摘要：比较了间壁式传热和分离式热管传热对热侧面积相等的情况下在低温烟气中的的传热,并在同样总面积比的情况下,做多种热管管排组合,通过管排组合改变热管换热器局部的温度分布,总结有利于避免露点腐蚀发生的管排组合规律。
1·引言
两级热管废热回收溴化锂制冷机回收高温柴油机烟气废热到高压发生器,回收后的废热温度依然比较高,需要通过分离式热管再把低温废热回收到低压发生器以提高废热回收率和单位废热制冷量[1]。但低压发生器溴化锂水溶液一般工作在90℃左右,远低于一般烟气露点温度,从而导致露点腐蚀发生。
分离式热管换热器可以是一个整体的分离式热管,也可以做成多个分离式热管的串联传热,每个热管可以有一个或者多个蒸发段或者冷凝段管排。在每排热管的管排面积固定不变的时候,管排组合决定换热器的热管数量以及每个热管的蒸发段和冷凝段的管排数量。本文以表1的柴油机废烟气的废热为例,比较多种组合方式以及间壁式情况下的传热,总结利用热管组的组合方式避免露点腐蚀的规律,实现烟气废热回收的安全,同时又尽量降低回收后的烟气温度,得到更多的废热。
2 分离式热管传热物理模型
两级热管废热回收溴化锂制冷机低压发生器内有两个换热器,如图1所示:一个是把高压发生器产生的过热水蒸汽冷凝成水的凝水换热器,另一个是分离式热管换热器,热管换热器把烟道内的经过高压发生器废热回收后的低温烟气中的热传入到低压发生器。低压发生器中入口溶液温度和浓度很低,为避免露点腐蚀发生,热管换热器安置在溴化锂浓溶液出口附近。
热管的蒸发段在烟道内,与烟气对流传热,冷凝段在发生器内,与溴化锂水溶液沸腾换热,冷凝段传热系数远大于蒸发段传热系数,所以在蒸发段用翅片管,传热管采用65叉排,共12排热管,总面积为16. 45m2,奇数排传热面积1. 48930m2,偶数排传热面积1. 25219m2;冷凝段用光管,传热管54叉排,奇数排传热面积为0. 075749m2,偶数排传热面积0. 067447m2。
3 热管传热的数学模型
对于热管在低压发生器和烟气之间传热,我们做如下假设:首先热管传热不计热量损耗,蒸发段传递的热量之和等于冷凝段传递热量之和;其二,同一分离式热管工质流动中温度不发生变化,同一热管蒸发段的热管工质温度等于冷凝段的工质温度;其三,溴化锂水溶液层流流动,经过每排管排时跟管排均匀换热,不考虑溶液传质影响。热管在低发传热如图2所示,烟气流经每排热管管排,温度降低,流量不变,烟气的热物性参考文献[2];溴化锂水溶液流经每排热管产生水蒸气qi,浓度升高,溴化锂水溶液物性计算参考文献[3]。采用热管离散型计算方法[4],流经第i排热管冷凝段的溶液水蒸气蒸发量qi和传热量：
公式(8)是tvi的一元一次方程,从中可解得热管工质温度,知道热管工质温度tvi后,则每排热管的传热量都可以通过公式(2)(4)求得,发生器和烟道内的蒸发和温度分布都可以求得。热管蒸发段工质温度thvi求得后,很容易求得热管蒸发段外壁面温度：
SW:热管工质和热管蒸发段外壁面间的热导。
4 热管组合方式标记
对热管蒸发段和冷凝段组合标记我们做以下规定:同一根热管用“蒸发段