Industriel varmeoverførsel: applikationer, udvælgelseskriterier og praktisk vejledning

Det hul er, hvad industrielt varmeoverførselsarbejde i virkeligheden handler om. Det er sjældent et spørgsmål om eksotiske legeringer eller ny termodynamik; det er et spørgsmål om overfladeareal, gashastighed, tilsmudsningskvote og hvor metallet sidder inde i kanalen. Få de fire rigtige, og et ensartet design overgår et elegant design, der passer solidt på seks uger.

Afsnittene nedenfor dækker mekanismerne, hardwaren, udvælgelsestrinene og de tal, der afgør, om et projekt bliver godkendt eller henlagt.

Hvad industriel varmeoverførsel egentlig dækker over

Industriel varmeoverførsel 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.

Tre mekanismer deler pligten. Stråling dominerer over ca. 800 C, hvilket er ovnterritorium. Ledning gennem rørvæggen er næsten aldrig flaskehalsen, fordi en 3 mm kulstofstålvæg ved 400 C tilføjer ubetydelig modstand. Konvektion på gassiden gør skaden.

Ren røggas ved 10 til 15 m/s giver en filmkoefficient på ca. 30 til 60 W/m2K. Vand- eller dampsiden af ​​samme rør løber over 1000 W/m2K. Da modstande tilføjes i serier, ejer gassiden omkring 90 procent af problemet, og enhver downstream-designbeslutning følger af det enkelte faktum.

Den praktiske konsekvens er enkel. Tilføj område på gassiden, hold gashastigheden høj nok til at skure finnerne, men lav nok til at undgå erosion, og accepter, at rørvæggen vil løbe tæt på vandtemperaturen. Alt andet er detaljer.

Overfladerne, der bestemmer din varmeoverførselshastighed

Overfladen på gassiden er, hvor et varmegenvindingsdesign vindes eller tabes, så ribbede rør, economizer-banker og HRSG-moduler bedømmes ud fra de samme tre tal: overfladedensitet, gashastighed og begroningstolerance.

H-type finner er svejset parvis med en lige gasbane imellem dem, hvorfor de overlever kul og biomasseaske, der ville tilstoppe en tæt spiralbanke. Spiralfinner giver mere areal pr. meter og bedre ydeevne i ren gas, men de er sværere at rengøre og langt mindre tilgivende over for kolde pletter.

Den detalje, der oftest savnes, er finneeffektivitet. Lange, tynde finner ved høj temperatur leder dårligt langs deres længde, så det effektive areal er mindre end det geometriske areal. Hvis et datablad citerer område uden et finneeffektivitetstal, så spørg efter det, før du sammenligner priser. En særskilt note vedr hvordan ribbede rør øger varmeoverførselseffektiviteten gennemgår overfladeberegningen mere detaljeret.

H-Type finnet rør til højeffektiv varmeoverførsel Højfrekvente svejsede H-formede finner øger varmearealet og modstår støv, hvilket gør finneeffektiviteten værd at tjekke, før man sammenligner varmeoverførselsmuligheder. Se produkt →

Hvor varmen faktisk slipper ud

De fleste anlæg mister genvindelig varme tre steder: stakken, varme overflader, der aldrig blev efterisoleret efter en ændring, og nedblæsning eller kondensat, der dumpes i stedet for at blive returneret.

To tal bestemmer, hvor langt gastemperaturen kan skubbes. Syredugpunktet sætter gulvet: Med 1 til 2 procent svovlbrændstof begynder vanddamp og SO3 at kondensere på finnerne et sted mellem 120 og 150 C. Knibepunktet sætter den praktiske grænse for dampdannelse, normalt 8 til 15 K mellem gas, der forlader og dampmætning.

Når gassen er over ca. 500 C, er en economizer det forkerte værktøj. Den pligt hører til en spildvarmekedel, der genererer damp eller opvarmer en procesvæske, og beslutningen er langt mere drevet af anlæggets dampbalance end af gasdataene.

Industriel spildvarmekedel til genvinding af højtemperatur røggas Til røggas over economizer-området genvinder denne kedel varme for at generere damp og tilpasser sig støv, korrosion og fluktuerende kilder. Se produkt →

Matchende udstyr til pligten

Udstyrsvalg følger gastilstanden først og damp- eller vandbehovet dernæst, aldrig omvendt.

1. Ret gasdataene: flow, temperatur, sammensætning, støvbelastning, dugpunkt og hvordan alle fire skifter mellem sommer og vinter.
2. Indstil den ønskede udgangstemperatur med en korrosionsmargin, ikke på det teoretiske optimale.
3. Dimensjoner overfladen med en ærlig begroningsfaktor, omkring 0,005 til 0,01 m2K/W for ren gas og to til tre gange så stor som for oliefyring eller biomasse.
4. Tjek layout og binding: kanalplads, ventilatorhoved, tromlehøjde, bypass-arrangement og fysisk adgang til rengøring.

Trin tre og fire er, hvor budgetterne går tabt. En enhed, der er dimensioneret til en ren pligt og installeret uden sodblæser, har brug for et uplanlagt udfald inden for to år, og omkostningerne ved at tilføje en senere overstiger normalt prisforskellen mellem et billigt design og et godt.

På EPC-arbejde betyder grænsefladen lige så meget som det termiske design. Kanalovergange, ekspansionsfuger, støttestål og instrumentering skal alt sammen løses i 3D, før fremstillingen starter, hvorfor en leverandør, der kan konvertere tegninger og verificere varmeinput internt, sparer et projekt mere tid end en leverandør, der blot citerer en lavere pris pr. ton. Virksomhedens profil beskriver det tekniske omfang mere detaljeret.

Boiler Tail Røggas Economizer Genvinder kedelaftræksvarme for at forvarme fødevand, reducere brændstofforbruget og tilpasse kul-, gas-, olie-, biomasse- eller spildvarmekedelsystemer. Se produkt →

Læs økonomien, før du forpligter dig

Tilbagebetaling på industrielt varmeoverførselsudstyr er domineret af årlige driftstimer og brændstofpris, ikke af små forskelle i termisk effektivitet.

Tre inputs afgør, om sagen overlever et bedømmelsesmøde:

• Driftstimer ved realistisk belastning, ikke typeskilttimer.
• Brændstofomkostninger i hele udstyrets levetid med et følsomhedstjek til halvdelen af ​​den nuværende pris.
• Rengørings- og inspektionsomkostninger, inklusive de udfaldsdage, det bruger.

Tilføj overholdelse af trykdele tidligt. ASME- eller PED-dokumentation, materialesporbarhed og tredjepartsinspektion ændrer sjældent det termiske design, men de kan flytte leveringsplanen med måneder, hvis de hæves, efter at tegningen er frosset.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er forskellen mellem en economizer og en varmegenvindingsdampgenerator?

En economizer opvarmer fødevandet uden at ændre dets fase, typisk ved hjælp af røggas ved 200 til 400 C. En varmegenvindingsdampgenerator producerer damp og indeholder sædvanligvis economizer, fordamper og overhedningssektioner i et hus, der genvinder udstødning fra gasturbiner eller højtemperaturprocesser.

Hvilken staktemperatur skal jeg målrette mod?

Så lavt som syredugpunktet og klempunktet tillader. For lavsvovlgas er dette ofte 120 til 150 C; for brændselsolie med højt svovlindhold kan den være 160 C eller højere, medmindre korrosionsbestandige finner er specificeret.

Hvordan forhindrer jeg ribbede rør i at besmitte?

Tilpas finnetypen til asken, hold gashastigheden i området 8 til 12 m/s, og installer sodblæsere med nok baner til at nå rørvæggen. H-type finner med brede gasbaner er det sikreste valg under 300 C, hvor asken er klæbrig.

Kan varmegenvindingsudstyr eftermonteres i en eksisterende kanal?

Ja, hvis ventilatorhoved og kanalplads tillader det. De fleste eftermonteringer har brug for en bypass til nedlukning og rengøring, og det ekstra træktab på 0,5 til 1,5 kPa skal normalt betales med en ventilatoropgradering eller en højere stak.