低低温电除尘技术换热器及换热系统的研究

发布时间：2017-09-08 03:42

  本文关键词：低低温电除尘技术换热器及换热系统的研究

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【摘要】：低低温电除尘技术作为一种高效烟气治理技术,被认为是最具前景的电厂粉尘捕集技术之一。目前该技术仍有许多问题需要深入研究：首先,低低温电除尘技术的热回收器多采用鳍片管式换热器,在其工作条件下鳍片管磨损较为严重,对换热器寿命产生很大影响；其次,低低温电除尘技术换热系统还需进行不断优化,既要结构简单、对汽轮机和热力系统运行影响较小,又要较好地提高电除尘器除尘效率。数值模拟既可直观地反应换热器内烟气流动过程、描述换热管道的冲刷磨损情况,又可以模拟出电厂中换热系统的运行情况、计算评估系统经济性。因此,本文通过数值模拟的方法对低低温电除尘技术换热器及换热系统进行研究,开发新型耐磨鳍片管及新型换热系统,为该技术的推广应用及性能优化设计提供借鉴,具有重要的理论意义与应用价值。本文以单一鳍片管及换热管束为研究对象,对换热器的抗磨损特性进行了详细地研究,并且对低低温电除尘系统进行了初步研究。首先,针对鳍片管外烟气流动及冲刷特性,本文考虑了气固两相流动和传热过程,采用了可反映壁面颗粒速度、颗粒撞击角度及颗粒浓度的磨损速率计算公式,建立了适合于鳍片管的磨损预测模型,并与以往文献的模拟及实验结果进行对比,验证了模型的可靠性。其次,对现有鳍片管(矩形鳍片管、螺旋鳍片管、圆形鳍片管、H型鳍片管和双H型鳍片管)单管进行了模拟研究,分析了磨损区域、磨损速率等磨损特性,并从颗粒浓度、颗粒撞击壁面角度以及鳍片管流场等方面分析了不同管型产生磨损差异的原因。在此基础上,提出了一种兼顾传热效率和抗磨损特性的新型鳍片管,并对新管型的设计参数进行了优化研究。再次,对本文所提新型鳍片管和现有换热管束进行了模拟研究,分析了磨损速率、磨损区域、最大磨损速率、最大磨损速率管排数的分布规律,并对管束温度场、流场、颗粒浓度场、颗粒运动轨迹的影响进行了研究。最后,对两种现有低温省煤器作为热回收器的换热系统进行了热效率和经济性的研究,并提出了一种改进的换热系统,分析了不同换热系统的经济性和优缺点,对工程应用及低低温电除尘换热系统的设计提供部分借鉴作用。数值模拟研究结果表明：传统鳍片管中,H型和双H型鳍片管基管表现出了良好的抗磨损特性,而螺旋鳍片管翅片抗磨损特性最优；鳍片管开槽可以改善管外流动特性,降低基管附近来流速度,减轻鳍片管磨损；新型圆形鳍片管及螺旋鳍片管基管和翅片都具有较好的抗磨损特性,最佳开槽宽度为管径的1/6-1/4,最佳开槽深度为翅高的1/2-4/5,最佳鳍片节距为管径的1/4-1/3。在鳍片管管束计算中,C型(新型)圆形鳍片管在几种管型中抗磨损性能最好；各管型鳍片管第2排管磨损速率较低；矩形鳍片管、H型鳍片管、圆形鳍片管和C型圆形鳍片管第4排管磨损最为严重,而双H型鳍片管第5排磨损最为严重；各管型最大磨损速率均出现在650左右；流场过渡区存在较大速度梯度,造成从不同角度撞击壁面的颗粒速度存在差异；鳍片管上最大颗粒浓度出现的角度与最大磨损速率出现的角度一致,说明颗粒浓度对磨损速率分布产生了很大影响。应用新型电除尘换热系统可以整体提高系统热经济性指标约0.5%；此外,新型换热系统不仅能降低SOx排放浓度,提高湿式脱硫技术副产品石膏的质量,而且还具有结构简单、易于调节、不消耗额外能源等优点,在实际应用中具有较好的前景。
【关键词】：低低温电除尘 鳍片管 磨损 数值模拟 换热系统
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM621
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 主要符号说明8-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题的研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外相关研究现状12-18
• 1.2.1 低低温电除尘技术发展现状12-15
• 1.2.2 鳍片管磨损研究现状15-16
• 1.2.3 换热系统优化研究现状16-18
• 1.3 课题的研究内容及目标18-19
• 1.3.1 研究目的18
• 1.3.2 研究内容18-19
• 第二章 数值计算方法19-29
• 2.1 数值计算模型19-26
• 2.1.1 鳍片管结构及物理模型简化19-20
• 2.1.2 控制方程20-21
• 2.1.3 颗粒与壁面碰撞模型21-23
• 2.1.4 磨损速率计算模型23-24
• 2.1.5 边界条件及物性设置24
• 2.1.6 网格划分24-25
• 2.1.7 方程求解及收敛判据25-26
• 2.2 换热系统的研究方法26-29
• 2.2.1 过程模拟软件Aspen Plus简介26-27
• 2.2.2 等效焓降法的介绍27-29
• 第三章 鳍片管单管计算结果与分析29-49
• 3.1 磨损模型的可靠性验证29-31
• 3.2 现有鳍片管单管计算结果与分析31-36
• 3.2.1 鳍片管磨损速率分布31-33
• 3.2.2 鳍片管颗粒浓度分布33-34
• 3.2.3 鳍片管流场分布34-36
• 3.2.4 小结36
• 3.3 新型耐磨损鳍片管36-38
• 3.3.1 磨损速率影响因素的分析36-37
• 3.3.2 新型鳍片管结构介绍及模型建立37-38
• 3.4 新型鳍片管单管计算结果与分析38-42
• 3.4.1 新型鳍片管磨损速率分布38-40
• 3.4.2 新型鳍片管颗粒浓度分布40-41
• 3.4.3 新型鳍片管流场分布41-42
• 3.4.4 新型鳍片管优点42
• 3.5 新型鳍片管的结构优化42-48
• 3.5.1 开槽宽度G_L的影响42-44
• 3.5.2 开槽深度G_H的影响44-46
• 3.5.3 鳍片节距P的影响46-48
• 3.5.4 小结48
• 3.6 本章小结48-49
• 第四章 管束计算结果与分析49-61
• 4.1 光管管束计算结果49-52
• 4.2 鳍片管管束磨损速率分布52-54
• 4.3 鳍片管管束温度分布54-56
• 4.4 鳍片管管束颗粒运动轨迹56-57
• 4.6 鳍片管管束流场分布57-58
• 4.7 鳍片管管束颗粒浓度分布58-60
• 4.8 本章小结60-61
• 第五章 低低温电除尘技术换热系统的研究61-71
• 5.1 Aspen Plus模拟可靠性验证61-62
• 5.2 现有的低低温电除尘换热系统分析62-66
• 5.2.1 只采用低温省煤器的换热系统62-65
• 5.2.2 传热介质采用“主凝结水—烟气冷却器—烟气再热器—主凝结水”的换热系统65-66
• 5.3 一种新型低低温电除尘技术换热系统66-70
• 5.3.1 新型换热系统介绍66-68
• 5.3.2 新型换热系统的经济性能评估68-69
• 5.3.3 各种换热系统的经济性能比较69-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第六章 全文总结与展望71-73
• 6.1 全文总结71-72
• 6.2 本文不足及进一步展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 作者简介,攻读硕士期间参加的学术活动与发表的论文78

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本文编号：811682