申请日2018.08.06
公开(公告)日2019.01.15
IPC分类号G06F17/50
摘要
本发明公开了一种外热式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、计算外热式回转窑污泥热解系统的传热量ΔQ。本发明切实可行的提出了一种外热式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
1.一种外热式回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法，所述的外热式回转窑污泥热解系统由双通道组成，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，整个热解系统的传热过程分解为：窑外换热、窑壁换热和窑内换热，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、计算外热式回转窑污泥热解系统的传热量ΔQ。
2.根据权利要求1所述的一种外热式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所述的一种外热式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，αg和εg由下式决定，
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所述的一种外热式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，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，其值可由下式确定，
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所述的一种外热式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，其值通过下式确定：
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所述的一种外热式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，其值由下式确定，
式中，εs2为污泥颗粒下表面发射率，εi为回转窑内壁发射率。
7.根据权利要求1所述的一种外热式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，λg’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。
8.根据权利要求1所述的一种外热式回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法，其特征在于，所述的外热式回转窑污泥热解系统的传热量Q的计算公式如下，
Q=Q1+Q2+Q3+Q4 (14)
式中，Q1为烟气通道总传热量，Q2为回转窑内壁污泥上表面处的传热量，Q3为回转窑内壁污泥下表面处的辐射传热量，Q4为回转窑内壁污泥下表面处的导热传热量，其中，Q1、Q2、Q3、Q4通过下列确定，
式中，do为回转窑外壁直径，lw为回转窑窑长，ls为回转窑内壁污泥颗粒截面弦长，larc为回转窑内壁与单个污泥颗粒接触的平均弧长。
说明书
一种外热式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，具体涉及一种外热式回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法。
背景技术
回转窑是一种广泛应用于食品、建材、冶金、化工、环保等行业，对固体物料进行机械、物理或化学处理的回转圆筒类热工设备。根据对窑内物料加热方式的不同，回转窑可分外热式和内热式。
目前，外热式回转窑正在诸如食品干燥等加工环节、催化剂焙烧等工业生产以及固体废物和塑料的热解处理中获得越来越广泛的应用。市政污泥作为城市的主要生活垃圾之一，利用外热式回转窑进行热解的工艺也开始投入实际生产。
但是，现有技术中在利用外热式回转窑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。
发明内容
为了解决现有技术中的上述不足，有必要针对上述外热式回转窑内污泥热解进行传热量计算，提供一种外热式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外热式回转窑内进行热解的热量传递影响因素及变化规律，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。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种外热式回转窑污泥热解系统的传热模型计算方法，所述的外热式回转窑污泥热解系统由双通道组成，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，整个热解系统的传热过程分解为：窑外换热、窑壁换热和窑内换热，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、计算外热式回转窑污泥热解系统的传热量ΔQ。
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，αg和εg由下式决定，
式中，CH2O为H2O气体修正系数，CCO2为CO2气体修正系数，εH2O为H2O气体发射率，εCO2为CO2气体发射率，αH2O为H2O气体吸收比，αCO2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，αH2O和αCO2通过下式确定，
式中，PH2O为H2O气体分压力，PCO2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。
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，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，其值可由下式确定，
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为，
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，其值可通过下式确定：
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，εi为回转窑内壁发射率。
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，λg’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，所述的外热式回转窑污泥热解系统的传热量Q的计算公式如下，
Q=Q1+Q2+Q3+Q4 (14)
式中，Q1为烟气通道总传热量，Q2为回转窑内壁污泥上表面处的传热量，Q3为回转窑内壁污泥下表面处的辐射传热量，Q4为回转窑内壁污泥下表面处的导热传热量，其中，Q1-Q4通过下列确定，
式中，do为回转窑外壁直径，lw为回转窑窑长，ls为回转窑内壁污泥颗粒截面弦长，larc为回转窑内壁与单个污泥颗粒接触的平均弧长。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
本发明提供了一种外热式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外热式回转窑内进行热解的热量传递影响因素及变化规律，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。