工业余热利用技术研究进展-华南理工大学汪双凤.ppt

工业余热利用技术研究进展 华南理工大学 汪双凤 sfwang@scut.edu.cn Tel: 020Mobile:教育经历 博士后：2003/3-2005/10，东京大学，日本学术振兴会特别研究员（等同于德国洪堡学者） 博士学位：1999/10-2003/3，东京大学 工学系研究科 硕士学位：1988/9-1991/3，天津大学 热能工程系 本科：1981/7-1985/7，中南林业科技大学，机械工程系 主要学术兼职 中国工程热物理学会 传热传质分委会委员 中国工程热物理学会 热管专业组委员 中国机械工业教育协会热能工程分委会委员 广东省节能协会专家工作委员会专家成员 在日华人汽车工程师协会理事 日本传热学会会员、美国机械学会会员 目前研究方向：节能与新能源 电子及航空、LED照明产品散热技术； 工业余热利用技术 电动汽车动力电池的热管理； 传热强化与过程节能教育部重点实验室 实验室现有固定人员近百人，包括国家杰出青年科学基金获得者3 人，教育部新世纪人才9 人，“珠江学者”特聘教授2名。 ?主持和承担了一批国家、省部级重点科研项目，近五年科研经费约6000万元。 先后获得国家技术发明二等奖2项，省、部级科研奖20余项，中国专利50余项。 空心环管壳式换热器 传统换热器存在的缺点 空心环换热器改进的特点 1 用缩放管强化传热，取代光滑管 u2/u1=1, h2/h1=1.8-2.0, △P2/△P1=2.5 2 用空心环网板作为管间支承物，取代折流隔板 流体阻力可减少80%－100%。 新技术与传统换热器相比较 两转两吸每吨硫酸的生产电耗可由原化工部标准的100度电减少为70度电，能耗下降30%； 换热器的总传热系数可由13~15w/m2℃提升到28~32w/m2℃，钢材消费金属40%～50%; 换热器的总压降可由约15000Pa下降为8000Pa左右，节省风机电耗； 换热器的台数可由6台减少为4台，简化系统流程与基础建设费用。 在茂名石化公司的应用 2003年茂名石化公司要将乙烯装置的生产能力从年产30万吨提升到33万吨，气体压缩机级间冷却器成了扩产的瓶颈。为了在原有的换热设备基础上扩产改造，我们采用了壳程流阻小及传热强化性能优良的空心环支承缩放管束的壳程结构，利用原有的换热器壳体，仅更换了换热管束，就使得系统生产能力提高10％的条件下，气体压缩机级间的气体冷却不仅可以达到设计值，解决了原设备冷却不足的问题，而且还将换热器的气体阻力降至56KPa，比原设备的气体压降减少54％，使气体压缩机的运行功耗可减少281Kw，此例也表明我们采用的传热强化技术具有国际先进水平。 在广州石化总厂的应用 在广州石化总厂年产15万吨乙烯装置2003年扩产改造至20万吨的改造工程中，面临着一个场地小，设备没有扩展空间，改造工期短，时间紧迫的问题，为此，乙烯装置的扩产改造中，广州石化总厂采用了我们提供的包括上述传热强化技术在内的多项高效换热器技术，在充分利旧的条件下，不增加原设备的空间位置，沿用原设备的壳体，仅更换高效传热管束，在较短的改造工期内，与以较少的设备改造投资费用就很好地完成了系统的扩产改造工程，使系统的生产能力提高了三分之一，此工程为我国的石化工业采用传热强化先进节能技术创造了一个良好的样板。在节能与节材的技术与经济效益指标上换热面积节省30％，投资减少10％－20％，能耗下降20％及节能降耗达1000万元。 螺旋折流板支承菱形翅片管换热器 针对传统的单弓折流隔板管壳式换热器折流区流体流动死角较大，传热性能差且形体阻力较大的问题与缺点，提出和采用螺旋折流板支承菱形翅片管束的换热器壳程结构，一方面可较大幅度减少壳程流体的流动死角，降低流体阻力（约30％－40％），同时利用菱形翅片管的三维周向翅片可提高壳程流体的对流传热膜系数（100％－150％），具有良好的传热强化性能 。 螺旋折流板支承菱形翅片管换热器的性能 通过与螺旋折流板支承光滑管换热器比较，在相同雷诺数下，螺旋折流板支承菱形翅片管换热器的壳侧传热膜系数提高54％～108％，且随Re增大，传热膜系数提高的幅度也增大。 而壳侧流动的阻力系数低30％～5％。但随着雷诺数增大，三维翅片扰动引起的湍动程度加剧，这两种换热器壳侧的阻力系数逐渐接近。 换热器的使用场合与特点 结构特点：管程与壳程流体在换热过程中为全逆流换热，传热温差利用效率达100%，避免了现有技术中错流换热有效传热温差小的缺点。 采用缩放管作为传热管，可在流速不高的条件下，也能获得良好的传热强化效果，有助于缩短传热管长度，避免使用光滑管时管长过长的缺点，在工业装置中易于施工。 与单弓折流板光管管壳式换热器相比，轴流式双