高加过热段在两种布管方式下的传热性能比较.pdf

第 1期 2 0 1 4年 1月 锅炉制造 BO I L ER MANUF AC T URI NG NO 1 J a n 2 01 4 文章编号 ： C N 2 31 2 4 9 ( 2 0 1 4 ) 0 1 0 0 5 0 0 4 高加过热段在两种布管方式下的传热性能 比较 王志坚 ， 张明宝 ， 陈建龙 ， 毛恩泽 ( 1 哈 尔滨锅炉厂有限责任公司， 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 046 ； 2 中石油东北炼化吉林机械公司， 吉林 吉林 1 3 2 0 2 1 ) 摘要： 通过合理简化 ， 建立高压给水加热器( 下面均称为高加) 过热段 的实体模型。用大型 C F D( c o mp u t a t i o n a l fl u i d d y n a m i c s ) 软件 F L U E N T对高加过热段进行数值模拟。实验结果表明， 正三角形布管方式的传热性 能优于转角正三角形布管方式的传热性能。 关键词： 高加过热段 ； F L U E N T； 实际运行结果； 布管方式； 传热性能 中图分类号 ： T K 2 文献标识码 ： B Th e He a t Tr a n s f e r Ca p a b i l i t y Co mp a r i s o n f o r De s u p e r h e a t i n g Zo n e o f t h e Hi g h Pr e s s u r e Fe e d wa t e r He a t e r b e t we e n Two Ty p e s o f Pi p e W a n g Z h ij i a n ， Z h a n g Mi n g b a o ， C h e n J i a n l o n g ， Ma o E n z e 。 ( 1 H a r b i n b o i l e r C o ， L t d ， Ha r b i n 1 5 0 0 4 6 C h i n a ： 2 C N P C N o r t h e a s t R e fi n i n g& C h e m i c a l E n g i n e e r i n g C o L t d J i l i n Ma c h i n e r y Ma n u f a c t u ri n g B r a n c h ， J i l i n 1 3 2 0 2 1 C h i n a ) Abs t r ac t ： By s i mp l i fie d， De s i g n e d p h y s i c a l mo de l f o r d e s u p e r h e a t i n g z o n e o f t he Hi g h P r e s s u r e Fe e d wa t e r He a t e r N u me r i c a l s i mu l a t i o n s for t h e d e s u p e r h e a t i n g z o n e o f t h e Hi g h P r e s s u r e F e e d wa t e r H e a t e r a r e c a r r i e d o u t u s i n g t h e p h y s i c a l mo d e l w i t h t h e C F D( c o m p u t a t i o n a l fl u i d d y n a m i c s ) s o ft wa r e F L UE NTT h e r e s u l t i n d i c a t e s t h a t t h e p o s i t i v e t ri a n g l e t y p e o f p i p e s i s b e t t e r t h a n t h e r e v e r s e t y p e o f p i p e s o n h e a t t r a n s f e r c a p a b i l i t y Ke y wo r d s ： d e s u p e r h e a t i n g z o n e o f t h e Hi g h P r e s s u r e F e e d w a t e r He a t e r ； F L UE NT； t r u e r e s u l t ； t y p e s o f p i p e ，h e a t t r a n s f e r c a p a b i l i t y 0 引 言 对于发电企业来说， 节能减排、 降低能源成本 是企业生存的关键。而高压给水加热器 ( 简称高 加) 可以提高发电锅炉热效率约 3 6 ， 因此 发电企业对高加的投运情况相当重视。 目 前 ， 发电企业为提高回热系统的热效率， 往 往提高汽轮机的抽汽温度， 这样可以使其过热度 不断增加 ， 利用这个过热度加热高加凝结段 出口 的给水 可 以进 一步提 高给水 的温 度 ， 降低端 差 。由于高加水侧换 热管 的传 热效果对其性 能 有着极大的影响， 因此， 研究高加过热段换热管的 排布方式有着极其重要的意义。 目前 ， 我 国的高 温给水加热器大多数为正三角形排布和转角正三 角形排布( 以流体流动的方向与三角形排列方式 来分类 ) 。但是对于哪一种布管方式 的换热性能 更好 ， 还没有特别准确 的结论。本文通过对采用 两种不 同布管形式的高加过热段模型进行数值模 收稿 日期 ： 2 0 1 31 02 5 作者简介 ： 王志坚( 1 9 8 0一) ， 男 ， 黑龙江齐齐哈尔人， 硕士研 究生， 工程 师， 2 0 0 7年毕业于西安建 筑科技 大学， 现在 哈尔滨锅炉 厂有限责 任公 司辅机容器设计开发处工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 王志坚， 等： 高加过热段在两种布管方式下的传热性能比较 5 1 拟来分析 比较二者的传热性能。 1 思 路 高加属于管壳式换热器的范畴， 在管壳式换 热器数值模拟研究方面， 国内外学者对于其壳程 的研究所采用 的数值模拟大多依然采用英 国学者 P a t a n k a r 和 S p a l d i n g 在上世纪 7 0年代提出的多孔 介质模型 _ 2 ， 和随后 出现 的周期性模 型 J 、 实体 模型 | 4 等模拟方法。由于该工程 已经投入运行 ， 可以得到该台设备 的运行参数 ， 所 以本文采用实 体建模方法， 把模拟的结果与实际运行结果进行 对比分析 ， 来验证此种模拟方法的正确性 ； 然后建 立转角模型， 分析比较两种布管方式的传热性能 X方向 的效果。 2 高加过热段在两种布管方式下传 热性能的数值模拟对比分析 2 1 数学模型 由于本文主要研究高加过热段的传热过程， 计算区域 内流动 和传热过程采用 文献 中的连 续性方程 、 动量方程 、 能量方程来描述 。 ( 1 ) 连续性方程 ( 质量守恒方程) + + O u ：0 d x a y d z ( 2 ) 动量守恒方程 + + + = 一 塞 + 去 ( + A d i + ( + ) + 去 ( O w + ) Y方向 警 + + + = 一 考 + 茜 ( + A d i ) + 鲁 ( 砉 + ) 】 + 丢 ( + 老 ) 】 Z方向 + + + = 一 老 + 0 I Ow + A d i + 去 ( 老 + ) + 茜 ( + 老 ) ( 3 ) 能量守恒方程 + + + = 旦 ( ) + 一0 I A O TO t Ox Oy Oz O x C O x Oy C) + O z ( 寄C O z ) + Ls ， ， ， 表 1 上式中各字母含义 2 2 物理模型 2 2 1 高加过热段的几何结构参数 高加过热段的几何结构参数见表 2 。 表 2 高加过热段的几何结构参数( 壳程) 高加过热段 的几何结 构参数 ( 管程 ) 注： 转角正三角形模型是在正三角形模型的基础上对换热管 进行转角6 O 。 ， 其它结构参数不变。 2 2 2物理 模 型 的 简化 模型的简化与假设 ： 由于高加过热段 的物理 模型中的一些零件 ( 例如 ： 拉杆 、 定距 管、 防冲板 等) 及流体的某些属性对于计算影响不大， 因此， 对该物理模 型做 如下假设 ： ( 1 ) 拉 杆、 定距管 、 防 冲板等结构对壳程 的流场的影响忽略不计 ； ( 2) 折流板与包壳 的间隙不考虑 ； ( 3 ) 流体 的流动与 传热过程稳定 ； ( 4 ) 不考虑包壳与折流板及外部 的对流换热 。根据假设 条件 ， 建立 的模型和 网格 划分如 图 1所示 。图中黑色箭头表示的是壳程高 温水蒸气的人 口与出 口方 向， 红色箭头表示 的是