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《水泥窑筒体余热回收装置快速计算方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、建材世界2014年第35卷第5期doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2014.05.037水泥窑筒体余热回收装置快速计算方法研究赵艳玲,耿亮(河北省建筑材料工业设计研究院,石家庄050051)摘要:利用有限差分法对窑筒体余热回收装置换热量进行分析,提出了通过Excel计算表格进行余热回收装置工况分析的方法。通过工程实例验证,编制的计算表格具有精度可靠、效率高的优点。关键词:窑筒体;热回收;有限差分;Excel软件ResearchonFastCalculationMethodofWasteHeatReco
2、veryUnitofKilnZHAOYan-ling,GENGLiang(HebeiBuildingMaterialsIndustryDesignandResearchInstitute,Shijiazhuang050051,China)Abstract:Thequantityofheattransferonwasteheatrecoveryunitofkilnhasbeenanalyzedwiththefinitediffer-encemethod,andMicrosoftExcelwasusedasthecomputat
3、ionaltools.Throughverificationofanengineeringcase,thecalculationtableshavereliableprecisionandhighefficiency.Keywords:kiln;wasteheatrecovery;finitedifferencemethod;MicrosoftExcel近年来国内一些水泥厂为提高热利用效率并解决生活用热问题,设置了窑筒体余热回收装置。大多在窑筒体表面安装集热装置对高温表面进行热量回收。从现有文献和报告来看,设计方法多为经验性
4、,大多先[1,2]估计或测出集热装置外壳与窑筒体温差,然后利用温差和总热阻进行换热量计算;或直接利用运行后的[3,4]进出水温差来返算换热量。对不同进出水温差工况的分析也未见报道。这些算法由于集热装置外壳温度分布的不均匀性和受外部气流扰动影响较大,难于准确计算换热量,甚至是建成后才能返算出换热量,难于为换热系统配置提供准确依据,容易造成配套的换热、储热设备选用不合理,运行后还要根据运行工况进行调整。文中提出利用有限差分算法,在Excel计算表格中实现对不同进出水流量工况下的换热量和温差的计算,得出不同流量下的工况曲线。为验证
5、计算方法的可靠性,文中将表格计算结果与华北地区某水泥厂的该类型设备运行情况进行对比。对比表明文中提出的计算方法精度满足工程设计需要,且利用了Excel软件快捷的计算特性,可以为工程设计提供快速可靠的设计依据。1计算模型文中计算模型采用目前比较常见的管束式窑筒体余热回收装置为例进行计算,由于该类型装置采用通用管材制造,具有制造工艺简单、造价低、运行稳定的特点。集热器结构见图1。集热管束平行于窑筒体固定在筒壁外侧,管束等间隔排列并用钢质翅片连接(为清晰起见图1未示出)。集热器管束分组,在图1中分为Ⅰ~Ⅴ共5组,组内管束并联,组间
6、串联。换热为窑筒体表面和集热器之间的辐射换热和对流换热,由于集热器外侧包覆绝热材料,性能较好,其热损失忽略不计。1.1辐射换热集热器包覆窑筒壁的面积可根据实际换热量需求和工艺特点来确定,辐射换热类型为长圆柱体之间的[5]换热。应用长圆柱体辐射换热公式收稿日期:2014-08-10.作者简介:赵艳玲(1968-),高级工程师.E-mail:zhao1317188063@126.com143建材世界2014年第35卷第5期44)σA1(T1-T2qrt=(1)11-ε2r1+()ε1ε2r2可得集热管束单位表面积上的辐射换热量q
7、rtqr=(2)A2式中,σ为为黑体辐射常数,5.67×10-82·K4);A和A为集热器包覆的窑筒体表面积和集热器集W/(m12热面积,m2;T和T为窑筒体表面温度和集热管束温度,K;ε和ε为窑筒体、集热管辐射发射率,无因次1212量;r1和r2为窑筒体外径、集热器内径,m。1.2对流换热由于窑筒体旋转速度较慢,可认为窑筒体与集热器间为同心圆柱体自然对流换热,并根据集热器实际包[5]覆比例进行修正。由同心圆柱体自然对流换热公式2∏Lkeff(T1-T2)qct=(3)r2ln()r11æPrö41其中keff=0.386k
8、ç÷Rac4(4)è0.861+Prø3gβ(T1-T2)LcRac=(5)υα4r232[ln()]r1Lc=335(6)--(r55)31+r2可得集热管束单位表面积上的对流换热量为A1qctqc=×(7)2∏r1LA2式中,L为集热器长度,m;keff为有效热导率,W/(m·K);k
