産業用排ガス熱回収用のガス対ガス平板型熱交換器のサイズを決定する方法

産業排ガスは、特に炉、ボイラー、キルン、乾燥システム、化学プロセス、石油およびガスの操業において、大量の回収可能な熱を運ぶことがよくあります。適切なサイズの ガスからガスへの板状熱交換器は、 2 つの媒体を混合することなく、高温の排気ガスからの廃熱をより低温のガス流に伝達できます。正しいサイジングは、伝熱面積を計算することだけを意味するものではありません。また、排ガスの組成、流量、露点腐食、汚れの傾向、圧力降下、材料の強度、熱膨張、および設置の制限を確認する必要もあります。

重要なポイント

●  A ガスからガスへの平板状熱交換器は、 実際の流量、温度、圧力降下、ガス組成、および熱回収目標に基づいてサイズを決定する必要があります。

● 熱負荷、LMTD、総熱伝達率、必要伝熱面積はコアサイジングの値です。

● 排ガスの汚れ、灰の堆積、露点腐食、高温応力を設計段階で考慮する必要があります。

● 向流と最適化されたマルチパス構造により、コンパクトな装置で熱回収効率を向上できます。

● カスタマイズが必要になることがよくあります。 ガス対ガス板状熱交換器 高温、腐食性、粉塵性、または大量の排ガス条件では、

 

ガス対ガス平板状熱交換器とは何ですか?

基本的な動作原理

あ ガス対ガスの板状熱交換器 は、狭い長方形のガス チャネルを形成する溶接された金属プレートで構築されています。高温ガスと低温ガスは別々のチャネルを流れ、熱はプレート壁を通って高温の流れから低温の流れに伝わります。 2 つのガス流は分離されたままになります。これは、排気ガスに粉塵、臭気、腐食性成分、または燃焼副生成物が含まれる場合に重要です。

従来のガス熱交換器との違い

ガス 対ガスの平板状熱交換器は 、通常、多くの従来のシェルアンドチューブ式ガス熱交換器よりもコンパクトな構造を備えています。プレート型の流路により、限られた装置容積内で大きな表面積が得られ、熱回収密度が向上します。溶接構造は、漏れ制御と構造的完全性が重要な用途にも対応します。

板状設計が排ガス熱回収に適している理由

ます 。 産業排気は流量が多く、中程度から高温になることが多いため、ガス対ガスの板状熱交換器は排ガス熱回収に適していプレートの配置は、現場のダクト、ガス速度、圧力降下の制限に合わせてさまざまな流路にカスタマイズできます。この柔軟性により、熱交換器をボイラー排気、炉排気、乾燥排気、化学オフガス、および石油またはガスのプロセス流に適合させることができます。

サイジングの前に必要な主要なデータ

排ガス流量

の最初のサイジング入力は ガス対ガス板状熱交換器 、実際のまたは正規化された排ガス流量です。流量は利用可能な熱容量を決定し、チャネル サイズ、ガス速度、圧力降下、総伝熱面積に大きな影響を与えます。産業用システムの場合、流量は 1 つの設計点だけでなく、通常、最小、最大の動作条件下で確認する必要があります。

入口温度と出口温度

温度データはの熱回収目標を定義します 、ガス対ガス板状熱交換器。高温ガスの入口および出口の温度は、どれだけの熱を除去できるかを示し、一方、低温のガスの入口および出口の温度は、どれだけ有効な予熱を達成できるかを示します。過度の冷却は結露や酸露点腐食を引き起こす可能性があるため、目標出口温度は現実的なものでなければなりません。

ガス組成と露点

のサイズを決定する場合、ガス組成は不可欠です。 ガス対ガス板状熱交換器 排ガスサービス用の硫黄酸化​​物、窒素酸化物、塩化物、フッ化物、湿気、酸性蒸気は、腐食のリスクと材料の選択に影響を与えます。壁温度が低いと伝熱面に激しい凝縮水が形成される可能性があるため、露点は慎重に評価する必要があります。

許容圧力損失

圧力降下は、あらゆるの重要な設計境界です ガス間板状熱交換器。熱伝達面が大きいほど熱回収率は高くなりますが、チャネルが狭くガス速度が速いとファンの電力消費が増加する可能性があります。最終的な設計では、熱回収効率と許容可能な動作抵抗のバランスを取る必要があります。

 

ガス対ガス平板状熱交換器の基本的なサイジング手順

ステップ 1: 熱負荷を計算する

の熱負荷は、 ガス対ガス板状熱交換器 式 Q = m × Cp × ΔT で推定できます。この式において、Q は熱負荷、m は質量流量、Cp は比熱容量、ΔT はガスの温度変化です。工業用ガス流量は Nm³/h で表されることが多いため、最終計算の前に通常は質量流量への変換が必要です。

ステップ 2: 温度差を決定する

有効温度差により、 ガス対ガス板状熱交換器内の熱伝達駆動力​​が制御されます。ガス温度は熱交換器を通じて連続的に変化するため、エンジニアは対数平均温度差 (LMTD) をよく使用します。逆流または最適化されたマルチパス流は、単純な平行流よりも強い平均温度差を維持できます。

ステップ 3: 全体の熱伝達係数を推定する

の全体的な熱伝達係数は ガス対ガスの板状熱交換器 、ガス速度、板厚、材料の伝導率、表面状態、汚れ代、および流れの配置に依存します。ガスツーガス産業の多くの場合、実際の係数は動作環境に応じて 30 ～ 40 W/(m²·℃) の範囲になります。汚れたガス、ほこりっぽいガス、または低速ガスの場合は、通常、サイズ不足を避けるためにより控えめな係数が必要です。

ステップ 4: 必要な伝熱面積を計算する

の伝熱面積は、 ガス対ガス板状熱交換器 ユニットが適切に配置されている場合、A = Q / U × LMTD によって推定できます。熱負荷が大きいほど、熱伝達率が低いほど、または温度差が小さいほど、必要な面積は大きくなります。最終的な領域の選択には、汚れマージン、製造上の制約、流量分布、将来の動作変動を含める必要があります。

 

産業排ガス用途の設計要素

汚れと灰の堆積

ます 。 排ガス処理で使用されるガス対ガスの平板状熱交換器では、灰、粉塵、すす、粘着粒子を考慮する必要があり汚れによりプレート表面に熱抵抗が生じ、時間の経過とともに実際の熱伝達性能が低下します。流路間隔やガス速度が不適切な場合、汚れにより圧力降下が増大し、動作が不安定になる場合があります。

露点腐食

露点腐食は、 ガス間板状熱交換器にとって最も深刻なリスクの 1 つです。 産業排気を処理する金属壁の温度が酸露点を下回ると、酸性の凝縮物が形成され、伝熱面を攻撃する可能性があります。熱交換器を安全な腐食範囲内に保つために、出口温度、プレートの材質、および流路を選択する必要があります。

熱膨張と高温応力

高温の燃焼排ガスは、 ガス対ガスの板状熱交換器内で熱膨張を引き起こします。構造が硬すぎる場合、加熱と冷却のサイクルを繰り返すと疲労、変形、溶接応力が発生する可能性があります。長期安定稼働には、弾性のある構造設計と適切な拡張代が重要です。

漏れ防止

ガス 対ガスの板状熱交換器は、 連続運転中に高温ガス流と低温ガス流を分離しておく必要があります。漏れは、熱回収の品質を低下させたり、クリーンガス側を汚染したり、特殊なプロセス条件で安全上の問題を引き起こしたりする可能性があります。したがって、信頼性の高いシール性能を実現するには、完全な溶接、圧力テスト、および適切な構造設計が不可欠です。

流れの配置と構造の選択

逆流配置

向流 ガス対ガス板状熱交換器は、 高温ガスと低温ガスを反対方向に送ります。この配置により、通常は平均温度差が大きくなり、熱回収効率が向上します。多くの場合、プロセスでコンパクトな設置面積内で最大限のエネルギー回収が必要な場合に好まれます。

クロスフロー配置

クロスフロー ガスからガスへの板状熱交換器 により、2 つのガス流が角度を付けて相互に移動できます。この配置によりダクト接続が簡素化され、設置スペースが限られた現場にも適合します。可能な限り高い温度アプローチを達成するよりも、レイアウトの柔軟性が重要な場合に選択できます。

マルチパス板状構造

マルチパス ガス対ガス板状熱交換器 では、U タイプ、W タイプ、S タイプ、I タイプ、L タイプ、またはその他のカスタマイズされたチャネル レイアウトを使用できます。マルチパス設計により、ガスの分布が改善され、有効滞留時間が増加し、既存のダクトの方向と一致させることができます。最適な構造は、熱負荷、圧力降下、機器のサイズ、メンテナンスのアクセス、および現場での設置条件によって異なります。

 

ガス対ガス平板状熱交換器のサイズを決める際のよくある間違い

ガス組成を無視する

のサイズを決定するのは危険です。 ガス対ガス板状熱交換器 流量と温度のみからガス組成は、腐食、汚れ、露点、材料の適合性、耐用年数に影響します。組成データがないと、熱交換器は計算された熱負荷を達成しても、実際の動作では早期に故障する可能性があります。

圧力損失制御なしのオーバーサイジング

特大の ガス対ガス板状熱交換器 が常に優れたソリューションであるとは限りません。表面積が過剰になると、機器のコスト、設置の困難さ、構造の重量が増加する可能性があります。ガス速度が低いとダストの沈降も促進され、熱効率が徐々に低下します。

出口温度の設定が低すぎる

出口排ガス温度を急激に下げすぎると、 ガス対ガス板状熱交換器が損傷する可能性があります。出口温度が低いと、金属壁の温度が露点よりも低くなり、酸性結露が発生する可能性があります。安全設計では、多くの場合、理論上の最大回復を追求するのではなく、排気温度を腐食閾値以上に保ちます。

複雑な排ガス用の標準装置の使用

複雑な排ガス条件では、多くの場合、カスタマイズされた ガス対ガスの板状熱交換器が必要になります。高温、腐食性ガス、多量の粉塵負荷、および大量の流量は、標準設計では常に処理できるとは限りません。カスタムサイジングにより、熱伝達領域、チャネル間隔、材料、構造、圧力降下を実際のプロセスに合わせることができます。

 

カスタマイズされたガス対ガス平板型熱交換器を使用する場合

高温排ガス

カスタマイズされた ガス対ガス平板型熱交換器をお勧めします。 排ガス温度が非常に高い場合は、高温での使用には、適切な材料強度、熱膨張設計、絶縁、溶接品質が必要です。高温では腐食のリスクが高まる可能性があるため、動作温度範囲はガス組成とともに評価する必要があります。

大ガス流量

大量の排ガス用途では、多くの場合、 ガス対ガス板状熱交換器が必要になります。 小型の標準ユニットではなく、カスタマイズされた大きな流量では、不均一な速度、局所的な過熱、大きな圧力降下を避けるために慎重なチャネル配分が必要です。排ガス流量が工業規模に達した場合には、モジュール式または拡大構造が使用される場合があります。

腐食性ガスまたは粉塵を多く含むガス

腐食性または粉塵の多いプロセスでは、 ガス対ガスの板状熱交換器が必要です。 適切な材料と流路設計を備えた粉塵を多く含むガスには、適切なチャネル間隔、制御された速度、およびメンテナンスの考慮が必要です。腐食性ガスの場合は、実際のガス化学に基づいた露点評価と材料の選択が必要です。

 

見積もり前の実際的なサイジング チェックリスト

プロセスパラメータ

を選択する前に ガス対ガス平板状熱交換器、完全なプロセスパラメータを準備する必要があります。これらには、高温ガス流量、低温ガス流量、入口温度、目標出口温度、動作圧力、および圧力降下の限界が含まれます。プロセスデータが欠落していると、多くの場合、改訂が繰り返され、装置のサイジングが不正確になります。

ガス品質パラメータ

ガス品質データは、の熱データと同じくらい重要です ガス間板状熱交換器。水分、硫黄、塩素、粉塵濃度、灰の性質、腐食性化合物は、材料の選択と構造レイアウトの両方に影響します。凝縮性または粘着性の物質が存在する場合は、設計に追加の汚れと洗浄の考慮事項を含める必要があります。

設置場所と設置条件

ガス 対ガスの平板状熱交換器は、 熱計算だけでなく、実際の設置場所に適合する必要があります。ダクトの方向、フランジの形状、メンテナンススペース、機器のサポート、吊り上げ条件、断熱要件はすべて最終設計に影響します。既存の排ガスシステムに応じて、円形または四角形のインターフェースを選択できます。

 

結論

のサイズを決定するには、単純な伝熱面積の計算以上のものが必要です。 ガス対ガス板状熱交換器 工業用排ガス熱回収用の流量、熱負荷、LMTD、熱伝達係数、ファウリングファクター、圧力降下、ガス組成、露点腐食、材料の選択、構造レイアウトを合わせて考慮する必要があります。高温、大量のガス、腐食性部品、または粉塵を多く含む排気を伴う要求の厳しいプロジェクトの場合、南京プラントル熱交換器有限公司は、実際の動作条件と熱回収目標に基づいてカスタマイズされた ガス対ガスの平板型熱交換器 ソリューションを提供できます。

 

よくある質問

ガス対ガスの平板状熱交換器のサイズを決定するにはどのような情報が必要ですか?

ガス からガスへの平板状熱交換器 には、高温ガスと低温ガスの流量、入口温度、目標出口温度、動作圧力、および圧力降下制限が必要です。安全設計にはガス組成、水分含有量、ダスト濃度、露点情報も必要です。最終選定の前に、ダクトの方向、フランジのサイズ、利用可能なスペースなどの設置データを確認する必要があります。

伝熱面積はどのように計算されますか?

の伝熱面積は ガス対ガス板状熱交換器 、通常、熱負荷、全体の熱伝達係数、および LMTD から推定されます。すべての単位が一致している場合、簡略化された方程式は A = Q / U × LMTD となります。最終的なサイジングには、汚れの許容値、圧力降下の検証、材料の制限、および流量分布の修正を含める必要があります。

ガスからガスへの平板状熱交換器は高温の排ガスを処理できますか?

適切に設計された ガス対ガス板状熱交換器は、 適切な材料と構造が使用されている場合、高温の排ガスを処理できます。高温での使用では、熱膨張、溶接強度、絶縁、金属の長期安定性に注意する必要があります。最終的な許容温度は、ガス組成、腐食電位、および選択した熱交換材料によって異なります。