低温湿烟气冷凝换热的研究与应用

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我国是世界上能源消耗最大的国家之一,但是能源增长缓慢,常规能源日益减少,能源供应将日益紧张。由于煤的大量使用,产生了大量的SO2、NOx,炭黑和粉尘污染,使环境问题日益突出。因此,能源结构的改变已成必然。而天然气是一种优质、高效、清洁的化石能源,其使用也越来越广泛,天然气正在慢慢代替煤炭成为的锅炉主要燃料广泛应用于城市生活、生产供热之中。天然气燃烧后产生的烟气中所含的水蒸气份额高达15~20%,排烟温度将会达到200℃左右。这部分烟气未经处理排出,其潜热未得到利用,会造成很大的热损失。本文针对燃烧天然气后产生的湿烟气的余热回收问题,通过理论分析和计算,说明了其潜在的利用价值。  首先,借鉴努赛尔的纯蒸汽层流凝结传热系数的方法,利用Colburn-Hougen模型分析推导出管内凝结以及管外凝结的传热系数的表达式。考虑到烟气中的不凝性气体占绝大多数份额,从而阻碍了传热过程的进行,因此通过分析可知烟气冷凝的换热系数不同于纯蒸汽冷凝的换热系数。  其次,通过对常用的天然气燃烧后烟气中各组分进行了计算,并对烟气显热和潜热进行了具体推导与计算。对比仅回收显热以及排烟温度降低到冷凝温度以下同时回收显热与潜热对锅炉效率的影响,通过计算分析可以看出,同时回收显热与潜热能明显使锅炉效率得到提高。以燃料的低位发热量计,锅炉效率最大可以超过100%。  第三,针对翅片管式换热器的换热系数、翅片效率、翅化比及烟气阻力等参数作出了分析,并应用Excel对翅片管气-液换热器进行热力计算。确定了4t/h燃气锅炉翅片管式换热器的管子排布,管子选型以及相关物理参数,并通过迭代计算对每排管束进行了分析验证,绘制了每排管束的温度变化曲线以及换热系数变化曲线。利用VB编制了单排管束热力计算程序,并分析了其中相关误差产生的原因。  最后,以4t/h燃气锅炉翅片管式换热器为例,对其换热效率,余热回收情况,经济效益进行对比分析,并对其中的烟气质量流速、翅片高与管径比、翅片管选型以及管间距等参数进行了优化,确定其最佳参数,使其具有更好的效果。
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