天然气锅炉尾部烟气凝结换热数值模拟
Numerical Simulation of Flue Gas Condensation Heat Transfer in the Tail of Natural Gas Boiler
传统的燃煤锅炉对于环境的污染较严重,天然气锅炉是近些年来国家为了提升清洁燃烧,减少燃煤锅炉对于环境的污染才兴起来的,在天然气锅炉中,由于天然气的主要成分为甲烷,其主要燃烧产物为水和二氧化碳,所以烟气中含有大量的饱和蒸汽,饱和蒸汽在温度逐渐降低的过程中,当下降至露点温度时,可以释放巨大的潜热,如果这些热量得不到有效的回收再利用,不仅造成了温室效应,更是造成了能源的浪费.回收这部分热量可以提高天然气的利用率,因此,本文研究天然气锅炉尾部烟气的凝结换热过程.以往的天然气锅炉,在不经省煤器余热回收的状态下,排烟温度最高可到180℃以上,本课题的研究中,首先对翅片管换热器进行设计计算,在燃烧学的基础上,通过分析天然气的成分,得出天然气锅炉中燃烧产物的成分,为了更大程度的吸收烟气中的余热,选用传热效率高、紧凑轻巧、适应性强的翅片管换热器作为省煤器展开特性研究,充分考虑对称性边界条件,并对物理模型进行合理简化,利用SolidWorks建立翅片管换热器的三维物理模型.利用gambit划分网格,利用fluent软件模拟烟气在翅片管换热器中的凝结换热过程.本文通过数值模拟得出了在烟气在翅片换热器内的温度场、速度场、压力场、和冷凝液的体积分数分布情况,而且通过逐一改变烟气速度、翅片间距、翅片厚度、翅片高度,采用控制变量的方法探究最优的结构参数,来进行优化,研究发现,随着结构参数的不同,绕流所发生的剧烈程度和位置均不同,绕流剧烈时,由于会产生较大的扰动,强化换热,在结构参数不同时,烟气在翅片管换热器内发生冷凝的位置也不同,冷凝的效果也不一样,通过分析得出在一定的范围内,烟气速度和翅片高度对于烟气的凝结换热影响最大,翅片间距次之,翅片厚度对于其影响最小,并通过综合传热分析,得出在翅化比在4.48至5.21的范围内时,此时的传热性能最佳.研究结果对提高翅片管换热器的换热效率及设计均具有一定的指导意义.
- 作者：
- 张强
- 学位授予单位：
- 哈尔滨理工大学
- 专业名称：
- 动力工程(专业学位)
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2019年
- 导师姓名：
- 秦柏
- 中图分类号：
- TK229.8
- 关键词：
- 饱和蒸汽；余热回收；凝结换热；数值模拟；结构参数
- Saturated steam; Waste heat recovery; Condensation heat transfer; numerical simulation; structural parameters;