Truyền nhiệt công nghiệp: Ứng dụng, tiêu chí lựa chọn và hướng dẫn thực hành

Khoảng trống đó chính là nội dung thực sự của công việc truyền nhiệt công nghiệp. Hiếm khi có vấn đề về hợp kim kỳ lạ hoặc nhiệt động lực học mới; đó là vấn đề về diện tích bề mặt, tốc độ khí, mức độ bám bẩn và vị trí kim loại nằm bên trong ống dẫn. Hãy thực hiện đúng bốn điều đó và một thiết kế đơn giản sẽ hoạt động tốt hơn một thiết kế trang nhã có thể hoạt động ổn định trong sáu tuần.

Các phần bên dưới đề cập đến các cơ chế, phần cứng, các bước lựa chọn và những con số quyết định liệu một dự án có được phê duyệt hay gác lại hay không.

Truyền nhiệt công nghiệp thực sự bao gồm những gì

Truyền nhiệt công nghiệp is the controlled movement of thermal energy between a hot stream, a cold stream and the metal separating them, and in heavy industry the hot stream is almost always flue gas on its way to the stack.

Ba cơ chế chia sẻ nhiệm vụ. Bức xạ chiếm ưu thế trên khoảng 800 C, đó là lãnh thổ của lò nung. Sự dẫn truyền qua thành ống hầu như không bao giờ là nút thắt cổ chai, bởi vì thành ống bằng thép carbon dày 3 mm ở 400 C tạo thêm điện trở không đáng kể. Sự đối lưu ở phía khí gây ra thiệt hại.

Khí thải sạch ở tốc độ 10 đến 15 m/s cho hệ số màng khoảng 30 đến 60 W/m2K. Phía nước hoặc hơi nước của cùng một ống chạy trên 1000 W/m2K. Vì các điện trở cộng lại nối tiếp nên phía khí chiếm khoảng 90% vấn đề, và mọi quyết định thiết kế tiếp theo đều xuất phát từ thực tế đó.

Hậu quả thực tế rất đơn giản. Thêm diện tích ở phía khí, giữ tốc độ khí đủ cao để cọ rửa các vây nhưng đủ thấp để tránh xói mòn và chấp nhận rằng thành ống sẽ chạy gần với nhiệt độ nước. Mọi thứ khác đều là chi tiết.

Các bề mặt quyết định tốc độ truyền nhiệt của bạn

Bề mặt phía khí là nơi quyết định thắng thua của thiết kế thu hồi nhiệt, do đó, các ống có vây, dàn tiết kiệm và mô-đun HRSG được đánh giá dựa trên ba con số giống nhau: mật độ bề mặt, vận tốc khí và khả năng chịu bám bẩn.

Các cánh tản nhiệt loại H được hàn thành từng cặp với một đường dẫn khí thẳng giữa chúng, đó là lý do tại sao chúng tồn tại được nhờ than và tro sinh khối có thể làm tắc nghẽn một bờ xoắn ốc dày đặc. Vây xoắn ốc cho diện tích lớn hơn trên mỗi mét và hiệu suất tốt hơn trong khí sạch, nhưng chúng khó làm sạch hơn và khó hình thành các điểm lạnh hơn nhiều.

Chi tiết thường bị bỏ qua nhất là hiệu quả của vây. Các vây dài, mỏng ở nhiệt độ cao dẫn điện kém dọc theo chiều dài của chúng, do đó diện tích hiệu dụng nhỏ hơn diện tích hình học. Nếu bảng dữ liệu báo giá khu vực không có con số hiệu suất cuối cùng, hãy yêu cầu nó trước khi so sánh giá cả. Một ghi chú riêng về ống vây nâng cao hiệu suất truyền nhiệt như thế nào đi qua tính toán bề mặt chi tiết hơn.

Ống vây loại H để truyền nhiệt hiệu quả cao Các cánh tản nhiệt hình chữ H được hàn tần số cao giúp tăng diện tích gia nhiệt và chống bụi, khiến hiệu suất của cánh tản nhiệt đáng được kiểm tra trước khi so sánh các phương án truyền nhiệt. Xem sản phẩm →

Nơi nhiệt thực sự thoát ra

Hầu hết các nhà máy đều mất nhiệt có thể phục hồi ở ba nơi: ống khói, bề mặt nóng không bao giờ được cách nhiệt lại sau khi sửa đổi, xả đáy hoặc nước ngưng tụ được thải ra thay vì được trả lại.

Hai con số quyết định nhiệt độ khí có thể được đẩy bao xa. Điểm sương axit đặt ra mức sàn: với 1 đến 2 phần trăm nhiên liệu lưu huỳnh, hơi nước và SO3 bắt đầu ngưng tụ trên các cánh tản nhiệt ở khoảng từ 120 đến 150 C. Điểm nhúm đặt ra giới hạn thực tế cho việc tạo hơi nước, thường là 8 đến 15 K giữa thời điểm thoát khí và bão hòa hơi nước.

Khi khí ở trên khoảng 500 C, bộ tiết kiệm hoàn toàn là công cụ sai lầm. Nhiệm vụ đó thuộc về lò hơi sử dụng nhiệt thải để tạo ra hơi nước hoặc làm nóng chất lỏng trong quy trình và quyết định này được quyết định bởi sự cân bằng hơi nước của nhà máy nhiều hơn là bởi dữ liệu khí đốt.

Nồi hơi nhiệt thải công nghiệp để thu hồi khí thải ở nhiệt độ cao Đối với khí thải trên phạm vi tiết kiệm, nồi hơi này thu hồi nhiệt để tạo ra hơi nước và thích ứng với bụi, ăn mòn và các nguồn biến động. Xem sản phẩm →

Thiết bị phù hợp với nhiệm vụ

Việc lựa chọn thiết bị tuân theo tình trạng khí trước tiên và sau đó là nhu cầu về hơi nước hoặc nước, không bao giờ ngược lại.

1. Sửa dữ liệu khí: lưu lượng, nhiệt độ, thành phần, tải lượng bụi, điểm sương và cách cả bốn thay đổi giữa mùa hè và mùa đông.
2. Đặt nhiệt độ đầu ra mục tiêu có giới hạn ăn mòn, không phải ở mức tối ưu về mặt lý thuyết.
3. Kích thước bề mặt có hệ số ô nhiễm trung thực, khoảng 0,005 đến 0,01 m2K/W đối với khí sạch và gấp hai đến ba lần so với đốt dầu hoặc sinh khối.
4. Kiểm tra cách bố trí và kết nối: không gian ống dẫn, đầu quạt, độ cao của trống, bố trí đường vòng và lối tiếp cận vật lý để làm sạch.

Bước ba và bốn là nơi ngân sách bị mất. Một thiết bị có kích thước phù hợp cho nhiệm vụ sạch sẽ và được lắp đặt không có máy thổi bồ hóng cần ngừng hoạt động đột xuất trong vòng hai năm và chi phí để bổ sung một thiết bị sau này thường vượt quá chênh lệch giá giữa thiết kế rẻ và thiết kế tốt.

Trong công việc EPC, giao diện cũng quan trọng như thiết kế nhiệt. Các chuyển tiếp ống dẫn, khe co giãn, thép đỡ và thiết bị đo đều phải được giải quyết ở dạng 3D trước khi bắt đầu chế tạo, đó là lý do tại sao nhà cung cấp có thể chuyển đổi bản vẽ và xác minh nhiệt đầu vào trong nhà sẽ tiết kiệm được nhiều thời gian hơn so với nhà cung cấp chỉ báo giá mỗi tấn thấp hơn. Hồ sơ công ty đặt ra phạm vi kỹ thuật đó một cách chi tiết hơn.

Bộ tiết kiệm khí thải đuôi nồi hơi Thu hồi nhiệt từ ống khói lò hơi để làm nóng trước nước cấp, cắt giảm lượng nhiên liệu sử dụng và phù hợp với các hệ thống nồi hơi than, khí đốt, dầu, sinh khối hoặc nhiệt thải. Xem sản phẩm →

Đọc kinh tế trước khi bạn cam kết

Hoàn vốn cho thiết bị truyền nhiệt công nghiệp bị chi phối bởi số giờ chạy hàng năm và giá nhiên liệu chứ không phải bởi sự khác biệt nhỏ về hiệu suất nhiệt.

Ba yếu tố đầu vào quyết định liệu trường hợp có vượt qua được cuộc họp đánh giá hay không:

• Giờ hoạt động ở mức tải thực tế, không phải giờ trên bảng tên.
• Chi phí nhiên liệu trong suốt vòng đời thiết bị, với mức kiểm tra độ nhạy chỉ bằng một nửa mức giá hiện tại.
• Chi phí vệ sinh và kiểm tra, bao gồm cả số ngày ngừng hoạt động.

Thêm sự tuân thủ phần áp suất sớm. Tài liệu ASME hoặc PED, truy xuất nguồn gốc vật liệu và kiểm tra của bên thứ ba hiếm khi thay đổi thiết kế nhiệt, nhưng chúng có thể dời lịch giao hàng theo tháng nếu chúng được nâng lên sau khi bản vẽ bị đóng băng.

Câu hỏi thường gặp

Sự khác biệt giữa máy tiết kiệm và máy tạo hơi nước thu hồi nhiệt là gì?

Bộ tiết kiệm làm nóng nước cấp mà không thay đổi pha, thường sử dụng khí thải ở nhiệt độ 200 đến 400 C. Máy tạo hơi nước thu hồi nhiệt tạo ra hơi nước và thường chứa bộ tiết kiệm, bộ bay hơi và bộ quá nhiệt trong một vỏ, thu hồi khí thải từ tua bin khí hoặc các quy trình nhiệt độ cao.

Tôi nên nhắm mục tiêu nhiệt độ ngăn xếp nào?

Thấp đến mức điểm sương axit và điểm nhúm cho phép. Đối với khí có hàm lượng lưu huỳnh thấp, nhiệt độ này thường là 120 đến 150 C; đối với dầu nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao, nhiệt độ có thể là 160 C hoặc cao hơn trừ khi có quy định về vây chống ăn mòn.

Làm cách nào để giữ cho ống có vây không bị bám bẩn?

Ghép loại vây với tro, giữ tốc độ khí trong phạm vi 8 đến 12 m/s và lắp đặt máy thổi bồ hóng có đủ làn để chạm tới thành ống. Vây loại H với đường dẫn khí rộng là lựa chọn an toàn hơn ở nhiệt độ dưới 300 C nơi tro bám dính.

Thiết bị thu hồi nhiệt có thể được trang bị thêm vào ống dẫn hiện có không?

Có, nếu đầu quạt và không gian ống dẫn cho phép. Hầu hết các trang bị thêm đều cần một đường vòng để tắt máy và làm sạch, đồng thời tổn thất do gió lùa tăng thêm từ 0,5 đến 1,5 kPa thường phải được bù đắp bằng việc nâng cấp quạt hoặc xếp chồng cao hơn.