【摘要】：氣固流化床換熱器是在流化床內(nèi)實(shí)現(xiàn)氣固兩相介質(zhì)與換熱流體間壁換熱的一種設(shè)備,因其高效的流固混合特性、顯著的強(qiáng)化傳熱效果與除防垢性能,在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用,其中流化催化裂化工藝的外取熱器就是典范。催化裂化是典型的熱平衡過程,受反應(yīng)物料重質(zhì)劣質(zhì)化影響,催化裂化裝置內(nèi)生焦量不斷上升,致使再生燒焦釋放的熱量超過系統(tǒng)所需,因而采用取熱器將過剩熱量從裝置內(nèi)移除以維持系統(tǒng)的熱平衡。熱管作為一種新興的高效傳熱元件,最大優(yōu)勢是以較小截面積完成極大負(fù)荷的取熱,無需外加動(dòng)力可將熱量遠(yuǎn)距離輸送,現(xiàn)已滲透于石化、冶金、航天、電子等多領(lǐng)域。重力式熱管由于結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)低廉,憑借工質(zhì)重力即可實(shí)現(xiàn)熱量傳遞,因而成為了應(yīng)用最廣泛的一類熱管。目前外取熱器多采用傳統(tǒng)給水換熱管,強(qiáng)化手段也僅以改變操作條件和換熱管幾何參數(shù)為主;而熱管的傳熱研究多集中于以單相流體作為熱源,缺乏對(duì)多相熱源乃至氣固兩相與熱管傳熱規(guī)律的認(rèn)識(shí),這都較大制約了新型取熱器的創(chuàng)新及性能優(yōu)化。本研究嘗試性提出了將熱管與流化床傳熱技術(shù)結(jié)合的方法,在流化床內(nèi)引入熱管取代傳熱給水管,即所謂的熱管流化床換熱器。自主設(shè)計(jì)并搭建了一套Φ352mm×2000 mm熱模實(shí)驗(yàn)裝置,采用熱偶、差壓計(jì)、補(bǔ)償流量計(jì)及控制程序?qū)Υ矁?nèi)非標(biāo)況氣速實(shí)時(shí)換算修正、調(diào)節(jié)測取裝置各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)。分別考察床溫、氣速、靜床高、冷卻水量和介質(zhì)類型(FCC催化劑、石英砂及空床)對(duì)密相熱管和冷凝段傳熱系數(shù)的影響,測取熱管的壁溫分布特征、啟動(dòng)溫度及啟動(dòng)最小傳熱量,探明熱管在床內(nèi)啟動(dòng)和穩(wěn)定傳熱階段的特性規(guī)律及影響因素。結(jié)果表明:熱管流化床換熱器相比傳統(tǒng)床內(nèi)設(shè)置給水管的取熱器而言,有更好的傳熱效果,實(shí)驗(yàn)條件下最大密相床層-管壁傳熱系數(shù)可達(dá)700 W/(m~2·K),冷凝段傳熱系數(shù)范圍約600~1600 W/(m~2·K)。密相傳熱系數(shù)隨氣速增大而增大,這與顆粒團(tuán)更新理論相符。密相傳熱系數(shù)隨床溫的增加出現(xiàn)先增后降的趨勢,隨FCC催化劑靜床高增加而增加,石英砂靜床高的影響則相反。操作條件對(duì)密相傳熱系數(shù)的影響程度為:氣速靜床高床溫。相同條件下,A類顆粒FCC催化劑的密相傳熱系數(shù)比B類顆粒石英砂更高。提高冷卻水流量可增加傳熱量但對(duì)密相傳熱系數(shù)無明顯改善。冷凝段傳熱系數(shù)和熱管外壁溫分布受傳熱量主導(dǎo),基本不受操作條件影響。此外熱管傳熱量與壁溫/床溫存在很強(qiáng)的線性規(guī)律,這由傳熱熱阻決定,其線性關(guān)系的斜率是熱管主導(dǎo)熱阻的倒數(shù)。至于啟動(dòng)過程,熱管啟動(dòng)壁溫趨于35~40~oC,最小傳熱量約在50~100 W之間;啟動(dòng)溫度和最小傳熱量均隨氣速、靜床高增加而增加,而氣速的影響較弱,啟動(dòng)時(shí)間隨氣速和靜床高的變化規(guī)律則恰相反。
【圖文】：

第1 章 文獻(xiàn)綜述- 4 -下強(qiáng)化傳熱，線速度低，解決了磨損問題。圖1.1 (a)和(b)分別為Kellogg和洛陽工程公司的外取熱器[3]。(a) Kellogg公司設(shè)計(jì) (b) 洛陽工程公司設(shè)計(jì)圖1.1 上流式外取熱器Fig. 1.1 External solid-upflow catalyst cooler(2) 下流式外取熱器熱催化劑由上至下的流經(jīng)取熱器密相床層, 流化風(fēng)通常以0.3~0.5 m/s的氣速自底部向上流動(dòng)，與催化劑的整體運(yùn)動(dòng)方向形成逆流。少量被夾帶至頂部的催化劑從氣體出口返回再生器，而大部分密相熱催化劑經(jīng)換熱管冷卻后由底部出口流出。通過調(diào)節(jié)催化劑進(jìn)、出口管線滑閥可改變密相床高與催化劑循環(huán)量[4,5]。圖1.2為常用的密相下流式外取熱器。下流式外取熱器有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：催化劑流向與流化風(fēng)相反，床層流化質(zhì)量好尤其是密相；單動(dòng)滑閥的存在更靈活地調(diào)節(jié)再生系統(tǒng)的操作溫度；較低的催化劑下行速度使設(shè)備磨損小，運(yùn)行時(shí)間較長，，操作平穩(wěn)性較高；換熱管束往往浸沒在密相床層內(nèi)，傳熱效果更高。

中國石油大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文- 5 -圖1.2 下流式外取熱器Fig. 1.2 External solid-downflow catalyst cooler除上流與下流式外取熱器外，返混式和氣控式外取熱器也因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能得到了廣泛應(yīng)用。我們查閱了四種取熱器的相關(guān)信息和參數(shù)，整理于表1.1。表1.1 幾種典型外取熱器的參數(shù)對(duì)比Table 1.1 The parameter comparison of typical external catalyst coolers項(xiàng)目 上流式 下流式 返混式 氣控式開發(fā)年代 80 年代中 80 年代初 80 年代中 80 年代末催化劑流動(dòng)方式 上行 下行 返混式 氣控內(nèi)、外循環(huán)汽水循環(huán)方式 自然循環(huán) 強(qiáng)制循環(huán) / 自然循環(huán)催化劑密度（kg/m3） 100~300 500 左右 / 450~500傳熱系數(shù)（W/(m2·K)） 290~400 407~523 較低 450 左右表觀氣速（m/s） 1~1.5 0.3~0
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE965

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本文編號(hào)：2616900