申请日2018.08.06
公开(公告)日2019.01.11
IPC分类号G06F17/50
摘要
本发明公开了一种内插直肋回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法，包含以下步骤：S1、计算烟气通道内的对流换热系数h1;S2、计算烟气通道内的辐射传热系数h2;S3、计算回转窑内壁面的污泥颗粒上表面的对流换热系数h3和辐射传热系数h4;S4、计算回转窑内壁与污泥颗粒之间的辐射传热系数h5;S5、计算回转窑内壁面污泥颗粒下表面的导热系数h6;S6、计算内插直肋回转窑污泥热解系统的回转窑外壁热阻Rf;S7、计算内插直肋回转窑污泥热解系统的窑外壁传热量Qf。本发明切实可行的提出了一种内插直肋回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法，对外热式回转窑应用于污泥热解的设计改造、燃料利用率均有重要意义。
权利要求书
1.一种内插直肋回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法，所述的回转窑由双通道组成，其中，外通道为环形烟气通道，作为热源;内通道为圆柱形污泥通道，作为热解对象，回转窑窑壁上等间距插入若干同截面直肋，其特征在于，所述的传热模型计算方法包括以下步骤：
S1、计算烟气通道内的对流换热系数h1;
S2、计算烟气通道内的辐射传热系数h2;
S3、计算回转窑内壁面的污泥颗粒上表面的对流换热系数h3和辐射传热系数h4;
S4、计算回转窑内壁与污泥颗粒之间的辐射传热系数h5;
S5、计算回转窑内壁面污泥颗粒下表面的导热系数h6;
S6、计算内插直肋回转窑污泥热解系统的回转窑外壁热阻Rf;
S7、计算内插直肋回转窑污泥热解系统的窑外壁传热量Qf。
2.根据权利要求1所述的一种内插直肋回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法，其特征在于，所述的烟气通道内的对流换热系数h1的计算公式如下，
h1=d/Nu1λg (1)
式中，d为当量直径，λg为烟气通道内换热系数，Nu1为烟气通道内烟气的努塞尔数，其值由下式计算，
Nu1=0.023Re0.8Pr0.3 (2)
式中，Re为雷诺数，Pr为普朗特数。
3.根据权利要求1所述的一种内插直肋回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法，其特征在于，所述的烟气通道内热辐射的传热系数h2的计算公式如下，
式中，σ为黑体辐射常数，Tg为烟气温度，To为回转窑外壁温度，αg为烟气平均吸收比，εg为烟气平均发射率，其中，αg和εg由下式确定，
式中，为H2O气体修正系数，为CO2气体修正系数，为H2O气体发射率，为CO2气体发射率，为H2O气体吸收比，为CO2气体吸收比，Δε为H2O气体与CO2气体共存时的发射率修正量，Δα为H2O气体与CO2气体共存时的修正量，其中，和通过下式确定，
式中，为H2O气体分压力，为CO2气体分压力，中括号[]的下角码为确定方括号内的量时所用的参量。
4.根据权利要求1所述的一种内插直肋回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法，其特征在于，所述的回转窑内壁面污泥上表面的对流换热系数h3的计算公式如下，
h3=d/Nu2λ1 (6)
式中，d为当量直径，λ1为回转窑壁面导热系数，Nu2为窑内壁面污泥上表面热解气体的努塞尔数，其值由下式确定，
Nu2=0.664Re0.5Pr0.33 (7)
式中，Re为雷诺数，Pr为普朗特数。
5.根据权利要求1所述的一种内插直肋回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法，其特征在于，所述的回转窑内壁面污泥颗粒上表面的辐射传热系数h4的计算公式如下，
式中，Ts1为污泥颗粒上表面温度，Ti为回转窑内壁表面温度，εs为污泥颗粒上表面处的系统发射率，其值通过下列确定：
式中，εs1为污泥颗粒上表面发射率，εi为回转窑内壁发射率，As1为污泥颗粒上表面面积，Ai为窑壁表面面积。
6.根据权利要求1所述的一种内插直肋回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法，其特征在于，所述的回转窑内壁与污泥颗粒之间的辐射传热系数h5的计算公式如下，
式中，Ts2为污泥颗粒下表面温度，ε′s为污泥颗粒下表面处的系统发射率，其值可由下式确定，
式中，εs2为污泥颗粒下表面发射率。
7.根据权利要求1所述的一种内插直肋回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法，其特征在于，所述的回转窑内壁面污泥颗粒下表面的导热系数h6的计算公式如下，
式中，h61为回转窑内壁与气膜层的对流换热系数，h62为污泥颗粒与气膜层之间对流换热系数，其中，h61和h62根据下式确定，
式中，λ'g为气膜层导热系数，rs为颗粒半径，n为回转窑转速，di为回转窑内径，ds为污泥颗粒直径，v为气膜层粘度，Pr为普朗特数。
8.根据权利要求1所述的一种内插直肋回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法，其特征在于，所述的内插直肋回转窑污泥热解系统的回转窑外壁热阻Rf的计算公式如下，
式中，Ar为肋基面积，Af为肋片面积，ηf为直肋肋效率，λw为回转窑内壁导热系数，δf为肋片厚度，do为回转窑外壁直径，lw为回转窑窑长，larc为回转窑内壁与单个污泥颗粒接触的平均弧长。
9.根据权利要求1所述的一种内插直肋回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法，其特征在于，所述的内插直肋内插直肋回转窑污泥热解系统的回转窑外壁传热量Qf的计算公式如下，
式中，Tg为烟气温度，Ts1为回转窑污泥颗粒上表面温度。
说明书
一种内插直肋回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法
技术领域
本发明涉及回转窑技术领域，具体涉及一种内插直肋回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法。
背景技术
外热式回转窑是一种广泛应用于食品、建材、冶金、化工、环保等行业，主要包括诸如食品干燥等加工环节、催化剂焙烧等工业生产以及城市固体废弃物和污泥的热解处理中获得越来越广泛的应用。
目前，外热式回转窑在进行污泥热解的运行过程中，回转窑内部存在着热效率较低的缺陷，导致污泥热解所需燃料量较高且污泥热解不充分等问题。在固体表面与流体的对流换热的设备中，常在换热表面上增添一些肋，以增大换热表面，达到减少换热热阻的目的。直肋作为基础肋片之一，在实际工程应用中较为广泛。
但是，现有技术中在对内插直肋外热式回转窑进行污泥热解的传热过程及传热量计算较少，对回转窑内部污泥热解的能量利用情况研究较少，导致无法准确计算内插直肋回转窑的热效率，无法衡量直肋片在回转窑热解过程中的减少热阻的实际情况。
发明内容
为了解决现有技术中的上述不足，有必要针对上述内插直肋回转窑内污泥热解进行传热量计算，提供了一种内插直肋回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法，利用此计算方法分析污泥颗粒在内插直肋回转窑内进行热解的热量传递影响因素及变化规律，对内插直肋回转窑应用于污泥热解的设计改造、燃料利用率均有重要意义。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种内插直肋回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法，所述的回转窑由双通道组成，其中，外通道为环形烟气通道，作为热源;内通道为圆柱形污泥通道，作为热解对象，回转窑窑壁上等间距插入若干同截面直肋，所述的传热模型计算方法包括以下步骤：
S1、计算烟气通道内的对流换热系数h1;
S2、计算烟气通道内的辐射传热系数h2;
S3、计算回转窑内壁面的污泥颗粒上表面的对流换热系数h3和辐射传热系数h4;
S4、计算回转窑内壁与污泥颗粒之间的辐射传热系数h5;
S5、计算回转窑内壁面污泥颗粒下表面的导热系数h6;
S6、计算内插直肋回转窑污泥热解系统的回转窑外壁热阻Rf;
S7、计算内插直肋回转窑污泥热解系统的窑外壁传热量Qf。
进一步地，所述的烟气通道内的对流换热系数h1的计算公式如下，
h1=d/Nu1λg (1)
式中，d为当量直径，λg为烟气通道内换热系数，Nu1为烟气通道内烟气的努塞尔数，其值由下式计算，
Nu1=0.023Re0.8Pr0.3 (2)
式中，Re为雷诺数，Pr为普朗特数。
进一步地，所述的烟气通道内热辐射的传热系数h2的计算公式如下，
式中，σ为黑体辐射常数，Tg为烟气温度，To为回转窑外壁温度，αg为烟气平均吸收比，εg为烟气平均发射率，其中，αg和εg由下式确定，
进一步地，所述的回转窑内壁面污泥上表面的对流换热系数h3的计算公式如下，
h3=d/Nu2λ1 (6)
式中，d为当量直径，λ1为回转窑壁面导热系数，Nu2为窑内壁面污泥上表面热解气体的努塞尔数，其值由下式确定，
Nu2=0.664Re0.5Pr0.33 (7)
式中，Re为雷诺数，Pr为普朗特数。
进一步地，所述的回转窑内壁面污泥颗粒上表面的辐射传热系数h4的计算公式如下，
式中，Ts1为污泥颗粒上表面温度，Ti为回转窑内壁表面温度，εs为污泥颗粒上表面处的系统发射率，其值可通过下列确定：
式中，εs1为污泥颗粒上表面发射率，εi为回转窑内壁发射率，As1为污泥颗粒上表面面积，Ai为窑壁表面面积。
进一步地，所述回转窑内壁与污泥颗粒之间的辐射传热系数h5的计算公式如下，
式中，Ts2为污泥颗粒下表面温度，ε′s为污泥颗粒下表面处的系统发射率，其值可由下式确定，
式中，εs2为污泥颗粒下表面发射率。
进一步地，所述的回转窑内壁面污泥颗粒下表面的导热系数h6的计算公式如下，
式中，h61为回转窑内壁与气膜层的对流换热系数，h62为污泥颗粒与气膜层之间对流换热系数，其中，h61和h62根据下式确定，
式中，λ'g为气膜层导热系数，rs为颗粒半径，n为回转窑转速，di为回转窑内径，ds为污泥颗粒直径，v为气膜层粘度。
进一步地，所述的内插直肋回转窑污泥热解系统的回转窑外壁热阻Rf的计算公式如下，
式中，Ar为肋基面积，Af为肋片面积，ηf为直肋肋效率，λw为回转窑内壁导热系数，δf为肋片厚度，do为回转窑外壁直径，lw为回转窑窑长，larc为回转窑内壁与单个污泥颗粒接触的平均弧长。
进一步地，所述的内插直肋内插直肋回转窑污泥热解系统的回转窑外壁传热量Qf的计算公式如下，
式中，Tg为烟气温度，Ts1为回转窑污泥颗粒上表面温度。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
本发明提出一种内插直肋回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法，利用此传热模型分析污泥颗粒在内插直肋回转窑内进行热解的热量传递影响因素及变化规律，对内插直肋回转窑应用于污泥热解的设计改造、燃料利用率均有重要意义。