陶瓷蓄熱體用量計算

在 RTO 運行的時候可以看到以下現象，在 RTO 升溫完畢進入正常運行的時候，在閥門切換的時間段內，RTO 進氣倉內，出蓄熱體的氣體溫度剛開始是接近爐膛溫度，隨著時間的推進，溫度會越來越低，到切換的時間時達到溫度低點。而 RTO 出氣倉中的溫度，出蓄熱體的氣體溫度隨著時間推移會越來越高。蓄熱體的平均熱效率（包括預熱過程的熱效率以及蓄熱過程的熱回收效率）與RTO 切換閥的切換周期間隔息息相關，設想當時間足夠長，進蓄熱體的溫度等于出蓄熱體的溫度，則熱效率即變為零了。從角度進行分析蓄熱體的這種溫度波動現象，當爐膛中的高溫氣體通過陶瓷蓄熱體時，氣體中的熱量通過對流換熱，積蓄在蓄熱材料中，氣體溫度降低，蓄熱體溫度升高，此為熱量回收過程，儲能完畢后 RTO 切換閥門，此蓄熱體進入溫度較低的氣體，氣體在蓄熱體中通過對流換熱，把儲在其中的熱量換到較冷的氣體中，盡可能的達到爐膛的溫度，如此可大減少爐膛內的直接加熱，可以降低 RTO 燃燒器的功率，達到節能的目的。
可以發現，若想提高換熱的效率，一種有效的方法即提高換熱面積，如此提高蓄熱體的比表面積成為一個非常有效果的途徑。從一代蓄熱體鵝卵石，到后面的矩鞍環，再到現在的規整填料，都是提高比表面積，同時也降低壓降。比表面積并不是越大越好，也需要考慮氣流壓降的因素，需要有實際的工程運用價值，規整蜂窩陶瓷蓄熱體的氣孔尺寸根據幾十年的實際工程運用經驗，形成了常規的 50cpsi（每平方英寸上的孔數）規格，目前較為常規的單塊蓄熱體尺寸為 150*150*150mm 或者 150*150*300mm 的正方體或長方體型。在 150 邊長上開有 40 個左右小孔，氣流壓降控制在 1500pa/米左右，若將孔數擴大到 400cpsi，150 邊長上有 120 個孔，比表面積增加了 2.5 倍左右，但蓄熱體的壓降則到 8000pa/米以上（此處壓降對比都在相同的標況面風速 1.2Nm/s 條件下進行的），工程上缺少實際運用的可能性。運用較為成熟，高，效果好的，經過多年實踐，普遍為 150mm 邊長有 40 個孔的蓄熱體，兼顧了經濟型，成品率，效果等多個方面。

關于高工作溫度，由于其 Al2O3 的含量較低，其產品其實達不到宣傳的高工作溫度，藍太克公司會特別告知蓄熱體正常運行溫度不要超過 950℃。

蜂窩陶瓷蓄熱體從開發出來即面臨堵孔的問題，藍太克公司開發的一款賽格蒙分層式蓄熱體可以較好的解決部分堵孔的問題，工程實踐中具有非常好的效果。運用多的為 SHC-40 規格，成為 RTO 蓄熱體的主流產品。其它規整蓄熱體也以 40 孔為主要的 RTO 用蓄熱體。在陸震維編撰的《廢氣凈化技術》一書中，引用了德國人H.Hausen 所做的數學模型，將蓄熱體的傳熱計算，轉換成換熱器的模型進行計算。其前提假定原理是一股氣體，在冷周期中吸收的熱量，與另一股氣體，在熱周期中釋放的熱量相等。當無的經常切換的情況下，則熱效率與相同大小的間壁式換熱器一樣，當切換時間越長，熱效率則也越低。

目前對 RTO 的熱效率大多是按換熱器的溫度效率來計算。

蓄熱體需用的量的計算過程如下：

a.根據蓄熱體的規格參數，計算出比較面積 m2 /m3；b.設定所需要的熱效率，比如 95%；c.設定爐膛溫度，如 780℃；d.設定廢氣溫度，如 25℃；e.設定廢氣風量，設置進入蓄熱式的風速；

f.根據熱效率公式，可得到出蓄熱式的溫度 to；g.根據對流換熱系數公式，計算出換熱系數 α；h.分別計算廢氣進出蓄熱體以及煙氣進出蓄熱體的換熱系數，并且考慮爐膛內熱輻射影響的換熱系數，參考《傳熱學》,參考

i.計算周期內蓄熱體吸熱的熱量，及放熱的熱量，即進出蓄熱體的氣體的溫差的，選取數值高的 Q。

j.根據蓄熱體的比

表面積，可得出蓄熱體體積，參照蓄熱體的單塊尺寸，根據設計的廢氣進蓄熱體的風速，可計算出，蓄熱體的迎風面面積，則可得出蓄熱體的堆高度。此處需要注意的是，通過公式計算出的換熱面積

A，包含了冷卻面積和加熱面積兩部分，所以計算蓄熱體用量時，只需要一半即可。因為蓄熱體蓄熱和放熱分別在 2 個室體內進行。k.關于陶瓷蓄熱體對層的流體壓損，參考陸震維的《廢氣的凈化技術》一書，有詳細的計算過程，這里不做過多闡述。

4 陶瓷蓄熱體周期內熱效率分析

當我們通過上述步驟計算出蓄熱體的堆積式樣之后，由于蓄熱體的固定規格尺寸，實際的用量是大于理論計算值的，為了充分發揮蓄熱體的功能，需要調整出佳的周期切換時間，即對周期時間內各個瞬時狀態的蓄熱體的情況，以及氣體出蓄熱體的狀況進行進一步的分析，以得出理論計算溫度曲線來進行研究以及可指導調試。

4.1 計算原理：單位時間 dt 內，高溫煙氣進入蓄熱體內，總焓為dQ，暫不考慮熱損失，一部分為蓄熱體吸收的 Q1，一部分為出蓄熱體的氣體的焓 Q2 對時間 dt 求導，則得出對應不同時間的熱量分布情況。可計算出熱效率。

4.2 計算方案：RTO 蓄熱體的交替切換工況導致運行的波動性，

實際計算時，根據動態的方案進行則會比較困難，現根據理論工況，可基于如下兩個前提假設后再進行計算：首先，不考慮蓄熱體的來回切換，分別對蓄熱工作的蓄熱體和放熱工作的蓄熱體單獨進行分析，但是氣體進蓄熱體的持續時間保持一樣，即 τc=τh。然后，假定在正常切換的工況之前，蓄熱體已經蓄熱完畢，處于平衡狀態。并且分別研究單股廢氣進蓄熱體，以及單股廢氣出蓄熱體的工況。并不研究蓄熱體進出的這種非穩態周期變動的工況。基于以上兩步的設定后，分別對蓄熱室和放熱室的蓄熱體進行計算，通過傳熱學的基本算法，計算出隨著時間的推移，陶瓷蓄熱體內的熱量狀況，以及氣體出陶瓷蓄熱體時的溫度，可研究的瞬態的工況。

5 結論

通過傳熱學原理可以模擬出蜂窩蓄熱床的蓄熱放熱過程，非常貼近實際的工況，在適當的范圍內，利于工程實際的指導運用，便于實際工程中選型、工藝設計及成本核算等方面的工作。