烟气横向冲刷错列管束对流冷凝换热试验研究.pdf

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第43卷第6期
锅炉技术
Vol 43, No 6
2012年11月
BOILER TECHNOLOGY
Nov.,2012
烟气横向冲刷错列管束对流冷凝换热试验硏究
黄峣宇,雷承勇,王恩禄,杨天尉,宋治璐
上海交通大学热能工程研究所,上海20024
摘要:利用天然气燃烧产生烟气来模拟除尘器后燃煤锅炉烟气,进行了高水分烟气水露点下横向冲刷错
列管朿的对流冷凝换热试验研究。通过研究,得到了水蒸气份额和烟气流速对烟气与受热面管束间对流冷凝
换热影响规律,并将试验结果与传热学经典拟合公式计算结果进行了对比分析。
关键词:燃煤锅炉;余热利用;对流冷凝换热;高水分烟气
中图分类号:TK229.6文献标识码:A文章编号:1672-4763(2012)06-0005-04
0前言
保温层。整个试验系统由烟气发生系统、烟气加
湿系统、换热器系统、冷却水系统、及数据采集与
对于布置在除尘器前的低压省煤器而言,流测量系统组成。换熱器系统又可分为降温换热
经其管束间的烟气中含有大量飞灰,在低于酸露点器及传热试验段换热器,作用分别是为烟气降温
下运行时凝结的硫酸溶液会与飞灰发生反应从而和研究高水蒸汽含量烟气的对流换热特性。
使得低压省煤器发生堵灰,使得烟气温度无法在低
试验过程中进出口水温采用水银温度计测
于酸露点下运行,其热能也就无法得到深度利用。量,进出口空气温度由铠装热电偶测量,测量传
对于布置在除尘器后的低压省煤器而言,由热试验段金属管子壁面温度的热电偶采用点焊
于流经其管束间的烟气中飞灰浓度已经极低,同时方式固定于壁面上,对应的烟气温度测点裸露于
飞灰也极细,因此烟气可以在低于酸露点以下运壁面温度测点旁的烟气中。
行。例如某百万燃煤电站机组通过在静电除尘器
热电偶采集的温度信号一路传向数显温度
之后布置一组换热器代替一级低压加热器,不仅将仪,用于实时观测温度变化趋势;另一路传向计算
烟气温度降低至酸露点以下,同时还节省湿法脱硫机中的数据采集卡。同时毕托管采集的压力信号
前喷入烟气中的降温水用量。在烟气热能深度经压力传感器转换后传人数据采集卡,由计算机
利用的同时,节约了大量烟气降温用水
中的数据采集程序采集并存储数据。整个试验段
既然布置于静电除尘器后的低压省煤器可以共布置有109个温度测点和3个压力测点。
在低于烟气酸露点下运行,对于高水分褐煤锅炉可
试验中,燃烧所需空气和天然气分别由管道引
以通过布置低压省煤器使其在烟气水露点下发生人燃烧器后经点火装置点燃;同时水经喷枪雾化后
对流冷凝换热来进一步深入利用烟气热能2。为喷人烟道。喷枪位置紧靠燃烧器,试验所用枪的
此,在搭建的燃煤锅炉烟气对流冷凝换热试验台雾化效果相当理想,加上有较高的燃烧温度,可保证
上,进行了高水分烟气横向冲刷错列管束的对流冷喷入的水雾及时被加热汽化为水蒸气。燃烧后的烟
凝换热研究,得到了水蒸气份额和烟气流速对烟气气经几组换热器降温之后进人传热试验段。试验段
与受热面管東间对流冷凝换热影响规律
进口烟温维持在50℃~70℃。烟气流经试验段换
热器时通过管壁与冷却水进行对流冷凝换热
1试验系统介绍
进入喷枪的水和冷却水均由玻璃转子流量
试验系统如图1所示,其传热试验段为截面计计量。试验段烟气速度为3.3~7.8m/s,烟气
300×300mm,长1m的矩形烟道。为减少试验中水蒸气容积份额为4%~12%,冷却水流量600
中的漏风及散热损失,试验段四周装有石英纤维L/h。试验分别研究了水蒸气容积份额以及风速
收稿日期:2011-08-20;修回日期:2011-11-09
作者简介;黄晓宇(1987-),男,硕士研究生,主要从事烟气热能多级高效利用和脱硫脱硝实验研究工作
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锅炉技术
第43卷
烟气流向
烟气流向
冷却水流向
冷却水
流向
10
10
冷却水流向
1一接送风机;2-毕托管;3一接喷枪;4一接天然气5一燃气表;6一进风管蝶阀;7一降温换热器;8,9一传热试验段及换热器:10一冷却
水出?;11一转子流量计;12一水流量调节阀;13一冷却水入口;14一室外大气;T-热电偶
图1燃煤锅炉烟气横向冲刷错列管束对流冷凝换热试验台
对烟气对流冷凝传热的影响,每个工况均进行若《锅炉机组热力计算标准方法》中的燃烧产物
干次试验,以验证其重复性。
计算部分。喷枪喷入水量可由玻璃转子流量计
2试验数据处理
直接读出,而过量空气带入可通过当地空气的温
度、湿度计算得到,此处采用工程计算上常用的
2.1传热计算
假设10g/kg的湿度作为计算参数。
在进行试验数据处理时,烟气与水的物性参2.3换热系数对比
数均通过査表并插值拟合得到。
烟气侧对流换热准则数关系式采用气体横
对流换热系数,可由式(1)计算得到
掠叉排管束的A.A. Kykayckac公式
Q=kA△t
Na=小0.35 Rerpr?(Prェ/Pァ)。5=
式中:Q一换热量,J;
换热系数,W/(m2K);
式中:Nr
气体的怒塞尔数,印々し、其中ん
A一换热面积,m
为气流的对流放热系数,W/(m2
△t一一换热工质对数温压,K。
A的计算根据换热器的布置算得。本试验
K);l为定性尺寸,m,此处为换热
器管外径;
中使用光管换热器,外径为10mm,错列布置,单
气体的导热系数,W/(m2K);
个换热器管数为69。
△t通过测得的烟气进出口温度与冷却水的
根据换热器管子橫向纵向节距比
值所确定的一个修正系数,实验
进出口水温得到。
Q的计算采用流经换热器水侧吸热量获得,
用换热器为1.15;
并根据式(2)得到:
R
气体的雷诺数,即?,为气流速度,
77C
(2)
m/s;y为气体运动粘度系数,m2/s;
式中:c-水的定压比热,kJ/(kgK)
m2-水的质量流量,kg/s;
Pr气体平均温度下的普朗特数,即
△w。一此处为水进出口温差,K
其中为气体的动力粘度系数,Pas;
2.2水蒸气质量及容积份额的确定
气体在换热壁面温度下的普朗特数。
试验中,烟气中水蒸气含量由三部分组成
分别来自于天然气的燃烧、喷枪喷入以及过量空
3试验结果与分析
气。天然气燃烧所得水分可由天然气流量经过3.1各因素对传热的影响
燃烧方程直接计算得到,具体的计算方法可参考
图1中8、9为换热器1、2、3,其为沿烟气流