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文档简介
随着国家“双碳”战略实施和日益激烈的水泥市场竞争,节能降耗成为水泥行业更加迫切的需求和很多水泥厂生存的需要。纳米隔热材料(一般采用板状,以下简称纳米板)因具备隔热性能优良、易安装、易更换等优点,已受到越来越多水泥厂的关注和使用。采用纳米板能降低设备表面温度,降低热耗,但相比常用的硅钙板,具体效果究竟如何,目前还缺少有说服力的统计数据,相关理论计算分析也不多见。考虑一般性和代表性,笔者以某著名水泥设备技术公司开发的设计能力为6 000t/d的5级双系列低氮型预热器为例,对采用硅钙板和纳米板两种情况进行表面散热计算和对比分析。1、基础数据1.1环境条件设定风速:2.0m/s;海拔高度:0m;气温:0℃、10℃、20℃、30℃、40℃。1.2隔热材料性能指标(1)硅钙板导热系数按常用公式计算:λ=0.048+0.000 11t式中:λ——导热系数,W/(m·℃);t——温度,℃,取板面两侧温度平均值。(2)纳米板性能指标选取国内有代表性数据,如表1所示。(3)预热器耐火砖主要选用高强耐碱砖和抗剥落高铝砖,浇注料主要选用抗结皮浇注料、高强耐碱浇注料等,导热系数一般为1.0~1.5W/(m·℃),由于此值对设备外表面温度影响很小,为简化计算,现取常用值1.3W/(m·℃)。表1纳米板性能指标1.3预热器配置及参数预热器配置及参数见表2。表2预热器配置及参数*分解炉顶部为涡旋式。1.4预热器热工参数各部位内表温度取常规值,分布如表2所示,旋风筒内表面温度取蜗壳、直段和锥部温度平均值,连接风管内表面温度取两端气温平均值,C2~C5下料管内表面温度取料温平均值。2、理论计算2.1计算方法1)旋风筒/分解炉计算传热和表面散热的公式如下:αr=εsCo[(Tw/100)4-(Tf/100)4]/(Tw-Tf)αc=K(Tw-Tf)0.25q=(αr+αc)×(Tw-Tf)Δt1=q×δ1/λ1Δt2=q×δ2/λ2Q=(Δt1+Δt2)/(δ1/λ1+δ2/λ2)式中:αr——辐射换热系数,W/(m·℃);εs——金属黑度,取值0.8;Co——辐射系数,5.67W/(m2·K4);Tw——外表面温度,K;Tf——环境温度,K;αc——导热系数,W/(m·℃);K——系数,W/(m2·K),竖面取值2.56,顶面取值3.26,底面取值1.63;q——单位面积传热量,W/m2;Δt——冷热面温差,℃;δ——材料厚度,mm;λ——导热系数,W/(m·℃);Q——单位表面散热量,W/m2。2)下料管因管径低于1.0m,采用的传热和表面散热公式如下:as=1.163×(10+6w0.5)Q=(Tm-Tf)/[D3/(2λ1)×ln(D2/D1)+D3/(2λ2)
×ln(D3/D2)+1/as]式中:Tm——内表温度,℃;as——导热系数,W/(m·℃);w——环境风速,m/s;D3——隔热层外径,mm;D2——浇注料层外径,mm;D1——浇注料层内径,mm。3)修正系数因预热器布置上形成紧凑排列,各部位之间散热相互影响,修正系数按0.90考虑。2.2计算结果在根据2.1所列公式进行计算的过程中,需要进行验算,以外表面预设温度与计算温度相差不大于2℃为准。计算汇总结果如表3所示。表3预热器外表面散热汇总采用硅钙板和纳米板两种情形下的外表面散热分布见表4和表5,选择3种代表性温度。表4采用硅钙板的外表面散热分布表5采用纳米板的外表面散热分布3、分析及结论(1)环境温度对外表面散热的影响不太明显,如散热总量,0℃时为17.860×4.18kJ/kg.sh,40℃时为17.224×4.18kJ/kg.sh,仅减少3.6%。(2)C1散热量占比约11%,超过C2~C5,其原因是表面积大及隔热层较薄。需加强C1的保温,建议采用外保温措施,方便施工安装和维护。(3)下料管散热占比超10%,比重不小,其原因主要是隔热层较薄,应加厚隔热层以减少散热。建议可以适当减少浇注料厚度或加大管径以加厚隔热层。(4)降耗效果。采用硅
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