楊賀　陳明明

摘 要：火力發(fā)電作為我國能源獲取的最主要途徑，其運行對于我國經(jīng)濟發(fā)展有著重要的影響。而回轉(zhuǎn)式空預(yù)器作為火力發(fā)電廠回收余熱的重要裝置，傳熱波紋板是回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的核心部件，其性能直接決定了回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的傳熱性能、流通阻力和積灰狀況。文章以回轉(zhuǎn)式空預(yù)器中常用板型DU-K波紋板為基礎(chǔ)，探討了在DU-K波紋板上開擾孔流對傳熱效果和傳熱均勻性的影響。

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)式空預(yù)器；波紋板；傳熱；阻力特性

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國對電力的需求也越來越大，據(jù)統(tǒng)計，截止到2015年底，全國發(fā)電裝機容量達到147153萬千瓦，其中火電裝機容量占全部裝機容量的63.37%，由此可見當(dāng)前乃至未來十年之內(nèi)火力發(fā)電仍舊是國內(nèi)獲取能源的最主要方式。但是和水電、風(fēng)電、核電相比，火力發(fā)電造成的資源浪費和環(huán)境污染毫無疑問和社會所提倡的綠色節(jié)約環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展理念是有著很大沖突的，這種情況下如何采取有效措施提高火力發(fā)電效率，降低其帶來的污染成為一個亟待解決的問題。

1 空氣預(yù)熱器概述

當(dāng)前，從各種熱氣體中回收熱量是火力發(fā)電廠主要采用的一種有效提高動力裝置效率的手段，而空氣預(yù)熱器則是當(dāng)前最為常見的一種熱回收裝置。在實際操作中通常會利用空氣預(yù)熱器來回收煙氣余熱，加熱助燃空氣，降低排煙溫度，從而有效的提高了鍋爐的熱效率。同時由于空氣預(yù)熱器的存在，使得助燃空氣的溫度得到了進一步的提高，這對于燃料的著火，降低因燃料不完全燃燒出現(xiàn)的資源浪費有著重要的意義。目前火力發(fā)電廠所使用的空氣預(yù)熱器主要分為兩種，一種是管式空氣預(yù)熱器，另一種是回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。相比之下，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器因具有高傳熱率、耐腐蝕性強、使用壽命長、價格較低等優(yōu)勢成為火力發(fā)電廠的首選設(shè)備，其主要由轉(zhuǎn)子和外殼兩個部分組成，其中轉(zhuǎn)子從上到下用徑向隔板分隔成互不相通的若干個扇形倉，每個扇形倉裝滿由波紋金屬板制成的傳熱元件，也叫傳熱波紋板，用于吸熱與放熱。在外殼的頂部和底部，上下對應(yīng)著用兩個扇形板將整個截面分隔成煙氣流通區(qū)、空氣流通區(qū)和密封區(qū)部分。回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器工作原理為：回轉(zhuǎn)式空預(yù)器由電機驅(qū)動轉(zhuǎn)子帶動旋轉(zhuǎn)，通過傳熱波紋板在煙氣流動區(qū)中吸收高溫?zé)煔鉄崃?，然后在空氣流通區(qū)中將熱量傳遞給冷空氣，如此反復(fù)循環(huán)，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周就進行一次熱交換。密封區(qū)防止空氣從空氣流通區(qū)泄露到煙氣流通區(qū)。轉(zhuǎn)子緩慢旋轉(zhuǎn)，高溫?zé)煔夂屠淇諝饨惶娴亓鬟^傳熱波紋板。由回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的工作過程可以看出轉(zhuǎn)子中的傳熱波紋板是回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的核心部件，傳熱波紋板的性能決定回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的流動和傳熱性能。

2 帶擾流孔波紋板的傳熱和阻力特性

現(xiàn)有回轉(zhuǎn)式空預(yù)器傳熱波紋板專利大都屬于國際上幾個著名波紋板制造商，它們一般不對外公布自己掌握的研究材料，加上國內(nèi)燃煤特性與國外的不同，目前缺乏有效的數(shù)據(jù)對回轉(zhuǎn)式空預(yù)器傳熱波紋板的流動和傳熱性能做有通用價值的歸納。由于標準的實施，火電廠都進行了脫硝系統(tǒng)改造，脫硝改造后引起回轉(zhuǎn)式空預(yù)器冷段腐性堵塞。為解決回轉(zhuǎn)式空預(yù)器冷段腐性堵塞，國內(nèi)常用做法為對冷段波紋板進行搪瓷，但這會使整個回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的換熱性能降低。對此作者結(jié)合相關(guān)的研究認為通過在回轉(zhuǎn)式空預(yù)器傳熱波紋板上開擾流孔方式來增強回轉(zhuǎn)式空預(yù)器傳熱波紋板的綜合性能是較為可行的，并以常用板型DU-K波紋板為例對其傳熱和阻力特性進行了分析。

2.1 帶擾流孔波紋板的傳熱特性分析

由于DU-K波紋板結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，導(dǎo)致通道內(nèi)溫度場、速度場以及壓力場都是非常不均勻的。定位板與波形板通道面積較小的地方，空氣流速較大，靜壓較小，同時換熱效果比較好，即空氣能夠很好的得到波紋板傳遞熱量。定位板與波形板通道面積較大的地方，空氣流速較小，靜壓較大，換熱效果比較差，即空氣不能很好的傳遞波紋板的熱量。并且隨著Re（熱諾數(shù)）數(shù)增加，不均勻的情況愈加明顯，這在一定程度上限制了通道內(nèi)空氣熱交換的均勻性，同時也不利于波紋板的熱量充分傳遞給流通通道內(nèi)的空氣。而在波紋板上開擾流孔則可以有效的借助上下通道壓力差，產(chǎn)生板間流動，破壞邊界層發(fā)展，以增強傳熱效果。同時擾流孔消除局部大速度，通道空氣速度分布更加均勻，整個通道內(nèi)的傳熱效果得以增強。

2.2 帶擾流孔波紋板的阻力特性分析

回轉(zhuǎn)式空預(yù)器波紋板復(fù)雜的波形使板內(nèi)流體流動流型復(fù)雜，流體的流動狀態(tài)對波紋板傳熱特性有著密切的影響，在對回轉(zhuǎn)式空預(yù)器波紋板的強化傳熱研究之前就必須先對流體流動特性進行分析。在回轉(zhuǎn)式空預(yù)器波紋板流道中，阻力主要包括兩種：沿程摩擦阻力和局部阻力。其中沿程摩擦阻力是導(dǎo)致回轉(zhuǎn)式空預(yù)器中壓降存在的主要原因，沿程摩擦阻力的影響因素主要有流體自身的物性、波紋板的結(jié)構(gòu)形狀和波紋板換熱面表面粗鏈程度等。相關(guān)研究和實踐表明隨著擾流孔直徑的增大，帶擾流孔的DU-K板流動阻力較無擾流孔DU-K板逐漸減小。分析孔排列方式的影響可知，在叉排排列時，流動阻力減少量大于順排排列。對于孔間距，作者在實踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)間距從12mm增大到20mm時，流動阻力減少量呈現(xiàn)出先減小后增大的情況。對于孔位置，作者結(jié)合相關(guān)的理論研究計算得出當(dāng)孔布置在定位板上時，流動阻力平均減少17.72%；布置在波形板上時流動阻力增加5.42%；當(dāng)定位板波形板都布置時，流動阻力減少18.62%。由此可見擾流孔孔直徑對最終流動阻力的影響作用最大，孔位置次之，孔間距影響在第三位，孔排列方式影響最不明顯。因此，根據(jù)波紋板幾何尺寸及開擾流孔后波紋板表面孔隙率變化，合理布置圓形擾流孔的孔徑、擾流孔的排列間距、擾流孔的位置以及擾流孔的排列方式，是最大限度降低波紋板阻力的有效措施。

總而言之，波紋板是板式換熱器和回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的主要傳熱元件，波紋板的結(jié)構(gòu)直接決定換熱器的傳熱性能、阻力性能、抗腐防堵能力以及承壓能力等?，F(xiàn)有的波紋板波紋結(jié)構(gòu)主要要有人字型波紋結(jié)構(gòu)、水平波紋結(jié)構(gòu)、豎直波紋結(jié)構(gòu)、斜波紋結(jié)構(gòu)等。板式換熱器的波紋板片由螺檢夾緊在固定壓緊板及活動壓緊板之間，在換熱器內(nèi)部就構(gòu)成了許多流道，板與板之間用橡膠密封，流體在板式換熱器內(nèi)轉(zhuǎn)折流動實時換熱?；剞D(zhuǎn)式空預(yù)器傳熱波紋板通過不斷流經(jīng)煙氣通道和空氣通道交替換熱，因此回轉(zhuǎn)式空預(yù)器波紋板需要有較強蓄熱能力。而采用在波紋板上開擾流孔的方式對于提高波紋板以及回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的性能效果是不言而喻的，對于國內(nèi)燃煤電廠降低生產(chǎn)成本，減少運行維護費用，降低金屬材料消耗，提高產(chǎn)品可靠性和壽命，具有重要意義。

參考文獻

[1]王祝成.電廠鍋爐回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的節(jié)能改造及效果分析[J].能源技術(shù)經(jīng)濟，2010，5.

[2]王洪躍.回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器動態(tài)特性及控制策略研究[D].東南大學(xué)，2005，12.

[3]黃風(fēng)良.回轉(zhuǎn)式空預(yù)器中帶擾流孔波紋板的傳熱和阻力特性研究[D].浙江大學(xué)，2015，1.

作者簡介：楊賀（1985-），男，吉林松原人，本科，助理工程師，研究方向：鍋爐檢修。