氟塑料换热器传热模型优化及模块化布置研究

摘要

十三五能源规划确定了能源行业的新风向标，构建了清洁、高效、安全、可持续的现代能源体系。金属换热器受制于耐腐蚀性能，无法利用65-95℃温区的余热，且难以推广应用到燃用高硫高水煤种的电厂、垃圾焚烧电厂和生物质电厂，氟塑料换热器具备超强的抗腐蚀性，为电厂锅炉余热深度利用提供了切实可行的解决方案。但氟塑料换热器详细的传热和流动计算资料均为少数制造企业所掌握，学术界针对电厂用氟塑料换热器换热及阻力计算、实验综合分析的资源十分有限，且未有针对电厂用庞大氟塑料换热器系统模块化及其优化布置的研究。
　　有鉴于此，本文基于氟塑料换热器性能测试平台以及氟塑料换热管管内水阻力实验平台展开实验，结果表明，由于氟塑料换热管表面较普通钢材光滑，对层流边界层的附加扰动较弱，以至于管外传热系数偏低。直接采用适用于金属换热管的茹卡乌斯卡斯顺排横掠关联式求得的管外对流传热系数偏大约40％。进一步研究提出在茹卡乌斯卡斯关联式的基础上进行常系数修正，当修正系数取值范围为0.62～0.74时，计算偏差将小于15％。同时提取氟塑料换热器空气侧和水侧阻力模型，其计算偏差分别小于10％和5％。
　　基于验证后的计算模型对1000MW火力发电机组MGGH系统中脱硫塔前的氟塑料换热器展开设计计算，从介质交叉次数的角度对氟塑料换热器模块化以及优化布置展开研究，结果表明:水侧阻力与交叉次数平方成正比;管外总换热面积、烟气侧压降、联箱总开孔数、模块单元联箱开孔数均随着介质交叉次数的增加而减少，且当交叉次数由2增加到4时上述参数均大幅降低，当交叉次数大于4以后降幅均相对较小。综合分析表明，氟塑料换热器的换热性能、阻力性能及联箱结构在介质交叉次数为4时得到优化，结合热膨胀因素建议在工程应用中尽量采用两个U型换热模块单元布置成W型。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 低温烟气余热利用技术现状及趋势

1．2．2 氟塑料换热器研究现状

1．3 本文研究内容

第2章 氟塑料换热器传热及阻力实验研究

2．1 换热器空气侧传热阻力实验研究

2．1．1 氟塑料换热器结构

2．1．2 实验系统与测量方案

2．1．3 实验工况设计及测量步骤

2．1．4 实验数据处理

2．2 换热器水侧阻力实验研究

2．2．1 试验系统与测量方案

2．2．2 实验工况设计及测量步骤

2．3 本章小结

第3章 氟塑料换热器传热模型优化及阻力模型提取

3．1 氟塑料换热器性能及规律

3．2 传热模型优化

3．3 空气侧及水侧阻力模型

3．3．1 空气侧阻力模型

3．3．2 水侧阻力模型

3．4 本章小结

第4章 氟塑料换热器模块化及优化布置研究

4．1 换热器模块基本布置方案

4．2 换热器设计参数

4．3 换热器整体传热性能分析

4．4 换热器整体阻力性能分析

4．5 换热器联箱分析

4．6 换热器模块单元热膨胀分析

4．7 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

硕士学位论文科研项目背景

致谢