一种径向局部靶向调控叉流式换热器设计方法技术

本发明专利技术涉及一种径向局部靶向调控叉流式换热器设计方法，本发明专利技术基于换热器的均匀结构设计，保证径向换热强化结构总体不变的情况下，对均匀结构的换热器换热强化结构布局进行二次调控，单根换热管仍然是均匀结构，但换热器整体为非均匀结构，加强自适应清灰，降低换热管的管壁温度，解决由于现场实际情况导致某些换热管损坏影响换热器使用寿命的问题

【技术实现步骤摘要】
一种径向局部靶向调控叉流式换热器设计方法


[0001]本专利技术属于涉及换热器
，涉及一种径向局部靶向调控叉流式换热器设计方法
。

技术介绍

[0002]叉流式换热器广泛应用于转化炉
、
锅炉
、
裂解炉
、
加热炉
、
炼钢炉
、
废气催化焚烧炉
、
热风炉等工业领域
。
目前的叉流式换热器设计方法均采用分段设计的方法，即根据轴向方向的长度，将换热器均匀分为多段进行计算，设计出来的换热器沿轴向与径向方向均为均匀结构
。
在实际生产中，叉流式换热器的应用环境都是十分恶劣的，设备的运行工况经常发生波动，径向来流的流量及温度也不是整体均匀不变，导致每根换热管流量不均匀及受热不均匀
。
有些换热管之间相差不大，但有些换热管相差较大
。
导致换热器的局部某些换热管管壁温度过高，腐蚀情况严重，积灰较厚，甚至有些换热管被烧漏，影响换热器的使用寿命
。
[0003]专利技术专利申请文件
CN109959283
公布了一种高温冷却器热力校核方法及系统，该专利技术获取冷却器进口参数及冷却器中换热管组的数量，其中每个换热管组包含多排管束；将冷却器进口参数作为第一排管束的入口条件，将每排管束的出口条件作为下一排管束的入口条件，由此逐排计算各排管束的传热与压降
。
该专利技术在管内温度梯度计算时选取的基本单位过长，导致计算的温度梯度不精确，而且没有限制条件，对换热器的机构设计优化没有太大帮助，在径向方向上也没有考虑
。
[0004]文章“基于
Matlab
的管壳式换热器分段计算研究”，介绍了一种分段的从流体物性沿壳体方向变化方面来对管壳式换热器进行整体的工艺设计及计算
。
该文章是针对以折流板结构为基础管壳式换热器，并没有考虑换热器各换热单元的流动不均匀及受热不均匀的情况，设计的换热器结构并不准确，降低了换热器使用的寿命
。
[0005]专利技术专利申请文件
CN106874661A
公布了一种换热器热力设计方法，通过计算冷热流体的阻力
‑
流量关系和冷热流体驱动装置的阻力
‑
流量关系，替代传统的热力计算
。
该方法设计的换热器仍是均匀结构，且只考虑了单管阻力问题，并没有关注换热器总体上的差异
。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有的叉流式换热器设计计算方法的缺点，提出一种径向局部靶向调控叉流式换热器设计方法，对换热器径向方向进行精准调控布局，优化换热器的结构，设计出来的换热器使用寿命长
。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0008]一种径向局部靶向调控叉流式换热器设计方法，包括以下步骤：
[0009]确定叉流式换热器参数包括：管长
L、
冷烟气流量
、
冷烟气进口温度
、
空气预计出口温度
、
冷烟气压强大小
、
强化换热结构形式等；根据管长
L
及换热量的大小，确定换热器的行
程数量
。
[0010]1)
对各行程中的换热管采用均匀分段的算法，将换热管沿轴向方向，根据长度分为
n
段，
10≤n≤20。
已知第
n
段的空气出口温度
T
nout
，烟气入口温度
T
yin
，假设第
n
段空气入口温度
T
1in
、
管壁温度
T
g1
及烟气出口温度
T1，计算空气与烟气热交换所需的热量
Q
，然后计算出理论烟气出口温度
T
1out
，将
T1与
T
1out
进行对比，如果差值绝对值小于等于
0.5
，则
T
1out
就是实际烟气出口温度，如果差值绝对值大于
0.5
，则令
T1＝
(T
1out
+T1)/2
，再次计算
T
1out
，直至满足差值绝对值小于
0.5
；
[0011]2)
对各段进行步骤
1)
的计算，求出各段的空气出口温度和烟气出口温度，直到第一段计算完成；对比第一段空气出口温度与实际环境温度之间的差值，如果大于3％，则调整换热结构参数；如果小于等于3％，则输出设计的换热结构参数，完成换热器的设计；
[0012]3)
对于输出的换热器结构参数，确定其径向方向上各排换热管的强化换热结构的数量
R
Z
，针对实际工况易出现腐蚀破损位置的换热管，由于单根换热管上的强化换热结构数量存在极限，因此给出单跟换热管上强化换热结构数量的上限
R
上
和下限
R
下
，给出步长
b
，划分出
m
个强化换热结构布局方式，然后在该强化换热结构数量上下限范围内，计算不同强化换热结构布局方式下换热管的最高管壁温度及换热管的整体管壁温度均匀性，直到计算出符合的管壁温度条件的热阻大小，输出该换热管的强化换热结构布局方式；
[0013]4)
刨除步骤
3)
中出现破损的换热管上的强化换热结构，剩余强化换热结构数量为
RZ
z
，对剩下的换热管进行强化换热结构分布；原理同步骤
3)
，给出各个换热管上强化换热结构数量的上限
R
n
上
和下限
R
n
下
，给出步长
b
n
，划分出
v
个强化换热结构布局方式，假设一排换热管数量为
k
根，步骤
3)
中的换热管数量为
z
根，对剩下的
k
‑
z
根换热管进行强化换热结构布局方式迭代计算；第一根换热管强化换热结构数量选择
R
n
下
、
计算出管壁最高温度
、
管壁均匀性，以此类推，计算到第
k
‑
z
‑1根换热管完成，前
k
‑
z
‑1根换热管总强化换热结构数量为
RZ
zn
‑1，第
k
‑
z
根换热管强化换热结构数量即为
RZ
z
‑
RZ
zn
‑1；如果...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种径向局部靶向调控叉流式换热器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)
对各行程中的换热管采用均匀分段的算法，将换热管沿轴向方向，根据长度分为
n
段，已知第
n
段的空气出口温度
T
nout
，烟气入口温度
T
yin
，假设第
n
段空气入口温度
T
1in
、
管壁温度
T
g1
及烟气出口温度
T1，计算空气与烟气热交换所需的热量
Q
，然后计算出理论烟气出口温度
T
1out
，将
T1与
T
1out
进行对比，如果差值绝对值小于等于
0.5
，则
T
1out
就是实际烟气出口温度，如果差值绝对值大于
0.5
，则令
T1＝
(T
1out
+T1)/2
，再次计算
T
1out
，直至满足差值绝对值小于
0.5
；
2)
对各段进行步骤
1)
的计算，求出各段的空气出口温度和烟气出口温度，直到第一段计算完成；对比第一段空气出口温度与实际环境温度之间的差值，如果大于3％，则调整换热结构参数；如果小于等于3％，则输出设计的换热结构参数，完成换热器的设计；
3)
对于输出的换热器结构参数，确定其径向方向上各排换热管的强化换热结构的数量
R
Z
，针对易出现腐蚀破损位置的换热管，给出单跟换热管上强化换热结构数量的上限
R
上
和下限
R
下
，给出步长
b
，划分出
m
个强化换热结构布局方式，然后在该强化换热结构数量上下限范围内，计算不同强化换热结构布局方式下换热管的最高管壁温度及换热管的整体管壁温度均匀性，直到计算出符合的管壁温度条件的热阻大小，输出该换热管的强化换热结构布局方式；
4)
刨除步骤
3)
中出现破损的换热管上的强化换热结构，剩余强化换热结构数量为
RZ
z
，对剩下的换热管进行强化换热结构分布；给出各个换热管上强化换热结构数量的上限
R
n
上
和下限
R
n
下
，给出步长
b
n
，划分出
v
个强化换热结构布局方式，假设一排换热管数量为
k
根，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫东阳，马光宇，李卫东，张炎，孟迪，刘常鹏，徐伟，孙守斌，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：