余热回收蒸发器热交换器模块化结构方案.docVIP

余热回收蒸发器的热交换器模块化结构设计 摘要：本文介绍一种特殊的紧凑热交换器——板翅式热交换器的用途，从概念上讲它是一种基于错流的热交换器。使用这种紧凑型热交换器可以为小型热交换器（余热锅炉）的建造提供数模化数据，然后通过一揽子方案达到提高热交换器的热交换效率和减小热交换器尺寸的目的。 关于这种特殊结构的余热锅炉的用途，我们将会在余热锅炉紧凑热交换器的设计方法和每一单节加以概述。主要通过两个方面进行优化：一是能够用更高的参数来定义余热锅炉；二是涉及到PFHE传热表面的详细设计。现在研究主要关注第二种方法，这种方法包括两个步骤，第一步的目的是得出来流热流的最小压降，第二步是得出维持余热锅炉在这种热流和压降下运行所需的最小流量。 1 简介 当前技术中最有效的能量转换系统是联合循环电厂，也就是具有蒸汽触底循环燃气轮机布置的电厂。在典型的联合循环中，余热从燃气轮机的热回收蒸发器中重新回收利用，余热锅炉的性能对整个联合循环电厂的工作效率有很大影响。为了从这些系统中节省最多的能源，对热回收的优化具有非常重要的作用【1】。这个问题可以看做都是普通的点，包括对余热锅炉的操作参数的优化，对这些操作参数进行定义之后【2，3】，再对各个换热部分进行详细的优化。 而要进行更高层次的优化，就需要对余热锅炉进行热设计。通过一个目标函数来定义它的最小（最大）操作参数，如热损失，压降，余热锅炉的总成本等等。所以计算出温度，压力，和蒸汽的质量流量的优化值，在这个层次上也是可能的。在根据换热器的类型，流程安排和几何形状来选择换热器的配置之后，需要对余热锅炉的每一部分获得一个初步设计以及传热面积的近似值。第二个优化级别涉及到换热部分的热和流体动力的设计，这时目标函数和更高水平的目标函数一般是不同的；例如它可以是给定热流的余热锅炉表面的最小化整体传热，给定压降下的最大热流或者给定热流下的最小压降。 在最近出版的刊物中，有很大兴趣利用热交换器特别是板式和翅式热交换器。紧凑型热交换器的用途，最初是为气体或者气体设备在航空航天工业中的应用提供紧凑、轻巧、高效的热交换器。它可以被扩展到热交换系统作为余热锅炉。 有一个有趣的概念叫做PFHE,它是最近被提出的可以作为模块化元素获得复杂的多压力余热锅炉的结构。在这个解决方案中，余热锅炉的所有部分，包括省煤器，蒸发器，过热器等等，都可以通过相同的基本PFHE结构重复获得。余热锅炉的CHE结构的用途听起来很有趣是因为，如果一个优化设计的余热锅炉的用损失最小，就需要传热表面积的显著增加来减少阻塞和增加蒸汽压力【8,9】。由于余热锅炉尺寸的极端扩大，使用传统的管壳式换热器似乎真的需要复杂沉重的结构。 用CHE代替管壳结构来促进余热锅炉的重新包装，在拥有相同尺寸的条件下，能够更好地在热流和火用损失方面有很好的表现，或者在相同热流条件下，减小体积，降低安装成本。不管怎么说，如果CHE或者PFHE的概念能够用于余热锅炉的设计的话，压降显著增加的问题就会因为增加传热表面而保持开放。 优化PFHE的必须的第一步是thermo-fluid动态分析，基于文献的分析很明显在这个特殊的PFHE中气侧热阻占主导地位，因此，气侧传热系数在总传热系数以及废气和水之间的热量交换效率和中占据主要地位，余热锅炉的优化主要在翅片表面的气体一侧【10-13】。 余热锅炉的紧凑式热交换器 热回收蒸汽发生器可以被认为是一个复杂的气液热交换器，燃气机排气量的大小决定所施加热载荷的大小，必威体育精装版的技术成果表示，复杂的余热锅炉室友紧凑的热量交换机组装而成。在许多工业过程中，虽然参数变得有趣起来，但是在管壳结构的应用仍占主导地位的情况下他们还没有像在余热锅炉领域那样取得重大进展。管壳式换热器的区域密度达到100-200平方米/ｍ３的情况下，ＣＨＥ可以达到的区域密度高于500平方米/m3，这种实际应用的技术的一个局限是，即使预计到短期内将要有显著改善，他可以运行的最大压力只是90 bar。 使用CHE技术解决余热锅炉的应用程序的一个特定技术是使余热锅炉获得基本模块与前缀热能转移的PFHE结构技术，PFHE是一种由堆栈的交替平面板和翅片表面焊接在一起的紧凑型换热器，热量传递发生在废气流与纯水流之间，每一种流体的流动方向相对于其他的流体可能是逆流或者是顺流。下图1（a)和（b）是余热锅炉的部分结构图。它是由一个冷流体版六合一个排气通道组成，废气的热量通过管道流动，与此同时，水流通过他们之间的分割通道流动。在翅片表面的气体一侧，通过一个一个连续纵向的矩形翅片通道连接，或者与一个由打断了的翅片结构决定的排气通道连接。它既是二次传热表面又是一个由机械支持的内部压力层之间的鳍，它被一个耐高温的墙固定和密封的。气体侧的形状可以是单线或者双线程。 余热锅炉基本结构的模块化设计新方法，对于