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移动式余热利用系统蓄热器数值模拟与优化研究

王美俊  
【摘要】:工业部门每年都会产生大量的余热和废热,不仅降低了能源的利用率,也加剧了我国的能源负担。目前余热回收利用呈现出能源双重损失的现状,一方面是大量的工业余热资源没有充分利用而被白白浪费;另一方面是我国北方城镇中有大部分区域没有敷设集中供暖管网而依靠自备锅炉来产生热能。为了改善这些问题,本文对移动式余热利用系统展开了以下几个方面的研究工作:根据蓄热材料的相变温度、导热系数、相变潜热、经济性和安全性等因素,筛选了××公司生产的70#相变蓄热球作为相变蓄热材料;并采用差示扫描量热法对其进行测试分析,得到了相变材料的熔化点、凝固点以及相变潜热值,为后文的仿真模拟提供数据参考。选用管壳式换热器作为移动式蓄热系统的核心部件,运用FLUENT软件对其蓄热和释热过程进行仿真模拟。结果表明,当相变蓄热装置充热7小时后,内部相变材料几乎全部完成蓄热,只有蓄热器两侧以及底部相变材料出现“死区”,是蓄热的主要瓶颈。为了提高蓄放热速率,破除蓄热“瓶颈”,通过改变换热管管径尺寸、布置方式和添加翅片的方法来强化换热;并探讨了直翅片、T字形翅片,以及翅片个数、高度、厚度和宽度对蓄热性能的影响。结果表明,添加翅片不仅可以提高换热效率,也会抑制自然对流作用;蓄放热时间随着翅片宽度、厚度、高度以及单根换热管周向翅片数的增加,呈现不同程度的减少。在参考移动式蓄热系统设计及数值模拟结果的基础上,对实际应用于天津××热电厂余热回收的移动式蓄热系统做了成本和收益估算,并从项目的可行性、经济性以及带来的社会效益三个方面分析了移动式余热利用技术在工业余热回收方面的重要性。结果表明,移动蓄能供热是价格低廉,节能环保,取缔小型燃煤锅炉最好的供热方式。


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