? ５ ４? 制 冷技 术 Ｒ ｆｇｒｔ

　　一种烟气冷却器的研制_兵器/核科学_工程科技_专业资料。低 温 与 超 导 第３ ９卷 第 １ 期 １ 制 冷技 术 Ｒｅｒｇ ｒ ｔ ｎ ｆｉｅ ａ ｉ ｏ Ｃ ｙ ． Ｓ ｐ ｒｏ ｄ ｒｏ ＆ ｕ ｅｃｎ ． Ｖ ｌ ３ Ｎｏ １

　　低 温 与 超 导 第３ ９卷 第 １ 期 １ 制 冷技 术 Ｒｅｒｇ ｒ ｔ ｎ ｆｉｅ ａ ｉ ｏ Ｃ ｙ ． Ｓ ｐ ｒｏ ｄ ｒｏ ＆ ｕ ｅｃｎ ． Ｖ ｌ ３ Ｎｏ １ ｏ｜ ９ ．１ 一 种 烟气 冷 却 器 的研 制 江庆 陈 臣 ， ， 杨海 明 （ 安徽农 业大学工学院 ， 合肥 ２ ０ ３ ； ２ 中国电子科技 集团第十六研究所 ， ３０６ ． 合肥 ２ ０４ ） ３ ０ ３ 摘要： 介绍 了某型烟气冷却器 的设计 思路 ， 主要从结 构 的紧凑性 、 制冷 系统 的匹配等 方面 给予 了阐述 ， 通过 实 际应用说 明了其设计 的可行性 ， 明设计是成 功的。 ‘ 证 ． 关键词 ： 烟气冷却器 ； 构紧凑 ； 结 系统匹配 Ｓ ｕ ｙ Ｏ ｌａ ｃ ｏ ｅ ’ｏ ｕ ａ ｔｄ ｉ ｏ ｌｒｆ ｒｆ ｅｇ ｓ ｌ Ｊ ｎ ｉｇ ， ｈｎＣ ｅ Ｙ ｎ ａｍｎ ｉ ｇＱｎＣ ｅ ｈｎ ， ａｇＨ ｉ ｉｇ ａ （ ．ｎｔｕｅｏｅｈ ｏ ｇ ，Ａ ｈ ｉ ｇ ｃ ｌ ｒｌ ｎｖｒｔ，Ｈ ｆ３０ ６ Ｃ ｉａ １ Ｉｓｔ ｆ ｃ ｎｌ ｙ ｎ ｕ ｒ ｕｔ ａ Ｕ ｉ ｓｙ ｅ ｉ ０ ３ ， ｈ ； ｉｔ Ｔ ｏ Ａｉ ｕ ｅｉ ｅ２ ｎ ２ Ｃ ｉａＥｅｔ ｎｃＴ ｃｎ ｌ ｙＧ ｏｐＣ ｒｏａ ｏ６ｈＲ ｓａｃｎｔｕｅ ｅ ｊ ３０ ３ Ｃ ｉａ ． ｈｎ ｌ ｒ ｉ ｅｈ ｏ ｇ ｒ ｏ ｒｔ ｎ１ｔ ｅｅｒｈＩｓ ｔ ，Ｈ ｆ ０ ， ｈｎ ） ｃｏ ｏ ｕ ｐ ｉ ｉｔ ｅ２ ４ Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｓ ａｔ ｌ ｅ ｃ ｂ ｄ ａ ｄ ｓｇ ｄ ａ ｏ ｕ ａ ｏ ｌ ｒ ｔｗ ｓ ｅａ ｏ ａｅ ｉ ｌ ｎ ｔ ｅ ｓ ｕ ｔ ｒ ｆｔ ｅ ｃ ｍ— ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｉ ｒ ｃ ｅ ｄ ｓ ｒ ｅ ｅ ｉ ｎ ｉ ｅ ｓｆ ｒａ ｆ ｅ ｇ ｓ ｃ ｏ ｅ ．Ｉ ａ ｌｂ ｒ ｔｄ ｍａｎ ｙ ｏ ｈ ｔ ｃｕ ｅ ｏ ｏ ｉ ｉ ｌ ｒ ｈ ｐ ｃ ，ｍ ａｃ ｉ ｇ ｏ ｏ ｌ ｇ ｓ ｓｅ ｎ Ｏ ｏ ．Ｐ ａ ｔ ｅ ａ ｐｉ ａｉｎ ｐ ｏ ｅ ｈ ｔｔ ｅ ｄ ｓｇ ｓ ｓ ｃ ｅ ｓｕ ｎ ｅ ｓｂ ｅ ａｔ ｔｈ ｎ ｆｃ ｏｉ ｙ ｔ ｍｓ ａ ｄ Ｓ ｎ ｎ ｒ ｃｉ ｐ ｌ ｔ ｒ ｖ ｓ ｔ ａ ｅ ｉｎ ｉ ｕ ｃ ｓ ｆｌａ ｄ ｆａ ｉ ｌ ． ｃ ｃ ｏ ｈ ． Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｌ ｅ ｇ ｓ ｃ ｏｅ ，Ｃ ｍｐ ｃ ｔｕ ｔ ｒ ，Ｓ ｓｅ ｍａｃ ｉｇ ｙ ｒ ｓ Ｆ ｕ ａ ｏ ｌ ｒ ｏ ａ ｔｓｒ ｃｕ ｅ ｙ ｔｍ ｔｈ ｎ １ 引 言 现代 工业 的很 多领 域 诸 如 电 发 电 、 矿 冶 采 炼 、 泥烧 制等 生 产 过 程 都会 产 生 大 量 的高 温 烟 水 气 ， 这些 烟气 对 大气环 境会 造成 严 重 的污染 ， 而 为 ２ １ 制冷 方式 的选 择 ． 根据产品研制技术指标 的要求 ， 我们考虑到 该冷却器的工作温度在 ＋ ￣ ５Ｃ一＋ ０ ５ ％之间变化， 常温状 态下 需要 把 １０Ｃ以上 的气体 冷却 到 ４Ｃ， ６ｏ ｏ 此 过程 所 需 的 制 冷 量 为 １０ 结 合 制 冷 温 度 和 ０ Ｗ， 了控制污染烟气的排放 ， 就需要首先对高温烟气 进行冷却 ， 以便对其进行检测 ， 从而再对其采取进 步的措施 。该项 目研制的气体冷却器就是针对 一 制冷量的要求 ， 种冷却方式采用逆卡诺循环的 该 蒸 汽压 缩制 冷方 式 进 行 制 冷设 计 较 合 适 宜 ， 种 这 方案不仅能满足相应的制冷要求 ， 而且效率较高 ， 结 构也 较为 紧凑 。 、 逆 卡诺循 环 蒸汽 压缩 制冷原 理 的流程示 意 图 如图 １ 示 ： 所 １ 气体分析预处理系统 而设计 的， 的用途就是冷 它 却 高 温烟气 ， 而 为 烟气 的进 一 步 分 析 创 造 良好 从 的测试条件 。根据用户 的要求 ， 该冷却器必须满 足体积小 、 重量轻 、 气密性优 、 可靠性高等要求 ， 其 主 要 的性能 指 标 有 ： 出样 气 温 度 ：ｃ 输 ４【 ℃ ； ＝±１ 输 ５ ２ 出样气露点 ： ℃（ ５ ≤５ ＠２ ｏ Ｃ的环境温度 ） 样气处 ； 理 能 力 ：０ Ｎ ／ ； 温 报 警 温度 ：￣ 预 备 工 作 ３０ Ｌ ｈ 高 ８Ｃ； 时 间 ： ３ ｍｉ（ ５ 的环境 温 度 ） 工 作 环境 温 ￣ ＜ ０ ｎ ＠２ ℃ ； 度 ：℃ ～ ０ ； ５ ５ ℃ 供电电源 ： Ｃ ２ Ｖ５ Ｈ ； Ａ ２０ ０ ｚ功耗 ： ≤ ２ Ｗ 。板式冷却器 ６０ １压 缩机 ；． ． ２ 冷凝器 ；． ３ 过滤器 ；． ４ 毛细管 ；． ５ 气体蒸发器 图 １ 逆 卡诺循 环蒸汽压缩制冷原理的流程示意图 Ｆｇ １ ｉ． Ｐ ｏ ｅ ｓ ｆ ｗ ｄ ａ ｒ ｍｓ ｏ ｎ ｅｓ ｎ ｙ ｌ ｔａ ｒ ｃ ｓ ｏ ｉ ｇ ａ ｆ ｉ ｖ ｒ ｅ Ｋａ ｏ ｃ ｃｅ ｓ ｍ ｌ ｅ ｃ ｍｐｒｓ ｉ ｎ ｒ ｆｉ ｅ ａｉｎ ｐｒｎｃｐ ｅ ｏ ｅ ｓｏ ｅｒｇ ｒ ｔｏ ｉ ｉ ｌ ２ 方案 的设计及技术途径 针对合同性能指标 的要求 ， 我们主要从 以下 几 个 方 面进行 了设 计思 考 。 收稿 日期 ：０ １ ０— ９ ２ １ —１ ０ 其工作过程为： 压缩机把制冷工质 由低温低 压 的气体压缩成高温高压 的气体 ， 送到冷凝器 ， 冷 作者简介 ： 庆（ ９ １一） 女 ， 江 １７ ， 工学硕士 ， 副教授 ， 主要研究方 向 ： 制冷与机械设计 。  ｎ ｅｒ ｅａ ｏ ｉ ｉ 第 １ 期 １ 凝 器将 该 气 态 工 质 通 过 风 机 冷 却 凝 结 为 高 压 液 态， 制冷剂 达 到冷凝 液化 的 目的 ， 冷凝 后 的制冷 工 质进 入过 滤器 进行 干燥 吸湿处 理 ，板式冷却器 除杂 质 ， 滤 再进 入毛 细管 进行 节 流膨 胀 ， 低 压 低 温 的气 液 混 合 使 冷损 失 ， 直接 计算 制冷 量 即可 。 （） １ 压缩 机 的选定 根据性 能指 标 要求 ， 确定 冷 却 器 的额 定 制 可 冷 量 （ ８ Ｗ） ２ ０ 的要 求 ， 时考 虑 到 Ｒ ３ ａ工 质 压 同 １４ 态在气体蒸发器中吸收外界被冷却烟道气体的热 量 而制 冷 ， 到 冷 却 烟道 气 体 的 目的 。 由于用 户 达 对该气体冷却器 的外形 尺寸要求较为苛 刻，板式冷却器 故在 结 构上 我们采 取 了用 一块 底 板 来 安 放 压缩 机 、 冷 缩机 小排 量 可行性 ， 们选 用 了排 气量 为 ２７ 我 ．２ ｃ ｒ ｍ ／ 的压缩 机 。 （） ２ 冷凝器的计算分析 （） ａ 参数 结 构参数 ： 凝器、 气体蒸发器 、 过滤器 、 毛细管及电控等部分 ， 相应 各部分 由管道连 接在 一起 ， 外壳 采用 １ ｍ 厚 ｍ 薄壁 不锈钢 板 、 面板采 用 ２ ｍ 厚铝 板 的方 案来 进 ａ ｒ 行设 计 。 管外径 ： ８ ２ｍ 管 内径 ： ７ ５ ｍ ｄ＝ ． ５ ｍ； ｄ ： ．５ ｍ； 肋片间： ＝ ｒ 肋片厚 ： ＝ ．ｍ 肋 片形状 ： ｅ ２ ｍ； ａ ８ ０ ２ ｍ； 波纹 形 ； 道 排 列 为 等 边 三 角 形 ； 距 ： 管 管 ｓ ＝ ２ ｍ 管列 距 ：２＝１． ９ ｍ； 风 面 管 数 ： ＝９ １ ｍ； ｓ ８ １ｒ 迎 ａ ｒ ｔ ２ ２ 系统的计算分析 ． 系统 设计 根据 图 ｌ的原理来 完 成 。 由于该 冷 却器的制冷量都在百瓦级 ， 而冷却器的冷热损失 却 在瓦 级 ， 在进 行制冷 量计 算分 析 时 ， 故 可不 考虑 根； 分路数 ： Ｎ＝１ ； 路 迎风面长度 ： ＝１０ ｍ； ２ ５ ｒ 肋 ａ 片长 ： ＝１９ ｍ； 片 宽 ： ｆ ８ｒ 肋 ２ ａ Ｗ＝３ ．８ ｍ； 数 ： ６３ｍ 孔 ｍ ＝ １ ８ 空 口度 ：Ｃ 凝度。 萎进溅３； ： 对平温￣ ０西ｔ ： ：； 温 ｔ 气 温 ５冷 ｔｏ ＝ ＝ 数 …＝３ ： …均差ｔ．ｔ￣ 一 一ｍ４２ １ ｆ － 一 ５ ℃； ６ 设计制冷量 ： ２０ 设计冷凝器热负荷 Ｑ： ８ Ｗ； Ｑ ２０× ．５： ５ Ｗ。 ： ８ １２ ３０ ￡一ｚ 。 排 出空气温度 ｔ ＝ ￡ ＋ ０＝ ５ 所 以 Ａｔ ２ １ １ ４￣ Ｃ， 三 銎积 面 ， ～毒 导 量／：２， × 放 ￣ ，３ ３×０ 斗 热 ＇ｔ ／ ６０６ Ｃ． －ｎｒ ；： Ｆａ Ｌ ６ 一 ～ ～ ＋ｚ） ｝ ３ １ ｍ ｌ ｅ ６ ／ ＝ ０ ｍ ； ｚ ６ ＋ ? ４ ｄ１ 一 ） ｅ ? ７ （ 外 面 ＝１ ｆ一 ｄ／ ２ 一 计 表 积 ２ ｛ ３ ２４ （ ｆ ２ ? ＾ ＋ ｍ Ｑ Ｋ ５ ， ４ 唧 。 Ｑ大 设 热 荷 ｃ于 计 负 此冷凝器的 传热效果达到设计要求。由于冷 管内 表面积： ＝ｒｌ ＝ ? ×８ ７５ 凝器的 Ｆ ＇ｍ ３１ １ ｘ?５ ｒ ｄ ４ 传热负 荷较实际 需求大， 故在制冷回 路中 ×１０＝ 。６ｍ ５ ００ ６ 。 可 考虑 分流 一部 分 制 冷 工质 流 量 来 进行 ，板式冷却器 同时 冷 传热系数 ＿ ｉ ｃ ： ： ＋ 凝器的具体结构尺寸终将根据整机结构尺寸而 （） ３ 气体蒸发器的计算分析 空气侧放热系数 ： ３ ９ ｃｌ ｈ ℃ ； ３ ．４ｋａ ｍ ． ． ／ 肋化系数 丁＝ Ｆ ＝１． １ 制冷剂侧放 热 系数 ６２ ； Ｏ ＝１６ ． ｅ ／ ｈ ℃ ； 以传 热 系数 ｋ＝ ／ ０ １ ６ ｋａ ｍ ． ． 所 Ｒ ｌ 由于蒸发部分为非冷却空气结构 ， 而是做成 筒状来冷却烟气瓶 ， 故可把蒸发管道盘绕在冷却 筒的外壳 ， 冷却筒可采用铜或铝材质 ， 盘管与冷却 筒的贴合可采用银焊或锡焊的方式连接 。由于气 体冷却器 由两个圆筒 组成 ， 每个 圆筒 的额定制冷 — ２ａ ２ｏ Ｌ．Ｃ ｋ／ ｈ 。 ｃｍ ． — — － ｌ — － — Ｒ ８－ ７ 第 １ 期 １ 制冷技 术 Ｒ ｆ ｇｒｔ ｎ ｅ ｉ ａｉ ｒｅ ｏ ? ５? ５ 量 为 Ｑ ＝１０ ２＝ ０ 设 气体蒸 发器 的蒸 发 温度 ０／ ５ Ｗ， 为 ０ ， 圆筒 表 面需 达 到 的温 度 为 ４ ， 据 计 ℃ 又 ℃ 根 冷却实验 ， 实验结果如下： 实验 步骤 ： （ ） 烟 气 冷 却 器 放 入 恒 温 房 内 ， 开 恒 温 １将 打 算可选取 ０ ０ ２ ｍ 保证 内径 ｑ ｍ ， ６× ．５ ｍ（ ｂ ｍ） 长为 ５ １３ ．ｒ 圆整到 １５ ｒ 的紫铜管（ １７４ ｍ（ ａ １０ ｍ） ａ 需两根 ） 。 两个圆筒盘绕紫铜管后外包 不锈钢长方体外壳 ， 然后发泡成密封气体蒸发器 。 （） ４ 毛细管的确定 根据气 体 冷 却 器 的制 冷 量 要 求 ， 选 用 ０３ 可 的紫铜管盘成圆环状来进行制作 ， 直线 再根 据实 验情 况来 修正 。 ２ ３系统 技术 难点分 析 ． 房电源， 将温度设定到 ３ ￣ 待环境温度上升到 ０ Ｃ， 设 定值 ； （） ２ 待环境温度稳定在 ３ ％时 ， ０ 打开冷却器 电源 ， 将温 度控 制开关 设 定 到 ４ ， 温 报警 设定 ℃ 高 ８ ， 隔十 分 钟 ， 红外 测 温仪 测 量 蒸发 筒 壁 面 ℃ 每 用 温度。 实 验记 录 ： （ ） 冷 器 通 电 后 ， 控 开 关 显 示 温 度 从 １制 温 （） １ 适应 大 温差 环境条 件 由于在 空 中 ＋ ℃ ～ ＋５ ｃ 环境 温 度 下 都 ５ ０Ｃ的 １℃降到 ８ ５ ℃用时 １ ０分钟 ， 再降到 ４ ℃用时 ７ 分 钟 ， 时左 右蒸发 筒壁 面温 度 为 ９Ｉ 此 ｃ Ｃ； 要保证本冷却器 的正常工作 ， 因而冷却器制冷的 热力学设计需一定 的设计余量 ， 现考虑采用逆卡 诺循 环 的蒸 汽压 缩原 理进 行制 冷设 计 。 （） ２ 紧凑 型结 构优 化设 计 由于放 置冷 却 器 的 空 间 位置 很 小 ， 而 冷却 因 器 的结 构必 须 紧凑 ， 就要 求对 它 进行优 化设 计 ， 这 既要 满 足制冷 要 求又要 满 足空 间位 置要 求 。 （） ２ 通电 ３ 分钟 以后 ， ０ 用红外测温仪测量蒸 发 筒壁 面温 度 为 ４Ｃ， 定 后 一 直 通 电 ６ ￣ 稳 ０分 钟 ， 维 持在 ４Ｃ， 发 筒 壁 面 上 下 温 差 一 直 维 持 在 ± ｃ 蒸 １ 。 ℃ 实 验结论 ： （） １ 整个 实验 过程 ， 电磁 阀动作 灵 敏 ， 控效 温 果较 好 ； （） ３ 压缩机、板式冷却器冷凝器和气体蒸发器匹配 性能 试 验研究 根据 逆 卡诺 制 冷原 理 ， 三者 之 间存 在 着 一 这 （ ） 蒸 发筒 壁 面 温 度 控 制 一 致 ， 下 温 差 ２两 上 很小 ； （ ） 气冷 却器 温度 稳定 时 间长 ， 足要求 。 ３烟 满 定的匹配关系， 特别是针对该冷却器 由于存在着 该烟气冷却器实验取得了理想 的效果 ， 使用 单位 给 于 了该 产 品 很 高 的评 价 ， 得 了用 户 的认 赢 可。 制冷量有一定 的余量 ， 制冷工质需要分路的问题 ， 这需 要在 进行 热力 学计 算 的基础 上通 过试 验来 确 定。 （） 自 ４ 全 动控制及故障报警技术 由于该气体冷却器具有温度控制功能且控制 精度也要求较高 （±１ ， ℃） 同时还具 有故障报警 功能 ， 因而该部分需进一步研究完善。 （） ５ 可靠性 设计 及控 制技 术 ４ 结束语 在电发 电、 采矿 冶炼、 泥烧制 等生产领 水 域， 由于被冷却空 间的形状 、 尺寸不尽相 同， 该烟 气冷却 器 器可 能 不完 全 适 用 ， 可 根 据被 冷 却 空 但 间具体 的形状尺寸做适 当的变形 ， 这将进一步扩 大它的应用范围，板式冷却器 其市场前景广阔。 参考 文献 ‘ 该冷却器 的工作性质决定了它的高可靠性要 求， 因而对冷却器 的零部件要采用高弹性 紧固方 法 ， 连接 管 道 的焊接 需采 用高 银料 焊接 材料 。 对 ３ 性 能指标及用 户使 用情况 ［ ］王如竹 ， １ 丁国良 ， 等． 制冷空调技术 ［ ．北 京 ： Ｍ］ 通过有关质检部 门的终检测 ， 该烟气冷却 器的主要性能指标均满足合同指标要求 ， １ ２ ０年 ０ ３ 月交付用户使用后 ， 用户在应用现场专 门做 了 科学出版社，０２ ２０－ Ｆ］ ２ 吴业正－ 小型制冷装置设计指导? 北京： 机械工业出 版社，９ ＿ ９
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