含微细褐煤灰粉颗粒湿烟气横掠水平翅片管束冷凝特性研究

摘要

中国煤炭资源紧缺，使用褐煤取代优质煤成为了人们讨论的热点话题。褐煤多集中于缺水地区，且其含水量大，如何高效清洁的回收褐煤烟气中水蒸气成为新的研究方向。目前，水回收常伴随余热回收技术，通过换热器冷凝实现。
　　本文采用由天然气烟气、水蒸汽、褐煤及灰粉颗粒组成的混合烟气模拟褐煤烟气，在实验室原有台架基础上自行搭建实验台，针对混合烟气在水平翅片管束外的冷凝换热特性及积灰状况开展实验研究，探析烟气流速、循环冷却水入口温度、过量空气系数以及颗粒粒径等对混合烟气冷凝换热及积灰特性的影响，并与不含颗粒的湿烟气冷凝换热特性进行对比。
　　基于传热学理论，分别建立了计算翅片表面及基管表面的冷凝液膜厚度与冷凝液质量的数理模型，通过对比模型计算结果与实验结果偏差发现二者吻合较好，验证了模型计算的可行性。
　　对冷凝换热的研究结果表明，在含有褐煤灰粉颗粒混合烟气的实验中，随着混合烟气流速从0.694增加到1.081 m/s，冷凝液量和对流换热系数分别增加了42.56％和27.49％，循环冷却水入口温度从34.3℃下降到25.53℃，冷凝液量和对流换热系数分别增加了35.29％和22.06％，过量空气系数由1.82下降到1.02，冷凝液量和对流换热系数分别增加了30.86％和31.12％;而对于不含颗粒的烟气冷凝换热实验，随着混合烟气流速从0.694增加到1.081 m/s，冷凝液量和对流换热系数分别增加了33.96％和21.09％，循环冷却水入口温度从34.3℃下降到25.53℃，冷凝液量和对流换热系数分别增加了43.82％和27.66％，过量空气系数由1.82下降到1.02，冷凝液量和对流换热系数分别增加了22.23％和25.68％。
　　此外，当褐煤灰粉颗粒的平均粒径由59μ m增加到172.5μ m时，冷凝液量和对流换热系数分别增加了7.3％和4.7％。含颗粒烟气传热与传质准则方程分别为Nu=2.683 Re0.527· Pr1/3·Co3.976，Sh=2.683R0.527· Sc1/3· Co3.976。
　　对褐煤灰粉颗粒沉积形态的观测发现，靠近来流侧的管排积灰量最大，在冷凝过程中，三列翅片管上的积灰质量先增大后趋于稳定，基管上积灰向气流来流方向不断生长，翅片上的积灰由翅片根部到翅片顶端逐渐增厚，沿垂直方向，上排管束积灰情况比下排管束严重;随着粒径的增大，积灰面积逐渐增大，且表现出积灰面由背风面向迎风面生长的趋势。本文研究结果可以为褐煤烟气冷凝换热过程的进一步研究及工业应用提供基础数据。

目录

声明

致谢

摘要

物理量符号表

1 引言

1．1 概述

1．2 褐煤灰粉颗粒管壁沉积机理

1．3 国内外研究现状

1．3．1 冷凝传热发展

1．3．2 含固体颗粒多相气体流动换热研究

1．4 研究意义

1．5 研究内容

2 实验系统设计及实验方案

2．1 实验系统

2．1．1 实验设备及仪器

2．1．2 实验方案

2．1．3 实验数据采集

2．2 实验数据处理

2．2．1 烟气组分

2．2．2 准则数

2．3 实验系统与数据误差分析

2．4 本章小结

3 混合气体冷凝换热理论模型

3．1 多相流体冷凝传热传质过程类比

3．2 冷凝液量及液膜厚度

3．2．1 侧壁处冷凝液量及液膜厚度

3．2．2 基管处冷凝液量及液膜厚度

3．3 本章小结

4 实验结果与分析

4．1 冷凝换热特性

4．1．1 实验系统可靠性

4．1．2 冷凝换热特性

4．2 积灰特性

4．2．1 积灰随时间变化特性

4．2．2 积灰随颗粒粒径变化特性

4．3 理论结果与实验结果对比

4．3．1 混合气体流速影响

4．3．2 冷却水进口温度影响

4．3．3 固体颗粒粒径影响

4．3．4 小结

4．4 本章小结

5 冷凝换热传热传质准则关联式

5．1 冷凝换热的影响因素分析

5．2 准则关联式的确定

5．2．1 量纲分析

5．2．2 对流换热准则关联式

5．2．3 对流传质准则关联式

5．3 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历

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