波纹管粉煤热解反应炉单体工艺计算和结构初步设计

2018年11月工程师室内部的温度平均值在28℃左右，温度梯度变化较小，其中DCS 操作台、SIS 操作台表面温度较高，是由于设备正常工作时产生的温度，对整体室内温度影响不大，工作人员在室内舒适度尚可，根据我国现行国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019的有关规定，重要房间内的平均温度在26±2℃，该工程师室的室内温度符合国家标准。

由于工程师室采用的送风方式为上送上回式，出口流速为300m 3/h 的最大值，流速达到0.11m/s ，当气流贴近地面时，流速衰减严重，速度约为0.02m/s ，几乎无任何吹风感，整体气流组织流动性较小，对工程师室内的空气的扰动性较小，在持续的空调开启条件下，适合人员在内较长时间的工作。

机柜室的温度场在x=5.92m 处的温度分布如图2.2所示。

图2.2x=5.92m 温度场云图由机柜室x=5.92m 截面得出，机柜室内部温度较高，由于机柜室摆放着大量的大功率设备，如DCS 机柜、SIS 机柜及电源柜等。

大功率设备散热，热量集中在设备摆放的区域，温度可达到32.5℃，已经超出我国现行国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019的有关规定，且温度梯度分层严重，机柜室内部靠近送风口一侧温度偏低，约为29.5℃，空间其他位置温度偏高，存在隐患，需要对该房间内空调系统进行优化改进。

在机柜室的速度场分布气流对空间中的空气扰动较小，在靠近设备的一侧流速低于0.05m/s ，无法推动热量向回风口流动，导致温度得不到有效的降低。

3结论石油化工厂中央控制室内的机柜室温度的温度偏高，在设备摆放的区域，温度可达到32.5℃，已经超出我国现行国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019的有关规定，且温度梯度分层严重，机柜室内部靠近送风口一侧温度偏低，约为29.5℃。

参考文献：[1]李新禹.恒温恒湿机房空调设计探讨[J].制冷与空调,2004,23(5):55-58.[2]阮明蕊.恒温恒湿空调系统的数值模拟与节能分析[D].哈尔滨工业大学,2007.[3]Fang L,Clausen G,Fanger P O.Impact of Temperature and Humidity on Perception of Indoor Air Quality During Immediate and Longer Whole-Body Exposures[J].Indoor Air,2010,8(4):276-284.[4]Melikov A K,Krüger U,Zhou G,et al.Air temperature fluc⁃tuations in rooms[J].Building &Environment,1997,32(2):101-114.作者简介：周琳霖（1988-），性别：男籍贯：山东省安丘县职称：工程师学历：硕士在读单位：沈阳建筑大学研究方向：建筑室内环境空气质量保障技术李慧星，女，教授，沈阳建筑大学，研究方向：建筑环境空气质量保障与控制技术。

波纹管粉煤热解反应炉单体工艺计算和结构初步设计刘新（陕煤集团神木天元化工有限公司基建工程中心，陕西榆林719319）摘要：波纹管粉煤热解反应炉，其内筒不再用作支撑结构件，在设计时可以大大减小壁厚，可以节省Cr25Ni20材料的重量，降低设备成本。

由于滚筒的冷壁结构，水泥和冶金行业有许多大规模的成熟应用，而且单个装置的热交换面积可以倍增。

为了响应公司领导者当前的创造性思维，将粉煤热解反应炉烟气套筒作为支撑结构构件旋转，由此，本文对其结构进行了初步设计，并对反应炉单体工艺计算进行了以下探究。

关键词：波纹管；粉煤热解；反应炉；工艺计算；结构设计关于波纹管粉煤热解反应炉单体工艺和结构的研究，本文提出了扩大换热面积的方案，内筒采用单管换热方式，筒体结构采用螺旋波纹管结构，从而增加换热面积。

粉煤热解反应炉结构设计思想围绕“螺旋波纹管加工能力是否符合设备制造要求”“螺旋波纹管能否在长期条件下安全稳定地运作”“波纹管热解炉的材料与圆筒壁之间的摩擦系数小于材料之间的摩擦系数”等三个方面，展开研究。

1波纹管粉煤热解反应炉介绍粉煤热解反应炉包括回转窑体，其中安装有多个辐射热解管，本实用新型的煤粉热解回转窑利用烟气余热预热原煤，利用半焦余热预热燃烧空气和燃气，热利用率高，整合预热，热解和半热煤粉的冷却。

在简化热解过程当中，本实用新型的回转炉换热面积大，加工煤量大，结构简单，适用于上百万吨煤粉的大规模热解生产。

2单体工艺计算2.1波纹管热解炉材料填充系数和材料高度的计算假定的操作参数：喂料量为11000Kg /小时，速度为1.5r /min ；波纹管内筒结构参数：L1截面Φ1500，长度为1.5米，直管段；L2截面Φ1800*1200，长度为21米，波纹管；L3截面Φ1500，长度为1.5米，直管段；窑坡比2：100；L2波纹管截面材料速度：V1=P *N.=0.4*1.5=0.6米/分钟，P 为间距0.4米；N 为气缸转速，1.5转/分；L2波纹管部分的材料停留时间：T =21/0.6=35分钟；L2波纹管截面材料层截面积：FM =11/（60*0.84*0.6）=0.3638平方米，Fm 指材料层横截面积，平方米；L2波纹管截面材料填充率：ψ=0.3638/（3.14*1.5^2/4）=0.206，ψ：填充率，L2波纹管截面材料高度：H =R *732018年11月0.505=0.75*0.48=0.378米=378毫米，H 为层的高度；L2波纹管截面材料中心角：2*β1=112°，2*β1：材料中心角。

2.2波纹管热解炉换热面积的计算L1截面的传热面积：S （L1）=3.14*1.5*1.6=7.536米^2，L2截面换热面积：S （1）=∫00.053.14*2（0.75+X ）*DX=3.14*2*[（0.5*x ^2+0.75*x ）]00.05=0.24335平方公尺，S （2）=∫0π/23.14*2[0.8+0.1*COS （X ）]*0.1*DX=3.14*2*0.1*[0.8*x +0.1*sin （x ）]0π/2=0.8516平方公尺，S （3）=∫00.053.14*2（0.7+X ）*DX=3.14*2*[（0.5*x ^2+0.7*x ）]00.05=0.2277平方公尺，S （4）=∫0π/23.14*2[0.7-0.1*COS （X ）]*0.1*DX=3.14*2*0.1*[0.7*x-0.1*sin （x ）]0π/2=0.6901平方公尺，L2截面长度为0.4米的换热面积：S （5）=2*（S （1）+S （2）+S （3）+S （4））=2*（0.24335+0.8516+0.2277+0.6901）=4.0255平方公尺，L2截面的换热面积：S （L2）=4.0255*21/0.4=211.3388平方公尺，L3截面的传热面积：S （L3）=3.14*1.5*1.6=7.536米^2；波纹管热解炉的总热交换面积：S =S （L1）+S （L2）+S （L2）=7.536+211.3388+7.536=226.4108平方公尺。

2.3波纹管热解炉管外膜传热系数的计算波纹管对流换热系数的计算：特别=9.44*（GG ）^0.667*（Tg ）为0.3^÷（DC ）^0.333，特别=9.44*（7.933）^0.667*（680.15）^0.3÷（1800）^0.333=21.9115千卡/（当*°C 时，m ^2*），Hoc 为波纹管的外膜传热系数，Gg 为临时烟气质量流量，7.933kg /（平方公尺*秒）；Tg 为热解反应器烟道气的平均温度，680.15℃；波纹管气体传热系数的计算：热解反应器烟道气的平均温度：680.15℃；平均材料温度：（250+580）÷2=415℃，窑体平均壁温：547.575°C ；波纹管对流换热系数的计算：DF÷大=1920÷1800=1.067，圆柱形材料Cr25Ni20的导热系数为547.575°C ：λ=3.39+0.005175*（T-100）*0.01=5.7062卡/（cm *s *°C ）=20.5423千卡/（米*小时*°C ），X *（2*Hoc÷λ÷Y ）^0.5=0.06*（2*21.9115÷20.5423÷0.006）^0.5=1.31波纹管总外膜对流换热系数的计算：Hod =Hoc *（0.72*10.08+226.4108）÷226.4108=22.6139千卡/（当*°C 时，m ^2*），砖墙传热系数的计算：砖墙的传热系数按气体对流和气体辐射传热系数的10％计算；主管外膜传热系数的计算：K1=1.1*（22.6139+17.5）=44.1253千卡/（平方公尺***°C ）=51.2589W /（平方公尺*℃）=44.125千卡/（米*小时*°C ），波纹管热解炉窑壁传热系数的计算：K2=λ÷δ=23.8633÷0.01=2383.33W /（平方公尺*°C ）=2051.647千卡/（米*小时*°C ）3结构设计3.1波纹管的设计选型波纹管从波纹可分为两种类型，即环形波纹和螺旋波纹。

螺旋金属管是管状壳体，其中波纹以螺旋形状布置，并且在相邻的两个波纹之间提供螺旋上升角，并且所有波纹可以通过螺旋连接。

环形金属软管是具有波纹状闭合环形形状的管状壳体，并且波浪和波浪通过圆形波纹串联连接。

环形金属管由无缝管或焊管形成。

受加工方法的限制，单管的长度通常比螺旋波纹管的长度短。

环形金属管的优点是弹性好，刚性低。

对于较长的软管，通常使用由螺旋波纹管组装的金属管，而具有一半环形波纹管的金属管较短。

3.2波纹管波纹尺寸选择波纹管热解炉内管采用螺旋波纹管，波浪形为U 形；波深系数的k 深度是波纹管的外径与内径之比，这是决定波纹管几何形状的重要参数。

随着k 值的增加，波纹管的成形难度增加。

以波深系数k =1.5为边界，k =1.3-1.5之间的波纹管称为浅波纹管，波纹管易于形成。

在k =1.6-1.9之间的波纹管被称为深波纹管，其相对难以形成并且有时需要两次成形。

相同尺寸的波纹管，深波纹管具有低刚度（通常我们说是柔软的），允许大的位移。

为了测量仪器和传感器的波纹管，应采用深波纹。

浅波纹管具有高刚度（通常我们说硬），允许较小的位置。

对于主要承受压力或具有一定载荷的波纹管，应使用浅波纹。