高溫粉體與水冷壁面?zhèn)鳠岬膶嶒炑芯?/h1>
2022-05-17 07:06:12劉柏謙
徐州工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版) 2022年1期
劉柏謙
(北京科技大學(xué) 能源與環(huán)境工程系,北京 100083)
工業(yè)過程中存在大量高溫粉體.如電力工業(yè)循環(huán)流化床鍋爐排出的高溫灰渣，就是典型的工業(yè)高溫粉體.化工、冶金、建材等工業(yè)領(lǐng)域中，高溫粉體種類繁多，粉體形態(tài)差異很大.有些裝置可以回收高溫粉體攜帶的物理顯熱，改變粉體物性，改善粉體利用性能.
工業(yè)上回收粉體廢熱的裝置主要是兩大類，一類是滾筒冷渣機，用于循環(huán)流化床鍋爐灰渣廢熱回收；一類是粉體流換熱器，用于化工粉體廢熱回收.滾筒冷渣機曾被認(rèn)為是“天生傳熱系數(shù)低”的裝置，賀曉陽等[1]認(rèn)為滾筒冷渣機的傳熱系數(shù)不大于60 W/m2·K，在工業(yè)滾筒冷渣機設(shè)計時多采用50～55 W/m2·K[2].根據(jù)文獻(xiàn)核算，中國引進(jìn)的粉體流換熱器的傳熱系數(shù)不大于40 W/m2·K[3-6].粉體換熱器傳熱系數(shù)低的主要原因是換熱器設(shè)計使用的傳熱機理不當(dāng)，粉體在粉體換熱器中存在巨大的溫度梯度，如在滾筒冷渣機中粉體與水冷滾筒之間換熱的主導(dǎo)熱阻是粉體與水冷金屬管(或板)之間的接觸熱阻，交叉流換熱器的主導(dǎo)熱阻是粉體與水冷管板之間的粉體接觸熱阻，這種熱阻的阻值明顯高于其他類型的傳熱熱阻，如金屬之間的導(dǎo)熱熱阻、流體與金屬之間的對流熱阻等.
有證據(jù)表明，滾筒冷渣機研究中使用了回轉(zhuǎn)窯的研究方法，但忽略了回轉(zhuǎn)窯研究中已經(jīng)看到的滾筒中顆粒分層現(xiàn)象.Boateng等[7-9]在冷態(tài)實驗中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)滾筒顆粒床出現(xiàn)中心位置的顆粒運動速度很慢，中心位置周圍的顆粒運動快的現(xiàn)象.他們的表述類似于本文發(fā)現(xiàn)的高溫核心區(qū).Ding等[10-11]描述了顆粒在滾筒中翻轉(zhuǎn)時間與坍落—滾動轉(zhuǎn)變和滾筒中顆粒運動模式.這些研究大致給出了滾筒中粉體(單一尺寸顆?；蚨喑叽珙w粒體系)的運動狀態(tài).Liu等[12]在實驗回轉(zhuǎn)窯上布置4根熱電偶測量滾筒內(nèi)顆粒床的溫度分布.發(fā)現(xiàn)離開顆粒床的熱電偶溫度比顆粒床內(nèi)熱電偶溫度相差很大，距粉體入口0.5 m處的溫差達(dá)到700 ℃，1.79 m處下降到200 ℃.不同床深處的溫差，距粉體入口0.5 m處的溫差100～200 ℃，0.8 m處的溫差達(dá)到300 ℃，1.79 m處的溫差不到100 ℃.實驗數(shù)據(jù)顯示， Liu等[12]的實驗已經(jīng)出現(xiàn)了高溫核心區(qū)的表現(xiàn)，但沒有文字描述;莊宇等[13]和Si等[14]完全忽略顆粒床中的溫度梯度，將滾筒內(nèi)顆粒與滾筒之間的傳熱簡化成一維傳熱模型.
1 實驗裝置與方法
為研究粉體與水冷壁面之間的傳熱過程，設(shè)計了2種傳熱機構(gòu)：一種是粉體與水冷壁面之間簡單對流的實驗裝置，分為直板通道和圓弧通道兩種；一種是水冷滾筒，研究旋轉(zhuǎn)滾筒內(nèi)高溫粉體的冷卻過程，對應(yīng)滾筒冷渣機的工作過程.實驗用灰渣取自一臺130 t/h循環(huán)流化床鍋爐排放的冷渣，用實驗室高溫電爐加熱制成高溫粉體.
1.1 粉體對流傳熱實驗裝置
圖1給出粉體與水冷壁面之間對流換熱實驗裝置.圖1(a)給出的是圓弧通道對流實驗裝置，圓弧半徑為1 m.圖1(b)給出的是直板通道對流實驗裝置，直板通道與圓弧通道長度相等.灰渣通道和冷卻水通道截面均為150 mm×50 mm，通道外包50 mm厚石棉板保溫(圖1中未體現(xiàn)).在灰渣通道進(jìn)出口和通道長度1/3節(jié)點處裝有熱電偶(共4支)，測量灰渣進(jìn)出口內(nèi)等距離處的灰渣溫度.
1—灰渣進(jìn)口; 2—冷卻水進(jìn)口; 3—灰渣通道; 4—熱電偶5—冷卻水通道; 6—冷卻水出口; 7—灰渣出口圖1 粉體與水冷壁面之間對流換熱實驗裝置
圖2為測量水冷滾筒傳熱能力的實驗系統(tǒng).水冷滾筒由電機帶動旋轉(zhuǎn)，來自水箱的水通過水管流淌到滾筒外表面.鋼制滾筒有效直徑200 mm，遠(yuǎn)離電機一側(cè)開有圓形孔，用于熱電偶進(jìn)口測量不同位置的灰渣溫度.
圖2 水冷滾筒實驗裝置和系統(tǒng)
1.2 研究方法
粉體對流傳熱實驗是機理探索性實驗，灰渣加熱溫度350 ℃以下.由于測點少，對流實驗采用人工記錄熱電偶溫度.每次實驗前，稱量金屬盒內(nèi)盛裝的灰渣量，根據(jù)灰渣量、灰渣溫度變化和不同溫度下的灰渣比熱可以得到灰渣放熱量，見式(1).根據(jù)熱平衡得式(2)，和傳熱方程式(3)可以求出灰渣與水冷壁面的傳熱系數(shù).
(1)
Qash=Qht，
(2)
Qht=kFΔt,
(3)
式中：Qash為灰渣放熱量，kJ/s；Qht為裝置傳熱，kJ/s；cp為灰渣比熱，kJ/kg·℃；tin為灰渣進(jìn)口溫度， ℃；tout為灰渣出口溫度，℃；k為裝置傳熱系數(shù) ，W/m2·℃；F為水冷壁面的有效傳熱面積，m2；Δt為裝置的對數(shù)平均溫差，℃.
2 結(jié)果與分析
實驗灰渣分成3個檔次，小于1 mm、1～3.2 mm、大于3.2 mm.每個尺寸范圍重復(fù)實驗4次，保證實驗的可信性.
2.1 粉體對流傳熱實驗
粉體尺寸對粉體傳熱系數(shù)的影響巨大，冷卻水進(jìn)出口溫度和灰渣進(jìn)出口溫度沒有顯著變化時，改變灰渣顆粒的尺寸范圍可以顯著改變粉體對流傳熱系數(shù).表1給出圓弧通道主要實驗條件和實驗結(jié)果.從表1可以看出，灰渣尺寸越細(xì)傳熱系數(shù)越高.小于1 mm顆粒的平均傳熱系數(shù)為106.73 W/m2·K，1～3.2 mm顆粒的下降到63.47 W/m2·K，而大于3.2 mm顆粒的傳熱系數(shù)只有29.56 W/m2·K.
表1 圓弧通道對流傳熱裝置的傳熱系數(shù)
圖3給出實測的熱電偶測量值和熱電偶升溫速率.圖3(a)顯示，所有熱電偶的溫變速率都是先升后降，溫度升降之間有一個短暫的保溫階段.如果是連續(xù)給料，保溫階段會持續(xù)延長.因此，溫度升高階段應(yīng)該對應(yīng)傳熱裝置啟動階段，溫度下降階段對應(yīng)停機階段，保溫階段對應(yīng)穩(wěn)定運行工況.圖3(b)顯示，在前15 s時間內(nèi)熱電偶溫度都是升高的，升溫速率在5 s處出現(xiàn)峰值.15 s后，雖然個別時間測量值是升高的，但所有熱電偶的溫度總趨勢是在下降，表明灰渣受到連續(xù)冷卻.
圖3 實測的熱電偶測量值和熱電偶溫升速率
表2給出兩種通道相同操作條件下的傳熱系數(shù).由表2可見：1)顆粒尺寸越小傳熱系數(shù)越高；2)圓弧通道傳熱系數(shù)高于直板通道；3)2種通道使用未篩分的原始灰渣測得的傳熱系數(shù)均高于賀曉陽[1]認(rèn)為的滾筒冷渣機傳熱系數(shù)不大于60 W/m2·K的表述.表明用對流傳熱代替接觸導(dǎo)熱能顯著提高滾筒冷渣機的廢熱回收能力.
表2 2種通道傳熱系數(shù)比值
2.2 水冷滾筒實驗
高溫灰渣在滾筒內(nèi)形成弓形截面，圖4為水冷滾筒中灰渣形成的弓形面積、測點位置、熱電偶布置方式和計算等效面積的等溫帶劃分.圖4(a)可以看出在低轉(zhuǎn)速下弓形面積半弦長處半徑方向布置了8根熱電偶，8個熱電偶顆粒床徑向位置r/R分別為0.02、0.12、0.22、0.32、0.42、0.52、0.62和0.72，以測量給定投料量下不同床料深度的溫度變化.圖4(b)是計算等溫面積用的弓形面積組.
圖4 等溫帶劃分和熱電偶布置示意圖
圖5為水冷滾筒中熱電偶測量的徑向不同位置處溫度隨時間的變化曲線.圖5顯示，在r/R=0.42處的測量值最高.溫度最低處位于r/R為0.02和0.72處.表明顆粒床外側(cè)，即圓弧和弓弦處的溫度最低.隨著轉(zhuǎn)速提高，顆粒床的最大溫差增大.4 r/min時的最大灰渣溫差約200 ℃，5 r/min時的溫差約328 ℃，6 r/min時的最大溫差達(dá)到358 ℃.圖5的實驗結(jié)果表明水冷滾筒灰渣料床內(nèi)存在極難冷卻的高溫核心區(qū).由于灰渣比熱隨溫度下降而下降，灰渣比熱正比于灰渣放熱量，低溫下回收灰渣熱量的難度更大.
圖5 不同轉(zhuǎn)速下的顆粒床的溫度分布
圖6給出沿徑向不同熱電偶的溫度測量值隨時間的變化.圖6顯示，隨著r/R增大，熱電偶溫度先升后降.半徑比r/R=0.52是溫度升降的分界點.r/R=0.52～0.62區(qū)間溫度下降最顯著.不同轉(zhuǎn)速下的測量結(jié)果均顯示，弓形面積的圓弧附近(r/R=0.72)的灰渣溫度小于弓弦附近的灰渣溫度(r/R=0.02).
圖6 滾筒顆粒床的溫度分布
圖7給出距滾筒器壁2 mm處顆粒溫度、高溫核心區(qū)溫度和按等效面積法計算的灰渣平均溫度.圖7明確顯示，距滾筒器壁2 mm處顆粒溫度與冷卻水溫度的差值是決定水冷滾筒傳熱的關(guān)鍵因素，無論按對數(shù)平均溫差還是平均灰渣溫度與冷卻水的溫差都將誤導(dǎo)滾筒的傳熱計算.圖7還顯示，顆粒尺寸越小，高溫核心區(qū)溫度與靠近水冷滾筒處灰渣溫度的溫差越大.隨著運行時間延長，溫差逐漸減小，這是因為實驗裝置是批次投料，沒有連續(xù)熱源所致.
圖7 滾筒顆粒床平均溫度與最大最小溫度
3 結(jié)論
粉體換熱器是回收高溫粉體物理顯熱的重要工業(yè)裝置.長期以來，粉體換熱器是基于粉體與換熱器之間的接觸熱阻為主導(dǎo)熱阻而設(shè)計的.這種設(shè)計的傳熱系數(shù)低，金屬浪費嚴(yán)重，造成設(shè)備體積龐大，有時甚至擠占了工業(yè)過程主設(shè)備的空間.如300 MW以上循環(huán)流化床鍋爐至少配備6個滾筒冷渣機，發(fā)電鍋爐的0 m平面基本被占據(jù)，嚴(yán)重妨礙了設(shè)備檢修，消防通道也隨之消失.
本文實驗研究了高溫粉體與水冷壁面之間的對流傳熱和水冷滾筒內(nèi)高溫粉體的冷卻過程.研究發(fā)現(xiàn)：
1)粉體與換熱壁面之間的對流傳熱效果遠(yuǎn)優(yōu)于接觸導(dǎo)熱的傳熱效果.圓弧通道的對流傳熱能力高于直板通道的對流傳熱能力，且粉體尺寸越細(xì)傳熱系數(shù)越高.
2)對流傳熱通道中高溫粉體在十幾秒鐘內(nèi)能達(dá)到穩(wěn)定運行溫度.
3)水冷滾筒內(nèi)的粉體弓形料床中存在難于冷卻的高溫核心區(qū)，嚴(yán)重限制了滾筒冷渣機的傳熱能力.
4)決定滾筒冷渣機傳熱動力的是靠近滾筒冷渣機壁面處的灰渣溫度與冷卻水溫度之差.對數(shù)平均溫差或灰渣平均溫度與冷卻水溫度之差將誤導(dǎo)滾筒冷渣機設(shè)計.
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劉柏謙
(北京科技大學(xué) 能源與環(huán)境工程系,北京 100083)
工業(yè)過程中存在大量高溫粉體.如電力工業(yè)循環(huán)流化床鍋爐排出的高溫灰渣，就是典型的工業(yè)高溫粉體.化工、冶金、建材等工業(yè)領(lǐng)域中，高溫粉體種類繁多，粉體形態(tài)差異很大.有些裝置可以回收高溫粉體攜帶的物理顯熱，改變粉體物性，改善粉體利用性能.
工業(yè)上回收粉體廢熱的裝置主要是兩大類，一類是滾筒冷渣機，用于循環(huán)流化床鍋爐灰渣廢熱回收；一類是粉體流換熱器，用于化工粉體廢熱回收.滾筒冷渣機曾被認(rèn)為是“天生傳熱系數(shù)低”的裝置，賀曉陽等[1]認(rèn)為滾筒冷渣機的傳熱系數(shù)不大于60 W/m2·K，在工業(yè)滾筒冷渣機設(shè)計時多采用50～55 W/m2·K[2].根據(jù)文獻(xiàn)核算，中國引進(jìn)的粉體流換熱器的傳熱系數(shù)不大于40 W/m2·K[3-6].粉體換熱器傳熱系數(shù)低的主要原因是換熱器設(shè)計使用的傳熱機理不當(dāng)，粉體在粉體換熱器中存在巨大的溫度梯度，如在滾筒冷渣機中粉體與水冷滾筒之間換熱的主導(dǎo)熱阻是粉體與水冷金屬管(或板)之間的接觸熱阻，交叉流換熱器的主導(dǎo)熱阻是粉體與水冷管板之間的粉體接觸熱阻，這種熱阻的阻值明顯高于其他類型的傳熱熱阻，如金屬之間的導(dǎo)熱熱阻、流體與金屬之間的對流熱阻等.
有證據(jù)表明，滾筒冷渣機研究中使用了回轉(zhuǎn)窯的研究方法，但忽略了回轉(zhuǎn)窯研究中已經(jīng)看到的滾筒中顆粒分層現(xiàn)象.Boateng等[7-9]在冷態(tài)實驗中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)滾筒顆粒床出現(xiàn)中心位置的顆粒運動速度很慢，中心位置周圍的顆粒運動快的現(xiàn)象.他們的表述類似于本文發(fā)現(xiàn)的高溫核心區(qū).Ding等[10-11]描述了顆粒在滾筒中翻轉(zhuǎn)時間與坍落—滾動轉(zhuǎn)變和滾筒中顆粒運動模式.這些研究大致給出了滾筒中粉體(單一尺寸顆?；蚨喑叽珙w粒體系)的運動狀態(tài).Liu等[12]在實驗回轉(zhuǎn)窯上布置4根熱電偶測量滾筒內(nèi)顆粒床的溫度分布.發(fā)現(xiàn)離開顆粒床的熱電偶溫度比顆粒床內(nèi)熱電偶溫度相差很大，距粉體入口0.5 m處的溫差達(dá)到700 ℃，1.79 m處下降到200 ℃.不同床深處的溫差，距粉體入口0.5 m處的溫差100～200 ℃，0.8 m處的溫差達(dá)到300 ℃，1.79 m處的溫差不到100 ℃.實驗數(shù)據(jù)顯示， Liu等[12]的實驗已經(jīng)出現(xiàn)了高溫核心區(qū)的表現(xiàn)，但沒有文字描述;莊宇等[13]和Si等[14]完全忽略顆粒床中的溫度梯度，將滾筒內(nèi)顆粒與滾筒之間的傳熱簡化成一維傳熱模型.
1 實驗裝置與方法
為研究粉體與水冷壁面之間的傳熱過程，設(shè)計了2種傳熱機構(gòu)：一種是粉體與水冷壁面之間簡單對流的實驗裝置，分為直板通道和圓弧通道兩種；一種是水冷滾筒，研究旋轉(zhuǎn)滾筒內(nèi)高溫粉體的冷卻過程，對應(yīng)滾筒冷渣機的工作過程.實驗用灰渣取自一臺130 t/h循環(huán)流化床鍋爐排放的冷渣，用實驗室高溫電爐加熱制成高溫粉體.
1.1 粉體對流傳熱實驗裝置
圖1給出粉體與水冷壁面之間對流換熱實驗裝置.圖1(a)給出的是圓弧通道對流實驗裝置，圓弧半徑為1 m.圖1(b)給出的是直板通道對流實驗裝置，直板通道與圓弧通道長度相等.灰渣通道和冷卻水通道截面均為150 mm×50 mm，通道外包50 mm厚石棉板保溫(圖1中未體現(xiàn)).在灰渣通道進(jìn)出口和通道長度1/3節(jié)點處裝有熱電偶(共4支)，測量灰渣進(jìn)出口內(nèi)等距離處的灰渣溫度.
1—灰渣進(jìn)口; 2—冷卻水進(jìn)口; 3—灰渣通道; 4—熱電偶5—冷卻水通道; 6—冷卻水出口; 7—灰渣出口圖1 粉體與水冷壁面之間對流換熱實驗裝置
圖2為測量水冷滾筒傳熱能力的實驗系統(tǒng).水冷滾筒由電機帶動旋轉(zhuǎn)，來自水箱的水通過水管流淌到滾筒外表面.鋼制滾筒有效直徑200 mm，遠(yuǎn)離電機一側(cè)開有圓形孔，用于熱電偶進(jìn)口測量不同位置的灰渣溫度.
圖2 水冷滾筒實驗裝置和系統(tǒng)
1.2 研究方法
粉體對流傳熱實驗是機理探索性實驗，灰渣加熱溫度350 ℃以下.由于測點少，對流實驗采用人工記錄熱電偶溫度.每次實驗前，稱量金屬盒內(nèi)盛裝的灰渣量，根據(jù)灰渣量、灰渣溫度變化和不同溫度下的灰渣比熱可以得到灰渣放熱量，見式(1).根據(jù)熱平衡得式(2)，和傳熱方程式(3)可以求出灰渣與水冷壁面的傳熱系數(shù).
(1)
Qash=Qht，
(2)
Qht=kFΔt,
(3)
式中：Qash為灰渣放熱量，kJ/s；Qht為裝置傳熱，kJ/s；cp為灰渣比熱，kJ/kg·℃；tin為灰渣進(jìn)口溫度， ℃；tout為灰渣出口溫度，℃；k為裝置傳熱系數(shù) ，W/m2·℃；F為水冷壁面的有效傳熱面積，m2；Δt為裝置的對數(shù)平均溫差，℃.
2 結(jié)果與分析
實驗灰渣分成3個檔次，小于1 mm、1～3.2 mm、大于3.2 mm.每個尺寸范圍重復(fù)實驗4次，保證實驗的可信性.
2.1 粉體對流傳熱實驗
粉體尺寸對粉體傳熱系數(shù)的影響巨大，冷卻水進(jìn)出口溫度和灰渣進(jìn)出口溫度沒有顯著變化時，改變灰渣顆粒的尺寸范圍可以顯著改變粉體對流傳熱系數(shù).表1給出圓弧通道主要實驗條件和實驗結(jié)果.從表1可以看出，灰渣尺寸越細(xì)傳熱系數(shù)越高.小于1 mm顆粒的平均傳熱系數(shù)為106.73 W/m2·K，1～3.2 mm顆粒的下降到63.47 W/m2·K，而大于3.2 mm顆粒的傳熱系數(shù)只有29.56 W/m2·K.
表1 圓弧通道對流傳熱裝置的傳熱系數(shù)
圖3給出實測的熱電偶測量值和熱電偶升溫速率.圖3(a)顯示，所有熱電偶的溫變速率都是先升后降，溫度升降之間有一個短暫的保溫階段.如果是連續(xù)給料，保溫階段會持續(xù)延長.因此，溫度升高階段應(yīng)該對應(yīng)傳熱裝置啟動階段，溫度下降階段對應(yīng)停機階段，保溫階段對應(yīng)穩(wěn)定運行工況.圖3(b)顯示，在前15 s時間內(nèi)熱電偶溫度都是升高的，升溫速率在5 s處出現(xiàn)峰值.15 s后，雖然個別時間測量值是升高的，但所有熱電偶的溫度總趨勢是在下降，表明灰渣受到連續(xù)冷卻.
圖3 實測的熱電偶測量值和熱電偶溫升速率
表2給出兩種通道相同操作條件下的傳熱系數(shù).由表2可見：1)顆粒尺寸越小傳熱系數(shù)越高；2)圓弧通道傳熱系數(shù)高于直板通道；3)2種通道使用未篩分的原始灰渣測得的傳熱系數(shù)均高于賀曉陽[1]認(rèn)為的滾筒冷渣機傳熱系數(shù)不大于60 W/m2·K的表述.表明用對流傳熱代替接觸導(dǎo)熱能顯著提高滾筒冷渣機的廢熱回收能力.
表2 2種通道傳熱系數(shù)比值
2.2 水冷滾筒實驗
高溫灰渣在滾筒內(nèi)形成弓形截面，圖4為水冷滾筒中灰渣形成的弓形面積、測點位置、熱電偶布置方式和計算等效面積的等溫帶劃分.圖4(a)可以看出在低轉(zhuǎn)速下弓形面積半弦長處半徑方向布置了8根熱電偶，8個熱電偶顆粒床徑向位置r/R分別為0.02、0.12、0.22、0.32、0.42、0.52、0.62和0.72，以測量給定投料量下不同床料深度的溫度變化.圖4(b)是計算等溫面積用的弓形面積組.
圖4 等溫帶劃分和熱電偶布置示意圖
圖5為水冷滾筒中熱電偶測量的徑向不同位置處溫度隨時間的變化曲線.圖5顯示，在r/R=0.42處的測量值最高.溫度最低處位于r/R為0.02和0.72處.表明顆粒床外側(cè)，即圓弧和弓弦處的溫度最低.隨著轉(zhuǎn)速提高，顆粒床的最大溫差增大.4 r/min時的最大灰渣溫差約200 ℃，5 r/min時的溫差約328 ℃，6 r/min時的最大溫差達(dá)到358 ℃.圖5的實驗結(jié)果表明水冷滾筒灰渣料床內(nèi)存在極難冷卻的高溫核心區(qū).由于灰渣比熱隨溫度下降而下降，灰渣比熱正比于灰渣放熱量，低溫下回收灰渣熱量的難度更大.
圖5 不同轉(zhuǎn)速下的顆粒床的溫度分布
圖6給出沿徑向不同熱電偶的溫度測量值隨時間的變化.圖6顯示，隨著r/R增大，熱電偶溫度先升后降.半徑比r/R=0.52是溫度升降的分界點.r/R=0.52～0.62區(qū)間溫度下降最顯著.不同轉(zhuǎn)速下的測量結(jié)果均顯示，弓形面積的圓弧附近(r/R=0.72)的灰渣溫度小于弓弦附近的灰渣溫度(r/R=0.02).
圖6 滾筒顆粒床的溫度分布
圖7給出距滾筒器壁2 mm處顆粒溫度、高溫核心區(qū)溫度和按等效面積法計算的灰渣平均溫度.圖7明確顯示，距滾筒器壁2 mm處顆粒溫度與冷卻水溫度的差值是決定水冷滾筒傳熱的關(guān)鍵因素，無論按對數(shù)平均溫差還是平均灰渣溫度與冷卻水的溫差都將誤導(dǎo)滾筒的傳熱計算.圖7還顯示，顆粒尺寸越小，高溫核心區(qū)溫度與靠近水冷滾筒處灰渣溫度的溫差越大.隨著運行時間延長，溫差逐漸減小，這是因為實驗裝置是批次投料，沒有連續(xù)熱源所致.
圖7 滾筒顆粒床平均溫度與最大最小溫度
3 結(jié)論
粉體換熱器是回收高溫粉體物理顯熱的重要工業(yè)裝置.長期以來，粉體換熱器是基于粉體與換熱器之間的接觸熱阻為主導(dǎo)熱阻而設(shè)計的.這種設(shè)計的傳熱系數(shù)低，金屬浪費嚴(yán)重，造成設(shè)備體積龐大，有時甚至擠占了工業(yè)過程主設(shè)備的空間.如300 MW以上循環(huán)流化床鍋爐至少配備6個滾筒冷渣機，發(fā)電鍋爐的0 m平面基本被占據(jù)，嚴(yán)重妨礙了設(shè)備檢修，消防通道也隨之消失.
本文實驗研究了高溫粉體與水冷壁面之間的對流傳熱和水冷滾筒內(nèi)高溫粉體的冷卻過程.研究發(fā)現(xiàn)：
1)粉體與換熱壁面之間的對流傳熱效果遠(yuǎn)優(yōu)于接觸導(dǎo)熱的傳熱效果.圓弧通道的對流傳熱能力高于直板通道的對流傳熱能力，且粉體尺寸越細(xì)傳熱系數(shù)越高.
2)對流傳熱通道中高溫粉體在十幾秒鐘內(nèi)能達(dá)到穩(wěn)定運行溫度.
3)水冷滾筒內(nèi)的粉體弓形料床中存在難于冷卻的高溫核心區(qū)，嚴(yán)重限制了滾筒冷渣機的傳熱能力.
4)決定滾筒冷渣機傳熱動力的是靠近滾筒冷渣機壁面處的灰渣溫度與冷卻水溫度之差.對數(shù)平均溫差或灰渣平均溫度與冷卻水溫度之差將誤導(dǎo)滾筒冷渣機設(shè)計.
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