導(dǎo)語：工業(yè)余熱回收管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

提要

本文介紹了在一個工業(yè)余熱回收系統(tǒng)中應(yīng)用自然分層熱貯存裝置的經(jīng)驗。運行結(jié)果表明，作者開發(fā)設(shè)計的這種自然分層蓄熱裝置介質(zhì)混摻程度小，蓄熱效率高，結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉。

關(guān)鍵詞：蓄熱自然分層余熱回收應(yīng)用

Abstract

Thisarticleintroducesanaturalstratifiedheatstoragetankanditsuseinindustrialwasteheatrecovery.Theresultsofoperationshowthatthedevice,developedanddesignedbytheanthor,isofnarrowextentofmixfure,higherheatstorageefficiency,simplestructureanlowcapitalcost.

Keywordsheatstoragenaturalstratificationheatrecoveryapplication

1前言

工業(yè)生產(chǎn)過程排出的余熱一般波動很大，而且與用熱負荷的波動并不同步，所以實現(xiàn)工業(yè)余熱的回收利用時，通過蓄熱以平衡波動是經(jīng)常遇到的工作。在能源應(yīng)用工作者的努力下已產(chǎn)生了很多蓄熱方法；但在選用時由于具體條件的要求和限制，常需進行原型的改善以獲得可靠和經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)。筆者在完成某工廠的工業(yè)余熱利用項目中選用了以水作為蓄熱工質(zhì)的自然分導(dǎo)冷熱水置換式蓄熱器，經(jīng)過研究改進其構(gòu)造獲得了一些經(jīng)驗。

本蓄熱裝置的任務(wù)是在余熱高峰時蓄存來自余熱回收系統(tǒng)的95℃熱水，在余熱產(chǎn)量少于用熱需求時將所存熱水取出以填補差額。供暖季的用熱負荷是房屋供暖，非供暖季是吸收式制冷所需熱源。設(shè)計的回水溫度是85℃。

2自然分層冷熱水置換式蓄熱器

自然分層熱貯存箱是一個內(nèi)部沒有分隔物的單個箱體。它依靠密度差而不是分隔物來維持貯箱上部熱液體與下部冷液體之間的分隔。箱上只有一個入口和一個出口，如圖1所示。蓄熱時來自余熱回收裝置的熱水由上部進入，箱內(nèi)原有冷水由下部排出，回到余熱回收裝置。放熱時，來自余熱利用裝置的冷水由下部進入，箱內(nèi)原蓄存的熱水由上部排出，送至余熱利用設(shè)備使用。無論箱內(nèi)液體流動方向是自上而下還是自下而上的，均近似呈活塞狀流動。箱內(nèi)容積交替地全部貯存熱水或全部貯存冷水；也可以同時貯存一部分熱水和一部分冷水。箱內(nèi)永遠充滿水，容積得到充分利用。

圖1蓄熱與放熱

這種蓄熱器構(gòu)造簡單，制造和運行的技術(shù)容易掌握，所以技術(shù)可靠性易于保證。不過，它是以液體作顯熱貯存介質(zhì)的蓄熱器，其蓄熱量與其容積和蓄熱介質(zhì)的進出口溫度差成正比。在自然分層條件下，冷熱水的混摻必然要發(fā)生，以致進出口溫差減小。這種混摻在冷熱水置換時尤其嚴重，因而就會降低蓄熱效率使蓄存一定熱量所需容積增大。并且，因取用時的熱水溫度降低而且不穩(wěn)定，還需要采取輔助措施以滿足用熱設(shè)備對熱水溫度的要求?？傊?，混摻現(xiàn)象的輕重地影響余熱利用的投資，并在需要過多增大貯存容積時會因場地限制百不能實施。為了保留自然分層冷熱水置換式蓄熱器在技術(shù)可靠性上易于保證優(yōu)點，并減少其混摻現(xiàn)象的不利影響，筆者對它的構(gòu)造細部進行了改進并取得了成功。

3減小冷熱水混摻的設(shè)計措施

首先，在箱的頂部和底部設(shè)置了擴散器。擴散器的主要作用是減少蓄熱介質(zhì)在進入和排出箱體時引起的混摻。應(yīng)盡可能使水流在箱體的整個橫斷面上均勻分布，減小紊流區(qū)厚度及主體段水流紊動。本文所述擴散器采用的是多孔板結(jié)構(gòu)，水從眾多小孔中噴出，流速分布均勻。

為盡量減小箱體兩端紊流容積占總?cè)莘e的比例，提高容積利用率，增大高徑比是有利的。由于場條件限制，實際蓄熱器外形尺寸為直徑3.5m、高8m。又因余熱回收系統(tǒng)特殊要求占用了一部分箱體容積，凈蓄水容積不足70m3。高徑比大于2。

在相同的供回水溫差下，如果蓄熱過程中介質(zhì)流量偏小，在短暫的廢熱高峰期，來不及進入蓄熱器的熱量只能被排放掉。即使蓄熱器作得再大也無濟于事。所以增大介質(zhì)流量有利于提高廢熱高峰時的蓄熱能力，減少排放掉的熱量，從而提高余熱回收率。但在蓄熱器箱體直徑一定的情況下，增大流量勢必增加兩端擴散器及箱體橫斷面上的流速，導(dǎo)致紊流區(qū)加在和流體混摻加劇降低蓄熱效率。本蓄熱器介質(zhì)流量設(shè)計為40t/h，箱體橫斷面平均流速為1.3×10-3m/s。

4蓄熱器的運行曲線與效率

4．1蓄熱曲線圖2為根據(jù)1992年10月8日每50秒間隔微機采集記錄的數(shù)據(jù)繪制的蓄熱器詢問和頂部水溫變化曲線。從第0.1至0.8時共1.7個小時是一個蓄熱過程，在充入溫度為t5熱水的整個過程中，底部冷水溫度t6升高緩慢，只到蓄熱過程即將結(jié)束時才明顯地突然升高。這清楚地說明本蓄熱器蓄熱過程中的水流達到了自上而下地挖活塞狀流動，混摻程度很小。

圖2蓄熱溫度曲線

4．2蓄熱效率蓄熱效率定義為實際充熱量與理論充熱量之比[2]。蓄熱器的實際充熱量按下式計算：

（1）

式中，Cc--蓄熱器的充熱容量；

Wc--充熱時蓄熱介質(zhì)的流量；

Ctf--流體的比熱；

Τc--流熱時間；

Tin，tout--流體進出口溫度，此處分別等于t5和t6。

蓄熱器的理論充熱量為：（2）

式中Cc*--蓄熱器的理論充熱量；

Tin*--進入流體的平均溫度；

tout*--蓄熱開始前蓄熱器內(nèi)水的平均溫度。

蓄熱效率ηc為：

（3）

根據(jù)圖2所示運行實測數(shù)據(jù)，按以上公式計算得到Cc=2984MJ，ηc=88%。

5投資回收期

按實際工程結(jié)算，蓄熱裝置投資為5萬元。若蒸汽價格按30元/t計算，則蓄熱總共蓄熱2000小時就可收回投資。本余熱回收系統(tǒng)全年運行，根據(jù)余熱量波動情況，如果每天累積蓄熱6～7小時，一年便可收回全部投資。

6結(jié)論

筆者研究改進蓄熱器，將自然分層熱貯存法成功地應(yīng)用于工業(yè)余熱回收系統(tǒng)中。實踐表明，通過正確和精心的設(shè)計，可以實現(xiàn)在沒有分隔物的情況下蓄熱介質(zhì)的混摻很小，達到較高的蓄熱效率；同時做到構(gòu)造和運行簡單，投資回收期短。此外，因蓄熱和減小了冷熱水的混摻使熱水溫度和流量比較穩(wěn)定，所以后續(xù)的熱利用裝置采用了通用型式吸收式制冷機而不必特殊改造。

參考文獻

1WillianBStine.RaymondWHarrigan.SolarEnergyFundamentalsandDesignwithComputerApplications.

2ASHRAE標準94-74，以熱力特性為基礎(chǔ)的蓄熱裝置試驗方法。