Home>Schools

  • Complex
  • Title
  • Author
  • Keyword
  • Abstract
  • Scholars
Search

[学位]

新型翅片管外流动传热、酸腐蚀和积灰特性研究

Share
Edit Delete Claim

Author:

王禹晨 (王禹晨.)

Indexed by:

学位论文库

Abstract:

煤炭一直是我国主要的能源供给,在未来的几十年内仍然会占据主导地位,煤燃烧所产生的烟气中含有大量的固体颗粒和SO3气体,会引起锅炉尾部换热器严重的低温腐蚀和积灰等问题。目前针对换热器流动传热特性和积灰腐蚀已有大量的研究工作,但是仍然无法从根本上解决问题,并且由于影响换热器流动传热、腐蚀和积灰的因素较多,且各因素之间相互影响依赖,因此仍需要进一步对换热器的流动传热、防治低温腐蚀和积灰方面进行机理探索研究。
(1)在H型翅片椭圆管的基础上,提出了一种翅片上同时带有穿孔丁胞和矩形涡结构的新型翅片椭圆管。对该新型翅片椭圆管的流动传热特性进行模拟研究,与现有的普通H型翅片椭圆管进行对比分析,验证了该新型翅片椭圆管具有优越的流动传热特性,并对新型翅片椭圆管传热表面上酸腐蚀和积灰特性也进行了相应的研究,发现该类型换热管能够降低局部烟气酸露点温度和酸、水蒸气冷凝沉积速度,对防治低温腐蚀有较好效果,在积灰方面,当颗粒粒径较大时该新型结构可以减轻管壁上的积灰,但会增加翅片表面上积灰量。
(2)在获得良好的流动传热特性以后,需要进一步解决低温换热器的酸腐蚀和积灰等问题。烟气酸露点温度是硫酸蒸气发生冷凝的临界温度,也是研究低温腐蚀的基础。基于气液平衡理论和组分扩散原理,采用理论推导和数值模拟相结合的方法提出了一种新的局部烟气酸露点预测模型,并分析了多种因素对其影响,如燃煤性质、过量空气系数、燃烧温度、壁面温度、烟气流速和烟气中飞灰颗粒等。区别于传统烟气酸露点估算公式,该方法有针对性地模拟壁面不同位置上的局部烟气酸露点,使烟气酸露点的计算更加精确,对换热器低温腐蚀局部防护具有指导意义,且该预测方法应用范围广泛,简单易操作。
(3)烟气中酸、水蒸气冷凝速度会影响壁面腐蚀速度,因此对其展开了系统研究。在酸、水冷凝层流模型基础上进行了相应发展,加入湍流项,并通过用户自定义函数(UDF)将该模型加入到FLUENT流体力学软件中,实现对复杂几何结构换热器中酸、水沉积速度和壁面酸液浓度的模拟。分析了烟气中酸蒸气、水蒸气浓度、烟气温度和翅片结构对酸、水冷凝沉积速度的影响。发现酸、水蒸气冷凝沉积速度随烟气中酸、水蒸气分压增加而升高,但随烟气温度增加而降低。后排管传热表面上的酸、水蒸气冷凝速度均小于第一排。
(4)对换热表面的积灰特性开展了数值研究。通过颗粒的输运模型、颗粒沉积模型和颗粒剥离模型模拟求解了飞灰颗粒的临近捕捉角、临近粘附速度和临界剥离速度,判断壁面上颗粒沉积状态,模拟传热表面上颗粒沉积数量和质量,分析几种关键因素(颗粒粒径、烟气流速、翅片结构和管排布置方式)对传热表面上颗粒沉积量的影响,发现相对于顺排换热管束,叉排换热管束的后两排传热表面更易积灰且不易清除。
(5)提出了酸冷凝和积灰耦合模型,通过数值模拟求解传热表面上低温粘结灰和松散灰的分布情况。发现在翅片和管壁迎风面易形成低温粘结灰,而在翅片和管壁尾部易形成松散灰。松散灰沉积量随着烟气中硫酸蒸气浓度的增加而减小,而低温粘结灰沉积量随着酸蒸气浓度增加而增加。顺排管束中第一排换热表面上低温粘结灰沉积量最大,在叉排管束中后排换热表面上松散灰沉积量较大。

Keyword:

翅片结构 颗粒沉积 流动传热 酸蒸气冷凝 烟气酸露点

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学能源与动力工程学院

Reprint Author's Address:

Show more details

Basic Info :

Degree: 博士

Mentor: 唐桂华

Year: 2018

Language: Other

Cited Count:

WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 14

FAQ| About| Online/Total:2290/218598264
Address:XI'AN JIAOTONG UNIVERSITY LIBRARY(No.28, Xianning West Road, Xi'an, Shaanxi Post Code:710049) Contact Us:029-82667865
Copyright:XI'AN JIAOTONG UNIVERSITY LIBRARY Technical Support:Beijing Aegean Software Co., Ltd.