燃气锅炉烟气冷凝换热实验研究及分析

发布时间：2017-09-14 15:26

  本文关键词：燃气锅炉烟气冷凝换热实验研究及分析

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【摘要】：随着我国经济的快速发展,能源消费总量持续增长。目前我国的能源消费以煤炭为主体,煤炭燃烧造成严重的环境污染。相比于煤炭,天然气生成的烟气中水蒸气含量高,空气污染物少,国家为优化能源结构,正大力推广天然气等清洁能源。本文主要对天然气烟气凝结换热进行理论分析和实验研究,为冷凝锅炉设计和传统燃气锅炉加装冷凝换热器提供一定的理论和实验依据。首先,对燃气锅炉烟气成分进行分析,计算烟气中的潜热和显热含量,分析表明:天然气锅炉烟气中水蒸气的体积含量在17.41%~21.33%之间,含量较大;露点温度随过量空气系数的增大而减小,同时烟气的露点受环境温度和相对湿度的影响,在重庆这种高湿度地区,露点随相对湿度的变化较大,变化幅度可达5℃。同时以过量空气系数1.2,进口温度为150℃时的烟气为例分析了烟气余热的回收潜力。其次,通过实验对锅炉烟气冷凝换热进行研究,以实验室的30k W燃气轮机为对象,加装烟气冷凝换热器,通过向燃气轮机烟气中加入水蒸气和空气模拟燃气锅炉的烟气特性,主要对过量空气系数、进口烟温、冷却水进口温度和烟气流速进行了实验分析。实验表明过量空气系数越小,越有利于烟气冷凝换热;烟气侧传热系数随着进口烟温的提高而提高,但是潜热传热系数会随之降低,不利于烟气潜热的回收;冷却水进口温度增高会导致换热器壁温升高从而抑制烟气冷凝换热;烟气流速增大会使潜热换热系数的增大,但达到一定程度后,烟气流速进一步提升,潜热传热系数增加的速度会变缓。最后,利用表征含不凝气体冷凝换热过程的无量纲温度Ln,拟合得出烟气侧对流冷凝换热的准则关联式:8203.03/17167.0u =491.0Pr R2 e Ln N(6000Re15000,0.6Pr0.8)。
【关键词】：燃气锅炉烟气 不凝气体 余热回收 冷凝换热
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK229.8
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 符号9-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 研究背景10-14
• 1.1.1 我国能源现状10-11
• 1.1.2 燃气装置烟气节能潜力11
• 1.1.3 燃气装置余热利用现状11-14
• 1.1.4 燃气装置烟气冷凝换热设备介绍14
• 1.2 课题的意义14-15
• 1.2.1 课题的实际意义14-15
• 1.2.2 课题的学术意义15
• 1.3 国内外研究现状15-19
• 1.3.1 烟气冷凝余热锅炉的研发现状15-16
• 1.3.2 烟气冷凝锅炉的应用现状16-17
• 1.3.3 烟气冷凝换热机理的研究现状17-19
• 1.4 研究方法和内容19-20
• 2 烟气分析和余热量理论计算20-33
• 2.1 天然气成分20
• 2.2 烟气成分分析20-24
• 2.2.1 理论空气量21
• 2.2.2 实际空气量21
• 2.2.3 理论烟气量21-22
• 2.2.4 实际烟气成分计算22-24
• 2.3 露点温度的确定24-27
• 2.3.1 过量空气系数对露点的影响24-26
• 2.3.2 空气温度和含湿量对露点的影响26-27
• 2.4 节能潜力计算27-32
• 2.4.1 烟气所含能量计算27-28
• 2.4.2 烟气节能潜力计算28-32
• 2.4.3 计算准确性验证32
• 2.5 小结32-33
• 3 实验研究33-46
• 3.1 实验目的和内容33
• 3.2 实验系统介绍33-38
• 3.2.1 燃气轮机34-35
• 3.2.2 冷却水系统35
• 3.2.3 烟气分析系统35
• 3.2.4 实验段（冷凝换热器）构造及尺寸35-37
• 3.2.5 凝结水收集系统37
• 3.2.6 测量系统37-38
• 3.3 实验数据的测定38-40
• 3.3.1 混合气体流量和雷诺数的确定38-39
• 3.3.2 混合气体中加入水蒸气量的确定39-40
• 3.3.3 冷凝水流量40
• 3.3.4 换热器壁温的确定40
• 3.4 实验步骤40-41
• 3.4.1 实验前期准备40
• 3.4.2 实验步骤40-41
• 3.5 数据处理41-42
• 3.5.1 换热量计算41-42
• 3.5.2 烟气传热系数和努谢尔数42
• 3.6 误差分析42-45
• 3.7 小结45-46
• 4 实验结果分析46-55
• 4.1 进口烟温对冷凝对流换热的影响46-48
• 4.1.1 实验数据处理46-48
• 4.1.2 理论分析48
• 4.1.3 实际意义48
• 4.2 过量空气系数对对流换热的影响48-50
• 4.2.1 实验数据处理48-50
• 4.2.2 理论分析50
• 4.2.3 实际意义50
• 4.3 烟气流速对对流换热的影响50-51
• 4.3.1 实验数据处理50-51
• 4.3.2 理论分析和实际意义51
• 4.4 冷却水进口温度对对流换热的影响51-52
• 4.4.1 实验数据处理51-52
• 4.4.2 理论分析和实际意义52
• 4.5 冷凝换热准则关联式拟合52-53
• 4.6 小结53-55
• 5 总结55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-60

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