立式燃气锅炉强化传热技术进展及趋势

研究与开发 立式燃气锅炉强化传热技术进展及趋势 9 文章编 号 ： 1 0 0 4 8 7 7 4 ( 2 0 1 4 ) 0 3 - 0 0 0 9 - 0 4 立式燃气锅炉强化传热技术进展及趋势 吴金星， 王力， 张灿灿 ， 李亚飞， 许克 ( 郑州大学化工与能源学院节能技术研究 中心 ， 河南 郑州 4 5 0 0 0 1 ) 摘要： 概要介绍了立式燃气锅炉的结构型式与特点， 综述了现有燃气锅炉烟管强化传热 技术 ， 展示了几种锅炉烟管的新型强化结构， 预测了立式燃气锅炉烟管强化传热技术的发展方 向， 为立式燃气锅炉的高效设计及提高其热效率奠定了基础。 关键词： 燃气锅炉； 烟管 ； 强化传热； 管内插入物； 翅片管 中图分类号 ： T K 2 2 9 8 文献标识码 ： A Tr e n d s o f En ha n c e d He a t Tr a n s f e r Te c h n o l o g i e s o f t he Ve r t i c a l Ga s fir e d Bo i l e r 第一 作 者 ： 吴 金 星 ( 1 9 6 8一) ， 博士， 教 授， 从事换热器强化 传热和节能技术研 究。 WU J i n x i n g ，WANG L i ，Z HANG C a n - c a n，L I Ya f e i ，XU Ke ( R e s e a r c h C e n t e r o f E n e r g y s a v i n g T e c h n o l o gy o f t h e C h e mi c a l a n d E n e r gy E n g i n e e r i n g ，Z h e n g z h o u U n i v e r s i t y ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 ， H e n a n ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e s t r u c t u r e t y p e s a n d c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e v e r t i c a l g a s fi r e d b o i l e r a r e i n t r o d u c e d，a n d t h e e x i s t i n g h e a t t r a n s f e r e n h a n c e me n t t e c h n o l o g i e s o f t h e g as fi r e d b o i l e r s mo k e t u b e s a r c s u mma r i z e d Me a n wh i l e t h e n e w e n h a n c e d s t ruc t u r e s o f b o i l e r s mo k e t u b e s a r e s h o w e d T h e d e v e l o p me n t d i r e c t i o n s o f e n h a n c e d h e a t t r an s f e r t e c h n o l o g i e s o f t h e v e rti e a l g as fir e d b o i l e r s mo k e t ub e s a r e p r o p o s ed，wh i c h l a y t h e fou nd a t i o n f o r e f f e c t i v e d e s i g ni ng a nd i mp rov i n g t h e t he r ma l e f fi c i e n c y o f t h e v e r t i c al g a s - fi r e d b o i l e r Ke y wo r ds：g as - fir e d bo ile r；s mo ke t ube；e nh anc e d h e a t t r an s f e r；t ube i ns e r t ；finne d t ub e 0 前 言 随着我 国“ 西气东输 ” 三线工 程的建设和逐步 完善 ， 将为沿线的城市居 民及工业企业用气提供 了 良好的条件 。为减轻雾霾天气 、 保护环境 ， 目前一些 大 中型城市普遍 限制燃煤锅炉的使用 ， 要求改为燃 气锅炉。天然气优质、 高效、 清洁， 采用天然气作为 锅炉的燃料不仅可减轻环境污染 ， 还可提高锅 炉的 热效率 。因此 ， 燃气锅炉以其高效、 环保等特点突出 在全国各地应用越来越广泛 。 1 燃气锅炉的结构及特点 燃气锅炉是以天然气 、 液化气 、 城市煤气等气体 为燃料的热能转换设 备 ， 其结 构紧凑 ， 体积一般较 小 。燃气锅炉按照放置方式 ， 可以分为立式和卧式 ； 按照烟气 的流程 ， 可 以分 为单 回程 、 双 回程 和三 回 程 ， 超过三回程的燃气锅炉较少。燃气燃烧后不产 生灰渣 ， 锅炉无需排渣设施 ， 多数不需要引风机 、 除 基金项目： 河南省重点科技攻关计划项 目( 1 3 2 1 0 2 2 1 0 4 0 6 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 4 - 0 1 1 5 尘器等辅机设备 ， 但燃气时易发生爆炸危险 ， 故必需 安装防爆装置并执行锅炉启停前后 自动程序。 对于立式燃气锅炉 ， 容量一般较小 ， 其常见型式 有立式水管型 、 立式火管型和立式无管型。立式水 管型锅炉 ( 如图 1 ) 是将所有受热面 ( 以水管作 为受 热面 )置 于 炉 膛 及 烟 道 内， 锅 炉 容 量 在 4 t h ( 2 8 MW) 以下 ， 结构紧凑 、 产汽快 ， 但水质要求高 ， 且检修困难 J 。立式火管型锅炉 ( 如图 2 ) 也称锅壳 式锅炉 ， 其主要受热面( 以炉胆和烟管作为受热面 ) 置于锅壳内， 结构简单、 占地面积小， 锅炉参数也较 低 ， 主要用于 0 5 t h ( 0 3 5 MW) 以下小容量锅炉 。 立式无管型锅炉 ( 如图 3 ) 也是火管锅炉 的一种 ， 燃 烧器为顶置式 ， 这种结构多为热水炉，如是蒸汽炉 ， 本体外设 汽水分离器 ，本 体 内上部 应为汽水混合 物。 苏俊林等利用热管原理 ， 研制出热管式高效强 化传热燃气锅炉( 如图4 ) J 。在该燃气锅炉下部水 套 中设置烟管， 烟管 中又设置带有间断错置纵 向肋 片的真空相变传热元件热管 ， 采用 了复合 的对流受 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 研究与开发 2 6 MP a 超临界油田注汽锅炉的开发与应用 目前 ， 首 台超 临界注汽锅炉注汽 9 2井次 ， 累计 运行 2 6 7 0 0 h ， 累计注汽 1 0 7 7万 t ， 阶段累计产油 4 3 万 t 。该锅炉已在胜利油田推广应用 5台套。 6 结语 ( 1 )超临界注汽锅炉本体 由辐射段 、 对流段 、 给 水系统和燃烧 系统组成 ， 全 自动控 制 ， 整体结 构紧 凑 ， 安装在拖车上 ， 适应野外流动作业。该产 品顺应 油田开发要求， 将会成为深层、 低渗、 特超稠油开发 的重要设备。 ( 2 ) 现场应用情况表 明， 超 临界 注汽锅炉设计 计算合理 ， 材质选择得 当， 运行安全可靠 ， 极大地增 强了稠油开采 能力， 达 到了预期效果 ， 应用前 景广 阔。盈 参考文献 1 林 日亿 ， 王弥康， 张建超临界压力注汽锅炉注汽方案的 研究及应用 J 石油大学学报(自然科学版) ， 2 0 0 3 ， 2 7 ( 3 ) ： 7 3 7 5 ， 8 5 2 张紫军， 姜泽菊， 陈玉丽， 等深层稠油油藏超临界压力 注汽开发技术研究 J 石油钻采技术 ， 2 0 0 4， 3 2 ( 6 ) ： 5 8 6 O 3 林 日亿 ， 王弥康， 苗春华， 等开采超深稠油注超临界压 力水方案与管线设计 J 石油机械 ， 2 0 0 3 ， 3 1 ( 1 1 ) ： 2 4 2 6， 2 9， 7 67 7 4 翟勇， 张紫军， 栾志勇， 等 胜利油 田超临界注汽配套工 艺研究与应用 J 石油地质与工程， 2 0 0 8 ， 2 2 ( 6 ) ： 7 8 83 ， - ， l l ， ， l l ， ， l ， l l， ， ， ， ， l l l l ， l l ， ， ， l l l， ， l ( 上接第 1 2页) 4 结论 ( 1 ) 立式燃 气锅炉体积小 、 启动快 、 清洁环保 ， 有着广阔的应用前景 。 ( 2 ) 螺旋槽管、 横纹管、 螺纹管等异型管及扭 带、 螺旋线、 大空隙率绕花丝等管内插入物强化传热 技术在燃气锅炉 中已有使用 ， 实践证明其效果 良好。 ( 3 ) 鉴于立式燃气锅炉整体效率偏低， 可将锅 炉烟管做成波纹管形式或内外翅片管形式 ， 以提 高 烟管传热系数 、 降低排烟温度 、 提高锅炉效率 。 ( 4 ) 热管作为锅炉烟管， 可作为今后立式新型 燃气锅炉发展的一个思路。盟 参考文献 1 雷钦祥 ， 汪新球， 高新红 我国燃油燃气锅炉节能技术研 发及市场发展前景 J 工业锅炉， 2 0 1 2 ( 1 ) ： 1 9 2 苏俊林 ， 王震坤 ， 矫振伟 热管式强化传热燃气锅炉研制 J 工业锅炉 ， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 2 1 2 3 3 唐玉峰， 田茂诚 ， 冷学礼 螺旋槽管内流动换热场协同分 析 J 山东大学学报( 工学版) ， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 1 5 8 1 6 2 4 赵玺灵， 张兴梅 ， 段常贵， 等 锅壳式燃油( 气) 锅炉的强 化传热技术 J 煤气与热力， 2 0 0 5 ( 3 ) ： 6 8 7 2 5 程俊国， 冯骏 ， 靳明聪， 等 螺纹管 的传热和流 阻性能 J 重庆大学学报( 自然科学版) ， 1 9 8 0 ( 3 ) ： 8 1 9 4 6 孔建 强化传热技术在小型烟火管锅炉中的应用 J 工 、 I 锅 炉 ， 1 9 9 1 ( 2 ) ： 2 32 6 ， 1 8 7 夏德宏 ， 尚迎春， 王建国 锅炉烟气侧传热强化器的开发 及应用 J 工业炉 ， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 3 ) 1 3 8 陈听宽 对流受热面传热强化研究进展 J 工业锅炉， 2 0 0 4( 2)：56 9 宇波， 王秋旺， 陶文铨 波纹内翅片管换热与阻力特性的 实验研究 J 工程热物理学报 ， 2 0 0 0 ( 3 ) ： 3 3 4 3 3 7 1 0 B Y u ， J HN i e ， Q WWa n g ， WQ T a o E x p e fi m e n t a l s t u d y o n t h e p r e s s u r e d r o p a n d h e a t t r a n s f e r c h a r a c t e r i s t i c s o f t u b e s w i t h i n t e r n a l w a v e l i k e l o n g i t u d i n a l fi n s J He a t a n d Ma s s Tr an s f e r ， 1 99 9， 3 5： 6 5 7 3 1 1 L i n L i u ， Y u e z h o n g F a n ， X i a n g L i n g ， H a o P e n g F l o w a n d h e a t t r a n s f e r c h a r a c t e ri s t i c s o f fi n n e d t u b e w i t h i n t e r n a l a n d e x t e r n a l fi n s i n a i r c o o l e r f o r wa s t e h e a t r e c o v e r y o f g a s fi r e d b o i l e r s y s t e m J C h e m i c a l E n g i n e e ri n g a n d P r o c e s s - i n g。 2 01 3： 6 33 463 4 4 1 2 G i a m p i e t r o F a b b r i H e a t t r a n s f e r o p t i mi z a t i o n i n i n t e mal l y fi n n e d t u b e s