新型高温空气加热器的试验研究

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1、新型高温空气加热器的试验研究聂欣I,周俊虎S吕明2,岑可法1•杭州电子科技大学，浙江杭州3100182.浙江大学，浙江杭州310027［摘要］高温空气加热器是高温空气点火试验台的矢键设备，将中频加热设备和静态混合器相结合，提出了一种新型的高温空气加热器，并对其运行过程中的电源波动特性泠热态的阻力特性加热效率进行了试验研究。与原有的空气加热器进行比较表明，不锈钢材料在中频加热条件下，仍然呈现一定的弱磁性，其冷热态阻力与进□冷空气流速符合幕函数矢系。该加热器具有结构简单，加热效率高等优点，明显优于原有的加热器。［中图分类号1［文献标识码］［文章编号］［尖键词］高温空气;加热器;静态混合器;电源

2、特性;阻力;加热效率TK17A1002-3364(2008)08-0009-04收稿日期:2008・01・28作者简介：聂欣(1974-)男.博士，杭州电子科技大学机械学院讲师•主要从事煤粉直接点火以及多相流动数值模拟等方面的教学与研究。E-mail:xin_nie2000@163.com基础研究VO_・37N0OO翹门友电•二OO八高温空气加热器是高温空气点火装置的矢键设备，对安全稳定点燃煤粉，提高直接点火系统的经济效益,起着较为尖键的作用。常见的空气加热器多为使用电阻丝等电热导体制成的电加热器，其一般最高加热温度不超过700°C,且由于电阻丝多次反复升温后脆性加大⑶，容易断裂，故而可靠

3、性较差。应用于高温燃烧使用的蓄热式高温空气加热器，虽然可以将空气加热至1000°C以上，但其需要使用高温烟气对蓄热体进行反复加热只能用于高温燃烧这样的特定场合，无法用于高温空气冷炉点火。浙江大学热能所对多种无油点火燃烧器进行研究八"，通过运用中频加热原理，研发了能转用于煤粉直接点火的多回程式高温空气加热器⑹(图1)，但该设备也存在结构复杂，加热效率较低等不足。为此，在原有研究基础上,将中频加热设备和静态混合器相结合，开发了一种新型的混合器式高温空气加热器(图2)。本文通过试验对其运行过程中的电源波动特性、冷热态的阻力特性加热效率进行研究,并与原有的空气加热器进行了比较。图1老式多回程式高温

4、空气加热器1混合器式高温空气加热器及其试验系统图2为混合器式高温空气加热器本体结构。该加热器由耐高温不锈钢(Cr25Ni20)管和SV・5型静态混合器组成。水冷线圈耐热不锈例管/字温材料/SV型棘态混合器L卑LljyL才学加；'UULJ*」UULU」曲三11艸fiF谕丄右节i•「話拧韦二ni「计韦:n］「曲荷图2新型混合器式高温空气加热器静态混合器是上世纪70年代发展起来的一种混合设备，可应用于混合乳化萃取强化传热强化反应等方面。静态混合器根据其形状可分为SV、SX、SKSL、SH几种。根据文献［7,8］,在强化传热情况下，推荐使用SV型，因为SV型混合效果最佳,强化传质和强化传热倍数最大

5、,相当于光管的8〜10倍⑺。材质选用市场上常用的304不锈钢为Crl8Ni9，熔点为(1398〜1454)°C之间，长时间使用温度为925©9.101。图3为高温空气加热器试验系统，该系统主要庄以下几部分组成:(1)供风系统。由高压风机向高温空气加热器供风。(2)电力系统。由中频电源和电磁鳳应线圈组成，通过调节电功率来控制出口热空气温度。(3)测试系统。热空气的冷态流量由转子流量计测得，进□静压由U型管微压计测暈；温度测暈由K型热电偶与数据采集仪HP34970A及计算机组成，测量的积分时间为0.2s,用于测量壁面温度和加热器出口温度，加热器出口温度的测点布宣采用等截面布胃，热空气出□温度值

6、采用它们的算数加权平均值(图4)。感应加热管壁面温度也采用裸露的K型热电偶测量，等间距布置,壁面温度取其平均值。中频电源的电流电压以及功率的数值由中频电源柜自带的电流表电压表以及功率表直接显示。HP34970A电源LSV型渺态混合器/□计瞅基础研究流量计、咼压送凤机图3试验系统az乙""7温度测点(a)测点布置n器热方4刚玉奁管K型热血偶(b)温度测点结构图4出口温度测点布置及其结构2试验结果2.1升温曲线图5为冷空气流量为50m3/h(标准状态,下同)时，电功率分别为22kW31kW和35kW时的出匚热空气升温曲线。由图5可见，随着时问的变化，热空气温度上升速度逐渐趋缓，最终会达到一个平

7、衡温度。1000010203040506070加热时间/min图5不同加热功率下的热空气升温曲线)0006)02)082.2升温过程中频电源的波动特性在中频加热过程中，加热负载随着温度的升高，电导率磁导率和透热深度都产生很大的变化，这些变化反过来又会使中频电源的电流电压和输出功率产生一定的波动,这是一个复杂的过程。对于高温空气加热器来说，由于管内流体流量温度的变化，感应加热管沿轴向的温度不均匀性以及其内部静态混合器笊影响