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微波热风在电收尘器高温烟气防结露技术中的应用研究

作　者: 刘建华
导　师: 彭金辉
学　校: 昆明理工大学
专　业: 冶金能源工程
关键词: 微波热风电收尘器绝缘子箱热工计算强化换热数值模拟
分类号: TM925.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

电收尘器作为一种除尘设备,广泛应用于火力发电、钢铁、有色冶金、化工、建材、机械、电子等众多行业,对于保护和改善环境有非常重要的现实意义。目前电收尘器在实际运行过程中,由于烟气露点较高,易发生绝缘子结露现象,造成绝缘子频繁发生破裂,严重影响收尘效率；大多企业采取的措施是利用保温箱对绝缘子进行保温,使其温度保持在烟气露点之上,以防止高温烟气结露,从而避免在高压电作用下出现爬电、拉弧产生瞬间高温而损坏；然而保温箱中的电阻丝加热方式时常出现电阻丝熔断、温度低造成的绝缘子破裂等现象,严重影响生产的稳定和连续化,因此亟待开发一种新型高效的供热源。本论文以解决实际生产过程中电收尘器的阴极绝缘子频繁发生破裂的共性问题为研究对象,拟采用微波热风技术,充分利用其特殊的加热特性解决高温热风输出问题,对保持电收尘器的正常工作具有重要的应用价值与环保意义。具体开展的研究内容如下：通过微波高温热风系统的设计,建立了电收尘器绝缘子箱的热工模型并进行求解,得到了实验用绝缘子箱维持在240℃所需要的微波加热功率为1482W。对比分析了常用换热器结构形式,经过微波腔体内强化换热研究优化出了微波腔体内强化换热装置的材质为SiC,设计得到了三种强化换热形式：单流程蜂窝直管式、双流程蜂窝直管式和隔板式。微波热风系统绝缘子箱的实验研究表明,在小试实验中,微波功率为3kW条件下,绝缘子箱内温度最高达到235℃,当风机电压为190V,风速在2.18m/s时,绝缘子箱温度上升最快,平衡温度最高,效果最好,由此说明所建立的绝缘子箱的模型和微波腔体内强化换热装置的结构设计及热工计算基本合理；在中试实验中,探索得到了优化工艺条件：微波功率为32kW预热55min,调整功率至9kW,换热35min,绝缘子箱温度上升至260℃。利用GAMBIT软件对半工业化实验绝缘子箱进行了建模、网格的划分、边界条件的确立,并采用FLUENT软件对箱内温度场与流场分布进行了数值模拟,把得到的结果与实验结论相比较,显示误差在允许范围之内,分析了存在误差的主要原因。在模拟的基础上进行了半工业化试验,并对实验进行了改进,得到的优化工艺条件为：微波功率为33kW预热120min,调整功率至28.5kW,换热平衡后,绝缘子周围最低温度达到180℃。通过本文的研究可知采用微波高温热风技术解决实际生产过程中电收尘器的阴极绝缘子频繁发生破裂的共性问题是可行的,为解决这一共性问题提供了新途径、新方案,并拓展了微波加热技术的研究领域,在生产应用上具有重要的使用价值。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-25
  1.1 电收尘器的特点与存在问题  11-15
    1.1.1 电收尘器的特点  13-14
    1.1.2 存在的问题  14-15
  1.2 微波加热的基础  15-18
    1.2.1 微波加热原理  15-16
    1.2.2 微波加热的特点  16-18
  1.3 微波热风技术的现状  18-20
  1.4 课题的研究意义与内容  20-25
    1.4.1 课题的背景及意义  20-23
    1.4.2 本课题研究内容  23-25
第二章微波热风系统设计及热工计算  25-36
  2.1 微波热风系统构成及工作原理  25-26
    2.1.1 微波热风系统技术构想及改进途径  25
    2.1.2 微波热风系统的构成  25-26
    2.1.3 工作原理  26
  2.2 电收尘器绝缘子箱数学模型建立  26-29
    2.2.1 绝缘子箱的主要特征  26-27
    2.2.2 基本假设  27-28
    2.2.3 换热基本方程  28-29
  2.3 绝缘子箱数学模型的求解  29-33
    2.3.1 基本条件  29
    2.3.2 模型求解  29-33
    2.3.3 求解结果  33
  2.4 实验用绝缘子箱数学模型求解  33-34
    2.4.1 基本条件  33
    2.4.2 模型求解  33-34
    2.4.3 求解结果  34
  2.5 本章小结  34-36
第三章微波热风系统腔体内强化换热及优化设计  36-55
  3.1 常用换热器结构形式及其对比分析  36-45
    3.1.1 常用换热器结构形式  36-41
    3.1.2 各种换热器的优缺点对比分析  41-45
  3.2 强化换热的途径  45-46
    3.2.1 增大传热面积A  45
    3.2.2 增大传热温度差△t  45-46
    3.2.3 增大传热总系数K  46
  3.3 微波腔体内换热器材质选择  46-47
  3.4 微波腔体内强化换热研究  47
  3.5 微波腔体内强化换热结构设计  47-49
  3.6 微波腔体内换热器的热工计算  49-54
    3.6.1 计算公式  50
    3.6.2 质量流计算  50-51
    3.6.3 热量计算  51-53
    3.6.4 换热面积的校核  53-54
    3.6.5 所需微波功率的计算  54
  3.7 本章小结  54-55
第四章电收尘器绝缘子箱内温度场与流场分布的数值模拟  55-68
  4.1 绝缘子箱内温度场与流场模拟的关键问题  55-62
    4.1.1 箱内空气流动数值模拟的物理模型  55-57
    4.1.2 箱内空气流动数值模拟的数学模型  57-59
    4.1.3 CFD工作流程  59-60
    4.1.4 网格划分  60-61
    4.1.5 边界及初始条件  61-62
  4.2 绝缘子箱内部温度场与流场的仿真结果及分析  62-67
    4.2.1 箱子内气流流线  62-63
    4.2.2 箱子内温度场分布  63-65
    4.2.3 箱子体内流场分布  65-67
  4.3 本章小结  67-68
第五章微波热风系统电收尘器绝缘子箱的实验研究  68-88
  5.1 实验装置构成  68-70
    5.1.1 小试实验装置  68-69
    5.1.2 中试实验装置  69-70
    5.1.3 半工业化实验装置  70
  5.2 实验原理和方法  70-72
    5.2.1 实验原理  70-71
    5.2.2 实验方法  71-72
  5.3 小试实验结果及讨论  72-76
    5.3.1 不同换热结构对绝缘子箱内温度的影响  72
    5.3.2 不同风速对绝缘子箱与吸波材料B温度的影响  72-74
    5.3.3 散热对绝缘子箱内温度的影响  74-75
    5.3.4 结论  75-76
  5.4 中试实验结果及讨论  76-79
    5.4.1 微波功率对绝缘子箱内温度的影响  76
    5.4.2 微波功率对热风出口温度的影响  76-77
    5.4.3 不同加热体壁温下空气的升温特性  77-78
    5.4.4 操作步骤的探索  78-79
    5.4.5 结论  79
  5.5 半工业化实验结果及讨论  79-86
    5.5.1 绝缘子箱内不同测点温度分布  79-82
    5.5.2 实验分析  82-83
    5.5.3 改进实验  83-85
    5.5.4 最佳应用操作条件  85-86
    5.5.5 结论  86
  5.7 本章小结  86-88
第六章结论及展望  88-91
  6.1 结论  88-89
  6.2 展望  89-91
致谢  91-92
参考文献  92-96
附录攻读学位期间发表的学术论文及其它  96

微波热风在电收尘器高温烟气防结露技术中的应用研究

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