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。     

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。     

余热锅炉低温腐蚀分析及防护措施

本文就余热锅炉尾部烟气受热面的硫化物与水蒸气结合形成的硫酸蒸气在金属壁面温度低于硫酸蒸气的凝结点即酸露点最大凝结温度即金属壁面冷端平均壁温。在其表面形成液态硫酸(结露)而发生腐蚀。就其腐蚀机理原因进行分析,并提出防护措施。     

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。     

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。     

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。     

煤粉燃烧过程中AAEM的迁移机理及结渣沾污成因

煤粉燃烧产生的飞灰导致炉膛和烟道内出现结渣沾污现象，飞灰的黏附特性受煤中碱金属/碱土金属(Alkali and Alkaline Earth Metals, AAEM)的影响，为减少飞灰在换热面上的沉积，分析其燃烧过程中AAEM的赋存形态和迁移机理，论述了AAEM蒸汽冷凝对飞灰特性产生的影响，同时分析了飞灰在换热面上的沉积机理。结果表明，燃烧温度和AAEM赋存形态的差异导致其析出过程和析出量不同。温度升高会促进AAEM的释放，随着AAEM在萃取液中的溶解性降低，在燃烧时释放更困难；释放到气相中的AAEM在换热面或飞灰表面异相冷凝形成黏性层，增大了换热面对飞灰的捕集效率；在气相中均相冷凝形成气溶胶，气溶胶作为前驱体在后续聚并过程中形成亚微米飞灰；飞灰的沉积受分子扩散、布朗运动、涡流碰撞、热泳、重力沉降、惯性碰撞等多种因素影响，重力沉降、惯性碰撞主要影响大粒径飞灰颗粒的运动轨迹，其他因素则主要影响小颗粒的运动；在换热面上形成的沉积层会出现分层结构，沉积内层的生成主要由无机蒸汽冷凝和小粒径飞灰沉积造成，外层沉积层主要由大颗粒飞灰沉积形成。黏附在换热面上的飞灰影响锅炉热效率、高温下腐蚀金属壁面...     

低温省煤器飞灰沉积阻塞机理分析及结构优化

针对热电厂低温省煤器发生飞灰沉积阻塞炉管间隙的情况,本文采用剪切力传递（SST）k-ω湍流模型和离散粒子模型（DPM）分析飞灰颗粒沉积行为,预测省煤器中支撑梁附近的沉积动态,进而对支撑梁上方翅片布置结构进行优化和流场分析。结果表明：省煤器中由于支撑梁和上方翅片的存在,飞灰颗粒会在支撑梁上表面进行沉积。在脱硝条件下,硫酸氢铵增加了飞灰间的黏结力,加剧了黏附沉积,进而积灰不断地向上累积增长并造成堵塞。通过改变支撑梁上方的翅片布置结构,可改变支撑板附近的烟气流动规律。对于烟气中的绝大部分飞灰颗粒（d_p>40μm）,其所受到的惯性作用占据主导地位,与壁面有着较大的撞击率。通过改变炉管上翅片的布置方式,增加飞灰颗粒横向移动的能力,对支撑梁上的沉积堵塞有着较好的改善作用。     

关于燃气加热炉低温腐蚀的原因与对策

低温腐蚀是困扰燃气加热炉安全运行与炉效提高的主要问题。以某石化公司120万t/a焦化加热炉为例进行了换热计算和腐蚀原因分析,提出了以下改进方法:①提高脱硫工艺温度,降低燃料中的H2S含量;②增加吹灰器;③降低烟气中的水含量;④调整好烟道挡板的位置;⑤控制烟气酸露点温度。     

水泥厂窑尾袋除尘器酸结露现象的分析和研究

分析了水泥厂窑尾袋式除尘器酸结露、酸腐蚀的原因,估算了水泥窑尾烟气在不同SO2浓度下的烟气酸露点;并结合水泥行业实际情况,针对避免和减少袋除尘器酸结露和腐蚀问题,提出保证窑尾烟气温度高于酸露点减少冷凝现象、降低漏风率、采用耐腐蚀材料(推荐考登钢)和采用防腐涂层等一系列相关措施。     

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。     

水-酒精混合蒸气的管外凝结

在不同蒸气压力,相同蒸气流速条件下,完成了不同酒精浓度的混合蒸气在不同管径的竖直管外凝结换热实验。凝结换热特性曲线显示了相似的特性：随着酒精浓度的增加,凝结传热系数显著下降;随着表面过冷度的增加,凝结传热系数显示出有峰值的非线性特点。在相同条件下,半径为5 mm管外的凝结传热系数峰值出现在较大过冷度范围内,且峰值高于在半径为10 mm管外的凝结传热系数峰值。当蒸气压力为84. 52 kPa,流速为2 m·s^-1时,酒精浓度为1%的混合蒸气在半径为5 mm竖直管外凝结传热系数最高达150 kW·m^-2·K-¹,约为水蒸气的8倍。此外,根据记录的凝结形态,珠状凝结出现在很广的浓度以及过冷度范围内。     

不同蒸气压力下Marangoni凝结换热特性

在蒸气流速4 m·s^-1的条件下,通过实验研究了不同蒸气压力下纯水、纯酒精和不同酒精浓度水-酒精混合蒸气沿重力方向流过竖直铜平板表面上的凝结换热特性,并实现了实验的可视化,同时从理论上初步分析了混合蒸气压力对Marangoni凝结换热特性的影响.实验及理论分析结果表明,在相同蒸气浓度、蒸气流速和表面过冷度条件下,高压下的凝结换热强度比低压的大.且蒸气压力对凝结换热的影响因混合蒸气酒精浓度的不同而不同,在低浓度1%、2.28%和高浓度22%、51%时压力的增加对凝结换热特性的影响较小,而在中间浓度5.1%和9.8%时凝结换热系数随压力的增加明显.     

Condensation on vertical porous metal fins

The problem of condensation of vapors on a porous plate fin is formulated and the dimensionless heat transfer coefficients are found to be dependent on two system variables, viz., the fin and the porosity parameters. Numerical simulations indicated that the condensation heat transfer coefficients for a porous fin are larger than those for a non-porous one of similar cross-section. For design purposes, a dimensionless equation for predicting the mean condensation heat transfer coefficient is proposed. The significant increase in the condensation heat transfer coefficient suggests that the condenser section of a flat plate heat pipe can be made more efficient in operation with the use of porous plate fins instead of impermeable fins of similar cross-section.     

强制对流冷凝传热强化

研究了强制对流条件下，非共沸混合工质Ｒ１１／Ｒ１１３在三排水平直列光滑管及花瓣形翅片管束外的冷凝传热。实验结果表明：花瓣形翅片管由于具有特殊的三维翅片结构，既能激发流动的蒸气产生强烈地湍流，减小其气膜热阻，又能充分发挥冷凝液表面张力的作用，减少其液膜热阻，从而显著地强化了非共沸混合工质在管束外的冷凝传热。在相同热流率下，其管束平均冷凝传热系数是光滑管管束的３～５倍。     

聚四氟乙烯薄膜表面滴状冷凝传热实验研究

为了探索实现滴状冷凝传热的新表面涂层 ,采用离子束动态混合注入技术制备了紫铜基聚四氟乙烯(PTFE)薄膜 ,显著地提高了水蒸气冷凝传热性能。实验表明 ,该表面涂层能够实现常压水蒸气稳定的滴状冷凝形态 ,在表面过冷度 9.8— 1 4 .2K范围内 ,滴状冷凝传热通量和传热系数比膜状冷凝结果提高 30—47倍。同时发现 ,在大气压附近 ,热通量和冷凝传热系数都随着水蒸气蒸汽温度的增加而增加 ,但表面过冷度随蒸气温度增加呈弱增加趋势     

Experimental research on convection–condensation heat transfer characteristics and sootblowing operation strategy of waste heat recovery heat exchanger for dryer exhaust

Abstract

In this study, air/water vapor mixture with ash particles was used to simulate actual dryer exhaust gas. An experimental study of the convection–condensation heat transfer characteristics of air/vapor mixtures with ash particles across horizontal tube-bundles was conducted under various water vapor mass fractions and concentrations of ash particles. The variation of convection–condensation heat transfer coefficient with time presented four different types, as follows: almost did not change with time; decreased first, then reached stable values; decreased continuously in the experimental time; and decreased rapidly, decreased slowly, and decreased rapidly, with potential to increase again. In general, the convection–condensation heat transfer coefficient decreased with increasing concentration of ash particles and increased with increasing water vapor mass fraction. The reducing effect on the convection–condensation heat transfer coefficient by ash deposition would be weakened by increasing the water vapor mass fraction, but the heat exchanger would be blocked further easily by increasing the concentration of ash particles. Then, a distribution diagram was drawn to present different types of convection–condensation heat transfer curves under various working parameters. Sootblowing operation strategies were proposed under different working conditions to provide reference for the actual operation of the waste heat recovery heat exchanger for dryer exhaust.     

Marangoni凝结形态的影响因素

用实验方法研究了宏观温度场对一定浓度范围内的水-酒精蒸气混合物的Marangoni凝结的影响。根据拍摄记录的图片,观察到了膜状、珠状、珠状带块状、波动条纹状、溪状和珠状带溪状6种凝结形态。发现并非所有的凝结形态都出现在每个工况中,而且有些凝结状态之间并没有严格的界限。凝结形态随过冷度、浓度、流速、压力和表面温差的不同会发生变化,尤其是过冷度和浓度对凝结形态的影响最大。凝结形态与其对应的凝结表面传热系数有紧密的联系：在相同的实验条件下,当凝结表面传热系数出现峰值时,其对应的凝结形态均为珠状凝结。当凝结表面传热系数较低时,其对应的凝结形态为膜状凝结或较大液块凝结。最后对平块和斜块的Marangoni凝结形态进行了对比分析：可以看出斜块凝结面上液珠比较混乱,凝结形态不能简单地归结为珠状、条状、环状、平膜状和带起伏的膜状中的一种,一般是各种凝结形态都有一部分,或者说居于各凝结形态的中间过渡态。