直接蒸发冷却技术在燃煤电厂锅炉系统节能中的应用

【摘要】： 本课题主要针对燃煤电厂锅炉夏季燃烧缺风影响负荷问题的工程案例进行有关应用技术研究，采用对锅炉送风进行直接蒸发冷却达到增大送风密度和提高送风含氧量的目的来解决这一问题。 本文简要综述锅炉及锅炉风机节能技术的发展现状以及蒸发冷却技术的原理、应用领域、设备开发与研究现状；利用FLUENT计算流体软件对锅炉房内部的流场和温度分布进行模拟，了解了锅炉房内流体的速度场、压力场及温度场的分布情况；通过分析全年气象参数及送风状态参数的变化，得到采用蒸发冷却后，送风空气密度和含氧量(氧气浓度)的变化程度；从理论上对湿膜直接蒸发冷却的热湿交换过程进行热力学分析，建立了交叉流直接蒸发冷却器的数学模型；根据实验室现有设备条件，搭建了淋水填料式直接蒸发冷却试验台，并介绍了相关试验装置以及测量仪器，拟定了正交试验方案；通过实际测量得到了不同工况条件下，直接蒸发冷却器的性能参数，运用专业软件对实测的原始数据进行分析、绘图，归纳出各因素对其性能的影响。 最后，本文结合实际工程案例，系统地分析了采用直接蒸发冷却装置对燃煤电厂锅炉送风系统进行改造后的应用效果，对改造后的锅炉热力性能以及送风系统分别进行节能分析和经济性分析。经过理论计算分析表明，采用降低送风温度的技术措施，增大空气密度，提高送风含氧量(氧气浓度)，可以解决锅炉夏季燃烧“缺风”问题，通过吸收炉体表面的散热量进行能量回收，同时改善锅炉房空气卫生条件。 【关键词】：直接蒸发冷却 燃煤电厂锅炉系统 节能技术 热湿交换 送风含氧量
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM621.2
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-13
• 主要图表13-17
• 主要符号表17-20
• 第一章 绪论20-22
• 1.1 研究背景20
• 1.2 可能性简要分析20-21
• 1.3 课题研究的主要内容21-22
• 第二章 相关研究技术发展现状22-32
• 2.1 锅炉节能技术22-23
• 2.1.1 锅炉燃烧系统改造22
• 2.1.2 锅炉烟气余热回收技术22-23
• 2.2 锅炉风机节能技术23-25
• 2.2.1 风机节能调节方式概况23-24
• 2.2.2 变频调速技术24
• 2.2.3 液力耦合器调速技术24-25
• 2.3 蒸发冷却的定义与分类25-27
• 2.3.1 直接蒸发冷却(DEC)25
• 2.3.2 间接蒸发冷却(IEC)25-26
• 2.3.3 复合蒸发冷却(IEC+DEC)26-27
• 2.4 蒸发冷却技术的应用27-30
• 2.4.1 直接蒸发冷却(DEC)技术的应用27
• 2.4.2 间接蒸发冷却(IEC)技术的应用及设备27-28
• 2.4.3 复合蒸发冷却系统的应用28-29
• 2.4.4 蒸发冷却技术在纺织厂中的应用29
• 2.4.5 蒸发冷却技术在农业上的应用29
• 2.4.6 蒸发冷却技术在提高燃气轮机发电量中的应用29-30
• 2.5 国外学者对蒸发冷却技术的研究30
• 2.6 蒸发冷却技术的优势及缺陷30-32
• 第三章 锅炉房内流场温度的数值模拟32-46
• 3.1 CFD及 FLUENT简介32-33
• 3.2 数学物理模型的描述33-35
• 3.3 锅炉房内流场温度的数值模拟35-45
• 3.3.1 数值模拟的步骤及模拟假设35
• 3.3.2 模拟对象工况简介35-36
• 3.3.3 网格的生成36-37
• 3.3.4 边界条件的设定37-38
• 3.3.4.1 湍流参数计算公式37
• 3.3.4.2 入口边界设定37
• 3.3.4.3 出口边界设定37-38
• 3.3.4.4 壁面边界设定38
• 3.3.5 数值模拟结果与分析38-45
• 3.4 小结45-46
• 第四章 全年送风状态参数分析46-52
• 4.1 当前问题与解决方案46-47
• 4.1.1 当前存在的问题46
• 4.1.2 解决方案分析46-47
• 4.2 空气密度计算方法47
• 4.3 全年气象参数变化情况47-48
• 4.4 全年送风状态参数的变化情况48-49
• 4.5 经蒸发冷却后送风状态参数的变化情况49-51
• 4.6 小结51-52
• 第五章 直接蒸发冷却热力过程分析52-64
• 5.1 湿膜直接蒸发冷却热力过程的特征52-53
• 5.2 填料式直接蒸发冷却器的设计计算53-56
• 5.3 直接蒸发冷却的效率公式56
• 5.4 交叉流直接蒸发冷却器的数学模型建立及求解结果56-63
• 5.4.1 建立数学模型求解的目的56-57
• 5.4.2 数学模型的建立57-60
• 5.4.3 模型的求解和有效性60-61
• 5.4.4 数值计算结果分析和讨论61-63
• 5.5 小结63-64
• 第六章 直接蒸发冷却试验64-74
• 6.1 直接蒸发冷却试验装置64-67
• 6.1.1 试验用直接蒸发冷却器64-66
• 6.1.2 直接蒸发冷却试验台66-67
• 6.2 试验测试仪器与设备67-70
• 6.3 测点布置70
• 6.4 试验数据的测量及记录方法70-71
• 6.5 试验步骤71-72
• 6.6 试验方案设计72-74
• 6.6.1 正交试验设计规划72
• 6.6.2 正交试验数据表设计72-74
• 第七章 试验结果分析74-91
• 7.1 直接蒸发冷却器性能测试正交试验结果与分析74-76
• 7.2 试验数据的可靠性分析76-77
• 7.3 试验数据与理论模型计算结果的比较77-78
• 7.4 直接蒸发冷却器性能试验测试结果及分析78-88
• 7.4.1 进口空气干球温度(t_1)对DEC性能的影响78-79
• 7.4.2 进口空气相对湿度(φ_1)对DEC性能的影响79-80
• 7.4.3 进口空气湿球温度(t_s)对DEC性能的影响80-81
• 7.4.4 进口迎面风速(u)对DEC性能的影响81-82
• 7.4.5 水气比(σ)对DEC性能的影响82-83
• 7.4.6 填料厚度(δ)对DEC性能的影响83-85
• 7.4.7 填料阻力(△P)特性85-86
• 7.4.8 填料淋水系数(γ)和淋水量(G_w)对DEC性能的影响86-88
• 7.4.9 入口空气参数对 DEC出口温度的影响88
• 7.5 直接蒸发冷却器装置存在的问题及改进措施88-89
• 7.6 小结89-91
• 第八章 工程应用分析91-106
• 8.1 工程背景91-93
• 8.1.1 燃煤电厂锅炉及送风机运行参数91-92
• 8.1.2 燃煤电厂工艺流程简介92-93
• 8.2 送风系统改造后对锅炉热力性能的影响93-97
• 8.2.1 锅炉燃料分析及燃烧产物计算93
• 8.2.2 锅炉热平衡及燃料消耗量计算93-95
• 8.2.3 锅炉单耗及工况风量计算95
• 8.2.4 锅炉不完全燃烧计算95-96
• 8.2.5 改造前后锅炉热力性能比较96-97
• 8.2.6 改造后发电能力提高所带来的收益97
• 8.3 锅炉散热的回收97-98
• 8.4 改造后对锅炉送风机的影响98-101
• 8.4.1 对当前送风机性能的影响98-99
• 8.4.2 对风机设计参数的影响99-101
• 8.4.3 风机设计风量的减小对锅炉设备的影响101
• 8.5 送风含湿量的增大对燃烧及锅炉除尘设备的影响101-102
• 8.5.1 送风含湿量的增大对燃烧的影响101
• 8.5.2 烟气含湿量的增大对除尘设备的影响101-102
• 8.6 改造后对锅炉尾部受热面的影响102
• 8.7 改造后对锅炉房内环境空气质量的影响102
• 8.8 锅炉送风系统改造设计与经济性分析102-104
• 8.8.1 直接蒸发冷却装置设计102-104
• 8.8.2 送风系统改造的经济性分析104
• 8.9 小结104-106
• 第九章 结论106-109
• 参考文献109-113
• 攻读硕士学位期间发表的论文及获得的荣誉113-114
• 致谢114

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