【摘要】 设计了自激振荡流热管换热器余热回收系统并进行了试验,考察了湿空气和操作参数对热回收效率 的影响。试验结果表明,自激振荡流热管换热器能够满足高湿废气余热回收的要求,在给定的操作条件下,系统的 热回收效率高于18%。
引言
据统计,我国干燥单元的能源利用率为40%~ 50%[1],大部分热量被尾气排放掉。许多农副产品干燥系统排放的高湿废气含有大量余热,并且含水率可达到90%[2],因此回收这部分高湿尾气热量是一项重要而有广阔前景的节能任务。利用振荡流热管换热器把高湿废气中热能转换到新鲜空气中是理想的节能途径之一。振荡流热管是日本学者 Akachi H于1994年发明的一种高效传热元件。振荡流热管具有热通量大(大约为同直径普通热管的 20倍)、适应性好、结构简单、易清理、热响应快等优点[3~5]。本文采用自激振荡流热管换热器对高湿废气(以木材干燥尾气余热回收为例)的余热回收进行试验研究。
1 换热器设计参数
自激振荡流热管是毛细管弯曲成的蛇形管路由细直管道和弯头组成,分为加热段、冷凝段和隔热段,如图1所示。当管径足够小时,在真空下封装在管内的工质将在管内形成液、汽相间的柱塞。在加热段,汽泡或汽柱与管壁之间的液膜因受热而不断蒸发,导致汽泡膨胀,并推动汽液柱塞流向冷端冷凝收缩,从而在冷、热端之间形成较大的压差。由于汽液柱塞交错分布,因而在管内产生强烈的往复振荡运动,从而实现高效热传递[6~9]。
一般来说,高湿废气因携带水蒸气,出口气体流 量和进口气体流量的比率大约是1·7。本文以木材 干燥尾气余热回收为例来设计振荡流热管换热器, 其尾气参数及热回收效率标准为:尾气流量96 m3/h, 温度80℃,相对湿度85%~90%,新鲜气体流量 48 m3/h,温度25℃,热回收效率大于18%。
热回收效率的计算公式为[3]
通常,在木材干燥隧道中,木材干燥所需新鲜干燥空气的进口和出口每3 h转换一次,且进口和出口一般垂直安装。因此,如果换热器被用来进行木材干燥机尾气余热回收,就必须能互换新鲜气体和废气流动通道。此时,要求底部加热的重力热管换热器无法满足这一要求。
根据木材干燥的要求和高湿物料后的尾气温度和湿度条件,设计了自激振荡流热管换热器,并对其进行测试。换热器由9组不锈钢自激振荡流热管组成,如图2所示。每根热管的总长度为22 m,共有26个弯头,其外径为4 mm,内径为3 mm。尾气和新鲜气流的通道面积均为400 mm×400mm的方形 界面,长度为1 m。管中工作流体的充液率为50%。
2 试验系统
试验系统由自激振荡流热管换热器、空气预热器、蒸气发生器、数据采集器、气体流量计等组成,如图3所示。
为了研究尾气的相对湿度对自激振荡流热管 换热器性能的影响,试验系统中安装了一套由盛水 容器、水泵、水流量计及电加热器组成的蒸气发生&