燃气锅炉尾部烟气凝结换热及余热回收利用研究

发布时间：2017-08-26 23:14

  本文关键词：燃气锅炉尾部烟气凝结换热及余热回收利用研究

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【摘要】：随着我国经济的发展和能源消耗增加,节能减排技术以及清洁能源的利用尤为重要,燃气锅炉开始广泛应用在我们的生活中。对锅炉尾气进行余热的回收能够有效的提高能源的利用效率,减少对环境的污染。燃气锅炉的排烟温度在140~230℃之间,尾气中所含水蒸气的体积分数高达20%左右。高温水蒸气含有较大的显热与潜热,将这部分能量应用在日常生活具有可观的利用价值。应用冷凝式换热器把较高的烟气温度降低到露点温度以下进行余热的回收利用,本文对燃气锅炉尾气的冷凝换热进行了系统研究。应用间接接触式冷凝换热器对烟气进行余热回收,很难将烟气降低到露点温度以下,对水蒸气的凝结量较小,所需换热器体积庞大。应用直接接触式冷凝换热器对高温烟气进行冷凝,所需成本较低而且余热利用率较高。首先,通过数值模拟的方法利用三维物理模型研究直接冷凝式换热器内冷凝换热过程。对比分析了流场内温度分布、水蒸气的体积分数分布以及速度分布图。结果表明直接接触式冷凝换热器内冷热流体混合换热充分,排烟温度明显降低。冷却水能够大量吸收尾气凝结换热时的显热与潜热,而且靠近冷流体入口,温度较低、水蒸气体积分数相对较小。当烟气流速变大,在换热器内冷热流体的换热时间减小,烟气流速过快会导致冷凝不充分,水蒸气凝结量的曲线会随着烟气的流速变化先增加后减小。其次,对比不同三维物理模型对烟气冷凝效果。提高冷流体入口位置能够使得换热器内冷热流体换热时间增加,有效降低出口处水蒸气体积分数以及温度值。冷流体的流速降低或者入口管径变小会导致冷流体流量变小,影响对烟气的冷凝换热效果。在模拟喷洒式水平入口换热器、上下入口换热器内不同工况下冷凝换热时,冷凝效果随着冷流体流速的改变有变化。当冷流体入口流速为3m/s水平入口换热器的冷凝效果比上下入口换热器好,冷流体流速为1m/s时冷凝效果相反。高温烟气在通过混合模型冷凝换热时,首先流经蛇形管被里面的冷流体第一步冷凝,之后又被滴状水再一步冷凝,余热回收率提高。换热器壁面温度设置为285K、308K条件下烟气的冷凝效果均比设置为绝热壁面效果好。最后,采用离散相模型追踪分析了灰尘粒子在换热器内运动时间与流动状态。由于冷热流体是互相冲刷混合粒子流动路径较为复杂,而且在较短的时间内会流出换热器,只有少数粒子在换热器内旋转停留时间较长。
【关键词】：燃气锅炉 水蒸气 显热与潜热 凝结 换热器
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK229.8
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-9
• 主要符号表9-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 天然气的利用11-12
• 1.3 冷凝式锅炉12-15
• 1.3.1 冷凝锅炉的发展12-13
• 1.3.2 冷凝锅炉的几种形式13-15
• 1.4 烟气冷凝的研究综述15-17
• 1.4.1 国内研究的综述15-16
• 1.4.2 国外研究的综述16-17
• 1.5 本文的主要工作17-18
• 第二章 冷凝式换热器物理及数学模型的建立18-26
• 2.1 冷凝式换热器的选取18-21
• 2.1.1 几何结构模型18-20
• 2.1.2 网格的划分20-21
• 2.2 数学模型21-24
• 2.2.1 计算模型的选取22-24
• 2.2.2 设置边界条件24
• 2.3 本章小结24-26
• 第三章 数值计算方法及换热分析26-32
• 3.1 数值计算方法26-28
• 3.1.1 主要的数值解法26-27
• 3.1.2 求解模型27-28
• 3.1.3 求解方法28
• 3.2 换热计算的基本理论28-29
• 3.2.1 换热计算基本公式28-29
• 3.3 换热过程分析29-31
• 3.3.1 传热传质过程30
• 3.3.2 强化传热方式30-31
• 3.3.3 换热效率分析31
• 3.4 本章小结31-32
• 第四章 换热器内流场的数值模拟32-48
• 4.1 换热过程所受到的影响因素32-34
• 4.1.1 露点温度的标定32
• 4.1.2 余热回收的计算方式32-34
• 4.2 数值结果模拟分析34-46
• 4.2.1 速度场分析34-35
• 4.2.2 温度场分析35-38
• 4.2.3 水蒸气凝结效果分析38-41
• 4.2.4 模拟结果数据对比41-46
• 4.3 本章小结46-48
• 第五章 不同冷凝模型的对比研究48-64
• 5.1 数值模拟结果分析48-55
• 5.1.1 模型中管道的排列方式对换热效果的影响48-53
• 5.1.2 模型中加入蛇形管对换热效果的影响53-55
• 5.2 离散相粒子的监测及分布55-57
• 5.2.1 离散相边界条件设置55
• 5.2.2 粒子运动轨迹分析55-57
• 5.3 计算结果分析讨论57-63
• 5.3.1 不同工况对换热效果的影响57-59
• 5.3.2 不同工况对冷凝量的影响59-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 结论64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70

【参考文献】

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1 仝庆居;王学敏;;锅炉烟气余热回收利用技术[J];科技创新导报;2009年18期

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本文编号：743161