RTO蓄熱體蓄熱計算及工程設計運用

從角度進行分析蓄熱體的這種溫度波動現(xiàn)象，當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況面風速1.2Nm/s條件下進行的），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。

關于高工作溫度，由于其Al2O3的含量較低，其產(chǎn)品其實達不到宣傳的高工作溫度，藍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》一書中，引用了德國人H.Hausen所做的數(shù)學模型，將蓄熱體的傳熱計算，轉(zhuǎn)換成換熱器的模型進行計算。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。

當無限的經(jīng)常切換的限情況下，則熱效率與相同大小的間壁式換熱器一樣，當切換時間越長，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.設定所需要的熱效率，比如95%；c.設定爐膛溫度，如780℃；d.設定廢氣溫度，如25℃；e.設定廢氣風量，設置進入蓄熱式的風速；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.分別計算廢氣進出蓄熱體以及煙氣進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》,參考王秉銓編撰《工業(yè)爐設計手冊》中，對流換熱器的的綜合換熱系數(shù)的計算公式。i.計算周期內(nèi)蓄熱體吸熱的熱量，及放熱的熱量，即進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)設計的廢氣進蓄熱體的風速，可計算出，蓄熱體的迎風面面積，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)進行。k.關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》一書，有詳細的計算過程，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行進一步的分析，以得出理論計算溫度曲線來進行研究以及可指導調(diào)試。

4.1計算原理：單位時間dt內(nèi)，高溫煙氣進入蓄熱體內(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，則得出對應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致運行的波動性，實際計算時，根據(jù)動態(tài)的方案進行則會比較困難，現(xiàn)根據(jù)理論工況，可基于如下兩個前提假設后再進行計算：

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行分析，但是氣體進蓄熱體的持續(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蓄熱體，以及單股廢氣出蓄熱體的工況。并不研究蓄熱體進出的這種非穩(wěn)態(tài)周期變動的工況?；谝陨蟽刹降脑O定后，分別對蓄熱室和放熱室的蓄熱體進行計算，通過傳熱學的基本算法，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?shù)姆秶鷥?nèi)，利于工程實際的指導運用，便于實際工程中選型、工藝設計及成本核算等方面的工作。