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新型热管式热风炉的研究与开发

晨怡热管 http://nx8.net/news/8/ 2006-10-1 23:46:04

日期:2005-9-22 22:10:53 来源:来自网络查看:[大中小] 作者：刘宪昌王震坤苏俊林热度：

摘要： 本文涉及燃用稻壳和煤两种不同结构的热管式热风炉结构设计、数学模型、设计计算、实验测试和应用实例。新型的热风炉具有结构新颖、使用寿命长、热效率高、节能效果好、劳动强度小和污染小等优点。
关键词： 热管热风炉换热器干燥
文章编号：1002-3704(1999)05-0014-03
文献标识码：A
中图分类号：TK172.4;TK173

1 前言

在粮食干燥、农副产品加工及许多工业部门都涉及到干燥问题。产生干燥热介质的方法有数种，近年来采用热风炉间接加热的系统受到青睐。本文介绍了不同形式的新型热管式热风炉，克服了以往炉型的不足，它们的开发和应用具有很大的经济效益和社会效益。

2 结构设计特点

2．1 燃用稻壳的热管式热风炉
燃用稻壳的热管式热风护是由燃烧设备和换热设备组成一体的快装炉型，其结构如图1所示。它的工作过程为：稻壳燃料由送风机通过喷管喷入炉膛内悬浮燃烧，未燃尽的稻壳落到倾斜炉排上滚动燃烧。燃烧后的高温烟气在前后拱导流下进入热管换热器加热段，使烟气温度从1200℃降低到700℃左右，然后进入列管式换热器，在此换热器中空气被逐步加热到所需的温度。此炉的结构特点为：

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1.灰门 2.后拱 3.旁通烟道 4.热管 5.热管换热器
6.碳钢管 7.列管换热器 8.折流板 9.滑动管板 10.风箱
11.料斗 12.灰斗 13.前拱 14.喷射器 15.倾斜炉排 16.风门

图1 燃用稻壳的热管式热风炉

2.1.1 气力送料——倾斜炉排燃烧系统
稻壳燃料通过风机经调节阀和喷射器喷射到高温炉膛内，立即着火并且悬浮燃烧。这种送料方式易调节且完全机械化。喷射、炉拱和倾斜炉排三者有机结合使得此炉连续式燃烧，能燃用热值低的燃料，不必人工加料和拨火，燃烧完全，节省燃料，污染少。
2．1．2 采用热管技术
本炉把碳钢——水热管用于炉膛高温段，热管在炉膛中起着关键的作用。其一，热管炉膛温度高达1200℃，但通过适当调节热管冷、热段面积比和流量，可以保证热管工作，从根本上解决了旧式风炉在高温区普通碳钢换热面被烧毁的问题，提高炉子寿命。其二，由高效传热元件热管组成的换热器，其传热特性好，流动阻力小，换热量大，使得热风炉的换热面积及重量大大降低。
2.1.3 列管式换热器的强化传热
低温换热部分采用的是廉价的碳钢管式换热方式。为了强化处于烟气侧的传热薄弱环节，采用折流板，使烟气横向冲助管束，并设计最佳流速，使在等泵功率条件下，传热系数最大。
2.1.4 热补偿
传统热风炉中，往往未考虑传热管与管板间的温差应力而导致换热面损坏。此炉型由于热管两端能自由伸缩，而列管前管板为滑动管板，因此两换热器均为完全热补偿，消除了热应力。
2.1.5 停电保护
为了保证在停电风机不能运转时不使换热面过热，特设置了旁通烟道，作为保护措施。
2.2 燃煤热管式热风炉
燃煤热管式热风炉的结构简图，如图2所示，其结构特点如下：

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1.往复炉排 2.前拱 3.炉膛 4.后拱 5.沉降室
6.热管 7.热管换热器 8.碳钢管 9.列管式换热器
图2 燃煤热管热风炉结构简图

2.2.1 积木组合式结构
为了便于制造、安装、使用和维护，热风炉采用积木组合式结构，即护体、热管换热器、列管换热器各组一体，根据不同情况、不同条件组合安装。
2.2.2 采用热管新技术
将碳钢——水热管用于炉膛出口高温段，其优点如前述。
2.2.3 机械化燃烧设备
设计中采用机械水平往复炉排，其特点是对燃料的适应性好，尤其对粘结性较强含灰量多且难于着火的劣质烟煤，更能发挥其长处。
由于热风炉膛内接近绝热燃烧，炉温很高，在设计中采用耐热铸铁和加厚护排片的特殊结构，保证了炉排的安全运行和寿命。
2.2.4 炉拱的设计
为了强化燃烧、提高热效率，前后拱采用异型砖设计成弧形。前拱采用30°倾角，主要作用是合理组织烟气流动，后拱采用17°倾角，具有合理的高度和长度，以保证那里高温燃烧。同时是对燃尽区的保温促燃。
2.2.5 其他设计措施
由于换热器中空气和烟气温度差异大，会使换热面间形成很大的温差热应力。旧式炉在设计中往往忽略这点而导致换热面损坏，本炉型解决了此类问题。由于热管都是独立地安装在中隔板上，冷凝段能自由伸缩，实现了完全热补偿，因此不会产生效应力。在列管式换热器中，管板上设计了膨胀节以消除温差热应力。
另外，特设计了旁通烟道，作为停电保护措施。

3 试验及应用

本文介绍的燃用稻壳及煤的热管式热风炉，通过试验和实际使用证明超过预期效果。
0.35MW燃用稻壳热管式热风炉中采用的热管参数如表1所示，性能参数如表2所示。
表1 燃用稻壳热管式热风炉热管结构参数

本文介绍的燃用稻壳及煤的热管式热风炉，通过试验和实际使用证明超过预期效果。 0.35MW燃用稻壳热管式热风炉中采用的热管参数如表1所示，性能参数如表2所示。

热管总数 (支)	热管直径 (mm)	热管总长 (mm)	加热段长 (mm)	横向管间距 (mm)	纵向管间距 (mm)	空气侧翅片高 (mm)	空气侧翅片节距 (mm)	加热段传热面积 (m²)
88	25	600	350	75	65	12.5	4	2.5

表2 燃用稻壳热管式热风炉性能参数比较

项目	单位	设计值	测试值	项目	单位	设计值	测试值
热空气流量	kg/h	8230	8150	稻壳热值	kJ/kg	12260	12280
热空气进口温度	℃	0	-8	燃料消耗量	kg/h	150	160
热空气出口温度	℃	150	161	热效率	%	68.5	70.5
烟气流量	kg/h	1050	1120	排烟黑度	林格曼	＜2	1
排烟温度	℃	230	226	额定供热量	kW	350	384

与传统的管式热风炉相比，其热效率可提高20%左右，重量降低1／3。由于在高温段采用了热管技术，预期寿命比普通的碳钢管换热面长得多，而且换热面积大大降低。从结构参数可知，热管加热段的传热面积仅为2.5m²，但却承担热风炉热量的一半，稻壳在炉膛内实现了悬浮燃烧，污染大大降低，满足环保要求。
0.7MW燃煤热管式热风炉中采用的热管参数表3所示，性能参数如表4所示。
表3 燃煤热管式热风炉热管结构参数

热管总数 (支)	热管直径 (mm)		空气侧翅片厚 (mm)		横向管间距 (mm)		纵向管间距 (mm)	空气侧翅片高 (mm)	空气侧翅片节距 (mm)
88	25		15		67		80	15	5
冷凝段长度 (mm)		蒸发段长度(mm)
		第一排		第二排		第三排		第四排	第五至六排
1000		180		250		300		400	500

表4 燃用稻壳热管式热风炉性能参数比较

项目	单位	设计值	测试值	项目	单位	设计值	测试值
热空气流量	kg/h	13875	15500	煤发热值	kJ/kg	17690	11770
热空气进口温度	℃	-20	10	燃料消耗量	kg/h	210	304
热空气出口温度	℃	160	170	热效率	%	67	70.1
烟气流量	kg/h	1984	2170	排烟黑度	林格曼	＜2	1
排烟温度	℃	210	180	额定供热量	kW	700	697
热管换热器传热量	kW	415	403	列管换热器传热量	kW	285	294

通过现场测试表明:与传统的热风炉相比，其热效率可提高20%左右，重量降低2／5。由于在高温段采用了热管技术，其预期寿命比普通碳钢管换热面长得多，热管式热风炉的排烟黑度达到林格曼一级，可满足城市环保要求。

5 结论

本文涉及的两种热风炉由于采用了热管技术、强化传热及燃烧等措施，其寿命长、热效率高、能燃用劣质煤或稻壳、污染小、机械化程度高。热管式热风炉可广泛应用于粮食、农副产品、药材、木材及其它部门的干燥过程。

作者单位：(吉林工业大学，长春 130025)

参考文献：
［1］苏俊林等.热管换热器冷热长度比的探讨［C］．第三届全国热管会议论文集，1991.
［2］林宗虎等.锅炉手册［M］.机械工业出版杜,1989.
［3］ Holman J P.Heat transfer.Mc Graw-Hill Book Company ,1976.
［4］ Dunn,P. Reay,D.A. Heat Pipe.Pergamon Press,1988.

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