低温烟气余热回收装置运行监测与性能分析

低温烟气余热回收装置运行监测与性能分析

0余热回收装置性能空气-空气热回收装置主要包括板式、热式、转式、中间热带式、冷热式等。广泛应用于建筑领域。它广泛应用于温暖空调中的低温气体残余回收过程。针对高温烟气余热回收的换热器设备应用于锅炉中较多。一套空气-烟气全热交换器的使用，可将锅炉热效率提升10%对于余热回收装置的性能研究，可从换热器的温度交换效率、焓交换率、换热器有效度等方面分析。系统节能率ESR(EnergySavingRate）指标可作为衡量整体系统是否具有节能性的判断标准1低温香烟回收装置1.1烟气风道与风机低温烟气余热回收实验装置如图1所示。装置主要由两部分组成。第一部分为烟气动力部分，包括轴流风机、接触调压器、风道电加热器、手动风阀、铁皮圆形风管、天圆地方接口。烟气侧轴流风机功率为0.25kW，流量达1200～1740m烟气动力部分分为烟气风道与新风风道两部分。烟气风道在装置下侧，实验室条件下以空气代替烟气进行实验研究，在烟气风道进风口处对空气进行电加热，接触调压器连接电加热散热翅片，通过改变加热器功率来改变空气温度，以模拟不同烟气温度条件。电加热器后接轴流风机，将热空气送至微热管换热器，经过微热管换热器后从烟气风道出风口排出。新风风道在装置上侧，通过轴流风机将室外新风吸入，新风通过微热管换热器后送入室内。微热管选取充液工质为丙酮材料，充液率为20%。1.2蒸发段热微热管为两相闭式热虹吸管，主要利用管内工质的蒸发和冷凝进行热量传递。微热管内部传热过程包括相变传热和两相流，全部传热过程主要分成3个区域。第一区域为管内液体工质，热流密度较小时发生自然对流蒸发，热流密度较大时发生核态沸腾；第二区域为蒸发段液体工质以上部分，进行层流膜状蒸发；第三区域为冷凝段，进行层流膜状凝结。微热管属于重力热管，靠冷凝液自身重力进行循环。微热管工作具有一定方向性，必须将蒸发段设置在下方，冷凝段设置在上方，因此必须使烟气（热）与微热管下端接触，作为蒸发段，使新风（冷）从微热管上端经过，作为冷凝段。微热管与空气通过对流换热-热传导-对流换热过程，将油烟中的热量传至微热管管内液体工质，工质两相转换后，再次通过对流换热-热传导-对流换热过程，将热量传至新风，完成能量转移，实现余热回收。2能效比和换效率对于换热器能效的评价，可引用空调器的能效比EER概念来进行分析，即单位时间所回收的热量与消耗功率的比值。首先对于单位时间内所回收的新风侧能量进行计算，新风侧实际所得单位时间换热量可通过公式（1）计算：式中：Φ为单位时间换热量，kW;V为体积流量，mρ为空气密度，kg/mcΔt为温差，℃。引入能效比的概念用于评价换热器能效，能效比EER式中：EERWW对于本类换热器装置，只需轴流风机提供空气流动动力，故输入功率仅为烟气侧风机与新风侧风机的总功率。换热器系统换热效率可通过换热器效率ε来评价，其计算方法见公式（3):式中：ε为换热器效率；Q为单位时间实际换热量，kW;Q3实测分析加热设备实验通过在不同环境下，改变烟气侧风量大小与新风侧进口温度，对比换热器传热效果。设置新风侧流量为600m3.1阵风侧平均进口温度以工况3为例，烟气侧平均进口温度为26.46℃，出口温度为20.57℃，新风侧平均进口温度为-15.67℃，出口温度为4.91℃，新风侧温差为Δt为20.58℃，各侧进出口逐时温度如图2所示。在工况3条件下，对实测数据进行计算，烟气侧体积流量为1500m3.2性能分析结果对于8种工况下实测数据进行计算分析，所得结果如表1所示。本文主要针对严寒地区的气候条件进行研究，其主要影响因数为室外温度，即新风侧进口温度，选取工况1～4为室外温度在-15℃左右的条件下运行的换热器，室内平均温度（模拟烟气侧进口平均温度）从22.81℃上升至28.08℃。烟气侧温差从4.95℃增大至6.12℃，新风侧进出口温差保持在20℃左右。工况5～8的新风侧进口与烟气侧进口温差保持在41℃左右，其新风侧进口与烟气侧进口温度分别存在较小的温升条件下进行实测。图3为8种工况换热器能效比变化图。由图可知，换热器能效比均在9以上，能效比高，具有明显的节能效果。在新风侧进口温度较为稳定状态下，新风侧进口温度与烟气侧进口温度的温差越大，换热器能效比越高，换热效果越明显。在工况1条件下，新风侧进口与烟气侧进口温差为38.37℃，温差最小，此时换热器运行能效比为9.147，能效比最小，在工况3条件下，新风侧进口与烟气侧进口温差为42.13℃，此时换热器运行能效比最大，为10.540。同时发现换热器能效比同新风侧进口温度与烟气侧进口温度的温差比值在0.238～0.250，其相关性极高，换热器能效比与温度比值图如图4所示。图5为8种工况换热器效率变化图。由图可知，在工况1～4条件下，即新风侧进口温度为-15℃左右时，换热器效率较低，工况1～4烟气侧进口温度从22.81℃上升至28.08℃，对应新风侧进口温度与烟气侧进口温度的温差从38.37℃上升至43.30℃，换热器效率从0.632上升至0.673。在工况5～8条件下，新风侧进口温度从-8.13℃上升至-6.04℃，对应新风侧进口温度与烟气侧进口温度的温差基本稳定在41℃，其换热器效率为0.67～0.71，满足换热器制热温度交换效率大于65%的国家设计要求由于换热器运行环境对于微热管内工质传热极限具有一定影响，对于微热管换热器性能影响较大。当使用充液工质为丙酮，充液率为20%的微热管换热器时，通过对图3与图5分析，烟气侧进口温度为30℃左右，即微热管蒸发段温度为30℃时，其换热器效率最高。4热器能效比与热压比的关系(1)8种工况下，换热器总体换热能效比在10左右，新风侧进口温度与烟气侧进口温度的温差越大换热效果越好，且新风侧进口与烟气侧进口温差和换热器能效比具有一定相关性，换热器能效比同新风侧进口温度与烟气侧进口温度的温差比值在0.244左右。通过运用此种换热器设备进行低温气体余热回收，可节约