积灰与酸耦合作用下套管换热器传热特性热态实验

烟气露点是低温腐蚀的关键指标,制约着锅炉尾部排烟余热的深度利用。换热器表面积灰是传热特性恶化的主要原因,电站锅炉尾部烟气环境中,积灰与酸凝结共同作用影响换热器的传热特性。在含尘、含酸的烟气环境下对换热器传热特性进行热态实验研究,以套管换热器为基础,得到具有更高使用价值的烟气工程应用露点,结合传热特性随外壁温的变化情况,得到换热管传热特性随积灰及酸耦合的变化规律;并通过对不同外壁温下灰样的分析,得到不同酸凝结状况下积灰规律,得到实验环境下的工程应用酸露点温度为72℃,较传统热力学酸露点低35℃以上。     

超细飞灰对烟气酸露点与酸凝结的影响研究

准确预测燃煤锅炉尾部烟气的酸露点和酸凝结对深度降低排烟温度、保障尾部换热设备的安全高效运行十分重要。尾部烟气中存在的飞灰颗粒对酸露点和酸凝结液滴的发生有很大影响,不可忽略。考虑烟气中超细飞灰颗粒对酸露点和酸凝结的影响,提出了飞灰粒径对考虑局部凝结质量传输效果的酸露点和酸凝结迭代计算方法,实现了酸露点和壁面温度下酸凝结的准确预测。当飞灰粒径低于中肯半径（r_ash0）时,飞灰粒径对凝结率有显著影响;随着飞灰粒径的降低,硫酸蒸气、水蒸气以及酸液凝结率明显增加,尤其是硫酸蒸气凝结率;飞灰粒径越小,凝结越易发生。然而,过冷度超过30℃时,烟气中超细飞灰颗粒对低温壁面酸凝结的影响可以忽略不计。烟气携带而不被低温壁面捕获的凝结酸液量较少,烟气中超细飞灰颗粒对烟气酸蒸气的降低作用可以忽略不计。理论计算方法为分析现场酸-灰作用积灰层提供理论依据,对于优化燃煤锅炉尾部烟道的安全高效运行有重大指导意义。     

生物质锅炉积灰特性与露点腐蚀

以ND钢为研究对象,选取316 L不锈钢为对比材料,主要研究了65 t·h^-1生物质循环流化床锅炉烟气深度冷却条件下的积灰与露点腐蚀耦合特性。对积灰和腐蚀层进行了XRF、XRD、SEM和EDS分析。实验结果表明：实验管件表面沉积物可分为腐蚀层、耦合层和灰沉积层（NH₄Cl、SiO₂和（NH₄）₂SO₄）。耦合层包含了灰沉积物和金属腐蚀产物,且与灰沉积层黏结紧密易剥落;腐蚀层多为金属的氯化物和氧化物,其厚度随实验进口水温降低而降低,当管壁温低于烟气水露点时,ND钢被腐蚀的程度急剧加重。在实验条件下,ND钢的抗露点腐蚀能力弱于316L不锈钢。     

生物质锅炉积灰特性与露点腐蚀

以ND钢为研究对象,选取316 L不锈钢为对比材料,主要研究了65 t·h~(-1)生物质循环流化床锅炉烟气深度冷却条件下的积灰与露点腐蚀耦合特性。对积灰和腐蚀层进行了XRF、XRD、SEM和EDS分析。实验结果表明:实验管件表面沉积物可分为腐蚀层、耦合层和灰沉积层(NH_4Cl、SiO_2和(NH_4)_2SO_4)。耦合层包含了灰沉积物和金属腐蚀产物,且与灰沉积层黏结紧密易剥落;腐蚀层多为金属的氯化物和氧化物,其厚度随实验进口水温降低而降低,当管壁温低于烟气水露点时,ND钢被腐蚀的程度急剧加重。在实验条件下,ND钢的抗露点腐蚀能力弱于316L不锈钢。     

生物质锅炉对流受热面积灰冷态模拟实验研究

燃用生物质的CFB锅炉的尾部受热面上容易出现严重的积灰问题,严重影响换热并可能导致停炉等问题。惯性碰撞是引起生物质锅炉积灰的主要机理,而温度通过影响灰中熔融质所占的比例,进而影响积灰程度。采用加热熔融的石蜡与循环灰的混合物来模拟真实的高黏性飞灰,并搭建了冷态积灰实验台。发现石蜡与循环灰的熔融物可以快速地黏附在受热面上,大大缩短了实验时间。通过图像处理得到沉积厚度随时间的变化情况,沉积过程的生长趋势与真实生物质积灰实验一致。在冷态下实验发现,随着熔融质比例、烟气速度、颗粒粒径的增加,积灰程度呈上升趋势,为生物质锅炉的设计和运行提供了一定的参考依据。     

生物质锅炉对流受热面积灰冷态模拟实验研究

燃用生物质的CFB锅炉的尾部受热面上容易出现严重的积灰问题,严重影响换热并可能导致停炉等问题。惯性碰撞是引起生物质锅炉积灰的主要机理,而温度通过影响灰中熔融质所占的比例,进而影响积灰程度。采用加热熔融的石蜡与循环灰的混合物来模拟真实的高黏性飞灰,并搭建了冷态积灰实验台。发现石蜡与循环灰的熔融物可以快速地黏附在受热面上,大大缩短了实验时间。通过图像处理得到沉积厚度随时间的变化情况,沉积过程的生长趋势与真实生物质积灰实验一致。在冷态下实验发现,随着熔融质比例、烟气速度、颗粒粒径的增加,积灰程度呈上升趋势,为生物质锅炉的设计和运行提供了一定的参考依据。     

复合中空热管两相流的观测及充液比对热管等温性的影响

为了解决工业中大量低品质烟气余热的回收利用和烟气酸露点腐蚀导致设备容易失效的工程问题,提出了一种复合中空热管传热元件,介绍了其结构及工作原理。采用可视化实验对管内气液两相流的传热传质机理进行了分析,同时,对不同充液比情况下管壁的等温性进行了实验研究。研究结果表明:在内管采用酒精炉加热、外管采用空气自然对流冷却的条件下,复合中空热管管内液池为核态沸腾换热,外管壁内侧是饱和蒸气层流膜状凝结;复合中空热管在外管壁温度30℃时,加热时间2 min之内就能正常快速启动工作;充液比33%时,复合中空热管的等温性好。实验研究结果为复合中空热管换热器的工程应用提供了基础。     

燃煤工业锅炉黏性积灰和露点腐蚀耦合机理

通过现场实验研究了燃煤工业锅炉的黏性积灰和露点腐蚀耦合机理,在现场测试了不同壁面温度（90、80、70、60、50和40℃）下20^#碳钢实验段的积灰和腐蚀特性,然后利用XRF、XRD和SEM-EDS对灰样和金属试样进行了系统理化分析。结果表明,当壁面温度低至70℃时,H₂SO₄开始在壁面上冷凝并沉积,引起黏性积灰和露点腐蚀。随着壁面温度的降低,实验段上的积灰量和腐蚀层厚度不断增加。当壁面温度降至40℃时,HCl开始在壁面上冷凝并加重积灰和腐蚀。烟气中的飞灰可以通过吸附冷凝的酸液并与其反应来减少壁面的黏性积灰和露点腐蚀。燃煤工业锅炉的低温受热面宜控制壁面温度在70℃以上,以减少酸液冷凝造成的黏性积灰和露点腐蚀。     

烟气横掠管束外表面的积灰特性

针对石灰线生产中烟尘易沉积,烟气换热器表面积灰的问题,为开发具有自清灰功能和扩展受热面的高效传热元件,对粉尘物理、化学和外部工作过程特性进行研究,通过采用扫描电子显微镜及XRD等仪器,研究灰的粒径分布、外观形貌及化学成分等物理化学特性,并对管束外表面积灰特性进行实验研究,结果表明：石灰线粉尘粒径较大,颗粒结构紧密,表面有大小不一的孔,易产生物理沉积形成松散积灰;灰样浓度的增大会导致积灰量增加,相同时间内灰样浓度越高积灰量越大,顺风面更易产生积灰现象;烟气流速较大时,积灰量很快达到稳定,烟气流速的增加会导致迎风面积灰量减少,背风面积灰量增加,存在最佳的烟气流速使飞灰颗粒在管道表面的沉积量最小;增加横向节距、减少纵向节距有利于减少积灰量。     

燃煤工业锅炉黏性积灰和露点腐蚀耦合机理

通过现场实验研究了燃煤工业锅炉的黏性积灰和露点腐蚀耦合机理,在现场测试了不同壁面温度(90、80、70、60、50和40℃)下20#碳钢实验段的积灰和腐蚀特性,然后利用XRF、XRD和SEM-EDS对灰样和金属试样进行了系统理化分析。结果表明,当壁面温度低至70℃时,H2SO4开始在壁面上冷凝并沉积,引起黏性积灰和露点腐蚀。随着壁面温度的降低,实验段上的积灰量和腐蚀层厚度不断增加。当壁面温度降至40℃时,HCl开始在壁面上冷凝并加重积灰和腐蚀。烟气中的飞灰可以通过吸附冷凝的酸液并与其反应来减少壁面的黏性积灰和露点腐蚀。燃煤工业锅炉的低温受热面宜控制壁面温度在70℃以上,以减少酸液冷凝造成的黏性积灰和露点腐蚀。     

新型换热表面硫酸腐蚀特性的数值预测

低温腐蚀是造成换热设备失效并降低其经济性的重要原因。基于汽液平衡理论和多组分扩散影响数值模拟了不同换热管管壁表面及翅片表面酸露点温度和酸蒸气、水蒸气冷凝沉积速率等影响低温腐蚀的相关因素,数值预测了换热表面局部酸露点温度,为换热器精细设计提供指导。结果表明,燃料类型、飞灰颗粒和翅片结构均会对换热表面酸露点温度造成不同程度影响。燃料类型决定烟气成分和燃烧温度,对酸露点温度影响较大;烟气中飞灰颗粒的存在会降低酸露点温度;翅片结构能够改变周围烟气速度,影响酸露点温度和壁面上酸蒸气、水蒸气冷凝沉积速率。基于以上数值研究提出丁胞和矩形纵向涡复合H型翅片结构可降低壁面上烟气酸露点温度,降低酸蒸气、水蒸气冷凝沉积速率。     

生物质热解过程冷凝用换热器堵塞的实验研究

在以锯木屑为原料进行热解过程中,冷凝用换热器经常发生严重的堵塞现象,影响生物油的收集。本文通过分析研究生物油黏度的变化特性以及冷凝用换热器列管内堵塞物质的性质,发现造成冷凝用换热器堵塞的物质是沸点在250 ℃左右的重组分物质俘获热解气中未分离出去的炭粒所形成的堵塞物;冷凝用换热器堵塞的原因是冷凝下来的液体物在重力作用下沿列管内壁面下落时,由于壁面冷凝作用,使生物油黏度增大同时同近壁面的堵塞物质进一步黏结在一起,使污垢层厚不断增加,最终导致列管堵塞。     

复合中空热管冷凝侧传热特性

复合中空热管能够有效解决普通重力热管换热设备的酸露点腐蚀问题,在回收低温烟气（<200℃）余热领域有重要的应用。建立了复合中空热管传热实验平台,对复合中空热管冷凝侧传热特性进行了实验研究。实验所用热管管长1080mm,不锈钢材质,工作介质为甲醇;热管蒸发侧和冷凝侧分别采用电加热和水冷却方式,K型热电偶被用于测量管壁温度和冷却水进出口温度,真空压力传感器测量管内蒸气饱和压力;研究了充液率（15%≤V+≤40%）和蒸发侧热流密度（9.48kW/m2≤q≤37.91kW/m2）对冷凝侧传热特性的影响。结果表明：当充液率为20%时,复合中空热管冷凝侧均温性能最好,冷凝侧换热系数最大,传热性能最佳;随着蒸发侧热流密度的增大,复合中空热管有效冷凝长度增大,冷凝侧换热系数增大。实验研究为工业应用提供了基础。     

盐浴螺旋盘管式焦炉上升管余热回收装置传热性能试验

对盐浴螺旋盘管式结构的焦炉上升管高温荒煤气余热回收装置进行了以烟气代替荒煤气的传热性能模拟试验,得到了上升管余热回收装置螺旋盘管环形套筒的外壁温度分布、上升管内烟气侧的传热系数、环形套筒内螺旋盘管外盐浴的自然对流传热系数等试验研究结果。结果表明,装置螺旋盘管环形套筒的外壁温度分布并非均匀,随上升管内烟气温度的升高而波动增大;烟气侧对流传热系数在Re数高于2900后随Re数的增大而明显上升;螺旋盘管外盐浴的自然对流传热系数随熔盐温度的升高几乎不变。根据试验结果拟合出环形套筒内螺旋盘管外盐浴的自然对流传热关联式,为实际的工程应用提供参考。     

水管-热管复合式废热锅炉在硫酸生产中的应用

介绍了水管-热管复合式废热锅炉的结构和性能优势。水管-热管复合式废热锅炉在550～850℃高温区间采用水管换热面,在330～550℃低温区间采用热管换热面,在中、低压运行状况下,通过优化设计可保证水管换热面和热管换热面的管壁温度均高于烟气露点。目前水管-热管复合式废热锅炉已在秦皇岛双益磷化有限公司和青岛东方化工有限公司...     

铸铁板翅式换热器的实验研究

铸铁板翅式换热器可以有效降低露点腐蚀,已经成为低温余热利用的有效手段,但不同翅片结构的流态和传热性能相差很大。在工厂的翅片模型定型后,进行了烟气与空气真实工况稳定态实验,确定了铸铁板翅式换热器的阻力与传热性能参数、传热因子j与Re的关系式以及阻力因子f与Re的关系式,提出了便于计算的铸铁板翅式换热器传热与阻力方程式。     

竖直壁面上含SO2气体的锅炉烟气的低温冷凝特性

为求解竖直壁面上含有SO₂气体的锅炉烟气冷凝特性,采用Fluent数值计算软件,根据锅炉烟气酸露点温度的计算公式,通过自定义用户函数,求解了锅炉烟气在竖直平板上的流动和传热的基本变化规律。结果表明,在硫酸蒸气分数为1%～10%,壁温为300～450 K工况下,即使存在少量的SO₂,也会和水蒸气生成H₂SO₄,在壁面上产生冷凝,进而对壁面产生低温腐蚀。当壁面温度一定,在较低硫酸蒸气浓度时,硫酸蒸气浓度的增加将引起硫酸冷凝量的近似线性增长;当硫酸浓度一定时,过冷度的增加将导致硫酸冷凝量的增加,但是当过冷度增大到限定数值时,过冷度的影响较小。     

用于烟气余热回收的塑料翅片管换热器的设计及分析

排烟热损失约占锅炉全部热损失的一半以上,回收烟气余热有助于节能减排。针对烟气余热回收中的腐蚀问题,基于导热塑料设计了耐腐蚀的翅片管换热器。结合1000 WM火力发电机组烟气余热回收的运行参数,运用经验证的模型计算了换热器的换热面积和外形体积,简要分析了塑料热导率和凝结水流程对这些设计参数的影响,所得到的结果有望为烟气余热回收的工程应用提供参考。