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烟气热能回收利用装置烟气流动换热优化与应用研究

作　者: 葛海霞
导　师: 王随林
学　校: 北京建筑工程学院
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 烟气冷凝流动换热优化数值模拟实测
分类号: X706
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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引　用: 2次
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内容摘要

随着世界可持续发展战略的实施、能源结构的优化及低碳经济的发展,对天然气的高效利用,提出了更高要求。炯气热能回收利用装置是增设在天然气热能动力设备尾部的余热回收利用装置,在节能领域中发挥着重大作用。研究开发高效、紧凑、防腐型烟气热能回收利用装置,成为热科学与能源环境工程领域的热点课题。本文以研究开发高效紧凑防腐型烟气冷凝热能回收利用装置为目标,以优化装置结构为核心,采用理论分析、数值模拟和工程实测相结合的方法,对烟气热能回收利用装置中炯气流动换热和装置的结构优化进行研究,以充分发挥换热面的作用,降低烟气流动阻力和噪声。在应用静压复得理论得出的炯气导流段和均流段初步结构方案基础上,针对烟气在热能回收利用装置中纵向流动和横向流动两种方式,提出6种渐变形炯气导流结构型式,建立数学模型,采用CFD软件Fluent对其进行流场模拟和温度场模拟,得出烟气的流动和传热规律及其影响因素,应用于锅炉房节能改造工程,工程实测结果表明,仅导流段和均流段的结构优化,可使热能回收利用装置的节能率提高3.25%(换热效率提高9.7%),烟气阻力减少20%,有效降低噪音。研究炯气热能回收利用装置主体换热段的炯气流动规律,用CFD软件Fluent对炯气热能回收利用装置主体换热段147种工况进行流场模拟并与工程实测数据比较,分析烟气流动阻力R与烟气进口流速v之间的关系,得出在v=1.0-3.0m/s范围内1-7系列主体换热段的烟气阻力计算式R=a·vb和系数a、b,为装置的优选和工程应用设计提供依据。应用优化的烟气热能回收利用装置对排烟温度较低、通常认为节能潜力较小的锅炉进行节能改造,并对其进行现场实测。2.5MW燃气锅炉在部分负荷(53%)运行条件下,炯气温度可从128℃降到40℃,锅炉系统效率仍可提高9%以上,总效率提高到106%,可节省燃气15.3Nm3/h,整个采暖季可节省燃气5.17万Nm3/a,节约燃料费10万余元/a,节能效果显著。并结合现场实测数据,为现有锅炉系统提出了优化运行调节方案。研究结果为研究烟气的流动特性和热流传递规律提供参考,为研发烟气热能回收利用装置提供技术支持,为锅炉系统优化运行调节提供依据。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
注释说明清单  9-11
第1章绪论  11-23
  1.1 研究背景及意义  11-13
    1.1.1 研究背景  11-13
    1.1.2 研究目的  13
    1.1.3 研究意义  13
  1.2 国内外研究现状  13-21
    1.2.1 烟气对流凝结换热的研究状况  13-16
    1.2.2 烟气热能回收利用装置烟气侧阻力的研究状况  16-17
    1.2.3 烟气热能回收利用装置防腐技术的研究状况  17-18
    1.2.4 冷凝热回收技术的应用状况  18-21
  1.3 主要研究内容与方法  21-22
  1.4 课题来源  22-23
第2章烟气纵向流动热能回收利用装置的模拟与优化  23-37
  2.1 烟气纵向流动热能回收利用装置的设计与模拟  23-28
    2.1.1 两种烟气流动方式设计  23
    2.1.2 烟气热能回收利用装置流场与温度场数值模拟  23-27
    2.1.3 数值模拟结果与工程实测数据的比较  27-28
  2.2 不同起始高度的渐变断面导流段的设计与模拟  28-33
    2.2.1 不同起始高度渐变断面导流段的设计  28-29
    2.2.2 烟气热能回收利用装置流场与温度场数值模拟  29-33
  2.3 导流片在烟气纵向流动热能回收利用装置中的应用  33-36
    2.3.1 导流片的设计与安装方式  33-34
    2.3.2 烟气热能回收利用装置流场与温度场数值模拟  34-36
  2.4 本章小结  36-37
第3章烟气横向流动热能回收利用装置的模拟与优化  37-50
  3.1 烟气流动方式的设计与模拟  37-42
    3.1.1 两种烟气流动方式设计  37-38
    3.1.2 烟气热能回收利用装置流场与温度场数值模拟  38-42
  3.2 导流片在烟气横向流动热能回收利用装置中的应用  42-49
    3.2.1 导流片的设计与安装方式  42-43
    3.2.2 烟气热能回收利用装置流场与温度场数值模拟  43-49
  3.3 本章小结  49-50
第4章烟气热能回收利用装置烟气侧流动阻力模拟与简化计算  50-57
  4.1 烟气热能回收利用装置简化模型及几何物理参数  50-51
  4.2 烟气热能回收利用装置烟气侧流动阻力的模拟  51-52
  4.3 烟气热能回收利用装置烟气侧流动阻力的模拟结果  52-56
  4.4 数值模拟与工程实测数据比较  56
  4.5 本章小结  56-57
第5章旭辉奥都锅炉房烟气热能回收利用装置工程应用实测与分析  57-67
  5.1 旭辉奥都锅炉房节能改造方案  57-58
  5.2 测试方案与测试仪器设备  58-61
  5.3 测试数据整理  61-63
    5.3.1 效率计算  61-62
    5.3.2 烟气热回收装置从烟气侧到冷却水侧的传热系数  62
    5.3.3 烟气热回收装置烟气侧换热参数计算  62-63
  5.4 测试结果分析  63-66
    5.4.1 热效率分析  63-65
    5.4.2 节能经济性分析  65
    5.4.3 运行调节分析及建议方案  65-66
  5.5 本章小结  66-67
第6章结论  67-69
参考文献  69-74
在学研究成果  74-75
致谢  75-76
附录A 部分实测数据  76-88

烟气热能回收利用装置烟气流动换热优化与应用研究

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