杜文静，王沛丽，程林

（山东大学热科学与工程研究中心，山东 济南 250061）

引 言

我国能源利用率只有35%，比发达国家低约10%，至少有50%的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃，而这一部分余热占其燃料消耗总量的17%～67%[1]。水泥行业作为工业耗能大户，所耗能 源占工业总能源消耗的30%～40%[2]。水泥在生产过程中需要在回转窑内进行高温反应，物料温度可达1400～1450℃，烟气最高温度可达1700℃左右。除去水泥生产过程中的预分解和烘干析料的热量，废气中余热约为670～1000 kJ·(kg熟料)-1。我国现有回转窑生产线1200余条，生产能力近1.4亿吨[3]。若能将这部分热量回收，对水泥行业的节能减排意义巨大。目前应用最广泛的技术为余热锅炉回收余热[4-7]。余热锅炉中最常见的换热方式为外掠管束换热，管束有叉排和顺排两种方式。叉排时流体在管间交替收缩和扩张的弯曲通道中流动，比顺排时在管间走廊通道的流动扰动剧烈，叉排的换热能力通常比顺排的强。同时，叉排管束的流动阻力大于顺排，但对于需要冲刷清洗的管束，顺排具有易于清洗的优点[8]。

针对水泥行业中低温热源的基本特征，着力于解决余热锅炉常见受热面中换热、流动阻力和清洗之间的矛盾，本文提出了一种新型菱形受热面结构。本文采用数值模拟的方法，运用CFD分析软件Ansys CFX 14.0，计算了不同工况下新型受热面结构的传热和流动特性，与传统的顺排和叉排布管方式进行比对。实验结果进一步说明了这种新型受热面的传热和流动特性。……