横向节距对锯齿螺旋翅片换热管特性影响的实验研究

为获得管束布置结构对锯齿螺旋翅片换热管特性的影响,在分析其影响机制的基础上对9个锯齿螺旋翅片管错列管束进行了实验研究,获得了横向节距对锯齿螺旋翅片管束换热与阻力特性的影响规律,并提出相应的关联式.结果表明:在横向相对节距范围2.31～3.15,相同雷诺数Re和纵向节距下随横向节距增大,翅侧努谢尔数Nu变化在±3%内;欧拉数Eu减小约20%;综合传热性能j/f(科尔伯恩传热因子与范宁摩擦因子比值)增大约25%.通过与错列光管管束的比较,表明锯齿螺旋翅片管束强化换热性能较优,在大型气体换热设备中具有广泛的应用前景.     

整体型螺旋翅片管束流动换热特性数值研究

整体型螺旋翅片管相比传统类型翅片管(高频焊螺旋翅片管和H型翅片管)具有显著优势,在锅炉低压省煤器上具有广阔的应用前景,但其流动换热特性尚不明晰。本文采用数值模拟的方法研究了翅片高度、翅片节距、横向管距和纵向管距对整体型螺旋翅片管束传热和阻力特性的影响。综合考虑流动性能、对流换热性能和固体导热性能,提出以η_0j/f~(1/3)表征翅片管综合性能。研究结果表明:Realizable k-ε模型的预测适用性最佳;横向管距减小,综合性能显著提升;翅片节距对综合性能影响不大;相对翅片高度h_f/d_0=0.32或相对纵向管距S_L/d_0=2.89时,综合性能最优。同时,拟合了错列整体型螺旋翅片管束(纵向4排)Eu和Nu的关联式,可为工程应用提供参考。     

烟气横掠麻面管束颗粒沉积特性的数值分析

为了减轻电厂锅炉尾道内烟气对换热管的磨损及积灰情况,特提出和建立了一种新型的管型——麻面管,并通过选择适用的磨损计算和颗粒沉积模型,针对烟气横掠顺列麻面管束进行气固两相流动的数值模拟,分析了烟气物性参数和管束结构参数对颗粒沉积特性的影响,并比较了相同条件下麻面管和光管的积灰情况。结果表明:等同工况下,麻面管表面颗粒沉积率和磨损量均比光管的低;较大烟速情况下,随着颗粒平均粒径的增大,磨损增加幅度较大;确定了当s1/D=3.0,s2/D=1.8时,颗粒沉积率最低,为20.72%;对于一般的较小粒径颗粒,e=0.75 mm的麻面管管束在减轻积灰上效果较其他几种情况更好,另外,麻面管表面坑深度越大,飞灰颗粒对麻面管的磨损就越轻。     

飞灰颗粒撞击顺列光管管束的磨损研究

通过数值计算,研究了烟气在通过顺列光管管束时飞灰颗粒对管束的碰撞规律,选择的影响因素分别为管径、烟气速度、飞灰粒径、横向管距、纵向管距等。建立了飞灰颗粒通过率及撞击率的无因次关联式,并且与前人研究得到的经验公式相结合,得出了飞灰颗粒对顺列管束磨损量的计算式。研究结果可为循环流化床锅炉尾部顺列布置的卧式空气预热器、过热器、再热器和省煤器减轻磨损提供设计依据。     

顺列光管管束烟气颗粒通过率的多因素数值计算

以不同管径、横向管距和纵向管距的顺列光管管束以及不同速度、粒径、密度的飞灰颗粒为研究对象,通过数值计算,分析了烟气颗粒横掠顺列光管管束的运动规律,建立了飞灰颗粒通过率的数学模型。研究结果可为循环流化床锅炉尾部顺列布置的卧式空气预热器、过热器、再热器和省煤器减轻磨损提供设计依据。     

柱面梯形翼强化直接空冷凝汽器换热及其流阻性能的数值模拟

通过数值模拟的方法,利用综合因子(j/j0)/(f/f0)1/3研究Re=600~1 800范围内,柱面梯形翼(攻角、位置、布置方式、排数)对直接空冷凝汽器单排蛇形翅片扁管空气侧换热和阻力的影响。结果表明:在所研究的范围内,攻角β=30°、距管壁c=2 mm、距入口b=50 mm、前低后高近管壁的柱面梯形翼以及三排错列和前沿间距11mm的1对柱面梯形翼对单排扁管的强化换热和流阻的综合性能最好。根据计算结果拟合Nu数与Re数、倾角、攻角、距管壁距离和距翅片入口距离的无量纲关联式,为布置柱面梯形翼的单排蛇形翅片扁管工程设计和优化提供了依据和参考。     

燃煤电厂烟气冷凝除尘试验研究

通过在某300 MW燃煤机组湿法烟气脱硫(WFGD)系统的脱硫塔出口搭建烟气旁路,测试具有冷凝除尘作用的塑料型换热管束的传热系数、烟气侧阻力特性及除尘性能。结果表明:管束传热系数在350 W/(m^2·K)以上,烟气侧阻力随烟气流速增加而明显增大,除尘效率达到58.6%,出口粉尘质量浓度在4.5 mg/m^3左右;采用冷凝除尘技术不仅可以除尘,还能够回收烟气中的热量和水分。     

电站间冷系统空冷散热器翅片管束流动传热性能的数值研究

空冷散热器为电站间接空冷系统的主要设备,研究空冷散热器翅片管束的流动传热特性,对于电站间冷系统的优化设计与高效运行具有重要意义。对间接空冷系统空冷散热器常用翅片管束流动传热性能进行了数值模拟研究,通过计算获得了空冷散热器冷却空气流动阻力和平均对流换热系数随迎面风速的变化规律,拟合得到了摩擦因子与努赛尔特数随雷诺数的变化关系。利用对流换热的综合性能评价标准(performance evaluation criteria,PEC),即Nu/f1/3,对6种翅片管束的流动传热性能进行了比较。结果表明,随迎面风速增加,空气对流换热增强,压降增加,翅片管的对流换热系数随之升高,摩擦因子降低,但是换热系数的增加幅度小于压降的增加幅度。Forgo型翅片管束综合流动传热性能优于椭圆型管束。本文研究结果为电站间冷系统空冷散热器的选型和优化设计提供了一定的理论依据。     

顺列管束间气液两相流型及压降特性研究

采用高速摄像仪研究矩形通道内气液两相流体垂直向上横掠节距比P/D为1.3和1.8的顺列水平管束的流型,拍摄到泡状流、间歇流和雾状流3种典型流型。采用气液折算速度绘制了流型图,发现在低折算液速和折算气速下与前人研究较一致。对比分析了2种管束间不同流型的压降,结果表明:2种管束的泡状流压降最大,间歇流次之,雾状流最小。含气率a在0.15~0.67范围内,P/D=1.8管束的压降大于P/D=1.3管束的压降。含气率a小于0.15和大于0.67时,大节距比管束的压降反而小于小节距比管束的压降。对压差波动信号的功率谱特征进行分析的结果表明,利用压差时域信号的功率谱特性可以鉴别流型。     

矩形偏心翅片椭圆管流动与换热的数值研究

采用Fluent软件,在进口空气流速v=0.5~4.0m/s下,对不同波纹倾角(θ=0°、θ=5°、θ=10°、θ=15°、θ=18°)的矩形偏心波纹翅片椭圆管换热器翅片间的流动与换热规律进行了三维数值模拟,分析了不同雷诺数Re和波纹倾角θ对矩形偏心波纹翅片椭圆管换热器的翅片表面平均努塞尔数Nu、压差损失Δp以及翅片管综合换热性能因子j/f的影响。研究结果表明:矩形偏心平直翅片椭圆管的综合换热性能最佳;适当增加翅片前端迎风侧波纹倾角,减小翅片后部区域波纹倾角,可同时起到增强换热、减少阻力损失的双重作用。     

涡流发生器强化直接空冷单排管换热的数值模拟

为了验证新型涡流发生器(柱面梯形翼)对直接空冷凝汽器单排管的换热有一定的强化作用,利用FLUENT6.3商业软件对安装柱面梯形翼的单排蛇形翅片扁管空气侧换热及流动特性进行了三维数值模拟。结果表明,Re数在300~900的范围内,与未安装涡流发生器的单排蛇形翅片扁管相比,带柱面梯形翼的翅片扁管的平均Nu数增大了123%,摩擦因子增大了111%,其综合换热性能(Nu/f)最多提高5.65%,这说明柱面梯形翼对翅片扁管有强化传热的作用。在模拟过程中,对实际直接空冷凝汽器蛇形翅片单排扁管进行了一定程度的简化,将计算区域按照翅片扁管的对称性尽可能缩小。并将数值模拟的结果进行了网格独立性验证,表明模拟结果的可靠性。     

H型翅片椭圆管束传热及阻力特性的试验研究

对椭圆H型翅片管的传热及阻力特性进行含尘烟气条件下的热态试验研究,得到工业应用条件下的椭圆H型翅片管换热管传热及流动特性变化规律,给出了管外换热试验关联式及阻力试验关联式,并通过洁净管及稳定积灰工况的比较,得出试验元件的积灰变化规律,同时针对不同的翅片管布置方式进行分析,认为顺列布置条件下,积灰对于其传热特性及阻力特性的影响均小于错列布置,最高可达50%。     

锅炉管的失效和防止措施(三)——磨损、应力腐蚀断裂、热疲劳

8 磨损 8.1失效现象 (1)磨损最主要的部位是高温段省煤器的烟气入口和出口处,尤其是错列布置的第二、三排管子。过热器和再热器的烟气入口处的弯头、出列管子和横向节距不均匀的管子、燃烧器附近的水冷壁管也易发生磨损。 (2)磨损的性质属于固体粒子冲蚀,主要磨粒是SiO_2、Fe_2O_3、Al_2O_3和飞灰可燃物中的焦炭颗粒。 (3)管子受热面与飞灰冲角为30°～45°时,磨损最严重。     

陶瓷膜组件回收烟气水分及余热性能实验研究

利用陶瓷膜组件回收烟气中水分及余热有望成为火电厂节能节水的一条有效途径。为了探究陶瓷膜组件回收水分及余热的性能,本文采用孔径2μm的陶瓷膜管组成的陶瓷膜组件进行了烟气中水蒸气及余热的回收实验,研究了不同烟气温度(40～100℃)、烟气流量(320～440 m3/h)、冷却水温度(11～15℃)和冷却水流量(0.62～0.72 m3/h)对陶瓷膜组件回收水与余热性能的影响。实验结果表明:回收水速率随烟气温度及烟气流量的升高而增大,随冷却水温度的增大而降低,而冷却水流量对回收水速率影响不大;烟气平均对流凝结努塞尔(Nu)数和Zhukaukas关联式所得Nu数均随烟气温度、烟气流量的升高而增大,且烟气平均对流凝结Nu数始终大于Zhukaukas关联式所得Nu数;热回收效率随烟气温度及冷却水流量的增大而提高,随冷却水温度的增大而降低,而随着烟气流量的增大,热回收效率先提高后降低。该研究结果可为陶瓷膜组件在火电厂实际应用提供了借鉴。     

椭圆管氟塑钢空气预热器烟气侧流动与换热特性数值研究

针对椭圆管氟塑钢空气预热器开展了烟气侧流动与换热特性的数值研究,分析归纳了椭圆率、横纵相对节距、内外氟塑料膜厚度以及空气膜厚度对传热与阻力的影响规律。计算结果表明:随着椭圆率的增大,平均对流传热系数与流动阻力均逐渐增加,而单位风机功率的传热速率逐渐下降;增加纵向相对节距和减小横向相对节距会增大平均对流传热系数与压降,不利于椭圆管空气预热器综合性能的提高;内外氟塑料膜厚度的增加均会导致换热量的减少,但内壁氟塑料膜对换热性能的影响更大;换热量随着空气膜厚度的增加快速降低,仅0.10 mm厚度的空气膜就可使换热量下降33.1%;氟塑料覆膜技术水平是椭圆管氟塑钢空气预热器推广应用的重要影响因素。     

交叉螺纹型换热管数值模拟研究

采用数值计算方法研究了流固耦合条件下，雷诺数Re在415 716～692 861范围内交叉螺纹型换热管内结构参数对传热与流动特性的影响，并采用双目标优化的方法得到平衡其传热与阻力特性的最优解及相关设计参数。结果表明:交叉螺纹管的努塞尔数Nu、阻力系 数f分别增大为光滑管的1.37~1.94倍、1.75~4.70倍；交叉螺纹附近的旋流使得管壁处压力梯度和湍流动能增大，对热边界层的扰动增强，从而使其换热性能提高；利用遗传算法得到双目标优化的Pareto前沿，并给出了最优解的平衡点C，其对应的Nu、f分别为2 161、0.058 8，设计参数为Re=689 453、n=6、h/di=0.253、p/di=0.558 8。因此，根据传热与流阻性能进行决策时，若传热性能占优则从C—E中寻找最优解，否则从A—C中选择最优解。     

基于等离子体的干法脱硫试验研究

为解决干法脱硫存在的烟气停留时间长,脱硫效率低等问题,采用等离子体技术与传统干式喷钙脱硫技术相结合,研究了脉冲放电脱硫的运行参数对脱硫效果的影响,脉冲放电脱硫反应器采用线筒式电极结构,试验烟气流量为100m3/h。试验结果表明,工作电压为22kV,Ca/S=1.5,运行温度θ=25°C,烟气停留时间t=2.8s,φ(SO2)=1.800×10-3,烟气水分的体积分数φ(H2O)=2.1%时,脱硫率可达80.2%。     

三种家用冷冻箱/电冰箱用蒸发器空气侧换热系数的比较

本文研究了三种家用冷冻箱/电冰箱用蒸发器空气侧换热系数。这三种蒸发器为:螺旋绕片管式(内嵌同轴管),连续平板翅片管式(内嵌交错排列管),离散平板翅片管式(内嵌同轴管)。通过实验及数值计算得出了其各自的换热系数表达式。采用最小二乘法拟合出每种蒸发器空气侧换热系数公式,其计算误差小于±5%。结果显示:螺旋绕片管式蒸发器空气侧换热系数在干燥空气条件下数值高于其他两种蒸发器。     

内循环流化床内置床换热器传热特性试验研究

在2.5MW(t)内循环流化床锅炉中试装置上,用自制的传热测试管,进行内置床换热器内传热状况的测定与分析。试验测量换热器中埋管管束表面与床层间的换热系数,研究了流化风速、颗粒粒径、床层温度对平均换热系数的影响规律,分析了埋管表面周向局部对流换热系数的分布状况。结果表明:当换热器内流化风速较小时,换热系数随风速的增加而变大,到达最佳流化风速时,换热系数达到最大值,之后随着风速的增加,换热系数稍有降低,然后趋于定值;颗粒粒径越小,对埋管表面的换热效果越好;埋管表面换热系数随床层温度的升高而增大;埋管的背风面换热系数总体大于迎风面,且随着风速的增加,分布趋向于均匀。针对此型内循环流化床内置床换热器中水平埋管,提出了其表面换热系数的试验关联式,较好地将试验值与预测值的偏差控制在25%以内。     

燃煤锅炉脱硫装置新型烟气换热器设计及性能分析

对重庆九龙电力公司九龙发电分公司(九龙发电公司)1台200 MW机组燃煤锅炉的脱硫装置进行改造,设计了新型的管式烟气-烟气换热器(GGH),换热器管侧首次采用了三维内肋强化换热技术,大幅提高了换热效率.改造后的管式GGH对系统增压无特殊要求,净烟气排烟温度基本满足污染物扩散要求,可有效提高脱硫效率,无需蒸汽加热可降低发电煤耗6.7 g/(kW·h),经济效益显著;节约除盐水费用130元/h;进入脱硫吸收塔烟气温度降低,蒸发水量减少,可节水20 t/h.