水泥厂低温废气余热回收方案及新型换热器的研究

摘要

本课题以国内某水泥厂新型干法水泥生产线余热锅炉进出口处低温废气的实测数据为依据，对水泥厂低温废气的特点及其余热回收潜力进行了研究。研究结果表明，水泥厂低温废气具有温度水平低、含尘浓度大、腐蚀性强、总流量大等特点。在对低温废气进行余热回收潜力估算时，假设经过余热回收换热设备前后窑头低温废气温度从110℃降至60℃，窑尾低温废气温度从160℃降至80℃，而该水泥厂2×2500t/d水泥生产线可提供的低温废气总流量为632188Nm3/h，则该水泥厂低温废气可回收的总余热量为15.8MW。取标煤的燃烧热值为29306kJ/kg，则所回收余热量相当于年节约标煤1.7万吨。可见，针对水泥厂低温废气余热回收的研究对于水泥行业开展节能减排，提高水泥企业经济效益具有重要意义。
　　针对水泥厂低温废气的特点，本课题制定了在余热发电汽轮发电机组不同运行工况下的余热回收方案，并对当前适用于低温废气余热回收的换热设备进行了调研。调研结果表明现在的换热与除尘一般为两套独立的设备，两套设备具有运行环节多、占地多、管理繁琐等问题。
　　结合现有换热设备只具有换热功能而不考虑除尘功能的现状，本课题研究了一种新型热管换热器，并运用 FLUENT软件对其进行了数值模拟。该新型换热器不仅具有较高的换热效率，而且具有一定的除尘能力，其内部热管采用螺旋翅片管形式，烟气侧及水侧均为环形流道，这种独特的内部结构使得烟气中灰尘颗粒易于在螺旋翅片管表面及换热器内壁表面沉积，并在重力的作用下下落到排灰斗中除去。
　　本研究成果为进一步挖掘水泥厂余热资源和改进余热回收换热设备的功能，提高水泥行业低温废气余热回收的效率提供了思路。

目录

水泥厂低温废气余热回收方案及新型换热器

RESEARCH ON THE CEMENT PLANT

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外低温废气余热回收现状

1.2.1 国外的发展及研究现状

1.2.2 国内的发展及研究现状

1.2.3 国内外研究现状总结

1.3 本课题的主要研究内容

第2章 低温废气余热回收潜力及回收方案研究

2.1 某水泥厂废气余热回收现状调研

2.2 低温废气余热回收潜力分析

2.2.1 窑头低温废气节能潜力

2.2.2 窑尾低温废气节能潜力

2.2.3 经济及环境效益估算

2.3 低温废气余热回收方案研究

2.3.1 采暖季余热回收供暖方案

2.3.2 夏季余热回收供冷方案

2.4 本章小结

第3章 低温废气换热设备的性能分析

3.1 换热设备的性能要求

3.2 常见换热设备的性能分析

3.2.1 热管换热器的性能分析

3.2.2 玻璃管低温换热器的性能分析

3.2.3 流化床换热器的性能分析

3.3 换热设备间的性能比较与分析

3.4 换热设备的共性问题分析

3.5 本章小结

第4章 新型低温废气换热器的设计及分析

4.1 新型热管换热器的特点及结构分析

4.1.1 新型热管换热器的特点

4.1.2 新型热管换热器的结构初设

4.2 新型热管换热器的设计计算

4.2.1 设计参数

4.2.2 热管换热器的基本选择

4.2.3 热管换热器的估算和结构设计

4.2.4 热管换热器的校核计算

4.2.5 热管换热器的阻力计算

4.2.6 热管管壁温度的计算

4.2.7 热管换热器保温结构的计算

4.3 新型热管换热器的特性分析

4.4 本章小结

第5章 新型热管换热器的FLUENT数值模拟

5.1 数值模拟的主要意图

5.1.1 数值模拟的必要性

5.1.2 数值模拟的目的

5.2 模型的建立及结果分析

5.2.1 欧拉模型简介

5.2.2 模型的建立及网格划分

5.2.3 欧拉模型边界条件的设定

5.2.4 结果及分析

5.3 本章小结

5.4 展望

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

《学位论文出版授权书》

致谢

Dissertation for the Master Degree in Engineering