房间空调器的性能测试及其智能控制研究外文翻译资料

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6蓄热器

6.1引言

废热回收是一种可以追溯到第一代敞开式的炉膛和高炉的旧技术。能源价格的急剧升级使得废热回收在过去二十年更具吸引力。玻璃、水泥、一次和二次金属等制造和加工工业占所有能源消耗的很大一部分。大部分这种能量以高温烟道气流的形式排出丢弃。通过称为蓄热器的热交换器从废气中回收废热可以提高整个设备的效率，并用于减少国家能源需求和节约化石燃料。图6.1显示了蓄热式炉的横截面^【1】。目前，由于热回收，热存储和一般能源相关问题的应用，对存储型再生器的兴趣已经更新^【2】。本章的目的是让读者了解各种类型的再生器，结构细节，以及热和机械设计。此外，讨论了一些用于废热回收的工业热回收装置。

6.1.1 热回收原理

在很多年中，再生原理通过对高炉中的空气预热和形成蒸汽的方式应用于废热回收。对于前者，再生的实现是通过定期的和交替性的吹热风和冷风，使其通过固定的有方格砖块上的脉石。在热气流动期间，脉石从热气中接受热能并将其转换成冷风并用于冷风流动期间。对于后者，金属脉石通过两个流动的液体缓慢循环。这两种气体的流动方向不是平行就是相反方向。然而，由于高热效力，逆流大体上更好一些。蒸汽动力设备上的预热器中的内含物锅炉效率和动力设备的总体表现。

6.1.2热力系统和其他设备中的蓄热器

添加再生作为热力学原理提高了气体涡轮发电厂，蒸汽发电厂和体现斯特林，埃里塞森，吉福德，麦克莫汉和Vuilleumier的热力学循环的热交换器的总体性能^【3】。蓄热器还用于空调低温分离过程和非催化化学反应器中的除湿器，例如用于固定氮的威斯康星过程和用于热解烃原料以生产乙炔和乙烯的Wulff方法。接下来描述应用于燃气轮机设备的再生原理。

6.1.3燃气轮机循环的热回收

仅由压缩机、燃烧室和涡轮构成的简单燃气轮机装置具有重量轻和紧凑的优点。 然而，已知与现代的蒸汽动力装置和往复式内燃机相比，具有高的比燃料消耗率。唯一的给予热效率最大增加的改进是添加用于将热能从热涡轮机排气转移到离开压缩机的空气的蓄热器，特别是当其在压缩期间与中间冷却结合使用时。

图6.1 热回收炉

蓄热器的添加导致平坦的燃料经济性与负载特性，这对于诸如燃气涡轮机机车、船用燃气涡轮机设备和飞机涡轮螺旋桨发动机的运输型原动机是非常期望的。

6.1.4 废热回收应用

燃料效率的实质性提高可以通过以下四种方式回收烟道气中所含的热量来实现^【4】：

1. 再加热工艺原料。
2. 废热锅炉和给水加热用于产生蒸汽（低温回收系统）。
3. 预热燃烧空气（高温回收系统）。
4. 空间加热 - 旋转式热交换器（轮）主要用于建筑通风或空调设备的供气/排气系统。 车轮将包含在排气中的能量（冷或热）传递给室内的新鲜空气。 是建筑节能领域的重要设备和关键技术。

这些热回收方法中的每一种具有其自身的优点。 根据Liang et al。 [4]，原料预热通常最适合于连续逆流炉。 然而，该方法的应用通常受到高资本成本和大空间需求的限制。 当对蒸汽的需求很好地对应于烟道气的可用性时，蒸汽产生是热回收的有效手段。 典型的蒸汽产生方法包括简单的强制再循环循环，具有节约器的废热回收，以及具有过热器和节热器的废热回收。 燃烧空气预热是最适合的热回收系统，因为它需要对现有系统的最小修改。 这提高了系统效率，并且预热冷的燃烧空气减少了燃料需求。

6.1.5 废热回收的益处

废热回收的优点可以大致分为以下两类。

6.1.5.1 直接益处

废热的回收对过程的效率具有直接影响。 这反映在燃料节约上。

• • • 1. 间接益处

1.减少污染：避免了一些有毒的可燃废物，如一氧化碳气体、酸性气体、油泥、塑料化学品等，如果在焚烧炉中燃烧释放到大气中。

2.废气处理设备，例如风扇，烟囱，管道和燃烧器的尺寸减小，因为废热回收减少了燃料消耗，这导致产生的烟道气的减少。

3.由于设备尺寸减小，辅助设备的能耗降低。

6.1.5.3 由于预热燃烧空气节省燃料

高温炉的热交换器可以提供和提高工艺效率。 燃料节省取决于参数，如^【5】：

1.排气温度

2.预热燃烧空气温度

3.换热器的有效性

废气温度的百分比越高，可以节省的燃料的百分比越高。 对于1350℃的烟道气温度和1100℃的空气预热温度，可实现的理论燃料节省约为在相同温度水平下操作的未经温度调节的炉的燃料消耗的约65％。

6.2 用于热回收的热交换器

用于预热燃烧空气的热交换器被称为同流换热器或蓄热器。 在热力学上，废气热能部分地被回收或再生，并且无论所使用的热交换器的类型如何，都提供相同的热力学功能。 再生的热力学原理在下面讨论。

6.2.1 换热器

同流换热器是对流热传递型热交换器，其中两种流体被传导壁分开，通过传导壁由于对流或辐射和对流设计的组合而发生热传递。 流体同时流动并保持不混合。 换热器中没有移动部件。换热器的一些实例是管状，板翅和延长表面热交换器。 当烟道气是干净的并且没有污染时，使用换热器。 可以将整体旁路溶液应用于废热回收单元。 该系统由百叶式阻尼器组成，根据客户的具体要求，可以是气动或液压操作。 根据出口流体温度调节热对流组上方的气流。 对流换热器如图6.2所示。

6.2.1.1 换热器的优点

该换热器具有（1）易于制造；（2）稳定的性质；（3）均匀的温度分布和因此较少的热冲击；以及（4）不存在密封问题的优点。 然而，由于耐高温材料需要耐受高温烟道气并且在工作温度和压力下保持其形状，所以它们的使用受到限制。 此外，回热器由于来自废气传播的挥发物和灰尘的结垢而遭受热回收性能的降低。

图6.2 废热回收热交换器 （由GEA Iberica S.A.，Vizcaya，西班牙提供）

6.2.2 蓄热器

蓄热器由基体构成，热流和冷流通过该基体周期性地和交替地流动。首先，热流体将其热量释放到蓄热器。然后冷流体流过相同的通道，拾取存储的热量。热流体流通过基体称为热吹，冷流称为冷吹。因此，通过规则的反转，基质交替地暴露于热和冷气流，并且在每个位置处的填料和气体的温度随时间波动。在稳态操作条件下，在蓄热器启动之后的多个循环，达到循环平衡的条件，其中温度随时间的变化在连续循环期间相同，并且热吹和冷吹应确保有足够的时间吸收和释放热量。由此，可以将蓄热器与换热器区分开。在同流换热器的情况下，热量在两个流体流之间跨越某个固定边界传递，并且在稳态操作期间，任何点处的条件仅仅在该点的位置，而在蓄热器的情况下，热传输瞬态和条件取决于位置和时间。

图6.3显示了在回流瞬间的流体和基质的蓄热器中的温度场。上部曲线表示在热吹动结束和冷吹开始时流体和基质的温度。下曲线表示在冷吹和冷吹开始时的温度条件。在沿着矩阵的长度的任何特定位置处，温度可以以时间相关的关系在上曲线和下曲线之间波动。

6.2.3蓄热器类型

由于基质交替地被热流体加热并被冷流体冷却，所以基质必须保持静止，并且气流必须交替通过，或者基质必须在热气体和冷气体的通道之间旋转。 因此，蓄热器可以根据其相对于时间的位置分类为（1）固定基质或固定床和（2）旋转蓄热器。

图6.3 平衡的蓄热器温度分布在开关瞬间。 （a）热吹动结束时的热流体温度; （b）热吹动结束时的基体温度和冷吹开始，（c）罩布置和（d）冷吹结束时的基体温度; 和（d）冷吹结束时的冷流体温度。 （From Mondt，J.R.，Trans.ASME J.Eng.Power，86,121,1964）。

6.2.4 固定式或固定床式蓄热器

固定基质或固定床或储存型蓄热器是具有高热容量基质的周期流热传递装置，热流体流和冷流体流交替通过。 为了实现连续流动，至少需要两个矩阵，如图6.1所示。 通过基质的流动由阀控制。 根据所使用的床的数量，固定基质蓄热器分为两类：（1）单床和（2）双床阀。 在如图6.4所示的双床阀型中，最初基质A被热流体加热，基质B由冷流体冷却。

图6.4 双床阀型蓄热器 （改编自Mondt，J.R.，Regenerative heat exchanger：The elements of their design，selection and use，Research Publication GMR-3396，General Motors Research Laboratories，Warren，MI，1980）

在一定时间间隔之后，操作阀门，使得热流体流过B并将热量传递给它。 然而，冷流体流过A并且流体正在被加热。 切换过程周期性地继续。 存储型热交换器的一些实例是用于高炉炉，玻璃炉和开式炉的固定床空气预热器。

外形：用于构造固定基质再生器的基质的外形取决于应用。 例如，在玻璃制造工业中，基体通常由以图案布置的陶瓷砖构成，例如鸽眼设置，封闭篮式织物设置和开口篮式织物设置。 在炼钢工业中，气体更干净，并且使用各种专有配置，例如Andco检查器，McKee检查器，Kopper检查器和Mohr检查器来代替砖布置。 这些类型的检查器中的大多数采用舌 - 槽形状，这提供了具有更高稳定性的接合结构，因为炼钢工业中的再生器通常比玻璃工业中更高。

结构特征：固定的蓄热器通常由多孔基质或检查器构成。 多孔基体形成用于流动流体的长的，曲折的路径，以便在再生器基体和流体之间提供尽可能大的接触表面。 跳棋是穿过它们的洞的块。 下面给出了检查设置的详细信息。

检验装置：检验装置是热回收的工具; 它们包括大量的砖，这些砖以有序的设置适当地布置，从而产生许多小烟道并且提供用于吸热和释放的大的表面积。 砖的设计，它们的适当设置和湍流气体在烟道中的流动是有效热回收的关键。

设置：特殊带状砖的开发及其在检查器中的设置可能通过改进的热传递特征产生更高的效率。 开放式吊舱的设计在玻璃工业中很受欢迎。 在阀式玻璃炉蓄热器中通常使用的砖检查器几何形状基本上是具有大翅片厚度的偏移条翅片。

6.2.4.1 固定矩阵表面几何

非紧密表面几何形状：通常使用的棋盘形状具有25-42m2/ m3（8-13ft2 / ft3）的表面积密度范围。 检查器流动通道（称为烟道）尺寸相对较大，主要是由于结垢问题。 这种通道中的典型传热系数为约5W / m2 K（1Btu / h ft2°F）^[3]。

紧凑的表面几何形状：用于紧凑型固定基体回热器的表面几何形状类似于用于旋转再生器的表面几何形状，但是另外还有石英卵石、钢、铜或铅丸、铜毛、填充纤维、粉末并使用交叉棒。

6.2.4.2 尺寸

固定床蓄热器通常是非常大的热交换器，一些具有高达50m高度的空间尺寸，并且具有许多小时的单向流动周期。

6.2.4.3 固定床蓄热器的优点

由耐火填

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