平衡及传热方程换热器的热平衡及传热方程以蓄热式换热器一个以蓄热式换热器一个循环的时间为单位循环的时间为单位（一个周期）（一个周期）1 热流体热流体；2 冷流体冷流体蓄热式蓄热式5.2 与间壁式换热器的比较分析与间壁式换热器的比较分析5.2.2 换热器的换热器的热平衡热平衡及传热方程及传热方程蓄热式蓄热式5.2 与间壁式换热器的比较分析与间壁式换热器的比较分析5.2.2 换热器的热平衡及换热器的热平衡及传热方程传热方程处理手段：处理手段：以蓄热体在加热期和冷以蓄热体在加热期和冷却期的平均温度作为壁面的却期的平均
15、温度作为壁面的进出口温度；进出口温度；以流体在加热期和冷却以流体在加热期和冷却期的平均温度作为冷、热流期的平均温度作为冷、热流体的平均温度。体的平均温度。假想间壁式换热器假想间壁式换热器5.2 与间壁式换热器的比较分析与间壁式换热器的比较分析5.2.2 换热器的热平衡及换热器的热平衡及传热方程传热方程假设，循环周期假设，循环周期0，0=1(加热加热)+2(冷却冷却)（1）蓄热体中的换热量：）蓄热体中的换热量：5.2 与间壁式换热器的比较分析与间壁式换热器的比较分析5.2.2 换热器的热平衡及换热器的热平衡及传热方程传热方程（2）换热量）换热量Q可由热气体可由热气体1与与蓄热体间的对流换热来表示
16、蓄热体间的对流换热来表示5.2 与间壁式换热器的比较分析与间壁式换热器的比较分析5.2.2 换热器的热平衡及换热器的热平衡及传热方程传热方程（）换热量（）换热量Q还可由冷气体还可由冷气体2与蓄热体间的对流换热来表示与蓄热体间的对流换热来表示5.2 与间壁式换热器的比较分析与间壁式换热器的比较分析5.2.2 换热器的热平衡及换热器的热平衡及传热方程传热方程（）综合以上三式，可得蓄热式换热（）综合以上三式，可得蓄热式换热器的传热系数计算式：器的传热系数计算式：5.2 与间壁式换热器的比较分析与间壁式换热器的比较分析5.2.2 换热器的热平衡及换热器的热平衡及传热方程传热方程（5）间壁式换热器）间壁
17、式换热器若忽略壁面热阻，则若忽略壁面热阻，则tw1,m=tw2.m5.2 与间壁式换热器的比较分析与间壁式换热器的比较分析5.2.2 换热器的热平衡及换热器的热平衡及传热方程传热方程（6）间壁式）间壁式蓄热式蓄热式 由于蓄热式换热器中，加热和冷却过程中的平均壁温不由于蓄热式换热器中，加热和冷却过程中的平均壁温不等，使得蓄热式传热量仅为间壁式的（等，使得蓄热式传热量仅为间壁式的（）倍。）倍。即由传热表面温度不稳定所造成。即由传热表面温度不稳定所造成。5.2 与间壁式换热器的比较分析与间壁式换热器的比较分析5.2.2 换热器的热平衡及换热器的热平衡及传热方程传热方程当当0 0时，时，tw1tw1与
18、与tw2tw2的曲线将重合，的曲线将重合，此时，此时，1 1，因此，因此，称之为称之为考虑非稳定换热影响系数考虑非稳定换热影响系数，CnCn。0，Cn=1，蓄热式换热器达到最大，蓄热式换热器达到最大换热能力，等同于相同条件的间壁式换热能力，等同于相同条件的间壁式换热器；但实际上，换热器；但实际上，0，Cn1，因，因此，相同条件下蓄热式的传热量一定此，相同条件下蓄热式的传热量一定小于间壁式的，蓄热式换热器优点不小于间壁式的，蓄热式换热器优点不能显现。能显现。5.2 与间壁式换热器的比较分析与间壁式换热器的比较分析5.2.3 蓄热式换热器的特点蓄热式换热器的特点l 紧凑：蓄热式紧凑：蓄热式 230
19、06560m2/m3；间壁式；间壁式2000m2/m3.l 经济：单位传热面积的价格低；经济：单位传热面积的价格低；l 自洁：自洁：l 阀门切换问题造成冷热流体易混合；阀门切换问题造成冷热流体易混合；l 密封问题造成冷热流体泄漏，如空气向烟气泄漏。密封问题造成冷热流体泄漏，如空气向烟气泄漏。5.3 蓄热式预热器的设计蓄热式预热器的设计5.3.1 蓄热体类型及尺寸的确定蓄热体类型及尺寸的确定 蓄热体一般用耐火材料制成，虽然其密度及热导性并不理蓄热体一般用耐火材料制成，虽然其密度及热导性并不理想，但有足够的耐火度和比热容，且价格低廉，来源广泛。也想，但有足够的耐火度和比热容，且价格低廉，来源广泛。也有采用铸铁材料的，其特性与耐火材料相反。有采用铸铁材料的，其特性与耐火材料相反。旧有蓄热体多采用旧有蓄热体多采用230 mm113mm 65mm的标准直行砖。的标准直行砖。新开发的蓄热体，有的为多孔块体或孔径为新开发的蓄热体，有的为多孔块体或孔径为1mm左右的蜂窝左右的蜂窝体，有的做成厚度体，有的做成厚度10mm以下的片状体或直径为几毫米的球体，以下的片状体或直径为几毫米的球体，使单位蓄热体体积的传热面积大大增加。使单位蓄热体体积的传热面积大大增加。基本计算公式基本计算公式换向时间及换向装置的确定换向时间及换向装置的确定The End!
