填充球蓄熱室熱工特性分析及優(yōu)化設計.pdf

1、高溫空氣燃燒技術（High Temperature Air Combustion，簡稱HTAC）是上世紀90年代興起的一種新型燃燒技術，它將煙氣余熱的極限回收、燃料的高效燃燒和NOx的低排放有機地結合起來，集節(jié)能、高效、環(huán)保與設備尺寸小等優(yōu)勢于一身，在近些年來迅速發(fā)展。蓄熱室是高溫空氣燃燒技術的核心部分，本文主要針對填充球蓄熱室的熱工特性及優(yōu)化設計做了專項研究。
　　在查閱了國內外大量相關文獻的基礎上，通過對填充球蓄熱室傳熱過程的

2、分析，建立了填充球傳熱過程數(shù)學模型，同時應用Visual Basic計算機語言開發(fā)了一套可人工操作的數(shù)值計算軟件，針對不同的設計參數(shù)，對所建模型進行數(shù)值求解，得出蓄熱體材質、燃氣種類、蓄熱室結構參數(shù)及操作參數(shù)是影響蓄熱室熱工特性的主要因素，主要結論如下:
　　(1)在相同情況下，蓄熱體所選材質的蓄熱能力越大，煙氣出口溫度越低，空氣出口溫度越高，換熱效率越高，且蓄熱能力越大，蓄熱室的換熱效率及氣體出口溫度隨工況變化的波動幅度越較為平

3、穩(wěn);
　　(2)當燃用高熱值的燃氣（如天然氣）時，在單預熱的情況下，可以將煙氣出口溫度降低到200℃以下，而當燃用低熱值燃氣（如高爐煤氣）時，無論怎樣增加蓄熱室高度，縮短換向時間，都不可能將排煙溫度降低到200℃以下，應當采用雙預熱方式，主要決定因素為氣體的水當量比;
　　(3)隨著填充球直徑的增大，煙氣出口溫度升高，空氣出口溫度降低，蓄熱室的換熱效率降低;隨著蓄熱室高度的增加，煙氣出口溫度降低，空氣出口溫度升高，蓄熱室的換

4、熱效率升高;隨著氣體流速的增大，煙氣出口溫度升高，空氣出口溫度降低，蓄熱室的換熱效率降低;隨著換向時間的延長，煙氣出口溫度升高，空氣出口溫度和蓄熱室的換熱效率都是先升高后降低，即對于一個結構和流量已經確定的蓄熱室，存在一個最佳換向時間;
　　(4)填充球直徑的減小、蓄熱室高度的增加和氣體流速的增大都會導致球床阻力損失增大，風機等動力設備的能耗增大，所以在進行蓄熱室設計時應該綜合考慮各種因素的影響。
　　最后，采用約束設計法，

5、在給定蓄熱室允許阻力壓降的條件下，以獲得最佳換熱效果為目標，對填充球蓄熱室的優(yōu)化設計進行了初步研究，開發(fā)了一套填充球蓄熱室優(yōu)化設計軟件，以求得最佳結構參數(shù)和操作參數(shù)。經過工程實例的驗證，使用該軟件所設計的填充球蓄熱室，在滿足工程技術指標的要求下，具有更高的換熱效率，為設計人員提供合理的結構設計依據(jù)，減少不必要的人為誤差，節(jié)省大量的計算時間。
　　本文所做的工作可以對填充球蓄熱室的實際應用提供理論指導，研究成果可作為工程設計的依據(jù)。