余熱回收蒸發(fā)器的熱交換器模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、余熱回收蒸發(fā)器的熱交換器模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要：本文介紹一種特殊的緊湊熱交換器一一板翅式熱交換器的用途，從概念上講它是 一種基于錯(cuò)流的熱交換器。使用這種緊湊型熱交換器可以為小型熱交換器（余熱鍋爐）的建 造提供數(shù)模化數(shù)據(jù)，然后通過一攬子方案達(dá)到提高熱交換器的熱交換效率和減小熱交換器尺 寸的目的。關(guān)于這種特殊結(jié)構(gòu)的余熱鍋爐的用途，我們將會(huì)在余熱鍋爐緊湊熱交換器的設(shè)計(jì)方法 和每一單節(jié)加以概述。主要通過兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化:一是能夠用更高的參數(shù)來定義余熱鍋爐； 二是涉及到PFHE傳熱表面的詳細(xì)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在研究主要關(guān)注第二種方法，這種方法包括兩個(gè) 步驟，第一步的目的是得出來流熱流的最小壓降，第二步是得出維持余熱鍋

2、爐在這種熱流和 壓降下運(yùn)行所需的最小流量。1簡(jiǎn)介當(dāng)前技術(shù)中最有效的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是聯(lián)合循環(huán)電廠，也就是具有蒸汽觸底循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī) 布置的電廠。在典型的聯(lián)合循環(huán)中，余熱從燃?xì)廨啓C(jī)的熱回收蒸發(fā)器中重新回收利用，余熱 鍋爐的性能對(duì)整個(gè)聯(lián)合循環(huán)電廠的工作效率有很大影響。為了從這些系統(tǒng)中節(jié)省最多的能 源，對(duì)熱回收的優(yōu)化具有非常重要的作用【1】。這個(gè)問題可以看做都是普通的點(diǎn)，包括對(duì)余 熱鍋爐的操作參數(shù)的優(yōu)化，對(duì)這些操作參數(shù)進(jìn)行定義之后【2, 3】，再對(duì)各個(gè)換熱部分進(jìn)行 詳細(xì)的優(yōu)化。而要進(jìn)行更高層次的優(yōu)化，就需要對(duì)余熱鍋爐進(jìn)行熱設(shè)計(jì)。通過一個(gè)目標(biāo)函數(shù)來定義它 的最小（最大）操作參數(shù)，如熱損失，壓降，余熱鍋爐的總

3、成本等等。所以計(jì)算出溫度，壓 力，和蒸汽的質(zhì)量流量的優(yōu)化值，在這個(gè)層次上也是可能的。在根據(jù)換熱器的類型，流程安 排和幾何形狀來選擇換熱器的配置之后，需要對(duì)余熱鍋爐的每一部分獲得一個(gè)初步設(shè)計(jì)以及 傳熱面積的近似值。第二個(gè)優(yōu)化級(jí)別涉及到換熱部分的熱和流體動(dòng)力的設(shè)計(jì)，這時(shí)目標(biāo)函數(shù) 和更高水平的目標(biāo)函數(shù)一般是不同的;例如它可以是給定熱流的余熱鍋爐表面的最小化整體 傳熱，給定壓降下的最大熱流或者給定熱流下的最小壓降。在最近出版的刊物中，有很大興趣利用熱交換器特別是板式和翅式熱交換器。緊湊型熱 交換器的用途，最初是為氣體或者氣體設(shè)備在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用提供緊湊、輕巧、高效 的熱交換器。它可以被擴(kuò)展到熱交

4、換系統(tǒng)作為余熱鍋爐。有一個(gè)有趣的概念叫做PFHE,它是最近被提出的可以作為模塊化元素獲得復(fù)雜的多壓 力余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)。在這個(gè)解決方案中，余熱鍋爐的所有部分，包括省煤器，蒸發(fā)器，過熱 器等等，都可以通過相同的基本PFHE結(jié)構(gòu)重復(fù)獲得。余熱鍋爐的CHE結(jié)構(gòu)的用途聽起來很 有趣是因?yàn)?，如果一個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的余熱鍋爐的用損失最小，就需要傳熱表面積的顯著增加來 減少阻塞和增加蒸汽壓力【8,9】。由于余熱鍋爐尺寸的極端擴(kuò)大，使用傳統(tǒng)的管殼式換熱器 似乎真的需要復(fù)雜沉重的結(jié)構(gòu)。用CHE代替管殼結(jié)構(gòu)來促進(jìn)余熱鍋爐的重新包裝，在擁有相同尺寸的條件下，能夠更好 地在熱流和火用損失方面有很好的表現(xiàn)，或者在相同熱流條件下

5、，減小體積，降低安裝成本。 不管怎么說，如果CHE或者PFHE的概念能夠用于余熱鍋爐的設(shè)計(jì)的話，壓降顯著增加的問 題就會(huì)因?yàn)樵黾觽鳠岜砻娑３珠_放。優(yōu)化PFHE的必須的第一步是thermo-fluid動(dòng)態(tài)分析，基于文獻(xiàn)的分析很明顯在這個(gè)特 殊的PFHE中氣側(cè)熱阻占主導(dǎo)地位，因此，氣側(cè)傳熱系數(shù)在總傳熱系數(shù)以及廢氣和水之間的 熱量交換效率和中占據(jù)主要地位，余熱鍋爐的優(yōu)化主要在翅片表面的氣體一側(cè)【10-13】。2.余熱鍋爐的緊湊式熱交換器熱回收蒸汽發(fā)生器可以被認(rèn)為是一個(gè)復(fù)雜的氣液熱交換器，燃?xì)鈾C(jī)排氣量的大小決定所 施加熱載荷的大小，最新的技術(shù)成果表示，復(fù)雜的余熱鍋爐室友緊湊的熱量交換機(jī)組裝而成。在許

6、多工業(yè)過程中，雖然參數(shù)變得有趣起來，但是在管殼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用仍占主導(dǎo)地位的情況下 他們還沒有像在余熱鍋爐領(lǐng)域那樣取得重大進(jìn)展。管殼式換熱器的區(qū)域密度達(dá)到100-200 平方米/m3的情況下，CHE可以達(dá)到的區(qū)域密度高于500平方米/m3,這種實(shí)際應(yīng)用的技 術(shù)的一個(gè)局限是，即使預(yù)計(jì)到短期內(nèi)將要有顯著改善，他可以運(yùn)行的最大壓力只是90 bar。 使用CHE技術(shù)解決余熱鍋爐的應(yīng)用程序的一個(gè)特定技術(shù)是使余熱鍋爐獲得基本模塊與前綴熱 能轉(zhuǎn)移的PFHE結(jié)構(gòu)技術(shù)，PFHE是一種由堆棧的交替平面板和翅片表面焊接在一起的緊湊型換 熱器，熱量傳遞發(fā)生在廢氣流與純水流之間，每一種流體的流動(dòng)方向相對(duì)于其他的流體可能 是逆

7、流或者是順流。下圖1 (a)和(b)是余熱鍋爐的部分結(jié)構(gòu)圖。它是由一個(gè)冷流體版六合 一個(gè)排氣通道組成，廢氣的熱量通過管道流動(dòng)，與此同時(shí)，水流通過他們之間的分割通道流 動(dòng)。在翅片表面的氣體一側(cè)，通過一個(gè)一個(gè)連續(xù)縱向的矩形翅片通道連接，或者與一個(gè)由打 斷了的翅片結(jié)構(gòu)決定的排氣通道連接。它既是二次傳熱表面又是一個(gè)由機(jī)械支持的內(nèi)部壓力 層之間的鰭，它被一個(gè)耐高溫的墻固定和密封的。氣體側(cè)的形狀可以是單線或者雙線程。brazingsLiquid ddc passages in the elemental blockdrmentai block of The union of n dcmental bloc

8、k Liquid length Li constitute the single HRSG sectionL = n Ligas side channels余熱鍋爐基本結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)新方法，對(duì)于每一個(gè)壓力水的循環(huán)，余熱鍋爐的省煤器， 蒸發(fā)器和過熱器是分散的而不是一個(gè)整體。許多基本PFHE結(jié)構(gòu)的縱向長(zhǎng)度和高度可以通過 組裝像表述圖前面一樣。在圖1.的底部，展現(xiàn)的是一個(gè)由交替層擴(kuò)展表面板隔開的兩個(gè)熱 流體的布置結(jié)果。如圖1 (d)所示，是余熱鍋爐的一系列模塊疊加在一起的結(jié)果，對(duì)于一 般的余熱鍋爐方案，液體側(cè)的通道相對(duì)低的范圍是3-4mm，因?yàn)榭紤]到水側(cè)的壓力降可以忽 略不計(jì)，在同一過程中，水側(cè)具

9、有較高的傳熱系數(shù)，所以這個(gè)相對(duì)低的尺寸是可以接受的。3.PFHE余熱鍋爐的最優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于像聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠那樣的熱力系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化需要有全球體系與不同層次的目標(biāo)。 可以決定一種“近似優(yōu)化”的設(shè)計(jì)，這種優(yōu)化，可以通過有一個(gè)層次目標(biāo)的復(fù)雜各級(jí)來執(zhí)行。 將一般系統(tǒng)分解為全球體系下的單個(gè)組件的方式，這種想法基于順序分層目標(biāo)，可以應(yīng)用到 用圖1表示的PFHE余熱鍋爐的一個(gè)組件結(jié)構(gòu)。在圖2的左邊，是一個(gè)完全總結(jié)的典型余熱 鍋爐優(yōu)化過程的流程圖，作者提出的兩個(gè)級(jí)別的余熱鍋爐戰(zhàn)略分解包括：操作參數(shù)和詳細(xì)設(shè) 計(jì)。關(guān)于操作參數(shù)的定義決定了余熱鍋爐的第一個(gè)優(yōu)化級(jí)別，這些參數(shù)包括：壓力、質(zhì)量流 量、氣體和液體的溫度。這

10、些操作參數(shù)通過熱力學(xué)或者經(jīng)濟(jì)優(yōu)化來定義，熱損失和余熱鍋爐 總成本用一個(gè)合適的最小化目標(biāo)函數(shù)來定義。在這個(gè)條件下，換熱器的流程安排選擇配置之后，還可以對(duì)余熱鍋爐的整體和部分獲得 一個(gè)初步估計(jì)。余熱鍋爐來定義操作參數(shù)的熱力學(xué)優(yōu)化方法，在不同類型的余熱鍋爐的設(shè)計(jì) 配置中，已經(jīng)得到了實(shí)際運(yùn)用。這種優(yōu)化的結(jié)果，在第一級(jí)，對(duì)于溫度固定的氣體和液體入 口，是余熱鍋爐設(shè)計(jì)所需的詳細(xì)輸入數(shù)據(jù)。在排氣熱回收方面進(jìn)行的有趣的改進(jìn)，可以使用 液體流配置來同時(shí)獲得。在本文中提出的對(duì)小型余熱鍋爐運(yùn)用多重流體結(jié)構(gòu)以及為了減小阻 塞的思想，與余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)可能發(fā)展方向息息相關(guān)。OPTIMIZATION STRATEGYDET

11、AILED DESIGN更高層次的優(yōu)化能使余熱鍋爐的按照操作參數(shù)來執(zhí)行設(shè)計(jì)，所以除了計(jì)算溫度、壓力和 蒸汽質(zhì)量流量的最優(yōu)值。一旦熱交換器配置的類型建設(shè)、流程安排、材料和物理尺寸被選擇 好了，在第一個(gè)層面也可以獲得余熱鍋爐表面每一個(gè)部分的傳熱參考價(jià)值。第二個(gè)優(yōu)化級(jí)別 對(duì)詳細(xì)優(yōu)化有所擔(dān)憂的是：余熱鍋爐的各部分在這個(gè)更低水平幾何形狀下可以更經(jīng)確定義。 如圖2【17】所示，可以在定義的目標(biāo)函數(shù)的不同順序步驟下組織詳細(xì)的優(yōu)化。4余熱鍋爐換熱部分的詳細(xì)優(yōu)化余熱鍋爐的詳細(xì)優(yōu)化主要取決于換熱部分的類型(翅片管，殼管，板,鰭等)關(guān)于PHFE余熱 鍋爐的最佳詳細(xì)設(shè)計(jì)可以以不同的方式接近，本文從熱力學(xué)的角度用兩種不

12、同的方法來組織 問題.最佳優(yōu)化的第一步遵循余熱鍋爐部分的初步估計(jì)，可以以平衡方程的應(yīng)用和有效系數(shù) 法(e-NTU)為基礎(chǔ).以下最佳化從定義在初步標(biāo)準(zhǔn)階段的設(shè)計(jì)變量的價(jià)值開始執(zhí)行，從而使最佳化變量的定 義域被適當(dāng)?shù)谋４?最佳化可以涉及到氣體方面的分析，然而水流的分析卻可以被忽略,如果約束由液體流速 的最大值和最小值構(gòu)成，則是為了修復(fù)傳熱系數(shù)的下限和液體壓降的上限.附錄A簡(jiǎn)短的涉 及到了解決PHFE熱工水力性能問題的模型.兩種翅片配置氣體:矩形和鋸齒形翅片.熱量的 定義和CHE最優(yōu)設(shè)計(jì)的動(dòng)力模型是基于效率的方法（e-NTU）.關(guān)于PHFE的類型，詳細(xì)最佳化給 出了在氣體方面的翅面尺寸:翅片厚度，翅

13、片間距，翅片高度，熱流的優(yōu)化值和壓降.4.1優(yōu)化第一步這種詳細(xì)的余熱鍋爐優(yōu)化可以為每個(gè)單一的余熱鍋爐部分或完整的余熱鍋爐而實(shí)現(xiàn).一 個(gè)PHFE的合理目標(biāo)是最小單元的定義（根據(jù)重量，體積和在給定的外形尺寸限制之內(nèi)）這將 在規(guī)定的壓降限制之內(nèi)滿足所需的熱功率.第一種情況下的最優(yōu)目標(biāo)可以使給定熱流的壓降 減到最小限度，或使給定壓降的熱流最大化.當(dāng)被認(rèn)為是完整的余熱鍋爐結(jié)構(gòu)，給定熱流壓降 的最小化，余熱鍋爐體積或重量的最小化，都可以被認(rèn)為是合理的目標(biāo).考慮例如壓力下降的最小化，操作程序減少了交叉氣流的速度.理論上摩擦壓力下降的最 小值可以由最低交叉速度值制得.在實(shí)踐中為了為傳熱系數(shù)維持一個(gè)可接受的值和

14、限制傳熱 表面尺寸,速度的最小值必須加以約束（例如,20%的值用于初步分級(jí)）.為了獲得目標(biāo)函數(shù)的 最小值，優(yōu)化設(shè)計(jì)過程操作修改三個(gè)變量，定義了翅片表面（高度，厚度和各自的間隔）調(diào)整了 氣體速度.被用于運(yùn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法是懲罰函數(shù)法18.第一步的結(jié)果是根據(jù)氣體側(cè)槽和 余熱鍋爐各部分的具體尺寸，按照?qǐng)D的跡象對(duì)余熱鍋爐的設(shè)計(jì).1（翅片厚度，翅片間間距,翅 片高度，熱交換器的額區(qū)尺寸W和H和L線性部分的長(zhǎng)度）.4.2優(yōu)化第二步在優(yōu)化設(shè)計(jì)的第二步，目標(biāo)變成了翅面重量的最小化,維持在前一步根據(jù)熱流和壓降獲得 的結(jié)果.翅片厚度優(yōu)化的完成基于矩形翅片的優(yōu)化設(shè)計(jì)策略定義在19.4.3輸入數(shù)據(jù)運(yùn)行優(yōu)化程序所需的輸

15、入數(shù)據(jù)是：數(shù)據(jù)相對(duì)于熱力學(xué)問題-優(yōu)化問題類型的解決:余熱鍋爐或單個(gè)余熱鍋爐部分（省煤器,蒸發(fā)器，過熱器） 數(shù)據(jù)相對(duì)于熱交換器類型-流動(dòng)的類型（逆流，錯(cuò)流，多串流部分，等）-在液體方面交叉流動(dòng)通道的數(shù)量-氣體側(cè)槽的類型（矩形或鋸齒形）-余熱鍋爐部分的類型（省煤器,蒸發(fā)器，過熱器）初步分級(jí)（翅片高度的初步值，厚度和翅間間距）數(shù)據(jù)相對(duì)于兩種流體流體的熱物理性質(zhì)廢氣入口條件（溫度和質(zhì)量流率）液體的入口溫度5.測(cè)試用例優(yōu)化設(shè)計(jì)策略的應(yīng)用詳細(xì)優(yōu)化余熱鍋爐取代一個(gè)基本的PFHE結(jié)構(gòu)在當(dāng)前段落得到落實(shí)。商業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的參 數(shù)源自于廢棄的溫度。1.5MW被稱為雙壓余熱鍋爐的基本設(shè)計(jì)單位，用它和多穿流水路徑的 余熱

16、鍋爐相比較時(shí)，這個(gè)特殊的余熱鍋爐結(jié)構(gòu)被用做測(cè)試，而不是簡(jiǎn)單的一個(gè)簡(jiǎn)單的余熱鍋 爐，這樣比較在同壓力水平下是必要的。考慮到它的尺寸大小，更大的余熱鍋爐可以獲得超 過1.5MW功率的配置。在圖3中，表示的是傳統(tǒng)的單流部分雙重壓力余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)，輸入 的數(shù)據(jù)和約束是在假定條件下的。首先優(yōu)化級(jí)別：余熱鍋爐運(yùn)行參數(shù)的定義通過最小化熱損失來維持的約束，被稱為余熱鍋爐的第一級(jí)優(yōu)化結(jié)果被定義為操作參 數(shù)，初步分級(jí)后獲得的操作參數(shù)和數(shù)據(jù)寫在表1中。分析考慮表1的結(jié)果，傳熱表面只能代 表一個(gè)試探性的價(jià)值；在經(jīng)歷過下面的優(yōu)化以及幾何細(xì)節(jié)的優(yōu)化后，每個(gè)余熱鍋爐部分的傳 熱面積的真正價(jià)值將會(huì)更加準(zhǔn)確定以。余熱鍋爐的詳細(xì)

17、優(yōu)化考慮到前面定義的兩個(gè)基本壓力1.5WM水平下，余熱鍋爐的每一個(gè)部分以及完整余熱鍋 爐的參數(shù)，在附錄A，PFHE的動(dòng)態(tài)模型中，多串流過程和優(yōu)化設(shè)計(jì)過程一起將在軟件上顯示 出來。參照?qǐng)D1的方案，為了定義一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的余熱鍋爐結(jié)構(gòu)，封面的最大尺寸與每一個(gè) 交叉部分的尺寸相同。這代表了優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的更進(jìn)一步的邊界條件。我們首先來參照單個(gè)部分的結(jié)果來考慮，比如在圖3中定義的，氣流流經(jīng)余熱鍋爐的第 一和第三部分也即高壓過熱器和低壓省煤器，在表1中，從熱流體到冷流體的氣體流量，進(jìn) 口和出口氣體溫度，液體溫度，熱功率等等這些用于優(yōu)化設(shè)計(jì)問題而輸入的數(shù)據(jù)有必要作為 進(jìn)一步研究而用。進(jìn)一步優(yōu)化的結(jié)果表2提供了

18、初步設(shè)計(jì)后以及后面的優(yōu)化過程的比較結(jié)果，旨在考慮余熱鍋爐部分器件的 最小壓降。其中低壓省煤器和高壓過熱器被認(rèn)為是特別的。優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程也可以應(yīng)用到完整的余熱鍋爐設(shè)計(jì)，表3提供了約1.5WM能量轉(zhuǎn)移條件 下，基于PHFE概念上雙壓力余熱鍋爐的優(yōu)化和比較完整的初步分析的比較而獲得的結(jié) 果。強(qiáng)調(diào)以明智的方式獲得數(shù)據(jù)與初步分級(jí)作為優(yōu)化的起始值，從而得到最優(yōu)的結(jié)果是很重 要的。表2和表3的結(jié)果也表明，基于有效的方法的分析對(duì)于獲得對(duì)余熱鍋爐的部分結(jié)構(gòu)與 整體的有趣的性能改進(jìn)來說是足夠的。一個(gè)參數(shù)重要性的高低在于，廢氣穿過低壓省煤器氣 體反應(yīng)部分的最低速度。優(yōu)化的結(jié)果對(duì)氣體的最小流速值特別敏感。壓降減小的可

19、能性很大程度上取決于允許 的最低氣流速度。對(duì)表3的案例進(jìn)行研究，設(shè)置為11米每秒的最小流速下，最少可以減小 10%的壓降，當(dāng)氣體流速減少的更多的時(shí)候可以獲得更合理的壓降，如表4所示。最低氣 流速度值從11米每秒減小到9米每秒可能會(huì)使壓降從1800帕左右減小到1200左 右；從另一方面來說，傳熱表面和余熱鍋爐的尺寸就取得合適的增加。表5對(duì)余熱鍋爐燃?xì)?側(cè)壓降的靈敏度進(jìn)行分析的結(jié)果顯示，其它參數(shù)的修改能夠引起微笑的變化，特別強(qiáng)調(diào)，鰭 的維度對(duì)初始?jí)航挡⒉皇翘貏e敏感，但是優(yōu)化允許減小20%的初步分級(jí)壓降。5.4第二個(gè)優(yōu)化步驟的結(jié)果在檢查情況下，鰭體積和重量最小時(shí)，為了獲得相同的熱流和壓降，第二個(gè)優(yōu)化

20、步驟允 許優(yōu)化鰭的維度。這一步優(yōu)化的結(jié)果是翅片厚度的減小，如表4所示。在這說來，進(jìn)一步減 小不可忽視的余熱鍋爐的重量也是可能的。在表4中翅片厚度的平均值結(jié)果的統(tǒng)一值可以在這兩個(gè)壓力水平之間選擇：減小40%重 量的氣體余熱鍋爐側(cè)鰭數(shù)組和20%的完整結(jié)構(gòu)。分析結(jié)果可知，可以進(jìn)行減少大約30%的初 步設(shè)計(jì)值。由此余熱鍋爐0.64MW每立方米的功率密度和1900公斤每兆瓦的特定重量。6基于緊湊換熱器余熱鍋爐的利用的見解上述分析表明，使用PFHE結(jié)構(gòu)，對(duì)余熱鍋爐重新包裝使其維持很低的氣側(cè)壓降時(shí)可 能的。但是，使用PFHE結(jié)構(gòu)更有趣的看法似乎是可以使熱損失減小并且提高余熱鍋爐的傳 熱表面。在這種特殊的情況

21、下，初步設(shè)計(jì)使用PFHE允許減少余熱鍋爐結(jié)構(gòu)的體積優(yōu)化，是指輸 入相同的檢查測(cè)試用的數(shù)據(jù)，對(duì)兩種不同情況下操作參數(shù)的檢查。如圖6所示，多串流加熱 部分和流體側(cè)兩個(gè)流體部分的安排被認(rèn)為是他們的配置。在這兩種條件下，夾點(diǎn)降低5度，流體的壓力能有多種優(yōu)化方法，第一種情況下高壓 值被限定在90 bar【5】，然而在第二種情況下，高壓值不低于200 bar.最后一個(gè)案例是對(duì) 可能有diffusion-bonded鈦結(jié)構(gòu)的研究【20】。這兩種配置余熱鍋爐的操作參數(shù)，以及由此 產(chǎn)生的熱損失和需要的傳熱表面與初步設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)相比較而得出的結(jié)果，都在表5中得以體 現(xiàn)。總傳熱面積是錯(cuò)流在逆流換熱器中的配置安排。圖7

22、顯示出以前討論的基本設(shè)計(jì)的比較，包括低壓和高壓固定分別固定在6和600bar 和第一個(gè)優(yōu)化解決方案，在這個(gè)優(yōu)化方案中，氣體一側(cè)的溫度下降，邊界處的高壓力被限制 在90bar。對(duì)于上述余熱鍋爐的配置，圖8顯示了余熱鍋爐的每個(gè)單一的部分和整個(gè)余熱鍋 爐在傳熱面積上的比較。報(bào)告指出，全部傳熱表面積之所以增加，是余熱鍋爐的損失減小和 效率提高的結(jié)果。余熱鍋爐配置經(jīng)典的殼管式結(jié)構(gòu)，意味著50%的傳熱表面積的改變，也意味著余熱鍋爐 的維度發(fā)生變化和有意義的增加體積。提高效率是非常簡(jiǎn)單的，但是結(jié)果會(huì)伴隨著體積和重 量顯著增加，成本也會(huì)發(fā)生一定增加。用PFHE結(jié)構(gòu)替換古典的殼管式結(jié)構(gòu)，以便達(dá)到降低 傳統(tǒng)余熱鍋

23、爐的維度和熱損失的目的，這似乎是一個(gè)解決方案。但是這種分析僅僅說明余熱 鍋爐的發(fā)展需要依靠PFHE結(jié)構(gòu)尤其是對(duì)多串流熱交換配置技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上。本文中定義的余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)似乎是模塊化的，它允許獲得加入一些具有相同基本結(jié)構(gòu) 的復(fù)雜配置，這可能是目前研究的真實(shí)興趣點(diǎn)。此外也可以是基于上述概念為了設(shè)計(jì)低配置 的而不使用傳統(tǒng)的殼管式技術(shù)的余熱鍋爐而變得更加有趣。7總結(jié)本文對(duì)使用緊湊版翅片換熱器作為構(gòu)建多壓余熱鍋爐模塊化的基本元素，進(jìn)行了詳細(xì)的 分析。概述了熱交換器的特殊結(jié)構(gòu)和這種類型的緊湊熱交換器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。PFHE余熱 鍋爐在兩個(gè)不同水平進(jìn)行了優(yōu)化，第一個(gè)是操作參數(shù)的定義，第二個(gè)是傳熱部分的詳細(xì)

24、設(shè)計(jì)。 本文認(rèn)為這兩個(gè)水平，尤其是第二個(gè)層次的結(jié)構(gòu)詳細(xì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的兩個(gè)不同步驟很重要1.5WM 雙壓余熱鍋爐是一個(gè)測(cè)試用例。氣側(cè)壓降總數(shù)最小化以及設(shè)備重量的最小化，是初始設(shè)計(jì)兩個(gè)優(yōu)化措施的目標(biāo)，這樣可 以增加余熱鍋爐的性能。本文表明，對(duì)于余熱鍋爐的單一部分和一個(gè)完整的余熱鍋爐來說， 基于e-NTU方法的分析是很有用的。對(duì)于單個(gè)流程的余熱鍋爐結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行常規(guī)優(yōu)化的過程中，PFHE可以獲得重量減少30%， 非常緊湊和輕型的余熱鍋爐解決方案，比體積約為0.6立方米每MW和比重低于2000公斤每 MW。對(duì)于傳統(tǒng)的殼管式換熱器，使用PFHE也能使余熱鍋爐的尺寸減小，壓力減小。本文概述了余熱鍋爐參數(shù)設(shè)計(jì)中，

25、氣流速的的最小值在余熱鍋爐循環(huán)中的重要性。只有 考慮了傳熱表面的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，它的真正價(jià)值才可以正確，然而在本文分析中被提出來則是一 個(gè)約束。本文中提出對(duì)余熱鍋爐使用PFHE結(jié)構(gòu)的水側(cè)多串流路徑角度來看，在沒有顯著增 加體積、重量、成本的條件下，這似乎是獲取余熱鍋爐熱損失有意義的關(guān)鍵要素。附錄A換熱器的熱流體動(dòng)態(tài)模型多通道換熱器的效率formulasFlov arrangementn-pas exchanger (n = 3 as shown )T bo1h fluid streams parallel, overall counter flow arrangement, ftuids mrxed between passesT each pass boving the seme