蓄热式换热器的主要类型有换向型(又称阀门切换型)、转轮型(又称回转型)以及移动颗粒型。前两种类型换热器其蓄热体多为耐火材料、金属板、网等,后一种的蓄热体则为流动的固体颗粒。此处只介绍前两种蓄热式换热器。
1.换向型蓄热式换热器
换向型蓄热式换热器是一种固定型的蓄热式换热器,它和间壁式换热器一样也有固体换热面,即以固体填充物构成的蓄热体作为换热面;不同的是换热流体不是在各自的通道内吸、放热,而是交替地通过同一通道利用蓄热体来吸、放热。其换热分两个阶段进行:热流体先通过蓄热体放出热量加热蓄热体,将热量在蓄热体中储存起来,然后冷流体再流过蓄热体吸取热量并使蓄热体冷却。显然为使换热过程连续进行,必须有两套并列的蓄热体通道,当冷流体在一通道中吸热时,热流体则在另一通道中放热;冷热流体定期切换通道,故此类换热器称为换向型蓄热式换热器。这类换热器多用作空气预热器。图7-25即为换向型蓄热式空气预热器的示意图。
作为工业炉窑的蓄热式空气预热器,由于烟气的温度很高,故蓄热体多采用耐火砖砌成。其砌法不同,换热和阻力的特性也不同。常用的砖格子砌体形式有连续通道式、西门子式、李赫特式、篮式等。各种格子体的特性指标,如单位格子体的受热面积、单位格子体中格子砖的体积、单位格子体横(纵)断面上气体的流通截面等都可从有关手册中查到,例如文献[3]。用于低温工程中的蓄热体(例如斯特林制冷机中的回热器)则多由金属波纹板组成。
图7-26所示为一种新型换向型蓄热式换热器,其蓄热体采用蜂窝形陶瓷。三种蓄热体的通过率和比表面积如下:通过率,球体9%,六边蜂窝62%,方孔蜂窝58%;比表面积,球体240 m2/m3,六边蜂窝504 m2/m3,方孔蜂窝961 m2/m3。
三种陶瓷蓄热体的阻力性能如图7-27所示。换热器的温度效率及热效率随换向周期变化趋势如图7-28所示。
此种陶瓷蓄热式换热器已应用在陶瓷窑和各种加热炉中,取得较好的节能效益。
图7-25 换向型蓄热式空气预热器的示意图
1—蓄热室;2—双通阀
图7-26 三种陶瓷蓄热体
图7-27 三种陶瓷蓄热体的阻力性能
图7-28 换热器的温度效率及热效率随换向周期变化趋势
值得注意的是,各种换向型蓄热式换热器中的传热都是非稳态换热,但这种非稳态换热过程是周期性的。因此从周期性来说,它又是稳定的。故对其热力计算而言,如采用一个周期作为计算单位就可以看成稳态换热。有关的计算可参阅文献[3]。
2.回转型蓄热式换热器
回转型蓄热式换热器是一种转动型的蓄热式换热器,其核心部分(蓄热体)是一个转轮,围绕其轴旋转。转轮外的壳体被隔成两半,一半与热流体相通,另一半与冷流体相通。转轮旋转一周即可完成吸热和放热过程,实现热流体与冷流体之间的换热。(www.daowen.com)
回转型蓄热式换热器视转轮的放置可分为立式和卧式(见图7-29)。立式的转轮轴竖直放置,支撑在上下轴承上。转轮由电机驱动,其转速可根据其内的传热过程调节。大直径的转轮转速为1~4 r/min,小直径转轮转速可稍高,但也不超过10 r/min。卧式的转轮轴水平放置。转轮沿径向分隔成扇形隔仓,蓄热体就装在隔仓中。视转轮直径的大小隔仓的数目也不同,多为12个或24个。运行时转轮的一半通过热流体,另一半通过冷流体;为提高传热效率,冷、热流体的流动方向取逆流。此外在冷、热流体通道之间还设置有两个过渡区,每个过渡区一般为30°。
视回转型蓄热式换热器工作温度的不同,作为转轮蓄热体的材料有钢板、陶瓷、铝板、纸质板、纤维板等。当热流体的温度很高,被加热的冷流体的出口温度也很高时,应采用陶瓷蓄热体。钢蓄热板则用于温度稍低的场合,此时钢板被压成斜波纹状,并与波纹定位板相间排列组成蓄热体;波形板和定位板的斜波纹方向相反且与气流方向约成30°夹角,以加强气流扰动,强化传热。铝板、纸质板或纤维板组成的蓄热体主要用于空调中冷量和热量的回收。其中纸质板或纤维板浸渍氯化锂后可吸收空气中的水分,既可回收空调排风中的显热,又可回收潜热,故在空调和除湿工程中称之为全热式热回收器。
图7-29 回转型蓄热式换热器
1—转轮;2、8—驱动装置;3—转轮中心轴;4—径向隔板;5—过渡区;6—壳体;7—回转器
回转型蓄热式空气预热器的突出优点如下:
(1)由于蓄热体由多孔型或板型传热面构成,故单位体积传热面积大,质量轻,与管式空气预热器相比可节约1/3的钢材;
(2)结构紧凑,体积小,节约用地;
(3)蓄热体经常处于高温,可减轻换热面的低温腐蚀;
(4)转轮高度小,易于用吹灰的方法清洁换热面,另外蓄热板周期性地被清洁空气通过,也有利于换热面的清洁。
回转型蓄热式空气预热器也有如下缺点:
(1)结构较复杂,制造工作量大;
(2)由于夹带及内部泄漏等,冷、热流体会有一定的混合;
(3)由于密封困难,漏风量大,一般可达12%~20%,影响效率。
基于回转型蓄热式空气预热器的上述特点,对大、中型锅炉采用它较为合适,因为可节约钢材和场地,减小锅炉体积。
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