陶瓷蓄熱體用量計算

在 RTO 運行的時候可以看到以下現(xiàn)象，在 RTO 升溫完畢進(jìn)入正常運行的時候，在閥門切換的時間段內(nèi)，RTO 進(jìn)氣倉內(nèi)，出蓄熱體的氣體溫度剛開始是接近爐膛溫度，隨著時間的推進(jìn)，溫度會越來越低，到切換的時間時達(dá)到溫度低點。而 RTO 出氣倉中的溫度，出蓄熱體的氣體溫度隨著時間推移會越來越高。蓄熱體的平均熱效率（包括預(yù)熱過程的熱效率以及蓄熱過程的熱回收效率）與RTO 切換閥的切換周期間隔息息相關(guān)，設(shè)想當(dāng)時間足夠長，進(jìn)蓄熱體的溫度等于出蓄熱體的溫度，則熱效率即變?yōu)榱懔?。從角度進(jìn)行分析蓄熱體的這種溫度波動現(xiàn)象，當(dāng)爐膛中的高溫氣體通過陶瓷蓄熱體時，氣體中的熱量通過對流換熱，積蓄在蓄熱材料中，氣體溫度降低，蓄熱體溫度升高，此為熱量回收過程，儲能完畢后 RTO 切換閥門，此蓄熱體進(jìn)入溫度較低的氣體，氣體在蓄熱體中通過對流換熱，把儲在其中的熱量換到較冷的氣體中，盡可能的達(dá)到爐膛的溫度，如此可大減少爐膛內(nèi)的直接加熱，可以降低 RTO 燃燒器的功率，達(dá)到節(jié)能的目的。
可以發(fā)現(xiàn)，若想提高換熱的效率，一種有效的方法即提高換熱面積，如此提高蓄熱體的比表面積成為一個非常有效果的途徑。從一代蓄熱體鵝卵石，到后面的矩鞍環(huán)，再到現(xiàn)在的規(guī)整填料，都是提高比表面積，同時也降低壓降。比表面積并不是越大越好，也需要考慮氣流壓降的因素，需要有實際的工程運用價值，規(guī)整蜂窩陶瓷蓄熱體的氣孔尺寸根據(jù)幾十年的實際工程運用經(jīng)驗，形成了常規(guī)的 50cpsi（每平方英寸上的孔數(shù)）規(guī)格，目前較為常規(guī)的單塊蓄熱體尺寸為 150*150*150mm 或者 150*150*300mm 的正方體或長方體型。在 150 邊長上開有 40 個左右小孔，氣流壓降控制在 1500pa/米左右，若將孔數(shù)擴大到 400cpsi，150 邊長上有 120 個孔，比表面積增加了 2.5 倍左右，但蓄熱體的壓降則到 8000pa/米以上（此處壓降對比都在相同的標(biāo)況面風(fēng)速 1.2Nm/s 條件下進(jìn)行的），工程上缺少實際運用的可能性。運用較為成熟，高，效果好的，經(jīng)過多年實踐，普遍為 150mm 邊長有 40 個孔的蓄熱體，兼顧了經(jīng)濟型，成品率，效果等多個方面。

關(guān)于高工作溫度，由于其 Al2O3 的含量較低，其產(chǎn)品其實達(dá)不到宣傳的高工作溫度，藍(lán)太克公司會特別告知蓄熱體正常運行溫度不要超過 950℃。

蜂窩陶瓷蓄熱體從開發(fā)出來即面臨堵孔的問題，藍(lán)太克公司開發(fā)的一款賽格蒙分層式蓄熱體可以較好的解決部分堵孔的問題，工程實踐中具有非常好的效果。運用多的為 SHC-40 規(guī)格，成為 RTO 蓄熱體的主流產(chǎn)品。其它規(guī)整蓄熱體也以 40 孔為主要的 RTO 用蓄熱體。在陸震維編撰的《廢氣凈化技術(shù)》一書中，引用了德國人H.Hausen 所做的數(shù)學(xué)模型，將蓄熱體的傳熱計算，轉(zhuǎn)換成換熱器的模型進(jìn)行計算。其前提假定原理是一股氣體，在冷周期中吸收的熱量，與另一股氣體，在熱周期中釋放的熱量相等。當(dāng)無的經(jīng)常切換的情況下，則熱效率與相同大小的間壁式換熱器一樣，當(dāng)切換時間越長，熱效率則也越低。

目前對 RTO 的熱效率大多是按換熱器的溫度效率來計算。

蓄熱體需用的量的計算過程如下：

a.根據(jù)蓄熱體的規(guī)格參數(shù)，計算出比較面積 m2 /m3；b.設(shè)定所需要的熱效率，比如 95%；c.設(shè)定爐膛溫度，如 780℃；d.設(shè)定廢氣溫度，如 25℃；e.設(shè)定廢氣風(fēng)量，設(shè)置進(jìn)入蓄熱式的風(fēng)速；

f.根據(jù)熱效率公式，可得到出蓄熱式的溫度 to；g.根據(jù)對流換熱系數(shù)公式，計算出換熱系數(shù) α；h.分別計算廢氣進(jìn)出蓄熱體以及煙氣進(jìn)出蓄熱體的換熱系數(shù)，并且考慮爐膛內(nèi)熱輻射影響的換熱系數(shù)，參考《傳熱學(xué)》,參考

i.計算周期內(nèi)蓄熱體吸熱的熱量，及放熱的熱量，即進(jìn)出蓄熱體的氣體的溫差的，選取數(shù)值高的 Q。

j.根據(jù)蓄熱體的比

表面積，可得出蓄熱體體積，參照蓄熱體的單塊尺寸，根據(jù)設(shè)計的廢氣進(jìn)蓄熱體的風(fēng)速，可計算出，蓄熱體的迎風(fēng)面面積，則可得出蓄熱體的堆高度。此處需要注意的是，通過公式計算出的換熱面積

A，包含了冷卻面積和加熱面積兩部分，所以計算蓄熱體用量時，只需要一半即可。因為蓄熱體蓄熱和放熱分別在 2 個室體內(nèi)進(jìn)行。k.關(guān)于陶瓷蓄熱體對層的流體壓損，參考陸震維的《廢氣的凈化技術(shù)》一書，有詳細(xì)的計算過程，這里不做過多闡述。

4 陶瓷蓄熱體周期內(nèi)熱效率分析

當(dāng)我們通過上述步驟計算出蓄熱體的堆積式樣之后，由于蓄熱體的固定規(guī)格尺寸，實際的用量是大于理論計算值的，為了充分發(fā)揮蓄熱體的功能，需要調(diào)整出佳的周期切換時間，即對周期時間內(nèi)各個瞬時狀態(tài)的蓄熱體的情況，以及氣體出蓄熱體的狀況進(jìn)行進(jìn)一步的分析，以得出理論計算溫度曲線來進(jìn)行研究以及可指導(dǎo)調(diào)試。

4.1 計算原理：單位時間 dt 內(nèi)，高溫?zé)煔膺M(jìn)入蓄熱體內(nèi)，總焓為dQ，暫不考慮熱損失，一部分為蓄熱體吸收的 Q1，一部分為出蓄熱體的氣體的焓 Q2 對時間 dt 求導(dǎo)，則得出對應(yīng)不同時間的熱量分布情況。可計算出熱效率。

4.2 計算方案：RTO 蓄熱體的交替切換工況導(dǎo)致運行的波動性，

實際計算時，根據(jù)動態(tài)的方案進(jìn)行則會比較困難，現(xiàn)根據(jù)理論工況，可基于如下兩個前提假設(shè)后再進(jìn)行計算：首先，不考慮蓄熱體的來回切換，分別對蓄熱工作的蓄熱體和放熱工作的蓄熱體單獨進(jìn)行分析，但是氣體進(jìn)蓄熱體的持續(xù)時間保持一樣，即 τc=τh。然后，假定在正常切換的工況之前，蓄熱體已經(jīng)蓄熱完畢，處于平衡狀態(tài)。并且分別研究單股廢氣進(jìn)蓄熱體，以及單股廢氣出蓄熱體的工況。并不研究蓄熱體進(jìn)出的這種非穩(wěn)態(tài)周期變動的工況?；谝陨蟽刹降脑O(shè)定后，分別對蓄熱室和放熱室的蓄熱體進(jìn)行計算，通過傳熱學(xué)的基本算法，計算出隨著時間的推移，陶瓷蓄熱體內(nèi)的熱量狀況，以及氣體出陶瓷蓄熱體時的溫度，可研究的瞬態(tài)的工況。

5 結(jié)論

通過傳熱學(xué)原理可以模擬出蜂窩蓄熱床的蓄熱放熱過程，非常貼近實際的工況，在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，利于工程實際的指導(dǎo)運用，便于實際工程中選型、工藝設(shè)計及成本核算等方面的工作。