套管双壳程连续螺旋折流板换热器性能数值模拟研究

研究了一种新型套管双壳程连续螺旋折流板换热器,套管将壳程分为内外两部分,内壳程无折流板,外壳程采用连续螺旋折流板。建立了换热器的三维模型,采用分离式求解器,SIMPLE算法,k-湍流模型,借用CFD软件FLUENT对套管双壳程连续螺旋折流板换热器和传统弓形折流板及传统单壳程连续螺旋折流板换热器壳程流动和换热特性进行模拟研究,结果表明:相同壳程进口流速下,套管双壳程连续螺旋折流板换热器的壳程压力降比弓形折流板和单壳程连续螺旋折流板换热器降低平均值分别为62.17%和22.76%,传热速率比这两种换热器均提高了25.98%和21.79%,单位传热量的压力降相比于这两种换热器降低平均值分别为68.93%和38.69%。     

交错搭接螺旋折流板换热器壳程流动与传热的场协同分析

采用数值模拟方法研究了同螺距下折流板搭接量对壳程流动传热的影响。结果表明,随搭接量增大,同流量下壳程换热系数和压降均降低;三角区漏流减轻局部阻力减小,同时边缘三角区漏流加强了壳体附近区域流体的轴向和旋转流动;中心换热管的换热量急剧下降,靠近壳体换热管的变化不大。场协同分析表明,三角区漏流促进换热而边缘三角区漏流削弱换热;随搭接量的增大壳程速度场与热流场的整体协同性得到改善。     

管壳式换热器壳侧流动与传热的实验研究

对不同壳程结构的管壳式热交换器壳侧流动的流型、流阻及其传热特性进行了系统的实验研究。实验表明 ,直挡流板的壳侧流道由于存在滞留区 ,流阻高且不利于换热 ,螺旋板的壳侧流道的Nu比直挡流板高 4 9.4 % ,而具有螺旋板和多孔介质组合的壳侧流道的对流换热系数比直挡流板高 79.5%。同时得到了最佳螺旋角为 4 0°,多孔介质的最佳孔隙率为 0 .985。图 9参 6     

钛管折流杆换热器的设计与制造

钛材具有优异的力学性能,密度小,耐腐蚀性能较好。在较高流速的海水中,钛管的耐冲刷性能尤为突出。电站中大容量水-水换热器采用的钛管壁厚较薄,钛管可能因振动而破损,为避免钛管在运行中出现的振动问题,设计了折流杆式换热器,这种换热器的特点是壳程内不设置折流板,利用折流杆组成的折流圈代替折流板,实现对换热管的支撑,将折流板换热器的横掠管束改成折流杆换热器的纵掠管束,可防止壳侧流体对换热管的诱导振动,同时提高了换热效率,降低了壳程阻力。     

IGCC示范工程净燃气加热器的选型与设计

对IGCC中最主要的热回收装置(净燃气加热器)进行选型与设计,分析了合成气的物性计算方法,并结合Aspen B-JAC进行了换热器的设计,给出了一台双壳程U型管水气加热器的结构和性能数据。     

螺旋折流板换热器热力设计方法及其实验校核

提出了用于螺旋折流板换热器壳侧阻力及换热性能预测的关联式,即通过一系列修正因子对流体掠过理想管束的阻力及换热关联式进行修正后获得具体换热器的阻力及换热性能参数,并基于Bell-Delaware方法,总结了用于螺旋折流板换热器的热力设计方法,该方法可用于螺旋折流板换热器的设计和校核。同时,选用一台螺旋折流板油冷器实际产品进行了实验测试,获得了其壳侧压降和总传热系数,并将测试获得的壳侧压降和总传热系数用于热力设计方法的校核,通过对比发现,所提出的热力设计方法可以基本满足工业设计的初步设计要求。     

整体煤气化联合循环系统显热回收流程的优化研究

在IGCC系统中,气化炉出口的合成气具有较高的温度,这部分热量的合理利用将有利于提高整个IGCC系统的效率。通过对现有煤气化废热锅炉的运行现状分析,提出了采用半显热流程回收粗合成气显热的路线,并应用Aspen Plus软件,建立了包含有全显热、半显热和激冷流程的IGCC系统流程模型,通过模拟分析,得出了半显热回收流程对系统效率的影响规律,并对这三种流程对IGCC系统效率的影响进行了评价。     

连排孔折流栅在低压加热器疏冷段的应用

在低压加热器疏冷段的设计中,提出了一种连排孔折流栅的布置方式,用于取代常规低压加热器疏冷段中的折流板。这种布置方式将疏冷段中凝结水的流线从变向流改为变速流,可以提高管外传热系数,并减少壳程介质流动阻力,从而保证低压加热器的疏水畅通,并能有效防止因管束振动而引起的换热管损坏。     

发夹式换热器大温差启动研究

简要介绍了发夹式换热器工作原理及结构优势,在高温高压工况条件下,冷热流体进行大温差换热,通过数值模拟研究冷态启动过程中:管内空置时,壳侧为注满低温热流体状态,高温热流体以小流量缓慢注入换热器内与低温热流体混合,研究壳侧流量对壳侧温升速率的影响;当壳侧温度达到需要高温时,管侧进入冷流体,模拟冷流体温升变化与流量的关系;强度方面通过对换热管及管板进行防冲击热应力分析,对管板以及整个换热器承受温差冲击时进行设备安全性评估;最终保证换热器在大温差情况下的启动安全性。     

管壳式换热器壳侧传热与阻力性能的实验研究与预测

设计并建立了换热器传热与阻力的综合性能实验台,对1种弓形折流板换热器和2种连续螺旋折流板换热器壳侧的传热及阻力性能进行了实验研究,实验介质管侧为水,壳侧为油;同时基于壳侧传热实验数据;应用遗传算法预测了换热器的总换热量。实验结果表明:在相同的壳侧流量下,螺旋折流板换热器的阻力要高于弓型折流板换热器,正进正出螺旋折流板换热器的阻力高于侧进侧出螺旋折流板换热器;螺旋折流板换热器的换热系数高于弓型折流板换热器,侧进侧出螺旋折流板换热器高于正进正出螺旋折流板换热器,而且流量越大这种优势越明显。预测结果表明通过遗传算法得到的传热关联式所得的换热量比采用线性回归所得的更加接近实验数据,表明遗传算法可应用于工程中换热设备性能的预测。     

整体煤气化联合循环系统中废热锅炉特性研究

废热锅炉包括辐射废热锅炉(radiant syngas cooler,RSC)和对流废热锅炉(convective syngas cooler,CSC),它是整体煤气化联合循环(integrated gasification combined Cycle,IGCC)系统中的高温冷却单元,可回收气化炉出口粗合成气热能,以提高系统的效率,所以研究IGCC系统中废热锅炉的特性是很有意义的。该文利用ThermoFlex软件建立200MW级IGCC系统模型,从系统效率角度出发,首先研究对流废热锅炉出口合成气温度对IGCC系统性能的影响,然后研究废热锅炉产生不同蒸汽参数对IGCC系统性能的影响。结果表明:随着对流废热锅炉出口合成气温度的提高,系统的发电功率和效率下降;废热锅炉产生过热蒸汽的系统效率优于产生饱和蒸汽的系统效率,废热锅炉产生高压蒸汽的系统效率优于产生中压蒸汽的系统效率;综合考虑造价及其系统效率的影响,推荐最佳的蒸汽参数方案为辐射废热锅炉和对流废热锅炉均产生高压饱和蒸汽的系统。     

IGCC中气化系统显热回收优化研究

气化系统显热回收量的多少直接影响着废锅所生成的饱和蒸汽热能和进入到蒸汽轮机的主蒸汽热能,从而影响着IGCC系统供电效率。为提高IGCC系统效率,本着能量梯级利用的目的,对气化系统的显热回收方式和回收程度进行优化研究。研究表明,采用全热回收方式和降低对流废锅出口合成气温度,都有利于提高系统净功率和供电效率。     

IGCC燃用低热值燃料的燃气轮机运行性能优化

天津IGCC是中国第一座整体煤气化联合循环电站。系统中燃气轮机的燃料为气化炉产生的热值较低的合成气,作为国内第一台应用于IGCC技术的燃气轮机,在运行过程中存在着合成气热值与设计值偏差大、烧嘴过热、燃烧室偏烧等问题。针对存在的问题,首先介绍了IGCC电站燃用低热值燃料的燃气轮机与普通燃气轮机在燃料、燃烧方式、燃烧器结构等方面的区别;然后结合实际运行参数分析,重点对存在的问题提出性能优化方案及措施。对燃用低热值燃料的燃气轮机后续发展具有一定的借鉴意义。     

CO对碱金属凝结特性影响的试验研究

整体煤气化联合循环(integrated gasification combinedcycle,IGCC)发电技术是洁净煤发电新技术的发展方向之一,但煤气化释放出的碱金属蒸气易在对流废锅中形成污垢,而且会引起燃气轮机叶片的高温腐蚀。该文建立了IGCC系统高温合成气中碱金属凝结特性研究试验台,进行IGCC合成气的碱金属凝结特性试验,研究合成气成分、碱金属盐种类对碱金属蒸气凝结特性的影响,得出以下结论:在还原性气氛下碱金属蒸气的凝结温度在620～720℃之间;水蒸气对碱金属蒸气的凝结温度影响不大;随着CO浓度的增加,碱金属蒸气的凝结温度降低;相同的CO浓度下,当Na+、K+的浓度比较小,碱金属盐为氯盐和硫酸盐时的凝结温度要比碱金属盐仅为氯盐时低。     

适应整体煤气化联合循环燃气轮机改型方法分析

整体煤气化联合循环(IGCC)是多种设备、多种技术集成的一个复杂系统,整合了化工、发电等各方面技术为一体,包括了气化炉、空分系统、燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机等设备。通过分析煤气化合成气与天然气的差异以及煤气化合成气对燃气轮机的影响,展开燃用天然气燃气轮机改型设计为燃用合成气的方法探索,总结改型设计经验,为整体煤气化联合循环燃气轮机设计奠定基础。     

整体煤气化联合循环发电系统中气化参数对气化单元性能的影响

整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)发电系统中气化岛包含气化单元和净化单元,气化单元由气化炉、废热锅炉和空分分离装置组成。合成气化学能和冷煤气效率直接影响着整个IGCC电站系统效率,是衡量合成气品质和气化炉性能的关键参数。采用Thermoflex软件对200 MW级IGCC气化单元进行模拟计算。着重研究水煤浆浓度、氧碳摩尔比、气化温度、气化压力对气化单元性能的影响。计算结果表明：在较低气化温度下增加水煤浆浓度有利于冷煤气效率和合成气化学能的增加。调节氧碳摩尔比对调节气化炉温度水平具有良好的灵敏性和有效性。另外,氧碳摩尔比还能够起到分配煤中化学能的作用,即调节煤中化学能在合成气化学能和物理显热之间的分配比例。采用低温、加压方式,有利于提高合成气化学能。     

IGCC电厂的合成气饱和器模拟分析研究

IGCC电厂合成气的组分及热值对燃气轮机和整个IGCC电厂的稳定运行至关重要,合成气热值调整由合成气饱和器及相关系统完成.简述了IGCC电厂的合成气饱和器类型及其它类型的合成气混合和热值调整装置及系统,并对水饱和器进行了模拟分析.总结了合成气水饱和器和蒸汽饱和器的特点及其出口参数的影响因素,并对这2种合成气饱和器进行了比较.结果表明,水饱和器的注水温度和流量影响出口合成气温度和组分,蒸汽饱和器入口合成气的温度和流量对出口合成气的温度和组分有较大影响.     

甲醇/电联产系统能耗特性

以一次能源消耗为统一基准推导了联产系统相对分产系统的相对收益、相对节能率和节能判据关系式。得到以化电比和联产系统效率表达的节能分区图,可以清楚地展示和比较国内外文献中多联产系统的节能效果。根据联产系统中合成气的不同利用途径,定义了联产气和非联产气,并据此建立了联产系统化电分摊的理论模型。以并联液相富CO一次通过多联产系统为例,对联产系统的节能原因进行了分析。结果表明：全系统的热量耦合是联产系统节能的主要原因。