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射水抽汽低压加热除氧器性能的理论分析及实验研究

作　者: 蔡琴
导　师: 童明伟
学　校: 重庆大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 射水抽汽器喷射性能加热性能低压加热器除氧
分类号: TM621
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

面对日益剧增的能源需求与资源接近枯竭的矛盾，热力发电厂节能降耗已迫在眉睫。目前国内外电厂低压加热系统采用的主要方式是面式加热器加热给水，诸如高端差、易结垢、凝结水含铜、系统庞大等问题一直无法得到根本有效的解决，且汽轮机的凝结水经低压加热器加热后进入除氧器中需要被蒸汽再次加热至104℃来脱氧。本文针对国家发明专利“工业锅炉引射式热力除氧器”（专利号：ZL2009101038522）的核心问题，对利用汽水混合加热的射水抽汽低压加热除氧器进行理论分析与实验研究。通过实验的方法对射水抽汽器的性能进行研究，提出采用二级引汽使凝结水温升至110℃以上，使高压过饱和水喷入大气式除氧器中迅速降压直接闪蒸除氧的方法。应用一维守恒方程从整体上建立射水抽汽器的性能计算模型，并用数值模拟方法获得其内部参数分布，进而在理论模型与实验结果的基础上分析影响其性能的主要因素，该研究具有重要的学术意义和工业应用前景。通过对射水抽汽器性能的实验研究发现，运行参数对其性能有很大影响。射水抽汽器的喷射系数随着进水压力和进水温度的升高而下降，随蒸汽压力的升高而增大；其出口水温随着进水压力的升高而下降，随蒸汽压力的升高而增大；其阻力系数随着进水压力和进水温度的升高而增大。存在一最佳背压值，使得射水抽汽器的出口水温最高，且当射水抽汽器背压为0.12MPa时，其出水温度可以达到110℃，因而能够达到进入除氧器的给水温度要求。实验研究还发现，两级射水抽汽器具有很好的加热性能，可使出口水温升高87℃，并且平均温升比单级引射提高23%以上，因此，对于加热不足的情况下可以采用两级引射方式。本文采用全局模型，通过采用一定的简化假设和经验公式，直接从整体上得到射水抽汽器的性能计算模型，进而在理论计算模型的基础上编程计算，得出了不同运行工况下射水抽汽器出口水压的变化情况。研究结果表明，计算结果与实验结果吻合较好。出口水压随着入口蒸汽压力的升高达到最大值，然后逐渐减小；进水温度的升高将降低射水抽汽器的升压性能；随着进水流量的增加，射水抽汽器的出口水压逐渐升高，当进水流量达到一定值后，继续增加进水流量时，出口水压变化较平缓。通过建立射水抽汽器的分析模型，从可用能角度出发分析了运行参数对射水抽汽器运行经济性的影响。研究发现，射水抽汽器的效率随进水温度的升高而增大，随喷射系数的增大而升高，随蒸汽压力的变化存在最小值，与升压比呈近似线性关系。通过对比，两级射水抽汽器的效率较高，平均比单级射水抽汽器的效率高21%。射水抽汽器各部件的损失随着喷射系数的增加而减小，且射水抽汽器内最大的损失产生于一级混合室，水喷嘴的损失最小。采用数值模拟方法计算并分析了结构参数对射水抽汽器性能的影响，数值计算结果表明，随着面积比的增加，射水抽汽器的喷射系数首先增大然后减小，且在面积比m=6.25时出现了最大值。对于一个给定的射水抽汽器，存在一最佳归一化喉嘴距L=6使得其获得最大的喷射系数，距离过小没有足够的时间和长度来引射蒸汽，距离太大引射蒸汽会产生回流现象，使其喷射性能下降。本文创新地提出采用射水抽汽低压加热除氧器来代替目前电厂中所使用的表面式低压加热器，它利用凝结水压力来引射蒸汽，使之与凝结水混合，把水加热至近饱和温度，而获得的高温过饱和水(对大气式除氧而言)在加热器的扩压段升压后可顺利地流入除氧器中闪蒸除氧。与传统的大气式热力除氧相比，这种方法减少了蒸汽消耗量。通过表面式单级回热和射水抽汽单级回热加热系统的对比分析，采用射水抽汽低压加热除氧器替代原有的面式加热器，可使机组的热效率提高1.29%，这也被永荣矿务局发电厂6MW汽轮发电机组的工业运行试验所证实，因而具有很好的工业应用前景。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
主要符号表  11-13
1 绪论  13-31
  1.1 课题研究的背景和意义  13-16
  1.2 射水抽汽器概况  16-18
  1.3 射水抽汽器研究的发展状况  18-25
    1.3.1 射水抽汽器的理论研究进展  18-21
    1.3.2 射水抽汽器的结构研究进展  21-22
    1.3.3 射水抽汽器的应用研究进展  22-25
  1.4 除氧技术的研究现状与进展  25-27
  1.5 本文研究内容  27-31
    1.5.1 已有研究工作的不足  27-28
    1.5.2 本文研究内容及创新点  28-31
2 射水抽汽器性能的实验研究  31-53
  2.1 实验系统及方法  31-33
    2.1.1 实验系统  31-33
    2.1.2 实验方法  33
  2.2 实验及测量装置  33-37
    2.2.1 实验装置  33-36
    2.2.2 测量装置  36-37
  2.3 数据处理及误差分析  37-39
    2.3.1 数据处理  37-38
    2.3.2 误差分析  38-39
  2.4 两级射水抽汽器的实验结果及分析  39-47
    2.4.1 喷射性能的实验研究  39-42
    2.4.2 加热性能的实验研究  42-44
    2.4.3 阻力特性的实验研究  44-47
  2.5 多喷嘴射水抽汽器的实验结果及分析  47-51
    2.5.1 喷射性能的实验研究  47-49
    2.5.2 加热性能的实验研究  49-51
  2.6 本章小结  51-53
3 射水抽汽器性能的理论分析  53-81
  3.1 射水抽汽器升压加热性能的理论分析  53-68
    3.1.1 升压加热性能计算模型的建立  53-63
    3.1.2 升压加热性能计算模型的求解过程  63-64
    3.1.3 计算结果及分析  64-68
  3.2 射水抽汽器的□分析  68-78
    3.2.1 射水抽汽器□分析模型的建立  69-72
    3.2.2 计算结果及分析  72-78
  3.3 本章小结  78-81
4 射水抽汽器性能的数值模拟研究  81-97
  4.1 物理模型及网格划分  81-83
    4.1.1 物理模型  81-82
    4.1.2 网格划分  82-83
  4.2 数学模型  83-86
    4.2.1 Mixture 模型的控制方程  83-84
    4.2.2 UDF 程序  84-86
  4.3 数值求解方法和边界条件  86-87
    4.3.1 数值求解方法  86
    4.3.2 边界条件  86-87
  4.4 模拟计算结果  87-95
    4.4.1 射水抽汽器内部参数分布  87-89
    4.4.2 运行参数对射水抽汽器性能的影响  89-91
    4.4.3 结构参数对射水抽汽器性能的影响  91-95
  4.5 本章小结  95-97
5 喷射闪蒸除氧的理论基础与实验结果  97-107
  5.1 喷射闪蒸除氧的理论基础  97-100
    5.1.1 热力除氧的工作原理  97-100
    5.1.2 闪蒸原理  100
  5.2 喷射闪蒸除氧方法的提出  100-101
  5.3 喷射闪蒸除氧实验  101-106
    5.3.1 实验及测量装置  101-103
    5.3.2 实验结果及分析  103-106
  5.4 本章小结  106-107
6 射水抽汽器在电厂低压加热系统中的应用研究  107-119
  6.1 低压加热系统改造方案  107-109
  6.2 射水抽汽低压加热器的设计  109-112
  6.3 热效率分析  112-118
    6.3.1 表面式低压加热系统的热效率分析  112-113
    6.3.2 射水抽汽低压加热系统的热效率分析  113-114
    6.3.3 热效率提高实例比较分析  114-116
    6.3.4 永荣矿务局发电厂 6 MW 汽轮发电机组的工业运行试验  116-118
  6.4 本章结论  118-119
7 结论与展望  119-123
  7.1 结论  119-120
  7.2 创新点  120
  7.3 展望  120-123
致谢  123-125
参考文献  125-135
附录  135
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  135
  B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目  135

射水抽汽低压加热除氧器性能的理论分析及实验研究

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