O2/CO2气氛下烟气物性参数对燃煤锅炉对流传热影响的模拟研究

新疆准东煤作为一种可开发利用前景广阔的高碱金属煤种,易沾污结渣特性极大限制了其高效利用。前人大量研究了准东煤在常规气氛下的燃烧特性,但鲜见其在富氧气氛下的燃烧和传热特性研究。为了研究富氧气氛下燃用准东煤对碱金属释放及换热器传热性能的影响,运用化工流程分析软件Aspen Plus建立空气和富氧气氛下准东煤燃烧工艺流程模型并进行反应模拟。通过控制氧燃比恒定并调节O_2/CO_2配比进行变工况分析,使准东煤燃烧绝热火焰温度与空气气氛下较为接近,对应工况下锅炉内具有相似的温度分布。借助吉布斯反应器模拟得出反应物系在满足相平衡和化学平衡的条件下所得产物组分及状态参数、Na元素的赋存与转化规律,为预测Na元素释放形式提供参考。由于富氧燃烧烟气富含高浓度CO_2且水蒸气含量增加,富氧燃烧方式下燃煤烟气的传热特性将发生显著差异。运用带有Boston-Mathiasα函数的Peng-Robinson立方状态方程(PR-BM物性方法)对准东煤在空气和富氧气氛下燃烧产生的烟气进行物性估算,对比分析不同气氛下烟气密度、比热容、导热系数、黏度随温度的变化规律,为分析空气及富氧气氛下准东煤燃烧烟气的对流传热特性差异提供更为准确的参数。采用外掠管束强制对流传热修正计算方法分析了不同燃烧气氛下锅炉烟道内各对流受热面的传热性能。并采用CFD软件对一束高温再热器管屏进行"烟气-管壁-蒸汽"流固耦合传热数值模拟,对比空气及富氧气氛下燃煤烟气物性参数对换热器传热系数的影响。结果表明:40%O_2/60%CO_2气氛下,Na元素释放规律与21%O_2/79%N_2基本一致。随着烟温的降低,Na存在形式逐渐由NaCl和NaOH向Na2SO_4转变。但烟气再循环的富集作用会加剧准东煤灰沾污结渣。由于富氧燃煤烟气中三原子气体浓度增加,物性参数发生变化使得对流传热性能增强,各对流受热面传热系数为常规工况的1. 24～1. 27倍。在换热器结构和烟气及蒸汽入口流速、温度相同时,富氧工况下再热器各管圈对流传热系数较常规工况增加约21. 43 W/(m~2·K),出口蒸汽平均温度提高约11. 32 K。     

气化炉废热锅炉的设计

结合不同炉型气化炉废热锅炉内件的结构特点、运行情况等,探讨高温合成气显热回收废热锅炉内件的详细设计方案,主要包括废热锅炉内件的设计条件输入、整体框架布置、受热面布置、集箱和连接管布置及设计配合问题等。     

水平管油气两相段塞流及其传热特性

海底油气管道的冷却传热过程是结蜡、水合物等海洋石油工业流动保障问题的关键控制因素。采用电容探针与热电偶、热电阻等流动及温度测量手段对不同冷却条件下空气-油段塞流的流动参数和传热参数进行实验测量,分析了空气-油段塞流流动参数对传热特性的影响,并与空气-水对流换热进行对比。结果表明,空气-油段塞流对流传热系数主要受液相折算速度的影响,且冷却液温度越低,管底热流体黏度越大,导致热边界层越厚,传热系数降低;受黏性力及边界层影响,对流传热系数远小于空气-水;沿管壁周向,从管顶到管底的对流传热系数不断增大。提出了适用于冷却条件下的油气段塞流传热关联式和传热模型。     

水平管油气两相段塞流及其传热特性

海底油气管道的冷却传热过程是结蜡、水合物等海洋石油工业流动保障问题的关键控制因素。采用电容探针与热电偶、热电阻等流动及温度测量手段对不同冷却条件下空气-油段塞流的流动参数和传热参数进行实验测量,分析了空气-油段塞流流动参数对传热特性的影响,并与空气-水对流换热进行对比。结果表明,空气-油段塞流对流传热系数主要受液相折算速度的影响,且冷却液温度越低,管底热流体黏度越大,导致热边界层越厚,传热系数降低;受黏性力及边界层影响,对流传热系数远小于空气-水;沿管壁周向,从管顶到管底的对流传热系数不断增大。提出了适用于冷却条件下的油气段塞流传热关联式和传热模型。     

加压粉煤气化对流式废热锅炉流体冷态试验报告

<正> 一、概述本试验是为加压粉煤气化对流式废热锅炉的进一步放大设计提供必要的基础数据和依据,而在西安交通大学锅炉实验室内对流式废热锅炉的工业化中试装置上进行的。主要是测定了锅炉冷态下各部位及整体的阻力系数和列管流量分布均匀性,并整理出流体阻力系数关联式。这些数据和式子反映了对流式锅炉的技术特性,可供有关人员在设计中使用、参考。所用对流式废热锅炉(以下简称废锅)的主要结构尺寸见图1;其主要工艺条件如下:     

增压强化烟气对流传热机理及其计算方法

增压锅炉装置因其容积热负荷高、体积小、质量轻等优点广泛应用于大中型船舶主动力装置。利用分子动力学原理及流体分子微观理论与性质,分析了增压对烟气导热与热对流的影响机理,并利用Illes教授与前苏联的两种计算方法,分别计算了不同增压比下增压锅炉对流受热面烟气流速、密度以及传热系数等参数并进行了对比。经分析可知烟气压力的提高使分子碰撞频率增加、平均自由程减小、烟气密度增大,从而对流传热得到强化。同时计算结果表明烟气压力较低时两方法计算结果相差不大,但在压力接近0.3 MPa时,Illes教授推荐的热力计算方法所得传热系数可达到前苏联方法的1.3倍。     

气氛对依兰低阶煤流化床快速热解产物分布的影响

利用流化床快速热解反应器对依兰次烟煤快速热解进行了试验研究,分析了气氛条件对热解产物分布的影响。试验结果表明:热解气体产率随热解温度的升高而增加;热解焦油存在最大产率温度,在N_2,H_2,CO和CO_2气氛下对应的最大产率温度分别为670,650,720和700℃;与N_2气氛相比,H_2和CO气氛可提高焦油产率50%以上,CO_2气氛则仅在较高热解温度(650℃)下显著影响焦油产率;通过元素分析,热解气氛中H_2,CO_2和CO的存在可提高焦油的氢碳比,同时降低S和N元素的含量。     

80kt/a硫磺制酸系统的废热回收利用

介绍８０ｋｔ／ａ硫制磺酸装置废热回收利用系统的工艺圾运行情况。焚硫炉出口设置火管式次中压废热锅炉,转化器一段出口设置过热器组,五段出口设置低压废热名流,四段出口设置低压废热锅炉８的那分受热面。系统产２．４５ＭＰａ、４００℃的勃热蒸汽发电并提供低压饱和蒸汽,完全可满足全厂生产的热、电需要。     

PCHE内轴向导热对局部换热性能的影响研究

通过改变印刷电路板式换热器(PCHE)通道壁厚、直径以及冷热侧CO_2进口温度差,数值分析了层流条件下,轴向导热对PCHE内超临界压力CO_2流动换热的影响。结果表明,考虑轴向导热时,局部热通量沿程变化更加平缓,冷侧对流传热系数在小于拟临界温度区域变小,而热侧对流传热系数在小于拟临界温区域增大;轴向导热仅对热效率峰值附近区域有所影响,其使得峰值略有增大且向低温侧移动;传热熵产主要发生在高温区域,轴向导热可有效降低局部传热熵产。增大壁厚和直径可增大轴向导热的影响,而增大进口温差,轴向导热的影响变化不大。     

环形小通道内水单相换热特性的实验研究

采用自行设计的环形小通道换热装置,对双面加热环形小通道内单相水处于流动充分发展下的对流换热特性进行了实验研究,通过热电偶、流量计测量内外壁面温度、水温和水流量,分析单相水处于不同热流密度下内外壁面热流密度、流量与对流传热系数之间的关系特性,结果表明:通道内外壁单独加热时的壁面对流传热系数均随加热热流密度的增大而增大,当加热热流密度一定时,内壁面对流传热系数随流量的增大而增大,外壁面对流传热系数随流量的增大变化不明显;内外壁同时加热时,随着内、外壁加热热流密度比的增大,内壁面的对流传热系数先减小后增大,而外壁面的对流传热系数一直增大。     

四斜叶桨搅拌下釜内盘管非稳态对流传热过程的模拟和实验研究

搅拌釜内的强放热反应过程常常需采用内置螺旋盘管来增加换热面积,对带盘管搅拌釜内传热过程的数值模拟与盘管外侧对流传热系数的实验测定有重要的应用价值。今使用流体力学软件FLUENT对四斜叶桨搅拌下釜内盘管非稳态对流传热过程进行模拟,得到了搅拌釜内温度场分布和盘管内外两侧平均对流传热系数。模拟采用标准k-ε湍流模型和强化壁面函数,考虑了釜内液体黏度、导热系数随温度的变化关系。在模拟搅拌釜的非稳态冷却过程中,将搅拌釜内温度的变化过程分成四段,模拟得到四个釜温下的拟稳态温度场和对流传热系数,在此基础上计算得到全冷却过程的平均对流传热系数。为了验证模拟的可靠性,对盘管外侧对流传热系数进行了实验测定。模拟获得的盘管外侧对流传热系数值与实验值相比误差为22.5%,盘管内侧对流传热系数模拟值与经验公式计算值相比误差为2.6%,不同釜温下盘管出口温度模拟值与实验测定值偏差在1.52 K以内,表明所用模拟方法在工程上是可行的。     

O_2/CO_2条件下煤粉燃烧特性数值模拟研究

O_2/CO_2燃烧技术是燃烧后捕集和存储CO2的有效方法之一,研究CO2氛围的煤粉燃烧特性对于明确煤粉着火特性和锅炉温度场分布至关重要。本文运用FLUENT软件非预混燃烧模型对O_2/CO_2气氛下二维通道内煤粉燃烧过程进行数值模拟,针对两种典型Ⅲ类烟煤抚顺/水城煤种进行模拟,研究不同氧分压下煤粉燃烧的温度场分布,结果表明:在氧分压2%到20%范围内,随着氧分压的增加,由于有更多的O_2与煤粉反应,温度场分布高温区域有逐渐减小的趋势。在30%氧分压下,温度场分布高温区域变大,这主要是火焰温度过高,辐射区域较大的缘故。     

O_2/N_2与O_2/CO_2气氛中水泥生料碱金属挥发情况对比研究

O_2/CO_2燃烧技术在水泥行业的应用会导致水泥生料中碱金属的挥发特性发生改变。本文利用LIBS检测技术分析了CO_2浓度对Na、K挥发特性的影响,同时还探究了不同CO_2浓度下温度对Na、K挥发特性的影响。研究结果发现:CO_2气氛会对水泥生料中碱金属的释放有抑制作用,且CO_2气氛对K与Na的影响效果不同。随着温度的增加,两种碱金属的挥发比例也随之升高。CO_2气氛对Na挥发特性的影响随着温度上升而减弱,但其对K挥发特性的影响却随着温度上升而增强。     

紧凑通道内CO_2/润滑油混合物沸腾换热特性研究

为了测试润滑油对二氧化碳流动沸腾换热特性的影响,对外径6 mm、内径4 mm紧凑通道内的CO_2/润滑油混合物的换热进行实验研究。实验工况为质量流量2.74～5.61 kg·h~(-1),饱和温度-4～8℃,热通量3.2～5kW·m~(-2),油浓度0～6%。结果表明:润滑油浓度越大,CO_2的局部传热系数越小;含1.5%油浓度相对于无油工况下平均传热系数下降了约42.4%;传热系数随热通量、饱和温度的升高而增加,干涸后随着质量流量的增加传热系数增加;干涸随油浓度的增加、热通量的减小、饱和温度的升高、质量流量的增加而延迟;干涸特性对传热系数有显著影响,干涸阶段占整个换热过程的35.4%。     

金隆铜业转炉废热锅炉汽包液位三冲量控制

介绍了锅炉汽包液位单冲量、双冲量和三冲量控制方式的特点.结合转炉间歇式生产的特点,金隆铜业在转炉2H1B作业方式下废热锅炉汽包液位采用2段式液位设定结合三冲量控制方式,在转炉3H2B作业方式下废热锅炉汽包液位采用3段式液位设定结合三冲量控制方式,保证了废热锅炉安全、稳定运行.同时对废热锅炉安装和使用提出几点建议.     

同轴式内部热耦合精馏塔的传热性能

提出了一种以实验物系的物性数据为基础的计算同轴式内部热耦合精馏塔（HIDiC）总传热系数的方法。本文以乙醇-水为实验物系,以自行搭建的中试规模同轴式HIDiC为研究对象,通过在不同压缩比下（1.4~2.6,步长为0.1）的连续操作实验研究,得到塔内的温度分布,通过计算两塔段的相变给热系数来计算该塔的总传热系数和精馏塔段与提馏塔段间的换热量。在同轴式HIDiC中乙醇-水实验物系总传热系数的计算值在300~800W/(m²·K),并且随着压缩比的增大而逐渐降低。在操作条件和产品纯度与实验值保持一致的情况下,将精馏塔段与提馏塔段间换热量的计算值带入软件中模拟,得到的全塔温度分布与实验中的温度分布在误差范围内吻合良好,证明本文计算同轴式HIDiC总传热系数的方法切实有效。     

超临界CO_2管道减压过程中的热力学特性

基于工业规模CO_2管道(长258 m,内径233 mm)实验装置开展了3组不同泄放口径的超临界CO_2的泄放实验,测量了CO_2减压过程中管内介质压力变化以及介质与管壁的温度分布,分析了减压过程中CO_2相态、密度变化及管壁内外传热过程。研究表明,超临界CO_2泄放导致管内介质压力、温度及管壁温度均下降,最终趋于稳定,介质由超临界相变为气液两相最终变为气相。初始阶段的温降幅度最大,对流换热强度最大。距离泄放端越远,管内顶部和底部介质的温降幅度越大,对流换热强度越小,在泄漏口附近的对流换热最为剧烈。随着泄放口径的变大,泄放时间和管道内介质与管道的换热时间都变小,且沿着管道方向的管道内流体和管壁的温度梯度变大,对流换热强度也变大。     

填充泡沫铜圆管内R32单相流动换热

在泡沫金属纤维两端布置电极,采用电加热方法,实验测量了填充泡沫金属的管内R32流体和泡沫金属纤维的温度分布,得到了泡沫纤维与流体之间的对流传热系数。实验条件为：实验段管径5 mm,泡沫铜孔隙率0.95,孔隙密度15、45 PPI,流体温度280~325 K,热通量1~18 kW·m^-2,质量流速20~200 kg·m^-2·s^-1。实验及模拟结果表明：泡沫纤维与单相R32的对流传热系数随Re、泡沫铜的孔隙密度的增大而增大。基于流体外掠光滑圆管换热实验数据的Zukauskas经验关联式的预测值与泡沫金属纤维和R32流体之间的对流传热系数的实测值偏差为-35%~-67%,即该关联式不适用于泡沫金属纤维与流体之间的对流传热系数的预测。     

浮头式废热锅炉传热特性的实验研究

本文作者在实验室建立了浮头式废热锅炉的大比例实验模型（Ｍ１：２）。利用冷空气作为模化介质，热水作为换热热源，实测了废热锅炉模型的下辐射段、上辐射段以及对流段的空气侧的平均对流放热系数与雷诺数、普朗特数之间的关系，得到了大量的实验数据及各段的平均换热系数的计算公式，而且计算公式与实验数据有较好的一致性。     

保温层对废热锅炉温度及温差应力影响的有限元分析

对壳体外部设有保温层及未设保温层的两台废热锅炉用ANSYS进行了数值模拟,分析了该废热锅炉的温度场分布情况,计算出由温度梯度产生的温差热应力。并将两台废热锅炉的温度和温差热应力情况进行对比,得出保温层可以降低外壁面温度和温差热应力的结论。