翅片螺距对锯齿螺旋翅片换热管特性的影响

在连续螺旋翅片管基础上发展而来的锯齿螺旋翅片管具有易于制造、翅化比大,传热系数和翅片效率更高等优点,已广泛应用于各类大型气体换热设备中。为获得翅片螺距对锯齿螺旋翅片换热管特性的影响,在分析其影响机理的基础上对5个锯齿螺旋翅片管错列管束进行了实验研究。实验结果表明:在实验研究的翅片螺距范围(3.831～4.167mm),相同Re下随翅片螺距增大,管束翅侧Nu增大19%,Eu减小8%;因锯齿螺旋翅片中气流更易渗透和冲刷充分,翅片螺距大于4mm时其对翅侧Nu的影响已不明显;随气流Re增大,管束综合传热性能j/f(Colburn传热因子与摩擦因子比值)先增大后减小,在Re=7000～10000范围j/f较大;相同Re下管束j/f随翅片螺距增大而增大,在实验的翅片螺距范围内管束j/f可增大28%。将实验结果与文献中已有的相关计算关联式预测结果进行了比较。提出了包含翅片螺距、管束横向节距及纵向节距影响的锯齿螺旋翅片管束换热与阻力特性计算关联式,供相关工程设计参考。

横向节距对锯齿螺旋翅片换热管特性影响的实验研究

为获得管束布置结构对锯齿螺旋翅片换热管特性的影响,在分析其影响机制的基础上对9个锯齿螺旋翅片管错列管束进行了实验研究,获得了横向节距对锯齿螺旋翅片管束换热与阻力特性的影响规律,并提出相应的关联式。结果表明:在横向相对节距范围2.31～3.15,相同雷诺数Re和纵向节距下随横向节距增大,翅侧努谢尔数Nu变化在±3%内;欧拉数Eu减小约20%;综合传热性能j/f(科尔伯恩传热因子与范宁摩擦因子比值)增大约25%。通过与错列光管管束的比较,表明锯齿螺旋翅片管束强化换热性能较优,在大型气体换热设备中具有广泛的应用前景。

基于炉烟干燥及水回收风扇磨仓储式制粉系统的高效褐煤发电技术

提出了一种基于炉烟干燥及水回收风扇磨仓储式制粉系统的高效褐煤发电技术,并以某在役600MW超临界褐煤(全水分39.5%)机组为对比工程,对应用炉烟干燥及水回收仓储式制粉系统的安全性、节能性及水回收效益进行了计算比较和分析讨论。结果表明:该技术可降低机组标煤发电煤耗10 g/(kW h)左右,同时锅炉岛投资有所减小,厂用电基本不变;通过高湿制粉乏气的冷却,可回收大量原煤中水资源,若将其用于补充电厂水耗,有望实现"零水耗"褐煤电厂;以惰性烟气为制粉系统干燥剂,解决了困扰燃褐煤机组安全运行的制粉系统爆炸问题;在实现上述效果的同时,未产生新的污染物排放。该技术工艺及设备成熟,工程可行性佳;而且与以提高蒸汽参数为主要思路的超临界、超超临界、二次再热及700℃发电技术均可组合应用。该技术对加快褐煤产区电源基地建设和改善当地生态环境具有重大社会意义和显著经济效益,是值得深入研究与推广应用的绿色高效燃煤发电技术。

电站锅炉尾部烟气余热利用系统技术经济性比较

以某600MW超超临界燃烟煤机组为对比机组,对常规低温省煤器、低温省煤器前移和旁通烟道3种锅炉尾部烟气余热利用系统进行了热经济性与技术经济性比较.结果表明:回收锅炉排烟由122℃降温至90℃的余热,3种系统可使机组供电标准煤耗分别减小1.51g/(kW·h)、1.71g/(kW·h)和2.81g/(kW·h),需分别投资1 125万元、1 940万元和1 685万元,动态投资回收期分别为4.42a、8.66a和3.29a;低温省煤器前移对机组供电效率的提高不明显,但因应用水媒式空气预热器,受热面投资显著增大,因而技术经济性欠佳;由于节能效果显著,旁通烟道表现出最优的热经济性和技术经济性,建议对其进一步研究和推广应用.

纵向节距对锯齿螺旋翅片换热管特性影响的试验研究

锯齿螺旋翅片管是在连续螺旋翅片管基础上发展而来的强化换热管型,具有易于制造、翅化比大,换热系数和翅片效率更高等优点,在大型气体换热设备中具有广泛的应用前景。为获得管束布置结构对锯齿螺旋翅片换热管特性的影响,在分析其影响机理的基础上对9个锯齿螺旋翅片管错列管束进行试验研究,获得纵向节距S2对锯齿螺旋翅片管束换热与阻力特性的影响规律,并提出相应的关联式。试验结果表明:在相同雷诺数Re和管束横向相对节距S1/do下存在最优管束纵向相对节距S2/do使得翅侧努塞尔数Nu与综合换热性能j/f(Colburn传热因子与摩擦因子比值)最大;翅侧欧拉数Eu随S2增大而减小;在试验研究的S2/do=2.41～3.07范围,选取较优S2可使管束翅侧Nu数提高6%且Eu数稍有减小,管束j/f可相应提高约7%。

气隙取气汽轮发电机转子全隐式取风斗取风特性数值研究

为提高全隐式取风斗取风能力,在分析全隐式取风斗结构对其取风性能影响的基础上,采用动态模型对全隐式取风斗取风特性进行了较为全面的数值研究。通过对55个不同结构全隐式取风斗流道内流场的分析与取风量的比较,得到了结构参数入流角α、β和孔深d对全隐式取风斗取风性能的影响规律:在α=20°～55°、β=60°～80°、d=8～15mm范围内,随α、β、d分别增大,取风斗取风性能均为先升高后降低,即α、β和d均存在最佳值与较优范围;其中α=37°、β=65°、d=13mm时取风性能最佳,取风性能较优的结构设计推荐范围在α=30°～45°、β=63°～70°和d=11～15mm;并根据相对取风量平均极差,指出在所研究的结构参数变化范围内,α对全隐式取风斗取风性能影响最大(19.8%),d次之(15.5%),β最小(8.8%)。

气隙取气汽轮发电机转子全隐式甩风斗甩风特性数值研究

为提高全隐式甩风斗甩风能力，在分析全隐式甩风斗结构对其甩风性能影响的基础上，采用动态模型对全隐式甩风斗甩风特性进行了数值研究。通过对38个不同结构全隐式甩风斗流道内流场的分析与甩风量的比较，得到了结构参数出流角α、导流槽倾角β和槽深d对全隐式甩风斗甩风性能的影响规律。综合考虑全隐式甩风斗甩风性能与其结构强度，推荐在无导流槽时取α=70°：有导流槽时取α=65°～75°、β=30°～45°，在风斗及转子结构强度允许的条件下d越大越好。

联合旁通烟道与暖风器的锅炉烟气余热利用系统

联合应用空气预热器旁通烟道与暖风器回收电站锅炉排烟余热,可使锅炉尾部烟气热能与汽轮机回热系统间的交叉梯级利用更优,获得更高的电厂效率。以某600 MW超超临界燃烟煤机组为例,对旁通烟道与暖风器联合系统进行了热经济性与技术经济性分析,作为比较对常规旁通烟道系统也进行了计算。结果表明,由联合系统回收锅炉排烟从122℃降温至90℃的余热,使机组供电标准煤耗减小4.26g/(k W?h),需投资1500万元,动态投资回收期1.73年;而应用常规系统时上述结果分别为:2.63g/(k W?h)、1685万元和3.56年。可见联合系统具有明显的热经济性和技术经济性优势,建议对其进行工程化应用研究。提高暖风器出口温风温度可提高联合系统热经济性,但技术经济性结果变化很小,故温风温度不宜过高。

锯齿螺旋翅片管束传热与阻力特性的研究进展

简要介绍了锯齿螺旋翅片管的发展历史和应用,以及其传热与阻力特性的研究现状,通过对已有相关研究成果的分析和比较,指出了存在的问题,并指出:今后应对其翅片表面温度的分布特性、结构与性能的优化、积灰特性以及析湿工况下的对流传热特性等进一步深入研究,以拓宽其应用领域并保证换热设备安全运行.

管壳式换热器壳侧强化传热技术的研究与进展

指出了传统的弓形折流板管壳式换热器存在的问题,对纵向流、螺旋流及射流换热器中各种强化传热技术的结构特点、强化传热机理、适用场合及其研究现状进行了详细的分析与总结,并提出了管壳式换热器壳侧强化传热技术的发展方向。

水平圆管内气液两相逆向流动特性的管径尺度效应实验

水平管内气液两相逆向流动过程与水下舰船动力系统及核能发电系统的安全可靠工作密切相关。利用水下排气可视化实验系统,以空气和水为两相介质,对4个不同管径水平圆管进行气液两相逆向流动实验。研究管径变化对水平管内气液逆流特性及无量纲模型适用性的影响。主要结论有：1）管径对水平管内气液逆流流量关系具有显著影响,减小管径能有效防止水下排气柴油机发生水倒灌事故,增大管径则有利于强化核堆热段内冷凝水回流。2）Wallis模型在较大管径时对水平管气液逆流特性的关联性较好,但管径小于100mm时关联性能变差,表现出特殊的管径尺度效应。3）探讨Wallis模型在小管径范围关联性变差的原因,并提出预测大管径水平管内气液逆流特性的实验关联式。

水平布置水下排气管倒流界限试验及分析

为防止水下排气柴油机发生海水倒灌事故,对水下排气管内发生水倒流的条件及影响因素进行了试验和分析。由水平管内气液逆向流动特性研究现状分析,指出气相惯性力与液相重力的相对大小是排气管内水倒流发生的主要物理机制。由内径90mm水平管在3m水深下排气的试验结果发现:防止水下排气管内水倒流发生的界限气速存在一个与管内滞留水长相关的范围,随管内滞留水长由0.3m增至1.8m,界限表观气速由13.0m/s降至7.8m/s,界限气相Wallis数由0.72降至0.55。最后以某柴油机排气参数为基础,按界限气相Wallis数等于0.60计算分析了排气管管径、排气口水位深度及排气温度等因素对管内倒流界限气速的影响,结果表明:水平管的倒流界限气速随管径增大而增大;排气口水位深度和排气温度的变化影响排气密度大小,也对排气管倒流界限气速有影响。

水平矩形管内气/液两相逆向流动极限试验

利用水下排气可视化试验系统,以空气和水为两相介质,对管截面尺寸分别为106,mm×60,mm、60,mm×106,mm和65,mm×65,mm的水平矩形管进行了气/液两相逆流极限试验.研究了管截面尺寸变化对水平矩形管内气/液逆流极限的影响.结果表明:流道高度是影响水平管逆流极限的重要尺度因素,随水平管流道高度增大,液相倒流更易发生,防止液相倒流发生的临界表观气体速度显著增大,在柴油机水下排气场合宜采用较低的流道高度,而在核能发电系统的热段中宜采用较高的流道高度;与水力直径及流道宽度等结构参数相比,以流道高度作为特征尺寸计算Wallis参数可使无因次Wallis参数能够关联流道尺度变化对管内气/液逆流极限的影响.基于以流道高度为特征尺寸的Wallis参数,提出了预测水平矩形管内气/液逆流极限的试验关联式.

孔数与孔厚对多孔板压损系数的影响机理

多孔板作为管道内节流降压或流量测量元件,在减小管道振动、流动噪声及流动压损等方面较之传统的单孔板具有明显优势。影响多孔板压损系数的结构因素主要有开孔等效直径比、孔数及孔板厚度,其中等效直径比的影响规律已为人熟知,而孔数与孔板厚度的影响机理仍不清晰。本文以均匀布孔的多孔板为研究对象,通过数值模拟方法研究了孔数与孔板厚度对多孔板稳定区压损系数的影响机理。结果表明:在相同的孔板厚度下,压损系数随孔数增多而先快速减小后趋于不变,使压损系数达到稳定的临界孔数随管径减小而减少,但临界孔数对应的孔板相对厚度均接近0.5;在相同的孔数下,随孔板相对厚度增大压损系数先快速降低后趋于不变,使压损系数达到稳定的临界相对厚度为0.5~1.0,临界相对厚度随孔数增多而减小;在相同的相对厚度下,压损系数在薄孔板中随孔数增多先减小后增大,而在厚孔板中随孔数增多而单调增大。这说明除等效直径比外,孔数与孔厚均对多孔板压损系数有影响,应在压损系数关联式模型中予以考虑。

循环流化床锅炉一次风布风均匀性数值研究

良好的一次风布风均匀性是保证循环流化床(CFB)锅炉床内流化质量的关键。针对某在役135MW CFB锅炉在运行中出现布风均匀性不佳而导致床内流化质量变差的问题,以该锅炉一次风布风系统为例对其布风不均产生原因和改造措施进行了数值模拟研究。结果表明:在梯形风室内形成了强烈的纵向涡流是造成布风不均的主要原因,而且由传统方法设计的均匀送风管中各支管风量不均加剧了纵向涡流对均匀布风的不利影响。由此提出了在风室内靠近进风口处装设导流锥使风室内纵向涡流转为横向涡流,同时在风量较大送风支管内装设节流圈,使各支管风量分配均匀,从而达到改造的目的。模拟结果表明:该方案可通过优化风室内气流组织,使锅炉一次风系统布风均匀性得到明显改善,而且简便易行,不明显增大一次风系统阻力。对CFB锅炉改善一次风布风均匀性从而提高床内流化质量具有借鉴意义。

基于过热蒸汽干燥开式制粉的燃准东煤发电技术

针对准东煤水分较高的特点,提出了基于过热蒸汽干燥开式制粉和制粉乏汽余热深度利用的高效燃煤发电技术。该技术通过采用开式制粉系统,使原煤蒸发水分不进入炉膛,解决了锅炉炉温低和热效率低的问题。采用闭式循环蒸汽作为制粉系统干燥剂,并利用电厂原有磨煤机作为干燥机,用简洁的工艺实现了煤的高效干燥和安全制粉。该技术中制粉系统排出的乏汽为纯蒸汽,易于回收乏汽的热能及水分,可在明显提高锅炉热效率的同时回收大量水资源。本研究介绍了该技术的工作原理,分析了其工程应用可行性,建立了相应发电系统热经济性的理论分析模型,进而以某660 MW超临界燃准东煤(收到基水分质量分数为23.6%)机组的THA(turbineheat acceptance)工况为例,分析了应用该技术的节能与环保效益。结果表明:应用该技术可使机组的标煤发电煤耗降低8.23g/(kW·h)(即节煤2.86%),同时实现水回收42.98t/h,CO_(2)减排17.95 t/h,展示出优越的节能与环保效益。该技术工艺流程简洁、工程可行性佳、运行安全,既可用于新建机组,也适用于现役机组的节能升级改造。

褐煤锅炉冷端优化热力系统技术经济性比较

对电站锅炉排烟余热进行回收,使一部分锅炉冷端烟气热能梯级利用于汽轮机回热系统,是燃煤电厂增效减排的重要途径。以某600MW超临界燃褐煤机组为例,对低温省煤器、送风分段预热和旁通烟道3种锅炉冷端优化热力系统进行了热经济性与技术经济性比较。结果表明,由上述3种系统回收锅炉排烟由148℃降温至90℃余热,机组供电标准煤耗率分别减小4.43g/(k W·h)、5.84g/(k W·h)和6.48g/(k W·h),项目投资分别为2562万元、2348万元和2261万元。以机组在THA工况下年运行5500h计,3种系统每年由节煤增加净收益994万元、1350万元和1514万元,动态投资回收期分别为3.13年、2.00年和1.71年。可见褐煤锅炉排烟余热回收可明显提高电厂效率。3种冷端优化热力系统中,旁通烟道系统展示出最优的热经济性和技术经济性,建议对其进一步研究和应用。

海拔高度对锅炉对流受热面总传热系数的影响

分析研究了高海拔环境下气压降低对锅炉对流受热面总传热系数的影响。结果表明对于锅炉对流受热面,随气压降低烟气侧对流换热系数不变,辐射换热系数减小,污染系数亦减小,但总传热系数缓慢增大,并根据对烟气动能的分析提出了低气压条件下污染系数的计算方法。

基于集箱效应控制CFB锅炉汽冷屏热偏差研究

提出利用集箱效应控制L形汽冷屏热偏差的方法,以某135 MW循环流化床(CFB)锅炉的汽冷屏为例,通过热偏差计算模型分析集箱效应优化设计的热偏差控制效果,并进一步分析该方法在锅炉不同负荷下的有效性。研究结果表明:通过合理选用蒸汽连接方式和优化集箱管径调节集箱效应,可使汽冷屏并联管组内蒸汽流量分配与管外热负荷分布相适应,从而明显降低汽冷屏热偏差,提高受热面金属安全性;锅炉负荷改变对汽冷屏热偏差未有明显影响,说明由集箱效应优化设计来控制汽冷屏热偏差是行之有效的方法;随锅炉负荷减小,汽冷屏的管壁温度降低,即在低负荷下受热面金属的安全性不会降低。建议在CFB锅炉设计或改造中充分利用集箱效应优化设计以抑制汽冷屏热偏差。

高温炉烟干燥开式制粉系统褐煤锅炉研究

提出了一种基于高温炉烟干燥开式制粉系统及乏气水回收的燃褐煤锅炉系统,并以某在役600 MW超临界燃褐煤(全水分39.5%)锅炉为例,对应用该系统的节煤、水回收及污染物减排效益进行了计算和分析。结果表明该系统可明显降低锅炉排烟热损失,从而提高锅炉热效率约2.7个百分点,锅炉污染物排放随之等比例减少;同时可通过冷却乏气回收大量凝结水,有望实现"零水耗"燃褐煤空冷电厂。该系统以高温炉烟为制粉系统干燥剂,可提高乏气水露点从而使乏气水回收更容易,还可降低乏气含氧量从而使褐煤制粉系统运行更安全。该系统工艺流程简洁且相关设备成熟,可直接应用于大型燃煤发电机组,也可与以提高蒸汽参数为思路的高效燃煤发电技术组合应用从而进一步提高电厂效率。