CN114252475B - 一种校验换热器效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种校验换热器效率的方法，包括以下步骤：1)计算换热器的热工性能指标，确认换热器的传热面积与实际供货是否一致；2)计算理论换热器的温度效率与实际换热器的温度效率对比是否一致；3)若是，则完成校验；若否，则对换热器进行清理，再重复步骤1)至步骤2)，直至比较结果一致。本发明用以检验换热器的换热效率是否合理，提高换热器效率，为满足加热质量要求提供条件。

Description

一种校验换热器效率的方法
技术领域
本发明涉及燃气工业炉的热工过程技术，更具体地说，涉及一种校验换热器效率的方法。
背景技术
钢铁企业热轧厂在换热器的应用过程中碰到了许多影响换热器效率的问题，换热器的热效率不稳定直接影响生产线的正常生产，换热器的节能潜力无法发挥，导致整条产线的燃耗较高。
请结合图1所示，热流体(烟气)和冷流体(空气)两种流体在换热器中存在热交换过程，热交换过程存在热平衡，根据热平衡方程式Q＝G1Cp1(T1-T2)＝G2Cp2(t2-t1)求出两种流体的热量。
公式中，Q为换热器在单位时间内换出的热量，单位：kcal/h；
G1为热流体重量流量，单位：kg/h；
G2为冷流体重量流量，单位：kg/h；
Cp1为热流体的定压比热，单位：kcal/(kg·℃)；
Cp2为冷流体的定压比热，单位：kcal/(kg·℃)；
T1、T2为加热介质(烟气)进出换热器的温度；
t1、t2为被加热介质(空气)进出换热器的温度；
热平衡方程式是反映换热器内冷流体的吸热量与热流体的放热量之间的关系式。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种校验换热器效率的方法，用以检验换热器的换热效率是否合理，提高换热器效率，为满足加热质量要求提供条件。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种校验换热器效率的方法，包括以下步骤：
1)计算换热器的热工性能指标，确认换热器的传热面积与实际供货是否一致；
2)计算理论换热器的温度效率与实际换热器的温度效率对比是否一致；
3)若是，则完成校验；若否，则对换热器进行清理，再重复步骤1)至步骤2)，直至比较结果一致。
较佳的，所述步骤1)中计算换热器的热工性能指标包括：
1.1)计算空气吸收热量Q＝G2Cp2(t2-t1)；
1.2)利用热平衡方程式Q＝G1Cp1(T1-T2)＝G2Cp2(t2-t1)，反算出烟气出口温度T2；
1.3)计算空气平均温度和烟气平均温度；
1.4)计算空气侧放热系数
1.5)计算烟气侧放热系数
步骤1.4)、步骤1.5)的公式中，λ为流体导热系数，单位W/m·℃；d为换热管的内径，单位mm；ρ为流体密度，单位kg/m3；u为流体流速，单位m/s；μ为流体粘度，单位N·s/m2；Cp为流体比热，单位J/kg·℃；
1.6)计算传热系数
1.7)计算对数平均温度差△tp＝(△t1-△t2)/ln(△t1/△t2)，单位℃，其中△t1＝T1-t1，△t2＝t2-T2；
1.8)计算换热器的传热面积F＝Q/(K·△tp)，单位m2；
1.9)计算所需换热管的总长度L＝F/(π·d)，单位mm，及换热管总数量。
较佳的，所述步骤2)中计算换热器理论温度效率为η＝(t2-t1)/(T1-t1)。
本发明所提供的一种校验换热器效率的方法，具有以下几点有益效果：
1)有利于检验换热器的换热效率是否合理；
2)通过查找影响换热器效率的因数，有针对性的进行效率优化；
3)通过换热器热工性能指标的计算，校验换热器是否满足要求。
附图说明
图1是现有换热器的示意图；
图2是本发明校验换热器效率的方法的流程示意图；
图3是图2方法中换热器热工性能指标计算的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
请结合图2所示，本发明所提供的一种校验换热器效率的方法，包括以下步骤：
1)计算换热器的热工性能指标，确认换热器的传热面积与实际供货是否一致；
2)计算理论换热器的温度效率与实际换热器的温度效率对比是否一致；
3)若是，则完成校验；若否，则检查换热器的设备状态、积灰或泄露的情况，并进行清理，再重复步骤1)至步骤2)，直至比较结果一致。
当换热器的间壁两侧流体给热系数很大时，污垢就可能成为传热的控制因素。如一侧冷凝，一侧蒸发时污垢的大小就起决定作用。污垢不但对传热不利，也影响压降。因为随着操作时间的延长，污垢不断沉积于管壁上，流道逐渐减小，流速增加，压降迅速增加。当传热效果降低到一定程度或压降增加到一定程度后，即明显影响换热器的正常操作时，应予停炉清洗。
在步骤1)中计算换热器的热工性能指标进一步包括：
1.1)计算空气吸收热量Q＝G2Cp2(t2-t1)；
1.2)利用热平衡方程式Q＝G1Cp1(T1-T2)＝G2Cp2(t2-t1)，反算出烟气出口温度T2；
1.3)计算空气平均温度和烟气平均温度；
1.4)计算空气侧放热系数
1.5)计算烟气侧放热系数
步骤1.4)、步骤1.5)的公式中，λ为流体导热系数，单位W/m·℃；d为换热管的内径，单位mm；ρ为流体密度，单位kg/m3；u为流体流速，单位m/s；μ为流体粘度，单位N·s/m2；Cp为流体比热，单位J/kg·℃；
1.6)计算传热系数
1.7)计算对数平均温度差△tp＝(△t1-△t2)/ln(△t1/△t2)，单位℃，其中△t1＝T1-t1，△t2＝t2-T2；
1.8)计算换热器的传热面积F＝Q/(K·△tp)，单位m2；
1.9)计算所需换热管的总长度L＝F/(π·d)，单位mm，及换热管总数量。
换热器的传热面积F是由换热器的热负荷、传热系数和换热器冷、热介质的平均对数温差确定的，传热面积F确定后，可以初步确定换热器的结构尺寸。
换热器的传热面积F＝Q/(K·△tp)，单位m2；Q为换热器在单位时间内换出的热量，单位kcal/h；K为换热器的传热系数，单位kcal/(m2·h·℃)；△tp为冷热两流体间的平均对数温差，单位℃。
由于换热器效率受到换热面积的影响，通过校验换热器的预热空气温度，可以校验换热器的效率，输入烟气入口、流量以及空气入口，出口温度及流量等，进行换热器的传热面积计算。通过与实际换热效率进行比较，通过换热效率的比较，对换热器进行检查。
单组传热面积＝单根换热管展开面积×换热管总数量＝π×换热管直径×换热管长度×换热管总数量。通过计算换热管的排数和列数，换热管长度，检查交货的换热器是否满足现场换热效率的需要，校验换热器的设计是否合理。
在步骤2)中计算理论换热器的温度效率为η＝(t2-t1)/(T1-t1)，温度效率η＝被加热介质(空气)吸收的热量/换热器最大可传递热量(理论上)＝(t2-t1)/(T1-t1)，换热器最大可传递热量为把烟气温度全部传递下降为空气的常温温度t1，即(T1-t1)。
实施例
1)计算空气吸收热量；
2)计算烟气出口温度；
3)计算空气平均温度和烟气平均温度；
4)计算空气侧放热系数；
5)计算烟气侧放热系数；
6)计算传热系数；
7)计算对数平均温度差；
8)计算换热器传热面积；
9)计算所需换热管总长度，所需换热管的总截面积，计算换热管总数量及每根换热管的长度。
计算结果如下表所示：
理论计算的换热效率为：η＝(t2-t1)/(T1-t1)，即89％，实际生产过程中进行换热器温度效率的比较，与实际测量的烟气进出口温度、空气进出口温度进行对比，并计算换热效率进行对比，实际换热效率较差的需进行设备检查处理。
综上所述，采用本发明校验换热器效率的方法，具有以下几个优点：
1)有利于校验换热的设计是否合理，即计算换热器的传热面积与实际供货是否一致；
2)通过计算换热效率与实际换热效率做对比，有针对性的进行换热器的维护，从而避免换热器效率的不稳定。
3)通过对换热器的校验和优化，以此来实现工艺所要求的换热效果，也保证加热炉热效率的稳定控制，降低燃耗。
国内外许多同类钢厂正在加强对热轧加热炉的节能改造或新节能技术运用，换热器燃烧就是近几年大型板坯加热炉运用的有效节能技术，而如何有效地提升换热器热效率的控制灵活性与控制精度是大家所面临的共同难题，因此本发明有较大的技术贸易价值。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (2)

1.一种校验换热器效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)计算换热器的热工性能指标，确认换热器的传热面积与实际供货是否一致；
2)计算换热器的理论温度效率，将换热器的理论温度效率与换热器的实际温度效率对比是否一致；
3)若是，则完成校验；若否，则对换热器进行清理，再重复步骤1)至步骤2)，直至比较结果一致，
所述步骤1)中计算换热器的热工性能指标包括：
1.1)计算空气吸收热量Q＝G2Cp2(t2-t1)；
1.2)利用热平衡方程式Q＝G1Cp1(T1-T2)＝G2Cp2(t2-t1)，反算出烟气出口温度T2，
公式中，Q为换热器在单位时间内换出的热量，单位：kcal/h；
G1为热流体重量流量，单位：kg/h；
G2为冷流体重量流量，单位：kg/h；
Cp1为热流体的定压比热，单位：kcal/(kg·℃)；
Cp2为冷流体的定压比热，单位：kcal/(kg·℃)；
T1、T2为加热介质烟气进出换热器的温度；
t1、t2为被加热介质空气进出换热器的温度；
1.3)计算空气平均温度和烟气平均温度；
1.4)计算空气侧放热系数
1.5)计算烟气侧放热系数
步骤1.4)、步骤1.5)的公式中，λ为流体导热系数，单位W/m·℃；d为换热管的内径，单位mm；ρ为流体密度，单位kg/m3；u为流体流速，单位m/s；μ为流体粘度，单位N·s/m2；Cp为流体比热，单位J/kg·℃；
1.6)计算传热系数
1.7)计算对数平均温度差Δtp＝(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)，单位℃，其中Δt1＝T1-t1，Δt2＝t2-T2；
1.8)计算换热器的传热面积F＝Q/(K·Δtp)，单位m2；
1.9)计算所需换热管的总长度L＝F/(π·d)，单位mm，及换热管总数量。
2.如权利要求1所述的校验换热器效率的方法，其特征在于，所述步骤2)中计算换热器理论温度效率为η＝(t2-t1)/(T1-t1)。
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