輻射換熱器:簡介,圓筒式輻射換熱器,肋化圓筒輻射換熱器,簍狀形輻射換熱器,螺旋狀輻

輻射換熱器指熱流體以輻射方式傳熱為主的換熱器。輻射換熱器具有同對流式換熱器相比具有釋熱率（熱負荷）高、冷流體加熱溫度高、表面溫度與受熱介質加熱溫度之間的差值較小、以及熱流體流道不易被堵塞等優點。輻射換熱器在化工、石油、動力、食品及其它許多工業生產中占有重要地位，套用廣泛。詳細介紹了圓筒式輻射換熱器、肋化圓筒輻射換熱器、簍狀形輻射換熱器、螺旋狀輻射換熱器、噴流輻射換熱器以及鐵屑圓筒輻射換熱器。

基本介紹

中文名：輻射換熱器
外文名：Radiation heat exchanger
套用：化工、石油、動力、食品加工等
類型：換熱設備
領域：能源
學科：熱力學

簡介,圓筒式輻射換熱器,肋化圓筒輻射換熱器,簍狀形輻射換熱器,螺旋狀輻射換熱器,噴流輻射換熱器,鐵屑圓筒輻射換熱器,注意事項,

簡介

換熱器作為一種熱交換設備廣泛用於動力、交通、石油化工、冶金等工業領域。根據不同的用途，其種類及結構繁多。按熱流體對冷流體傳熱主要方式分為對流式、輻射式、對流輻射式。輻射換熱器指熱流體以輻射方式傳熱為主的換熱器。同對流式換熱器相比具有釋熱率（熱負荷）高、冷流體加熱溫度高、表面溫度與受熱介質加熱溫度之間的差值較小、以及熱流體流道不易被堵塞等優點。一般有色熔煉爐煙氣餘熱利用多為採用。其缺點是外形尺寸較大，換熱器出口溫度仍然較高，一般需在後面再安裝對流式換熱器，以進一步回收煙氣的餘熱。

輻射換熱器具有以下獨特優點:煙氣通道不易堵塞;空氣流不易出現偏流;傳熱面不易腐蝕;換熱器為整體結構,不易發生漏氣;換熱效率高等。因此,國內外熱工工作者歷來很重視對這種熱交換裝置的研究,發表了眾多有關空氣側及煙氣側的數學描述和數值計算,以及提高換熱器效率等方面的研究論文。這些理論研究對輻射換熱器的改進和效率的提高起了很重要的作用。在輻射換熱器的研製方面,亦做了大量的工作,換熱器的結構特點和熱工特性都有很大的改進和提高。

輻射換熱器從它的誕生之日起,至今已有近一個世紀的歷史,它已走過研製、使用、改進等較長的發展過程,目前,它已成為高溫爐窯的不可分割的重要組成部分。由於它自身獨特的優點,在某些場合它是其它換熱裝置(如陶瓷換熱器)所不能代替的。經過較長時間的發展,這種換熱器在以下幾個方面已有很大的進步:首先,在其結構的多樣化方面,取得了很大成就;其次,作為衡量換熱器好壞的主要標誌之一的綜合傳熱係數萬(w/m·℃)目前已達到50以上,這種換熱器已成為提高高溫爐窯熱效率、降低燃料消耗、提高燃燒質量及強化爐內熱工過程的不可缺少的熱工設備。

隨著工業的迅速發展,高溫工藝過程在不斷變化,可以預料,高溫輻射換熱器也將會有較大較快的發展。它的今後發展,首先仍會在結構上要滿足工藝的要求,將會出現許多新的輻射換熱器。但是,要想研製高效緊湊型的換熱器,必須從熱工角度人手進行研究,主要的出發點是提高綜合傳熱係數K值。至今,人們的主要精力集中在低溫的空氣側,研究如何提高該側的對流給熱係數氣。研究和實踐早已表明,要想再通過提高::來提高K值,已近極限,潛力已很小。相反,對高溫的煙氣側的研究,雖然也有些研究,但是,僅僅是開始階段,通過提高該側的傳熱係數:,來達到提高換熱器的綜合傳熱係數K的目的,潛力很大。按目前的技術水平,在技術上實施起來也無大的困難,目前的問題是要進行這一側的提高:,的理論研究,並把研究結果儘快在實踐中套用,在理論與套用研究的結合中,不斷改進和完善,不久的將來,會有各種具有不同特點的高溫輻射換熱器用於爐窯上,為爐窯的能源節約作出它應有的貢獻。

圓筒式輻射換熱器

這是一種最早出現的目前仍在某些爐窯上套用的普通輻射換熱器(見圖1)。換熱器由兩個同心圓筒組成,在內筒里走煙氣,而在內外筒的環縫裡進被加熱的空氣或煤氣。內筒的內徑較大,一般為0.6-3.0m,最大高度可達15-30m,環縫間隙一般為10~70mm。煙氣的人口溫度一般為1000~1200℃’,有的煙氣溫度高達450℃以上。空氣的壓力不能大於300mmH₂O,空氣的預熱溫度為400℃左右。換熱器的綜合傳熱係數不高，一般K=17~22W/m²·℃。空氣側的流動阻力較小,結構簡單。提高輻射換熱器的換熱效率和換熱量,是改進換熱器的主要出發點。換熱器的最基本的公式一換熱器公式是:

式中K為綜合傳熱係數、w/m²·℃;

△t為熱流體與冷流體的平均溫差,℃

F為換熱面積,m²

由上式可知,提高等式右邊的任一參數,都可使換熱量Q成比例地增加,為此出現不少不同結構形式的換熱器。

肋化圓筒輻射換熱器

這是七十年代出現的筒式輻射換熱器(見圖2)。它的結構與普通圓筒換熱器的差別在於輻射筒的外側增加許多肋片。其目的是增加空氣側的換熱面積。但是,經過實際使用,增加的肋片換熱面積並沒有起到增加換熱量的作用。主要原因是對為數眾多的肋片進行焊接,技術士相當困難,多數肋片與

輻射筒外側接觸是虛焊,兩者的接觸面間留有空隙,熱阻很大。這樣,實際上減少了空氣側的總熱交換面積。實測表明,這種換熱器的換熱量及綜合傳熱係數與普通換熱器差不多甚至還低一些。空氣流動阻力較大。

簍狀形輻射換熱器

當預熱空氣的壓力大於300mmH₂O,同時需要較高預熱溫度,為提高換熱器的結構強度及提高熱交換面積,國內、外曾使用過簍狀形輻射換熱器(見圖3)。它類似兩形開口的簍子,四周布滿鋼管,鋼管上下兩端用聯接管相連。一般由兩組以上這樣的簍子組合成換熱器。換熱器的上部煙氣溫度較高,實行冷、熱流體的順流流動;而在其下部煙氣溫度較低,實行的是逆流。

這種採用冷氣順流與逆流相結合的方式對提高換熱器冷、熱流體的平均溫度差及提高其使用壽命是非常有利的。空氣的預熱溫度可達800℃以上,天值高於35w/m²·℃。

螺旋狀輻射換熱器

對於高壓流體(如高壓空氣、氧氣等)的預熱,由於壓力較高(如2個大氣壓),必須用螺旋狀輻射換熱器來預熱。

在這種換熱器內流體的流動方式及換熱方式是:在其下部煙氣溫度較高,用的是順叉流,並以輻射傳熱為主;在其上部,煙氣溫度已下降,用的是逆流,並以對流傳熱為主。在這種換熱器內可把高壓氣體預熱到420-650℃。冷介質的流動阻力較大。

噴流輻射換熱器

輻射筒是通過其外側的邊界層用導熱方式把熱量傳遞給空氣的邊界層的厚度雖然很薄,但計算表明,與金屬筒壁的熱阻R金一性/之金相比較,輻射筒外壁處的空氣邊界層的熱阻R_金=δ_{金 /}λ_金，是前者的一百多倍，R₂>δ_{2 /}λ₂。就是說,在空氣側,影響熱量交換效果的限制性環節是邊界層熱阻。減薄或破壞邊界層是提高換熱效果極有效措施。噴流輻射換熱器的出現,走這種措施的有力體現(見圖5)。

這是七十年代出現的高效新型輻射換熱器,它的結構特點是:在普通輻射換熱器的內筒與外筒之間增加一個噴流筒,被預熱空氣通過噴流筒上的許多均布的小孔高速垂直噴向輻射筒外壁,為數眾多的空氣射流流股,在破壞邊界層的同時,與內筒的外壁面迸行對流熱交換,不斷吸收其熱量而被預熱。在其它結構參數及熱工參數基本不變條件下,在普通換熱器內加一個噴流筒後,其綜合傳熱係數K可成倍地增加,K值可高達,52w/m²·℃左右。目前,噴流為思路不僅套用於輻射換熱器,同時已廣泛套用於中、低溫的對流式換熱器上以及鋼坯的噴流預熱過程。缺點是空氣流動阻力較大,要求空氣壓力較高。

鐵屑圓筒輻射換熱器

在普通圓筒輻射換熱器的內、外筒之間的間隙內填人車床加工碳素鋼件的螺旋狀切屑後,組成鐵屑換熱器。空氣經過鐵屑流動被加熱。鐵屑的作用有三個:首先,可增加空氣流的紊流程度,提高對流熱交換效果:其次,提高了換熱面積;再後,空氣邊界層有一定程度的減薄及破壞。在這種換熱器內可把空氣預熱到300一350℃,煙氣溫度範圍為800一850℃,預熱器的綜合傳熱係數元=45w/M²·℃左右。可把它當作煙囪的一部分使用。空氣流動時阻力損失較大。其結構圖如下(見圖6)。

以上簡單介紹了目前有代表性的幾種形式的輻射換熱器的各自特性。除此之外,為提高空氣側的對流給熱係數:減薄邊界層厚度及改善壁面附近流體的紊流度,對輻射筒的表面做過不少研究,如增加筒壁粗糙度,採用凹凸形、半圓形、齒輪形、波浪形等形狀管表面等,也有一定的效果。

注意事項

1、保持管網的清潔。無論是在工作前還是工作完成後，都必須對管網進行清潔處理，這樣做的目的是為了避免發生換熱器堵塞的現象。還要注意及時對除污器以及過濾器的清洗，讓整個工作順利完成。

2、嚴重把關軟化水。對於水質把關是相當重要的，在進行對軟化水水質處理的前提下，首先要認真檢查系統中的水和軟化罐水質問題，確定合格後方可進行注入處理。

3、新系統檢驗。對於一些新系統來說，不能馬上與換熱器進行交替使用，首先需把新的系統在指定的時間段運行，讓它有了一個運行模式後，此時方可以把換熱器併入系統中使用，這樣做的目的完全是為了避免管網中的雜質破壞換熱器設備。

輻射換熱器