（工程熱物理專業(yè)論文）真空鍋爐內(nèi)部流動與換熱特性的試驗和應(yīng)用研究.pdf

摘要 工業(yè)鍋爐在我國能源消耗中占據(jù)相當(dāng)大的比例 大多數(shù)工業(yè)鍋爐用戶對鍋爐 給水品質(zhì)的不嚴(yán)格控制造成了鍋爐壽命的縮短 鍋爐傳熱惡化 從而降低了效率 浪費了能源 真空鍋爐由于其內(nèi)部熱媒水處在密封無氧狀態(tài) 具有良好的節(jié)能性 和安全性 因此受到了廣泛關(guān)注 本文在查閱大量的關(guān)于真空鍋爐設(shè)計和研究文獻及對真空鍋爐做了相關(guān)的 市場調(diào)研的基礎(chǔ)上 參照有關(guān)工業(yè)鍋爐設(shè)計手冊進行了真空鍋爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計和熱 力計算 用v c 程序語言編寫了真空鍋爐的熱力設(shè)計電算軟件 設(shè)計軟件采用 了菜單式人機對話 界面友好 使用方便 為真空鍋爐產(chǎn)品的系列設(shè)計提供了簡 便可行的方法 在熱力計算 理論與實驗研究的基礎(chǔ)上 對真空鍋爐的結(jié)構(gòu)進行 了設(shè)計和優(yōu)化 用a u t o c a d 完成了樣機圖紙的設(shè)計 目前正在制造中 本文運用傳熱原理對真空鍋爐內(nèi)部的流動和傳熱特性進行了系統(tǒng)分析 提出 了相應(yīng)的換熱模型和汽液分流的結(jié)構(gòu)形式 通過搭建試驗臺 對真空鍋爐內(nèi)部的 流動和換熱特性進行了試驗研究 獲得了一些對真空鍋爐設(shè)計和運行有參考價值 的結(jié)果 試驗證實了所選的添加劑有利于冷凝換熱的強化以及不凝性氣體對冷凝 換熱的影響 因此 在真空鍋爐的制造過程中確保良好的氣密性 運行時及時有 效的除去不凝性氣體是至關(guān)重要的 本文的研究結(jié)果為工業(yè)鍋爐向節(jié)能和安全方向發(fā)展提供了理論依據(jù)和設(shè)計 參考 關(guān)鍵詞 真空鍋爐 熱力計算 v c 計算程序 熱媒水 流動與傳熱 a b s t r a c t t h eb o i l e r su s e df o rh e a t i n ga r ee n e r g y c o n s u m i n gd e v i c e s m o s tb o i l e r sf o r h e a t i n gi nc h i n aa r er u n n i n gu n d e rb a dc o n d i t i o n s f e e d w a t e ri si np o o rq u a l i t y w h i c hc a u s e sal a r g ea m o u n to f e n e r g yw a s t i n g s i n c e1 9 8 0 s an e w t y p eo f b o i l e r v a c u u m b o i l e rh a sb e e nw i d e l ya p p l i e di nj a p a nd u et ot h e a d v a n t a g e so fs a f e t ya n d e n e r g ys a v i n g t h i st y p eo fb o i l e ri sr a p i d l yd e v e l o p e di nc h i n aa n dp a r t l yt a k i n gt h e p l a c eo f t h eo r d i n a r yh e a t i n gb o i l e r sp r e s e n t l y t h er e s e a r c h e sa n dd e v e l o p m e n t so fv a c u u m b o i l e ra r er e v i e w e di nd e t a i li nt h i s p a p e r t h eh y d r o d y n a m i c sa n dh e a tt r a n s f e rc h a r a c t e r i s t i c so ft h ev a c u u m b o i l e ra r e a n a l y z e d a n d as a m p l em a c h i n eo f0 7 m ww a sa l s o d e s i g n e da n db e i n g m a n u f a c t u r e do nt h eb a s i so f t h ei n v e s t i g a t i o n s a p r o g r a mi np r o g r a m m i n gl a n g u a g eo f t h ev c f o rs e r i e so f t h ev a c u u m b o i l e r d e s i g n i n gw h i c hi se a s yf o ru s ei sb r o u g h tf o r w a r db a s e do nt h et h e r m a la n d h y d r o d y n a m i ca n a l y s i s a n ds o m et e c h n i q u e sf o rh e a tt r a n s f e re n h a n c e m e n ti nt h e v a c u u m b o i l e ra r ea l s op r o p o s e di nt h i sp a p e r t h ef l o wa n dh e a tt r a n s f e rc h a r a c t e r i s t i c so ft h ew a t e r s t e a ms y s t e mi n t h e v a c u u m b o i l e rw e r es t u d i e de x p e r i m e n t a l l yw i t ha l le x p e r i m e n t a l s e t u p d i f f e r e n t k i n d so fa d d i t i v e s w h i c hm a ye n h a n c et h ec o n d e n s a t i o nh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n t s w e r ea l s oi n v e s t i g a t e dw i t hd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n sd u r i n gt h ee x p e r i m e n t s t h e n o n c o n d e n s a b l eg a ss u c ha sa i rp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei np r e v e n t i n gh e a tt r a n s f e ri n v a c u u m b o i l e r st h a tc a u s e st h ec o n d e n s a t i o nc o e f f i c i e n tt o d r o ps h a r p l ym a n y i m p r o v e m e n t sa n dv a l u a b l e r e s u l t sf o rt h ed e s i g n i n ga n dd e v e l o p i n go ft h e v a c u u m b o i l e r sa r eo b t a i n e di nt h i sp a p e r k e yw o r d s v a c u u mb o i l e r t h e r m a lc a l c u l a t i o n p r o g r a mi nt h ev c i n t e r m e d i a r yw a t e r f l o wa n dh e a tt r a n s f e r i i 知識水壩 damdoc damdoc為您傾心整理 小店 qq 2218108823 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的 研究成果 據(jù)我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 論文中不包含其 他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得澎至三盤生或其他教育機 構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻 均已在論文中作了明確的說明并表示謝意 姚做儲獬薩嘣簽知期 衙 月g 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解浙姿盤堂有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤 允許論文被查閱和 借閱 本人授權(quán)澎望盤壁可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫 進行檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存 匯編學(xué)位論文 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書 學(xué)位論文作者簽名 吟 簽字日期 娜年 月6 日 學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向 工作單位 通訊地址 u 曲 剮磴名 彤叩 i 簽字日期 口j 年4 歲月 同 f 電話 郵編 知識水壩 damdoc damdoc為您傾心整理 小店 qq 2218108823 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 第一章緒論 我國是一個能源消耗大國 用于生產(chǎn)和生活的工業(yè)鍋爐在能源消費結(jié)構(gòu)中占 了相當(dāng)大的比例 5 0 左右的工業(yè)鍋爐是用于生活采暖 洗滌 洗澡和工藝生產(chǎn) 的熱水鍋爐 近幾年興起的一種新型的熱水鍋爐 真空鍋爐因其具有良好的節(jié) 能性 安全性受到了廣泛的關(guān)注 本文所研究的真空鍋爐主要是指燃油 燃?xì)?真空熱水鍋爐 1 1 真空鍋爐的由來和工作原理 按加熱方式區(qū)分 熱水鍋爐有直接加熱和間接加熱兩種 由鍋爐受熱面直接 加熱供熱介質(zhì) 熱水 的稱為直接加熱 由鍋爐受熟面加熱中間介質(zhì) 然后通過 中間介質(zhì)加熱供熱介質(zhì) 熱水 的稱為間接加熱 除了個別廠家的少量產(chǎn)品外 我國現(xiàn)有的熱水鍋爐幾乎均為直接加熱的熱水鍋爐 直接加熱熱水鍋爐雖然沒有 蒸汽鍋爐那樣的蒸發(fā)受熱面 但由干熱力不均勻 水動力不均勻等原因 過冷沸 騰仍是不可避免的 因而對于鍋爐給水品質(zhì)必須有嚴(yán)格的要求 世界上技術(shù)先進的國家對鍋爐水質(zhì)十分重視 對鍋爐給水品質(zhì)進行了嚴(yán)格的 控制 但我國熱水鍋爐用戶 特別是較小容量熱水鍋爐 2 8 m w 用戶 到目 前為止對鍋爐給水品質(zhì)的控制不夠嚴(yán)格 更有一些小容量的采暖熱水鍋爐 0 7 m w 用戶 對鍋爐補充水不進行處理 既不除硬度鹽 更不除氧 甚至不 進行簡單的過濾 因此 水受熱后發(fā)生沸騰時 就會在傳熱元件上結(jié)垢 導(dǎo)致過 熱變形或氧化進而發(fā)生管壁減薄 穿孔 開裂等現(xiàn)象 更為嚴(yán)重的是 傳熱元件 上結(jié)水垢影響傳熱性能 降低鍋爐效率 浪費大量的能源 這種情況在今后長時 間內(nèi)難以改變 針對上述情況 研究者一直在尋求一種能夠適應(yīng)鍋爐用戶水質(zhì)不佳 對水質(zhì) 不甚敏感的新型鍋爐 這種爐型可以解決受火元件上結(jié)水垢的問題和浪費能源的 問題 科研工作者在間接式加熱鍋爐的基礎(chǔ)上研發(fā)了一種相變換熱式鍋爐 圖1 1 示出了相交換熱鍋爐的工作原理 相交換熱鍋爐是一種依靠熱媒介質(zhì) 一般為熱媒水 的沸騰與凝結(jié)換熱而傳遞熱量使水加熱的換熱設(shè)備 它由蒸發(fā) 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第 章緒論 換熱器和冷凝換熱器兩部分組成 蒸發(fā)換熱器中設(shè)有鍋爐燃燒室和對流受熱面 燃料燃燒放出熱量使受熱面外熱媒水產(chǎn)生相應(yīng)壓力下的飽和蒸汽 蒸汽上升至冷 凝段在冷凝換熱器內(nèi)凝結(jié)放出汽化潛熱 將熱量傳遞給換熱器內(nèi)的供熱水 將水 加熱到預(yù)定的溫度后送到熱用戶 冷凝后的凝結(jié)水又回到蒸發(fā)換熱器中沸騰汽 化 這樣不斷周而復(fù)始不斷的向外界供給熱量 卜燃燒囂 2 一供熱進水 3 一供熱出水 4 一換熟管組t5 一水位線 6 熱媒水 7 一煙氣出口 圖卜l 相變換熱鍋爐的工作原理圖 相變換熱式鍋爐根據(jù)其中間介質(zhì)的壓力可分為有壓 常壓和負(fù)壓相變換熱式 鍋爐 其中負(fù)壓相變換熱式鍋爐因其中間介質(zhì) 熱媒水 在一定的真空度下工作 就稱作真空鍋爐 這種真空鍋爐主要是供給采暖熱水和生活用熱水 一般也叫真 空熱水鍋爐 真空鍋爐是相變換熱式鍋爐的一種 基本原理同圖1 1 它是利用水在不同 壓力下 沸騰溫度不同這一特性來進行工作的 在一個大氣壓下 水的沸騰溫度 是1 0 0 而在o 8 k p a 的壓力下 水的沸騰溫度則是4 真空鍋爐的工作壓力 范圍大多在2 6 7 k p a 6 6 7 k p a 對應(yīng)的水的飽和溫度是1 5 8 s 在真空鍋爐 工作的壓力下 燃燒使熱媒水的溫度上升到飽和溫度 并在水面上產(chǎn)生相同溫度 的水蒸汽 然后向冷凝換熱器內(nèi)通以冷水 管內(nèi)冷水被管外的水蒸汽加熱成熱水 送給熱用戶 面管外的水蒸汽則被冷卻凝結(jié)成水滴流回水蒸發(fā)段再次被加熱 從 而完成整個循環(huán)過程 真空鍋爐 負(fù)壓相變換熱式熱水鍋爐 最早出現(xiàn)在日本 上世紀(jì)7 0 年代 由于真空技術(shù)的發(fā)展 日本的直燃機市場得到了很大的進步 一些鍋爐廠家受直 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 燃機高發(fā)部分的啟發(fā)開始研制真空鍋爐 并且在8 0 年代初紛紛推出真空鍋爐 目前日本較大的真空鍋爐生產(chǎn)廠家主要有昭和鐵工 塔庫瑪 巴商會及前田鐵工 等企業(yè) 在日本整個真空鍋爐的年市場銷售量在5 0 0 0 6 0 0 0 臺左右 已成為日本 鍋爐市場上的主要產(chǎn)品 其銷售臺數(shù)已大大超過常壓熱水鍋爐 真空鍋爐也因其 中間介質(zhì)溫度低 排煙溫度低 熱效率高而獲得日本節(jié)能大獎 同時因其中間介 質(zhì)溫度低于大氣壓力下的飽和溫度 即使破裂 也不會引起汽水爆炸而獲皇冠大 獎 2 真空鍋爐在我國出現(xiàn)主要在上世紀(jì)9 0 年代后期 大多數(shù)是根據(jù)日本 韓國 的進口鍋爐仿制而成 不過上世紀(jì)8 0 年代中期 西安交通大學(xué)和常州鍋爐廠合 作研發(fā)過一臺水火管鏈條爐排燃煤真空熱水鍋爐 3 目前市場上的真空鍋爐有 較大比例是從日本和韓國進口的產(chǎn)品 也有少數(shù)廠家獨立開發(fā)了該技術(shù) 逐漸占 據(jù)了一定的市場份額 1 2 真空鍋爐的特點和分類 真空鍋爐是應(yīng)節(jié)能和安全而出現(xiàn)的 它最早出現(xiàn)在節(jié)能技術(shù)很發(fā)達的日本 實際上真空鍋爐是利用了單根熱管的工作原理 這種鍋爐由于中間熱媒介質(zhì)是封 閉循環(huán)的 無須補充 因此與火直接接觸的傳熱面既不會結(jié)垢也不會氧化 真空 鍋爐跟常壓熱水鍋爐和有壓鍋爐相比 在結(jié)構(gòu)和原理方面有著獨到的特點 2 1 負(fù)壓運行 安全 鍋爐爆炸的重要原因是鍋爐承壓運行 再加上生產(chǎn)質(zhì)量及安全保護措施不得 當(dāng) 操作運行不規(guī)范 可能導(dǎo)致鍋爐超壓并造成爆炸事故 真空鍋爐因為在負(fù)壓 狀態(tài)下工作 內(nèi)部工作壓力低于外界大氣壓 而且有多道安全保護措施 因此不 會有爆炸的危險 不屬于勞動部鍋爐壓力容器范疇 不需要勞動部門的年審 報 批等程序 所以真空鍋爐很受廣大的中小型 等級低的鍋爐生產(chǎn)廠家的歡迎 2 高效運轉(zhuǎn) 效率可達到9 0 以上 一般對燃油燃?xì)忮仩t來講 影響鍋爐效率的原因主要是排煙熱損失及散熱損 失 而對于真空鍋爐來講 因為一般采用中心回燃式燃燒方式 另外在鍋爐煙管 內(nèi)加設(shè)了擾流子 換熱效果較好 降低了排煙溫度減少了排煙熱損失 保證了鍋 爐的效率 另外 很多真空鍋爐出廠之前都進行保溫處理 使鍋爐的散熱損失大 大降低 通過上述的特殊處理 使對燃油燃?xì)忮仩t效率影響最大的兩項熱損失大 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 大降低 確保了真空鍋爐的高效運轉(zhuǎn) 3 爐內(nèi)不結(jié)垢 真空無氧 壽命更長 對鍋爐壽命影響最大的兩個因素就是結(jié)垢及氧腐蝕 這也被稱為鍋爐的兩大 癌癥 結(jié)垢對鍋爐的影響很大 水垢通常結(jié)在爐膽和煙管的內(nèi)側(cè)或外側(cè) 而水垢 的阻熱能力很強 使燃燒產(chǎn)生的熱量不能很好的傳遞給工作介質(zhì) 一般為水 使 大部分的熱量積聚在鍋爐的鋼板上 導(dǎo)致鍋爐過燒情況的發(fā)生 嚴(yán)重時會導(dǎo)致鍋 爐報廢 氧腐蝕主要是在鍋爐內(nèi)部的氧氣與水及鋼板發(fā)生強烈的腐蝕 使鋼板變 簿最終導(dǎo)致鍋爐報廢 這也是一些熱水鍋爐產(chǎn)生事故的主要原因 同時腐蝕也是 鍋爐出水品質(zhì)比較差的一個原因 真空鍋爐由于鍋爐內(nèi)部是密封的 沒有氧氣的 存在 所用熱媒水又經(jīng)過特殊脫氣處理 所以氧腐蝕基本消除 鍋爐外部進行了 保溫處理 也基本消除了腐蝕 另外鍋爐內(nèi)部的熱媒水是出廠之前灌充好的經(jīng)過 處理的水 在鍋爐內(nèi)部閉式循環(huán) 所以不會產(chǎn)生水垢 這樣就把對鍋爐壽命影響 最大的兩大頑癥消除了 保證了真空鍋爐的長時間安全運轉(zhuǎn) 4 結(jié)構(gòu)緊湊 節(jié)省空間 一般的熱水鍋爐 包括燃煤 燃油 燃?xì)忮仩t都存在著占地面積大這一問題 目前 鍋爐生產(chǎn)廠家都在努力進行技術(shù)革新 減小鍋爐體積和重量 取得了較大 的進展 但仍有一定的差距 真空鍋爐一般采用中心回燃式燃燒并在鍋爐煙管內(nèi) 部設(shè)置擾流子 這樣大大提高了換熱效果 減小了換熱面積 減小了鍋爐體積 重量 另外 部分真空鍋爐本體采用單橢圓形筒體 大大減小了鍋爐的寬度 使 鍋爐的占地面積大為減少 節(jié)省了用戶的鍋爐房面積 5 不銹鋼管換熱 衛(wèi)生熱水更加清潔 以往鍋爐由于內(nèi)部腐蝕生銹等原因 使鍋爐的出水品質(zhì)比較差 不能夠直接 通到用戶處供衛(wèi)生熱水使用 必須在系統(tǒng)上增加一個換熱器 一般材質(zhì)為不銹 鋼 通過換熱來提供衛(wèi)生熱水 而真空鍋爐的換熱器直接安裝在鍋爐內(nèi)部 換 熱器的材質(zhì)為不銹鋼 可以使產(chǎn)生的衛(wèi)生熱水直接被用戶使用 6 多重安全保護措施 鍋爐有很多影響安全的原因 一方面是生產(chǎn)質(zhì)量不過關(guān) 另一方面則是安全 保護措施不得力 使鍋爐在不正常狀態(tài)下不能自動停機 報警 而是繼續(xù)運轉(zhuǎn) 最后導(dǎo)致安全事故的發(fā)生 現(xiàn)在日本和韓國的真空鍋爐安全保護措施非常完善 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 以日本昭和鐵工株式會社生產(chǎn)的鋼板制真空鍋爐為例 就有五重安全保護措施 確保鍋爐的工作壓力永遠(yuǎn)低于一個大氣壓 不超壓 超溫 并且有高低水位控制 電極 確保鍋爐的水位正常 這就是為何在日本有眾多用戶 運行壽命最達近2 0 年 而沒有發(fā)生一例安全事故的主要原因 7 單機多用的理想選擇 目前國內(nèi)大部分鍋爐只有單一用途 比如只能夠采暖或是提供衛(wèi)生熱水 如 果用戶有其他用途需要的話 就要重新購置一臺鍋爐或者在系統(tǒng)上進行改造 這 對用戶來講是一個非常棘手的問題 真空鍋爐可以實現(xiàn)一機多用 一臺鍋爐可以 同時滿足采暖 洗浴 游泳池等多種功能 可以最大程度地滿足用戶的需求 8 較高的環(huán)保性能 一般真空鍋爐采用的是低n o x 燃燒器 排煙完全符合國家一類地區(qū)要求 屬 于真正的環(huán)保產(chǎn)品 而以往的燃煤鍋爐及較差的燃油氣鍋爐燃燒后產(chǎn)生大量的 s o x 和n o x 是造成酸雨的主要原因 而且n 0 x 還會造成肺氣腫等多種疾病 對 環(huán)境的危害極大 9 系統(tǒng)設(shè)計 維護簡單方便 真空鍋爐由于有一機多用的理想功能 使系統(tǒng)設(shè)計變得十分簡單 以往需要 幾臺鍋爐完成的工作 現(xiàn)在由一臺鍋爐即可完成 而且由于真空鍋爐上的換熱器 采用不銹鋼管 可直接通到用戶處使用 這樣就節(jié)省了系統(tǒng)供衛(wèi)生熱水使用的換 熱器 對于維護而言 鍋爐的煙管內(nèi)擾流子抽出來之后就可以直接進行煙垢清掃 另外 由于鍋爐內(nèi)部不結(jié)水垢 就減去了普通鍋爐清除水垢這一復(fù)雜的維護保養(yǎng) 過程 使整個操作維護變得非常簡單 除了上述優(yōu)點外 真空鍋爐也有其缺點和不足 1 運行條件苛刻 真空鍋爐在運行時 要求燃料放出的熱量必須與系統(tǒng)回水及冷水被加熱所帶 走的熱量嚴(yán)格相等 否則中間介質(zhì)的負(fù)壓難以維持 這種苛刻的要求 只有在燃 油燃?xì)夂妥詣涌刂葡到y(tǒng)絕對保證的條件下才能實現(xiàn) 2 制造工藝嚴(yán)格 鍋爐要始終維持真空負(fù)壓狀態(tài) 鍋筒及冷凝換熱器內(nèi)不能有一點泄漏 在制 造時要用氦氣檢漏 普通的閥門容易泄漏也不能使用 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 真空鍋爐根據(jù)其材料的不同可以分為鋼板式真空鍋爐和鑄鐵式真空鍋爐 根 據(jù)其燃料 燃燒室的不同可以分為燃油 燃?xì)庹婵斟仩t和燃煤真空鍋爐 目前大 多數(shù)是鋼板式真空鍋爐 燃煤真空鍋爐因其燃燒的慣性較大 不好控制 所以市 場也不多 1 3 真空鍋爐的生產(chǎn)和研究現(xiàn)狀 雖然真空鍋爐最早出現(xiàn)在日本 并且在上世紀(jì)8 0 年代發(fā)展到頂峰 在日本幾 乎取代了一般的常壓熱水鍋爐 但是在中國這種鍋爐直到上世紀(jì)9 0 年代才開始出 現(xiàn) 而且產(chǎn)品以仿制為主 當(dāng)然我們國家在上世紀(jì)8 0 年代中期由西安交通大學(xué)和 常州鍋爐廠聯(lián)合開發(fā)過一臺0 7 m w 燃煤真空鍋爐 取得了成功 獲得了相關(guān)的技 術(shù)經(jīng)驗 3 真空鍋爐的特點受到了我國廣大的熱水鍋爐用戶和眾多的鍋爐制造廠的青 睞 除了日本和韓國的一些廠家外 目前國內(nèi)也有很多廠家如 大連三洋制冷公 司 引進e t 本昭和鐵工技術(shù) 廣州貝龍環(huán)保熱力設(shè)備股份公司 浙江聯(lián)豐股份 有限公司制冷機廠 廣重空調(diào)設(shè)備公司 寧夏三新技術(shù)股份有限公司和常州鍋爐 廠主要開發(fā)燃煤真空鍋爐 一般廠家大都采用引進技術(shù) 較少進行真空鍋爐的獨 立研究和開發(fā) 后兩個生產(chǎn)商主要進行了把燃油真空鍋爐改進為燃煤鍋爐的改造 工作 3 1 1 4 5 1 1 6 7 寧夏三新技術(shù)股份有限公司吸收了國內(nèi)熱管研究的經(jīng)驗和結(jié) 果將原來的封閉式真空鍋爐改造為開啟式真空鍋爐 同時把燃油真空鍋爐改進為 燃煤 7 3 8 1 上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所研究了一種新型真空鍋爐 該 種鍋爐以濃度適當(dāng)?shù)匿寤嚾芤鹤鳛榧訜峁べ|(zhì) 提高加熱介質(zhì)的飽和溫度從而提 高供熱水的溫度 同時還維持相應(yīng)的真空度 9 啥爾濱工業(yè)大學(xué)對燃油 氣 真空鍋爐的設(shè)計時沸騰冷凝換熱等參數(shù)的選取做了一定的研究 1 0 1 北京之光鍋 爐研究所對真空鍋爐的改進為有壓相交鍋爐以及針對有壓相變鍋爐的換熱特性 做了很多研究工作 1 l 上海工程技術(shù)大學(xué)和上海工業(yè)鍋爐研究所通過試驗和理 論分析對真空鍋爐的傳熱特性做了一些研究 1 2 還有針對真空鍋爐爐膽選取平 直爐膽進行熱應(yīng)力分析研究 1 3 1 及熱媒水中加添加劑強化冷凝換熱的研究 6 上述大多數(shù)研究工作集中在介紹和總體設(shè)計真空鍋爐 或者如何改進其結(jié) 構(gòu) 針對真空鍋爐內(nèi)部的流動和傳熱的研究還很少 尤其對熱媒介質(zhì)的流動特性 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 研究幾乎沒有 1 4 本課題研究內(nèi)容 目前國內(nèi)真空鍋爐技術(shù)大多數(shù)是引進或者是直接仿制進口產(chǎn)品 研究工作也 大都集中在改進結(jié)構(gòu)上 對于真空鍋爐各個環(huán)節(jié)的理論研究很少 根據(jù)熱量的傳 輸過程 真空鍋爐主要有 燃料燃燒沖間介質(zhì)沸騰汽化 中間介質(zhì)冷凝 供暖水加 熱四個環(huán)節(jié) 其中不難看出中間介質(zhì) 一般為熱媒水 扮演了相當(dāng)重要的角色 因此 研究真空鍋爐就要對熱媒水的流動和換熱特性進行仔細(xì)研究 本課題的研究內(nèi)容 1 對真空鍋爐進行文獻收集和市場調(diào)研 了解真空鍋爐目前的生產(chǎn)和使 用情況 分析該產(chǎn)品的特點 了解關(guān)于真空鍋爐的研究現(xiàn)狀 為進一步深入研究 打下了堅實的基礎(chǔ) 2 對真空鍋爐的設(shè)計原理加以研究進行真空鍋爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計 熱力計算 阻力計算等 編制真空鍋爐設(shè)計計算程序 達到界面友好 使用方便的要求 真 空鍋爐圖紙設(shè)計工作 3 對真空鍋爐內(nèi)部的流動和換熱特性進行基礎(chǔ)理論分析 了解其工作原 理和換熱機理 對各部分的流動 換熱特性和強化換熱手段進行研究和探討 4 搭建試驗臺 對真空鍋爐內(nèi)部的流動和換熱特性進行實驗研究 尤其 對熱媒水的沸騰與凝結(jié)換熱進行系統(tǒng)研究 將研究結(jié)果用于真空鍋爐的設(shè)計和改 進 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章真空鍋爐的結(jié)構(gòu) 設(shè)計原理以及設(shè)計程序 第二章真空鍋爐的結(jié)構(gòu) 設(shè)計原理以及設(shè)計程序 2 1 真空鍋爐的結(jié)構(gòu) 真空鍋爐是間接加熱式鍋爐 其結(jié)構(gòu)和常規(guī)熱水鍋爐的結(jié)構(gòu)基本類似 但是 和常規(guī)熱水鍋爐相比 它多了冷凝換熱管組 因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須引起足夠的 重視 真空鍋爐在原有的蒸汽鍋爐的汽包內(nèi)置入了一組或者多組冷凝換熱管組 在 工作過程中燃料在爐內(nèi)燃燒放出熱量經(jīng)受熱面?zhèn)鬟f給熱媒水 被加熱的熱媒水沸 騰汽化 蒸汽與上部換熱器管壁接觸進行冷凝換熱 將其汽化潛熱傳遞給循環(huán)水 送至熱用戶 真空鍋爐分兩部分來設(shè)計 真空鍋爐的蒸發(fā)換熱段是由一套完整的鍋爐系統(tǒng)構(gòu)成的 當(dāng)燃用油 氣燃料 時 一般采用鍋殼結(jié)構(gòu) 因為鍋殼式鍋爐有一個容積較大的鍋筒 適合放置冷凝 換熱管組 其結(jié)構(gòu)簡單 緊湊 目前鍋殼式燃油燃?xì)忮仩t主要采用各種形式的中 心回燃結(jié)構(gòu)和濕背式三回程結(jié)構(gòu) 本文所設(shè)計的真空鍋爐采用臥式中心回燃結(jié) 構(gòu) 如圖2 1 所示 進水 燃燒器 上部換熱器 出水 躁 煙氣 一 夕 心 圖2 1 燃油 氣 真空鍋爐結(jié)構(gòu)圖 真空鍋爐的冷凝換熱管組要占據(jù)一定的空間 采用中心式回燃結(jié)構(gòu)有利于減 小整個系統(tǒng)的體積 特別是真空鍋爐的容量一般較小 中心回燃式結(jié)構(gòu)具有占地 面積小 結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)越性而被廣泛采用 同時為保證鍋爐的熱效率 煙管建議 采用強化傳熱措施 本設(shè)計中煙管內(nèi)加裝擾流子 上部換熱管組用銅管管束 上 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章真空鍋爐的結(jié)構(gòu) 設(shè)計原理以及設(shè)計程序 部換熱管組的選取也很重要 本文的后續(xù)的流動傳熱特性的研究可以為獲得更為 緊湊的鍋爐結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù) 本文所設(shè)計的真空鍋爐采用中心回燃鍋殼式鍋爐 以下的各種計算都基于這 種結(jié)構(gòu)包括設(shè)計計算程序 但是設(shè)計計算和程序也可以使用其他形式 因為所涉 及的計算公式和方法都是普遍適用的 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 2 2 真空鍋爐的設(shè)計原理 一 煙氣量的計算 1 理論干空氣量的計算 v o o 0 8 8 9 c 0 3 7 5 s 1 o 2 6 5 h 一0 0 3 3 3 0 7 理論氮氣量 咣 o 7 9 礦 o 8 篙 s 0 2 和c 0 2 容積 乩s 6 6 警 水蒸汽理論容積 嘴 o o 11i h 0 0 1 2 4 w 7 0 0 1 6 1 v o 水蒸汽實際容積 歸 昭 0 0 1 6 1 a 一1 v 2 煙氣容積 0 2 巧 噶 口一1 v o 3 三原予氣體容積份額 r m q 白 d3 d 巧 4 煙氣重量 g y 1 1 蒜0 3 0 s 口礦 5 煙氣在標(biāo)況下的密度 p q 0 6 每千克燃料消耗的熱媒水量 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章真空鍋爐的結(jié)構(gòu) 設(shè)計原理 上及設(shè)計程序 鯨 叩 r 7 煙氣焓溫表 口 f 名q c 日 0 2 巧0 2 c 日 心 四z o c 口 j v o c 8 j a t i 其中過量空氣系數(shù)取口 1 1 1 3 0 設(shè)計中通常取口 1 1 5 二 煙氣部分換熱計算 1 燃料消耗量 哆 互導(dǎo)i 2 鍋爐的輸入熱量 q r b j q l 3 理論燃燒溫度 查溫焓表眈 疋 眈 2 7 3 4 實際功率下煙氣容積量 x b j 5 實際功率下煙氣質(zhì)量流量 a y s g y x b j 6 排煙損失 q 查溫焓表計算 三 爐膛部分計算 1 爐膛直徑 d 2 7 x b 0 7 5 m 根據(jù)文獻 1 6 擬合 2 爐膽長度 l l 1 8 x b f 1 5 m 3 爐膽總的表面積 丘 面l l r d c d 2 2 4 爐膽內(nèi)輻射換熱系數(shù)c c 11 0 按文獻 1 6 選取 5 爐膽出口溫度 研 8 0 0 假設(shè) 6 爐膽內(nèi)煙氣平均溫度 計算煙氣輻射換熱的平均溫度 碰 去 見一碰 2 7 3 7 爐膽內(nèi)每千克煙氣與爐膽壁的輻射換熱量 j k g 浙江太學(xué)碩士學(xué)位論文第二章真空鍋爐的結(jié)構(gòu) 設(shè)計原理以及設(shè)計程序 麗c f z 堋齋4 一c 甜圳3 瓦 t 9 0 2 7 3 8 爐膽內(nèi)總的輻射換熱量 w q l q l b s 9 爐膽出1 2 1 煙氣熱焓 k j k g j q 幺一qx 1 0 一 b 校驗爐膽出口溫度 根據(jù)煙氣出口焓查焓溫表校驗 四 煙管部分計算 1 煙管出口煙氣溫度 排煙溫度 取口 1 4 0 2 7 3 2 煙管內(nèi)煙氣平均溫度 只 皇 墨 l o v e r 2 7 3 k 3 平均溫度下煙氣的密度 比容 導(dǎo)熱系數(shù) 粘度 普朗特數(shù)的確定 o a 3 5 3 2 5 t k g m 3 乩 嬰1 0 0 生0 0 一晉乎 1 0 6 k 鼉薩 怖 叼 鼉薩劇 y 坐 m 2 s p d w p o 7 2 6 一等 4 煙管內(nèi)平均溫度下的煙氣體積流量 v g v s p 5 煙管規(guī)格的選擇 煙氣流速的選擇 取規(guī)格礦4 5 3 5 r a m 流速 1 2 m s 6 煙管根數(shù) 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章真空鍋爐的結(jié)構(gòu) 設(shè)計原理以及設(shè)計程序 鏟瓦w a v e r 根 7 煙管長度 與爐膽長度相當(dāng) l y t 占 8 煙管內(nèi)壁壁溫 t t 1 5 c l t 2 7 3 k 9 煙管內(nèi)雷獺 警 1 0 煙管內(nèi)努塞爾特數(shù) 1 4 n u 增 0 0 2 1 4 c 0 8 堋呶 c 緲 c 秒5 o 6 p k 1 5 o 5 等 i 5 2 2 0 0 r e 月 v 則方程 3 1 6 變?yōu)?口 f 旦 3 1 7 口 2 l 麗j 瓦 以上分析是蒸汽凝結(jié)機理的分析 通常情況下由于蒸汽在冷凝液膜上的凝結(jié) 產(chǎn)生的傳熱熱阻比較小 也就說由此而產(chǎn)生的溫差在蒸汽側(cè)與換熱管內(nèi)供熱水的 溫差中是比較小的一部分 主要的溫差產(chǎn)生在液膜兩側(cè) 但在真空鍋爐中由于上 部蒸汽壓力較小 蒸汽凝結(jié)率較一般常壓下小 由于蒸汽凝結(jié)而產(chǎn)生的熱阻在總 的熱阻中占了相當(dāng)比例 特別是有不凝性氣體 如空氣 存在時這部分產(chǎn)生的熱 阻就嚴(yán)重影響到了冷凝換熱 這樣就不得不把凝結(jié)熱阻和溫差考慮到整個熱阻和 溫差中來 在n u s s e l t 作出的膜狀凝結(jié)的理論解析中 假定凝結(jié)率很高 由凝結(jié)產(chǎn)生的 溫差很小 事實上當(dāng)蒸汽壓力較低時 由凝結(jié)產(chǎn)生的熱阻必須引起足夠的重視 而且在不凝性氣體存在時 從另一方面說是蒸汽分壓較低時 由蒸汽在液膜上 的凝結(jié)產(chǎn)生的熱阻可以跟液膜產(chǎn)生的熱阻相當(dāng)甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 如果能及時有效的 去除不凝性氣體 就可以得到良好的冷凝換熱效果 如果在換熱器或者真空鍋爐 運行過程中較難除去不凝性氣體 似乎必須減小液膜層的熱阻比如實現(xiàn)珠狀凝 結(jié) 當(dāng)然既能除去不凝性氣體 又使膜狀凝結(jié)變?yōu)橹闋钅Y(jié)是最理想的情況 關(guān)于水平管外蒸汽的膜狀凝結(jié)換熱的模型 文獻 2 3 2 4 有詳細(xì)的描述 這 里不再贅述 3 3 3 凝結(jié)換熱在真空鍋爐設(shè)計中的應(yīng)用探討 通常情況下 真空鍋爐上部換熱器外蒸汽以膜狀在管束外冷凝換熱 通過前 面的模型可以得到比較滿意的結(jié)果 其中的換熱計算也可以參照相關(guān)文獻的計算 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章真空鍋爐內(nèi)部流動和換熱特性的理論分析 關(guān)聯(lián)式 從蒸汽到換熱管內(nèi)供熱水傳熱熱阻包括凝結(jié)換熱熱阻 管壁導(dǎo)熱熱阻 管內(nèi)水的對流換熱熱阻 當(dāng)管內(nèi)流速為2 m s 左右時 真空鍋爐內(nèi)冷凝換熱熱阻 和管內(nèi)對流換熱熱阻數(shù)量級相當(dāng) 而如果采用銅管管壁導(dǎo)熱熱阻較小忽略 那么 要提高換熱系數(shù)就必須增加管內(nèi)對流換熱和管外凝結(jié)換熱 當(dāng)然由于管程較長 阻力增加在流速的平方區(qū) 所以流速的提高是有限的 所以設(shè)計時可以考慮增加 管外凝結(jié)換熱 根據(jù)很多文獻 1 4 3 3 3 4 可知不凝性氣體的存在會嚴(yán)重影響冷凝換熱系數(shù) 必須及時有效的除去 真空鍋爐中應(yīng)采用真空泵或其它除氣裝置 3 4 真空鍋爐內(nèi)部的熱媒水和蒸汽的流動 3 4 1 真空鍋爐內(nèi)部水蒸汽流速的計算 真空鍋爐運行時 熱媒水通過爐膽和煙管吸收燃料燃燒放出的熱量并發(fā)生穩(wěn) 定的核態(tài)沸騰 熱媒水沸騰汽化 在水面上聚集成水蒸汽 隨著汽相壓力的升高 水蒸汽克服重力上升到上部冷凝換熱器管束周圍 由于冷凝管管壁溫度遠(yuǎn)低于水 蒸汽的溫度從而蒸汽凝結(jié) 然后凝結(jié)水下落到水空間 汽化和凝結(jié)過程進行反復(fù) 循環(huán) 因此 在靠近水面的蒸汽壓力必須高于上部換熱管束外的蒸汽壓力 水蒸 汽向上的質(zhì)量流速可以根據(jù)鍋爐容量和相應(yīng)壓力下的水蒸汽的汽化潛熱計算 r 型 3 1 8 r 1 一q 5 其中 為真空鍋爐的容量 功率 k w r 為蒸汽質(zhì)量流速 k e s 1 為蒸汽汽化潛熱 k j k g 吼為真空鍋爐散熱損失 則水蒸汽上升的速度為 k 半 3 1 9 其中 4 為真空鍋爐的水蒸汽流通的面積 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章真空鍋爐內(nèi)部流動和換熱特性的理論分析 結(jié)合方程 3 1 8 和 3 1 9 可得 w 一一2 生 3 2 0 w g2 丙f 如 3 根據(jù)本文所設(shè)計的鍋爐可算得 他 蘭鼉一 0 1 8 4 m 5 3 2 1 k 2 i 贏2 剛5 從上面可以看出蒸汽的流速還是相當(dāng)可觀的 在設(shè)計鍋爐時在保證熱媒水充 分包圍爐膽和煙管的情況下 應(yīng)盡量減小蒸汽流通截面積 以提高蒸汽流速形成 沖刷換熱管束增強換熱 如果蒸汽流速較大時 由上部落下的凝結(jié)液滴可能在下 降過程中被再一次蒸發(fā) 這樣到達上部的蒸汽量相對下降從而影響冷凝換熱 必 須對蒸汽流道進行調(diào)整 同時應(yīng)盡量減小蒸汽上升的距離即從熱媒水自由水面到 上部換熱管束的距離應(yīng)盡量小 3 4 2 真空鍋爐內(nèi)部的熱媒水 蒸汽的流道分析 真空鍋爐在原理上跟單根重力式熱管一樣 但是一般的重力式熱管蒸汽流道 和冷凝液的流道有比較明顯的區(qū)分 如圖3 3 所示 也就是由蒸汽與液體的相互 逆流產(chǎn)生的耗散從而導(dǎo)致的傳熱的下降幾乎可以忽略 遠(yuǎn)低于攜帶極限 一i j 剝 i 8 i f i 壅搴l 劇 圖3 3 重力式熱管內(nèi)部流動特性圖 真空鍋爐內(nèi)部蒸汽和冷凝液的流動相互干擾的情況較熱管要嚴(yán)重得多 所以 在設(shè)計真空時必須對相應(yīng)的流動進行調(diào)整 同時如果設(shè)計不合理 在真空鍋爐運 行時 就會出現(xiàn)不穩(wěn)定工況 蒸發(fā)器即下部爐膽和煙管外的熱液體會周期性的噴 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章真空鍋爐內(nèi)部流動和換熱特性的理論分析 入冷凝段 并維持一段時間才會回到下部 這種現(xiàn)象被稱為 噴振 這種不穩(wěn) 定工況會影響凝結(jié)換熱的效率 并使得換熱系統(tǒng)以一定的頻率強迫振動 這種振 動會造成設(shè)備提前破壞 還會造成角焊縫連接處形成疲勞裂紋 同時由于噴入上 部的熱媒水不能及時下降到水空間 若熱媒水余量不足時可能造成下部煙管外局 部干涸從而導(dǎo)致鍋爐不安全運行 針對上升蒸汽流可能攜帶細(xì)小的凝結(jié)液滴及大熱流下的 噴振 現(xiàn)象 我們 在真空鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用分流道結(jié)構(gòu) 設(shè)計中在水空間上部放置一系列托盤 蒸汽沿托盤四周上升 托盤下部開口連接小管徑管子把從上部冷凝落下的液滴導(dǎo) 流到熱媒水水面如圖3 4 所示 圖3 4 真空鍋爐內(nèi)部托盤示意圖 這樣放置托盤后 既可以減小蒸汽流通的截面積提高流速 又可以收集冷 凝液滴導(dǎo)流到底部水空間減小因蒸汽和液滴相互逆流產(chǎn)生耗散 另外還可以防止 下部熱媒水上噴 從而防止發(fā)生噴振現(xiàn)象 保證冷凝換熱效果以及防止不穩(wěn)定工 況造成鍋爐的損壞 3 4 3 真空鍋爐內(nèi)部的熱媒水容量的分析 真空鍋爐下部熱媒水容量的設(shè)計對鍋爐內(nèi)部蒸汽和冷凝液滴的循環(huán)流動有 很大的影響 如果熱媒水容量偏小那么就會導(dǎo)致部分煙管外沒有熱媒水 導(dǎo)致干 燒 如果熱媒水過多 那么一方面整個鍋爐的體積偏大 增加耗材 另一方面鍋 爐的啟動較慢 減小了小型燃油 氣 鍋爐的機動性 通常情況下按熱媒水循環(huán) 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第蘭章真空鍋爐內(nèi)部流動和換熱特性的理論分析 量與熱媒水容量的比例取一個經(jīng)驗值 熱媒水循環(huán)量取 m 0 3 6 0 0 k g h 3 2 2 1 一q 5 其中 為真空鍋爐的容量 功率 k w m 為熱媒水循環(huán)量質(zhì)量流速 k e h 1 為蒸汽汽化潛熱 l d k g 吼為真空鍋爐散熱損失 熱媒水量一般先根據(jù)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)進行估算 基本要求是除去熱媒水循環(huán)量 外 剩余熱媒水必須包圍煙管和爐膽 同時根據(jù)工程設(shè)計歸納 熱媒水循環(huán)量與 熱媒水總的容量之比 也可以成為循環(huán)比率k 一般取在1 1 1 3 h 1 鍋爐容量 大 蒸汽溫度高 比率可以相應(yīng)的提高一些 對于一般的容量的真空鍋爐可以選 取上述范圍的循環(huán)比率 從而算出熱媒水容量 選取適當(dāng)?shù)臒崦剿臻g 熱媒水 循環(huán)比率關(guān)系如下 k 墮 3 2 3 i 其中 i 為真空鍋爐熱媒水的容量蠔 m 為熱媒水循環(huán)量質(zhì)量流速 k g h 總之在真空鍋爐的設(shè)計中熱媒水循環(huán)比率是一個很重要的參數(shù) 而熱媒水容 量的選取至關(guān)重要 它跟重力式熱管中的充液量的選取一樣重要 如果選取不合 理會造成沸騰和冷凝換熱不穩(wěn)定 導(dǎo)致鍋爐不穩(wěn)定運行 甚至出現(xiàn)局部燒干的現(xiàn) 象或者長時間的過冷沸騰從而鍋爐效率下降 而在真空鍋爐熱媒水循環(huán)比率 真 空鍋爐內(nèi)部流動特性方面 國內(nèi)的研究很少 也沒有作技術(shù)統(tǒng)計 缺少技術(shù)交流 本文是在總結(jié)較多產(chǎn)品的基礎(chǔ)上得出上述范圍 真空鍋爐內(nèi)部的流動要比一般的重力式熱管中的兩相流動復(fù)雜得多 而且真 空鍋爐內(nèi)部是負(fù)壓運行 沸騰和凝結(jié)不如重力式熱管內(nèi)部壓力自行調(diào)節(jié)的范圍大 從而傳熱強度也不如熱管 重力式熱管內(nèi)部的蒸汽和冷凝液的流道分明相互干擾 少 同時一般的重力式熱管蒸汽上升的阻力降較小 所以它內(nèi)部的流動和傳熱效 果很好被稱為熱的超導(dǎo)體 真空鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜沒有一般的重力式熱管那么良 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章真空鍋爐內(nèi)部流動和換熱特性的理論分析 好的流動和傳熱特性 研究真空鍋爐內(nèi)部的流動和傳熱必須跟其結(jié)構(gòu)緊密相關(guān) 對真空鍋爐內(nèi)部的流動和傳熱的研究必須結(jié)合實驗來進行 本文前面只是對 真空鍋爐內(nèi)部熱媒水的流動和換熱做了一些簡單的理論分析 并結(jié)合自己設(shè)計的 樣機對各個部分流動和換熱得出 些粗略的結(jié)論 在用實驗獲取相關(guān)的參數(shù)后可 以數(shù)值模擬真空鍋爐內(nèi)部的流動和換熱特性 進一步認(rèn)識以便更加合理的設(shè)計真 空鍋爐 3 5 強化傳熱技術(shù)在真空鍋爐中的應(yīng)用探討 從前面的真空鍋爐內(nèi)部的傳熱分析可知 真空鍋爐內(nèi)部的傳熱幾乎包括了所 有的傳熱途徑 從燃料燃燒到供熱水的加熱 傳熱途徑包括有輻射 對流 沸騰 凝結(jié) 熱傳導(dǎo)等 目前的強化傳熱手段很多 在文獻 2 8 3 5 1 有詳細(xì)的介紹 總 體來說 強化傳熱可以通過三種途徑來實現(xiàn) 增加平均傳熱溫差 擴大換熱面積 提高換熱系數(shù) 根據(jù)傳熱學(xué)基本原理可知強化傳熱必須在熱阻較大側(cè)進行 通過分析 我們 可知真空鍋爐從燃料燃燒到供熱水吸熱這一串聯(lián)的過程中 煙管內(nèi)的輻射對流換 熱系數(shù)較小應(yīng)是強化傳熱的重點 3 5 1 真空鍋爐煙管內(nèi)的強化傳熱的應(yīng)用探討 真空鍋爐一般采用中心回燃式結(jié)構(gòu) 煙管的長度有限即煙管的傳熱面積較小 所以必須提高傳熱系數(shù) 通常情況采用如下途徑 管子內(nèi)插入紐帶 管子內(nèi)插入 螺旋片 管子內(nèi)插入螺旋絲 采用螺紋槽管 采用螺旋內(nèi)肋或直肋管等 文獻 f 2 8 3 6 3 7 對燃油燃?xì)忮仩t煙管內(nèi)的強化傳熱做了很多分析 并用實驗進行各種 強化途徑的比較 通常情況下加入擾流子后是光管內(nèi)的換熱系數(shù)1 4 1 7 倍 本 文所設(shè)計的鍋爐煙管中加入螺旋絲 3 5 2 真空鍋爐上部冷凝換熱器強化傳熟的應(yīng)用探討 為了鍋爐的緊湊和減小散熱損失 上部空間不能設(shè)計得很大 因此換熱管束 管內(nèi)的流速必須使流動達到紊流 有必要在管內(nèi)外兩側(cè)均采取強化傳熱措施 通 常情況下可以采用內(nèi)外螺紋管 或內(nèi)螺紋管 2 8 3 5 采用螺旋管束增加管子長 度 加添加劑變膜狀凝結(jié)為珠狀凝結(jié) 文獻 3 8 3 9 4 0 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 4 7 中有這方面的研究 對各種變膜狀凝結(jié)為珠狀凝結(jié)的促進劑的研究很多 并在逐 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章真空鍋爐內(nèi)部流動和換熱特性的理論分析 步向工業(yè)應(yīng)用靠攏 理論和實驗研究表明當(dāng)蒸汽中存在不凝性氣體 凝結(jié)換熱系數(shù)將急劇下降 尤其是真空鍋爐中水蒸汽壓力低 熱流密度小 不凝性氣體的存在對凝結(jié)換熱系 數(shù)的作用更大 因此必須要及時有效的去除不凝性氣體 防止傳熱效果下降 所 以及時除去不凝性氣體在真空鍋爐運行中相當(dāng)重要 本文后期的實驗也對不凝性 氣體的對換熱的影響做了相關(guān)的分析 3 6 本章小結(jié) 要較好的設(shè)計真空鍋爐 必須對真空鍋爐內(nèi)部的流動和傳熱特性有一個深入 的了解和認(rèn)識 本章對真空鍋爐熱量傳遞的各個環(huán)節(jié)以及真空鍋爐內(nèi)部熱媒水的 沸騰和冷凝做了詳細(xì)的分析 并在結(jié)構(gòu)設(shè)計中提出了自己的建議 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第四章真空鍋爐內(nèi)部流動和換熱特性的實驗研究 第四章真空鍋爐內(nèi)部流動和換熱特性的試驗研究 真空鍋爐由于其內(nèi)部水循環(huán)處于完全密封狀態(tài) 不易結(jié)垢和腐蝕 再加之熱 媒水在負(fù)壓下運行 安全性能較好 所以真空鍋爐在我國受到了大多數(shù)中小工業(yè) 鍋爐生產(chǎn)商和廣大工業(yè)鍋爐用戶的歡迎 國內(nèi)工業(yè)鍋爐制造廠紛紛仿制從日 韓 進口真空鍋爐 而對于真空鍋爐的研究工作做得不多 真空鍋爐是一個復(fù)雜的系 統(tǒng) 它包括燃料燃燒 熱媒水沸騰 冷凝 供熱水加熱等各部分 本文實驗將對 熱媒水的流動和換熱尤其是對冷凝換熱加以實驗研究 本文的實驗主要針對如下 問題進行 真空鍋爐由于是在負(fù)壓下運行 其內(nèi)部的水蒸汽冷凝跟常壓下的差別 與第三章的分析進行比較 如果真空鍋爐的密封性不好 漏入的空氣對冷凝換熱 的影響情況 以及文獻 4 2 所提出的添加劑對冷凝換熱的影響 4 1 試驗的意義 國內(nèi)大多數(shù)真空鍋爐制造廠在真空鍋爐的設(shè)計中選取的參數(shù)主要來源于一 般的熱水鍋爐 對于在一定負(fù)壓下運行的內(nèi)部熱媒水的沸騰蒸發(fā)和冷凝情況缺乏 相關(guān)試驗研究 上部換熱器的設(shè)計是否合理對整個鍋爐設(shè)計至關(guān)重要 選取合適 的冷凝換熱系數(shù)是上部換熱器設(shè)計的關(guān)鍵 因此 對一定真空度下水蒸汽在管外 冷凝換熱的研究對真空鍋爐的設(shè)計意義重大 本文通過實驗主要針對冷凝換熱進 行研究 另外對添加劑也進行研究 4 2 試驗測試的原理 本文的試驗系統(tǒng)由兩部分組成 分別是下部加熱器 上部冷凝器 主要測量 的參數(shù)是冷卻水流景 進出口溫度 加熱管和冷凝管管外壁溫度以及加熱功率 測試的基本原理是熱平衡原理 根據(jù)通入加熱棒的電流和兩端的電壓算出加 熱功率 也就是沸騰的熱通量 再根據(jù)測出的加熱管外壁溫度與熱媒水溫度以及 加熱管的表面積算出沸騰的熱流密度和沸騰換熱系數(shù) 試驗中采用電加熱 沸騰 換熱跟實際的真空鍋爐內(nèi)的爐膽和煙管外的沸騰相差較大 因此在試驗中這方面 的測試較少 試驗的重點在冷凝換熱 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第四章真空鍋爐內(nèi)部流動和換熱特性的實驗研究 加熱功率 p 明或者p 警 4 1 其中 u 加熱棒兩端的電壓 礦 交流電壓表讀數(shù) 一恿入加熱棒的電流 爿 交流電流表讀數(shù) 凇 六根加熱棒的并聯(lián)電阻 q 鼬 詈 沸騰的平均熱流密度 口 上 4 2 g 瓦 4 2 其中 p 加熱棒功率即熱通量 矽 按式 4 一1 e a 六根加熱棒表面積總和 e a 6 r x d l m 2 沸騰的換熱系數(shù) 口 衛(wèi) 垡 4 3 2 毒 贏 圳 其中 g 熱流密度 熱通量 w m 2 a t 壁面過熱度 加熱管外壁溫度 f 熱媒水飽和溫度 穩(wěn)定狀態(tài)下 加熱功率除了少量散熱 大部分熱量用于加熱冷卻水 實際測 量中 大多是通過測出冷卻水流量和進出口溫差算出冷卻水吸收的熱量 同時也 認(rèn)為蒸汽冷凝放出的熱量等于冷卻水吸收的熱量 根據(jù)熱量平衡以及蒸汽溫度與 換熱管平均管外壁溫得出冷凝換熱系數(shù) 具體見下面的方程 g h q 砧 4 4 其中 q 蒸汽冷凝放熱量 礦 q 冷卻水吸收的熱量 形 q i 口時彳 t f 4 5 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第四章真空鍋爐內(nèi)部流動和換熱特性的實驗研究 其中 口可 冷凝換熱系數(shù) w m 2 c 如 冷凝管管束外表面積 l n 2 a z r x d l z 為管子根數(shù) f 蒸汽溫度 冷凝管外平均壁溫 級 c 廊 f 一f 4 6 其中 巳 冷卻水在測試工況下的平均比熱 j k g c v h 冷卻水質(zhì)量流量 堙 s t 冷卻水進口溫度 冷卻水出口溫度 根據(jù)方程 4 4 4 5 和 4 6 聯(lián)立可得冷凝換熱系數(shù) c p r h t t 型墮塵一 4 7 9 4 w 一 z n x 丸三 一 其中所有的溫度量可以通過試驗中的熱電偶測得 冷卻水的質(zhì)量流量可以根 據(jù)冷卻水的體積流量和密度算出 所有尺寸按設(shè)計圖紙 最后可以根據(jù)冷凝換熱 量和電加熱功率算出系統(tǒng)的散熱損失 4 3 試驗裝置 儀表及測量系統(tǒng) 本文試驗系統(tǒng)由三個部分組成 試驗裝置 水路電路 測試系統(tǒng) 總的試驗 系統(tǒng)圖見圖4 1 試驗裝置如圖4 2 所示 試驗裝置下部采用