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低氮冷凝鍋爐工作原理

作者:admin    來源:未知    發布時間:2018-08-22 08:47    瀏覽量:

基礎工作原理對工程應用具有非常重要的指導意義,低氮冷凝鍋爐也不例外。低氮冷凝鍋爐技術發展到今天,在歐洲,技術上已經比較成熟,在發展低氮冷凝鍋爐的幾十年中,理論研究一直處于活躍狀態,盡管這些理論并沒有達到盡善盡美的境界,但是使用這些理論來指導實踐完全能夠滿足工程應用的需求,實際上,這些理論正是我們設計開發低氮冷凝鍋爐的基本方法和工作原理,沒有這些理論,如何設計各種低氮冷凝鍋爐只能采用試湊法,這對低氮冷凝鍋爐技術的發展豈不是災難。低氮冷凝鍋爐的基礎理論主要包括爐膛輻射換熱理論和對流受熱面凝結換熱理論。以下將進行分析并從理論上獲得對低氮冷凝鍋爐工程應用的指導。

低氮冷凝鍋爐

  低氮冷凝鍋爐從原理和總體結構上可以分為整體低氮冷凝鍋爐與分體低氮冷凝鍋爐(常規天然氣鍋爐加裝了冷凝式熱交換器)。所謂整體低氮冷凝鍋爐是指一種特別設計的可以在最大限度獲得凝結換熱回收熱量的同時減少污染排放從而實現各部件單元相互依賴的系統化設備。整體低氮冷凝鍋爐的特點是凝結換熱器在鍋爐中作為主體受熱面出現而不是作為輔助受熱面,輻射受熱面的設計必須配合冷凝受熱面的設計而達到整體的性能表現。整體低氮冷凝鍋爐系統中德赢国际必須使用全預混無焰燃燒術,該技術極大地提高了容積熱負荷,大大縮小爐膛容積,使整體低氮冷凝鍋爐結構緊湊。整體低氮冷凝鍋爐兼顧德赢国际、輻射受熱面和對流受熱面的總體布置,相互牽制、相互依賴;而分體低氮冷凝鍋爐,一般是在傳統鍋爐的基礎上配置了凝結換熱的冷凝式熱交換器,該熱交換器也可以回收煙氣中水蒸氣的汽化潛熱,只是無法獲得最大限度的利用空間,但是對現役鍋爐的節能減排改造具有很大的市場需求。以下內容按整體式冷凝鍋爐原理介紹。

低氮冷凝鍋爐工作原理

  輻射傳熱理論鍋爐的爐膛對于整個鍋爐熱量交換過程意義重大,根據測定,鍋爐爐膛吸收的熱量占到整個鍋爐的60%以上,而對于低氮冷凝鍋爐而言,因其對流冷凝受熱面傳熱溫差急劇降低,傳熱驅動力減小,如果按照常規鍋爐的熱負荷分配設計鍋爐,將造成低氮冷凝鍋爐對流受熱面過大,影響鍋爐設計緊湊性,阻礙低氮冷凝鍋爐技術推廣。因此,要保證低氮冷凝鍋爐擁有較高的熱效率,又要保證結構緊湊,不影響其經濟性,應充分發揮鍋爐爐膛輻射換熱強的特點,這就需要我們對鍋爐爐膛輻射換熱過程做深入研究理解。

  以天然氣燃燒為例,爐膛內輻射包含火焰輻射和德赢国际平面輻射兩個部分,天然氣在完全燃燒的情況下,燃燒產物中輻射成分為三原子氣體、CO2和H2O。燃煤或燃燒生物質,煙氣成分復雜,除了三原子氣體還包含灰粒、焦炭粒子和炭黑粒子等,在此不做過多討論。

  德赢国际平面輻射。傳統鍋爐采用擴散式、大氣式或旋流式德赢国际,燃氣從德赢国际噴口噴出完成燃燒過程,煙氣在爐膛內僅有氣體或含灰粒子輻射換熱;而采用完全預混德赢国际的爐膛結構,如陶瓷板結構、金屬纖維結構等做頭部完全預混德赢国际,德赢国际固體溫度達1200℃,能夠通過平面輻射的方式向爐膛水冷壁釋放輻射熱能,這將較大提高爐膛水冷壁吸熱量(約提高爐膛吸熱量的10%~20%),降低冷凝受熱面的熱負荷。

低氮冷凝鍋爐

  輻射傳熱理論指導意義。圖2示出了陶瓷板德赢国际爐膛的主要換熱方式示意圖,根據前面所述的理論分析,我們可以完成爐膛的熱力計算。爐膛設計過程中,要增大爐膛輻射傳熱量,減小對流冷凝受熱面熱負荷,在燃料類型與燃燒形式一定的條件下,需要做到以下兩點:保證爐膛具有較大的有效輻射層厚度;保證德赢国际表面與爐膛水冷壁之間盡可能大的輻射角系數,這兩點在低氮冷凝鍋爐的爐膛設計時必須謹記。

  含非凝結氣的混合氣體凝結理論含非凝結氣混合氣體凝結是一個包含傳熱傳質的復雜過程,其影響因素眾多,過程機理復雜,國外早在十九世紀開始展開研究。目前,指導含非凝結氣的混合氣體冷凝器設計過程主要基于兩個理論模型發展而來,即1947年Silver提出的最大趨近模型和1934年Colburn-Hougen提出的層狀冷凝模型,兩者的差異在于處理冷凝邊界層時采用的方法不同(顯然后者與實際情況更為接近)。后來的學者根據實驗數據與理論預測結果,對模型進行修正,20世紀80年代起,隨著計算機技術的飛速發展,數值分析方法被采用到冷凝研究中,進一步完善冷凝理論。

低氮冷凝鍋爐工作原理

  分析模型。采用數值分析中控制體積的方法分析含非凝結氣混合氣體凝結,截取一個微小體積,其中包含整個凝結過程因素,并用控制方程描述該微小體積中的物理過程,這是當今傳熱傳質學界理論分析采用的普遍方法。含非凝結氣混合氣體凝結過程的控制體積模型以及其中影響因子如圖3所示。如上文所述,含非凝結氣混合氣體凝結過程是一個傳熱與傳質耦合過程,其中傳熱控制因子主要是溫度,溫差為傳熱驅動力,Tg,in和Tg,out表示煙氣進出口溫度,Tc,in和Tc,out表示冷卻介質進出口溫度,Tw表示管壁溫度,Tg和Tc分別表示煙氣和冷卻介質平均溫度,Tdew為煙氣水露點溫度,煙氣側和冷卻介質兩側傳熱系數分別用hg和hc表示。

  質量傳遞控制因子主要為質量分數,濃度差為傳質驅動力,在該控制體積中,yH2O,in和y 分別表示進出口煙氣中水蒸氣摩爾分數,yH2O表示煙氣中平均高水蒸氣摩爾分數,Ti表示煙氣和冷凝液膜層之間中間層溫度,傳質系數由km表示。

  但是還要看到,目前非凝結氣混合氣體凝結理論仍然不十分完善,較多理論預測結果與實驗數據還有較大差距,已經通用的經驗公式也僅僅適用于簡單的結構,對于很多新型強化傳熱結構,實際設計過程中只能采用經驗公式預估的方法進行設計,非凝結氣混合氣體凝結理論仍需傳熱傳質學界不斷深入探究。

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