燃气装置烟气余热回收分析与设计

燃气装置烟气余热回收分析与天然气等清洁能源、新技术，已经成为重要的研究课题。源利用率。锅炉排入大气的污染物大大减少，环保效益显著。：燃气冷凝式锅炉、锅炉热效率、热管、余热Abstractwasteheat.节能环保紧迫性社会进步和经济发展和能源密不可分，也是一个国家综合国力和人民生活水平的重要表现。随着社会经济的不断发展，环境污染与经济发展的协调问题日益严重。能源和环境问题是如今社会最关注的问题。人类有3次能源利用结文明发展停滞不前的局面，推动了资本主义工业的迅猛发展。消耗量每十年就可提高一倍。石油消耗量的不断增长，使我们进入了现代文明经济的新阶段。紧迫性，通过降低化石能源的消耗来实现经济的可持续发展。质勘查上，新发现的大中型矿产地有249处。油气勘查取得了巨大突破，首次重大。我国有非常丰富的再生能源资源，其中，水能资源的可开发量理、论储我国能源消耗与生产结构来看，原煤生产与煤炭消费的比重占了极其重要的地)的消费与生产比重总体呈现出了上升的趋势。些数据变化中可以看出，随着我国经济的迅速发展，消费水平不断的提高，我国能源消费量一直在迅猛增长。其中煤占能源消费量的比重是最高的，占比约煤石油天一次电力及其炭气它能源2177065496505224455622540“十二五”期间，我国通过调整经济结构、转变发展方式来节省能源的消耗，并且出台了一系列的政策和措施，使国内单位生产总值能耗量累计降低大国家都要低。因此提高能源的利用率和节能减排是当务之急。在我国，最主要缓解我国能源消耗量大，资源供应紧张的问题才能解决好工业设备节能的问题[4、5]。化石能源滥用不仅是带来能源危机，而且还对大气、水体、土壤等生态系统带来很多严重的影响，是环境污染的主要根源[6]，已经危及自身生存环境。因为化石燃料被大量使用，造成了酸雨、温室效应、臭氧层破坏以及生态环境破坏等严重的环境污染问题，都急需去解决。而节省能源，降低化石能源的消耗量，可以从根本上缓解这些问题。我国的能源结构调整为努力扩大收入来源、降低支出、节约优先、保护环境的方式，建立一个较为稳定，经济，安全和清洁的能源供应体系[7]。我国的经济发展形式转变由原来以资源消耗、能源为基础的粗放型模式改变为环境友资源节约型。用天然气是一种清洁、高品质、高效的燃料，在所有化石能源中碳排放系数是最小的。天然气被普遍的应用在各个领域，在世界能源消耗的结构中所占比重约为24%。天然气通常指气田气和油田气，此外还有煤系天然气。其主要由烃类，主要是甲烷，还有乙烷、丙烷和丁烷等组成。与发达国家的平均水平进行比较，我国天然气的使用率还特别低。主要是因为我国的天然气工业基础还较微弱，从图1-1可以看出近十年我国能源消费结构中天然气的比例正逐渐的增大，但我国天然气在一次能源消耗中的比例仅我国天然气的管网、储气库等基础设施的建设不断地加快，将逐步在全国形成天然气主干管网；天然气产量和产能建设将快速增长，将不断扩展进口天然气的渠道，因此将会形成多元化的供气格局。在这基础之上，天然气消费量在我国能源结构中所占的比例将会不断增长。根据大多数城市处理大气污染的经验可知，减少大气污染的主要途径是去厂供热的应用上有显著的节能效益。效率为了节省能源、保护环境、实现可持续发展，提高天然气等清洁能源的消费比例，降低煤炭的消费比例，实行能源结构调整极其重要，也是许多城市实行环境保护和节约能源的重要的课题。于用于城市生产生活的供热锅炉，推荐使用燃气锅炉来取缔中小型的燃煤锅炉。在我国的大多数城市，煤炭正逐步被天然气等比较清洁的能源取代[10]。在推广使用天然气的同时也应该注意节约用气，而研发高效利用天然气的目前当务之急。其中化肥领域约占38.5%，而居民用气量在天然气消费结构中占比10%还低。m年天然气需求量达到680108m3。我国天然气的使用依然处在起步阶段，因为天然气的产量比较低，天然气利用一般是以产定用。主要利用天然气的地区是天然气产地邻近的城镇及工业区。在世界上天然气主要被用在工业、发电、居民燃料等领域，而我国主要利用在化肥工业中，由于天然气工业的发展和环保的要求，天然气的利用方向应以发展“以气代油”、“以气发电”、“城市气化”通过能源的利用方式可把天然气分为工业燃料、城市燃气、发电和化工等四类。在工业燃料领域，天然气较多的被用在冶金、玻璃、建材等领域；在城市燃气领域，能分为公工商业、民用生活、小工业企业燃料用气等领域；在发电领域，天然气较多的被用于热电厂；而在化工领域的用气主要包括甲醇、化等。的使用不断的增多，利用的方向也是多种多样，随着环保要求的不断提高，消费结构得到了极大的优化，特别是在建设与完善大型基础设施管道的方面，天然气的消费面逐渐变广。除用于化工原料外，天然气己开始大量地用在城市燃气和替代燃煤、燃油等其他的工业燃料。通过逐渐完善我国天然气的消费结构，把原来化工占主导地位的单一结构向工业燃料、城市燃气等多个方面的结构调整。随着社会的不断发展，天然气被越来越多的城镇居民作为燃料，天然气的消耗量迅猛增长。将来在我国城市若锅炉的排烟温度要比烟气露温度低，烟气中水蒸气的汽化潜热就可以释放出来。当排烟温度比较低时，烟气中水蒸气冷凝的大量汽化潜热被释放，当并且烟气中的显热和汽化潜热得到有效的回收利用，极大提高锅炉热效率的同时，烟气中对环境有害物质浓度极大的降低，减少了大气的污染[14]。工作原理系数与空气的湿度不相同，则烟气中水蒸汽的含量也会不相同，水蒸气体积份良好时，排烟热损失就是最主要的热损失。通过将排烟温度降到露点温度以下，使烟气中的水蒸气冷凝释放放出来，回收利用排烟中的显热和潜热，就是冷凝式换热器的工作原理[15]。凝式锅炉的热效率排烟热损失是燃气装置最主要的热损失，损失的大小取决于排烟量和排烟温度的大小。在燃料一定时，过量空气系数的大小与排烟量的大小密切相关，如果使排烟温度降低得比较低会极大的减少排烟的热损失。随着过量空气系数水蒸气含量以及空气、干烟气和水蒸气的温一焓表，就可以确定烟气携带的热量，从而得出燃气设备的节能潜力。但锅炉效率会随着过量空气系数的提高而降低，余热回收就会变得很困难。最简单有效的方法是确保锅炉运行在最佳的过量空气系数下，这样可以确保在安装烟气余热回收装置前后锅炉都有比较高3.燃气设备排烟中的热能回收潜力空气完全混合燃烧，燃烧产物冷却到刚开始时的放热温度，燃烧后水蒸气冷凝至液体状态时向环境所产生的热量。低位发热值与高位发热值的定义相似，但蒸气的汽化潜热将回收不到。直接通过表面的散热和排烟损失释放到环境中去。对于燃用天然气的设备，烟烟温度与过量空气系数。对于拥有比天然气更低的碳氢比燃料，例如，某些燃油，这一份额会低一些；而对于拥有比较多含水量的燃料，例如，某些固体燃随进口烟温变化状况，通过这个可以天然气燃烧系统的热效率有很大的提高潜热回收装置前提条件。水蒸气的潜热热量能够回收的多少取决于冷凝式烟气余热回收装置利用率和利用温度。若利用温度靠近排烟的露点温度，回收到的热量会很少。利用温度越低，回收的热量就会越多。因此，在低温下预热冷水能得到比较高的回收率，然而在比较高的温度之下时能使可以回收的热量减少。效率提高潜力随进口烟温的变化影响烟气的物性强迫对流凝结传热无因次准则是由显热交换与潜热交换的热能有个很大的利用潜力，且在相同热能被回收时，冷凝式换热器所需换热面积比普通换热器要小得多。2燃气冷凝式锅炉在国内外的发展历史及应用现状度降随着更成加熟的设备产生，冷凝式锅炉被普遍的应用于西方发达国家的许要是能确保有天然气供应条件的新建筑，其供暖设备的系统都已采用冷凝式燃气热水锅炉，且近几年来运行效果极好。1985年，荷兰冷凝式锅炉每年的生产气。西方许多国家通过不断的实验和模拟分析与研究，都不断的研发出适合自己国家发展需要的冷凝式锅炉。美国冷凝式燃气热水锅炉的供暖系统普遍应用比欧洲稍晚，但随着美国的科技的进步，拥有当前世界上很多形式的冷凝式燃气供热锅炉的先进技术。量才不断增加，用于供热的天然气锅炉的数量也开始增加，才逐渐开展冷凝式锅炉的研发工作。近年来随着我国能源结构的调整与施行节能减排政策，以及天然气使用鼓励政策的推行，国内有一些企业开始研发冷凝换热热回收装置，并应用在实际工程，取得了不错的效果[18]。最初具有冷凝式锅炉的节能燃气锅炉是由陕西省能源中心的高级工程师—吴仰天研发的，其排烟温度可降低到45~65℃，燃气锅炉的极限热效率可以超济性。北京建筑大学王随林等[17]研究天然气供暖方式与天然气的高效利用，燃热系数，有水蒸气凝结时烟气对流换热系数与无凝结时对流换热系数，两者的比最大可到达4。寇广孝等[24]提出了怎样去提高不同燃料的冷凝式锅炉热效率的方法，并且指出了目前计算方法的缺陷。赵军[25]通过对供热燃气锅炉在吸收式热泵机组技术、烟气冷凝换热器技术及烟气余热利用和脱硝一体技术在烟气余热回收利用实例的应用研究与分析得到约60~70℃，可使锅炉效率提高约3%。但为了保证锅炉的安全运行，在设计时必须复核其燃烧器对尾部受热面增加的烟气阻力的适应性、考虑到低温腐蚀，排烟温度应高出烟气露点温度5~10℃左右。(2)采用了烟气余热深度利用技术，采用烟气余热深度利用—–脱硝一体化技术，可将锅炉排烟温度降到30℃以下甚至更低，锅炉效率提高约10%；同时还可将烟气中NOx的浓度大幅度降低，环保效益显著。第二章燃气锅炉烟气分析及余热潜力计算燃气锅炉烟气计算以天然气为燃料，排烟温度比烟气露点温度低的锅炉称为冷式燃气锅炉，并且通过回收烟气中的显热和潜热，从而使锅炉的热效率得以提高。烟气成分及热物性参数进行计算，从而可以分析出冷凝式燃气锅炉的余热回收潜力。如果燃烧空气量是理论空气量，燃气完全燃烧的产物即为理论烟气量。理论烟气。1.1天然气成分分析以西气一线的天然气为例计算实际烟气量和理论烟气量的值。该天然气的燃气成分CH4C2H6C3H8C4H10C5H12CO2N2V=(2CH4+3.5C2H6+5C3H8+6.5C4H10+8C5H12)(2-1)(2-1)计算得出燃烧该天然气时的理论空气量为V=9.63Nm3/Nm3。该天然气的高位发热量为Qgr=38.20MJNm3，低位发热量为Qdr=34.43般排烟温度下，水蒸气表现为过热的状态，所以可用公式(2-2)求汽化潜热值占低位发热量的比例。(2-2)得出∆η=10.95%，这说明普通的燃气味着在普通的燃气锅炉中，主要的热损失是由汽化潜热损失造成的。同时，如果有效的利用部分汽化潜热，那么能提高锅炉热效率。通过公式(2-3)计算冷凝效率。(2-3)根据式(2-3)计算得出冷凝式燃气锅炉的极限热效率为110.95%，但在实际的燃烧过程中由于有各种热损失，热效率一般不会到极限值。极限热效率是通过冷凝式燃气锅炉回收干烟气的显热与烟气中显热和水蒸气的汽化潜热来定义的，锅炉热效率可以达到的最大值。如果以燃料的低位发热量为标准，极限热2.1.2天然气燃烧产物计算在实际运行中为了确保燃料充分有效的燃烧，实际空气量与理论空气量的比一般都是大于1的，该比例称为过量空气系数。在燃烧完成后会有剩余的空气，这时烟气中还有剩余的氧气，此时的烟气量称为实际烟气量。如果燃烧不下面以西气一线的天然气为例，计算天然气燃烧后的理论烟气量、理论空气量及实际烟气量，并且分析了燃烧后的产物。烧该天然气时的理论空气量为V=9.63Nm3/Nm3。为了确保燃料燃烧效率，通常使锅炉实际的送风量比理论空气量大。实际空气量与理论空气量的比值称为过量空气系数，用α表示。依据式(2-4)求得实VkV(2-4)计算得到，天然气燃烧所需要的实际空气量Vk=10.11~12.04Nm3。在理论空气量下，天然气完全燃烧后的产物中一般会有氮气水蒸气和三原气体体积为：VR02=VC02+VS02=0.01(C02+C0+∑mCmHn+H2S)式中VR02——三原子气体体积(Nm3)；根据公式(2-5)计算可得燃烧该燃气时的理论烟气中三原子气体只有C02，体积为VR02=1.02Nm3。：VH0=0.01[H2+H2S+∑CmHn+120(dq+Vda)]根据公式(2-6)计算得到，理论烟气中水蒸气体积为VH0=2.00Nm3/Nm3。为：V2=0.01N2+0.79V，实际烟气中的氮气体积为V2=7.62Nm3。V=VR02+VH0+V2由公式(2-8)计算得到，每1Nm3天然气充分燃烧时产生的理论烟气量为V=10.65Nm3。燃烧过程中，烟气中的三原子气体体积，仍然可按公式(2-6)计算。：VH20=0.01[H2+H2S+∑CmHn+120(dg+aVda)](2-9)计算得到，实际烟气中水蒸气体积为VH20=2.16Nm3。为：VN2=0.01N2+0.79aV(2-10)根据公式(2-10)计算可得，实际烟气中氮气的体积为VN2=8.38Nm3。的体积为：V02=0.21(a‒1)V(2-11)通过公式(2-11)计算可得，实际烟气中过量氧的体积为V02=0.20Nm3。Vy=VR02+VH20+VN2+V02(2-12)由式(2-12)计算出，每1Nm3天然气燃烧后产生的实际烟气量为Vy=11.76Nm3。.2燃气锅炉烟气余热计算2.2.1烟气余热回收潜力计算以南京某高校的燃气锅炉的烟气余热回收为例进行计算与分析，这个燃气锅炉型号为WNS2-1.25-YQ，额定蒸发量为2t/h，额定蒸汽压力为1.25MPa，额天然气用量为160Nm3。然后对这个燃气锅炉进行烟气余热的计算。由式(2-1)~(2-12)计算这台锅炉额定工况下的烟气成分含量与空气量，结项目空气N2CO2O2水蒸烟气量气1218163.70.0320.7.806021340163.732.344.9.5263601462163.764.346.7.256725表2-3a=1.1时锅炉烟气成分百分比气量%%%%%%%和过量空气系数α没关系，而且随着过量空气系数α不断提高，水蒸气的体积分数就不断的减小。CP，mi=R×(ai+FiT+yiT2+6iT3+eiT4)CPi=Cp，m÷MikJ/(mol.K)；可以求得混合气体烟气各组分真实摩尔比热和其质量分数：CPCpiTi(2-15)热CPg碳854440300.80.8651.81.876640.90.921181.01.0441.11.144353507050302QxTCpmT(2-16)回收的显热占燃料低位发热量的比例，即因为回收显热能提高锅炉效率的-17)计算：xT(2-17)小时天然气完全燃烧放出的低位热量为5.51GJ。由式(2-16)计算得出燃气锅炉在额定工况时，冷凝式换热器在不同的设计排烟温度下所能回收的热量和燃气℃气化潜热是指将lkg饱和水完全变为饱和水蒸气后总共吸收的热量。通过回收烟气的余热中的潜热与显热，从而实现对烟气中的余热进行回收与利用。由上面的计算可知，当过量空气系数α=1.1时，露点为57.60℃，烟气中水蒸气的容积成分为18.57%。在冷凝式换热器中，如果将烟气排烟温度降到比露点温度还低时，则烟气中的水蒸气就能冷凝，并且释放出汽化潜热，从而可以极大的提高换热器余热回收的量，汽化潜热随着压力的升高而不断减小。当烟气中水蒸气的气化潜热被回收并利用后，锅炉热效率显著提高[32]。通过式(2-18)能计算出汽化潜热：QqT=mH20.y根据式(2-19)计算锅炉热效率的提高：为了确定该燃气蒸汽锅炉排烟热能回收的价值，下面计算不同排烟温度下通过计算结果曲线可得出，曲线中有两个比较明显的区域，第一在排烟温点温度低时，烟气中的水蒸气中汽化潜热将冷凝释放出来，当这部分热量被有效的回收利用时，明显的可以看出锅炉热效率得到提高。同时当烟气被回收时温度比露点温度低时，锅炉热效率比只回收显热时的热效率要低很多，这显示出汽化潜热损失比烟气显热损失大。由曲线的趋势可以发现，随着逐渐降低排烟温度，潜热换热量占总换热量的比例就不断的增大，而当烟气温度降到一定值后逐渐稳定。这时，如果排烟温度继续降低，则烟气的显热换热量相对于总换热量就没有回收优势。如果从冷凝的方向来看，随着冷凝的进行，烟气中水蒸气占比逐渐降低，烟气分压力就会减小，则烟气露的点温度也会减小，冷凝也会逐渐的困难。在冷凝换热过程中烟气中的水蒸气，先是通过烟气中不凝性气体，然后达到冷却壁面后开始冷凝，凝结成液态的水珠。凝结换热不断的进行使析出的液体不断增加，凝结水珠就不断形成液膜。在液膜表面附近的烟气中，随着换热产生由一层不凝性气体组成的气膜。这时，烟气中的水蒸气穿过气膜和液膜就会产生冷凝现象，增加了烟气凝结换热的阻力。因此，烟气中水蒸气含量越高，与壁面处的水蒸气浓度差越大，则水蒸气凝结的推动力就越大，烟气凝结换热就越强。从图2-2中可知，空气过量系数的不断增大，水蒸气的体积分数也不断减小，凝结换热也不断减弱。同时，空气过量系数减小使烟气量减小，这使得排烟所带走的热损失也相应的减小，而且由于烟气量减少，换热器中烟气的流速也减小，因此与换热壁面接触的时间增加，这将使换热更加充分，回收的余热量也将增加。所以燃气锅炉燃烧时的空气过量系数不应该太高。2.2.2冷凝式换热器热平衡计算为了确保换热器经济与安全性，加热后的水或空气温度不应该过高，在常压下度降mw=(QXT+QqT)[Cpw×(90‒15)](2-20)mg=(QXT+QqT)[Cpg×(90‒15)](2-21)取定压比热值下的定性温度为(90+15)/2=52.5℃，空气的定压比热容kJkg被降低到不同的设计℃6050403020/Nm3000400500400100水蒸气的汽化潜热将不能有效的被回收，因此，仅仅通过送风来作为低温热源不能确保冷凝式换热器的正常工作。若以锅炉给水当作低温热源，如果排烟温度减小到大约42.5℃时，回收的热量就可将全部锅炉给水热至90℃，仅依靠锅炉的给水作为低温热源，不能将锅炉烟气温度降得很低；同时由于季节的不断变化，锅炉给水温度也在不断的变化，在夏季温度比较高时，由于锅炉的给水吸热能力降低，这种设计的排烟温度就会升高，回收的汽化潜热量就会减少。所以仅仅使用锅炉给水作为冷凝式换热器的冷源，得不到很好的节能效果，冷第三章冷凝式烟气余热回收装置设计与分析在工程当中，热交换器是指将一种流体的热量以特定的传热方式传递给另外一种流体的设备。在这种设备中，有不少于两种温度不同的流体共同传热。其中一种温度比较高的流体释放出热量；而另外一种温度低一些的流体，吸收热量。换热器是主要以传热为主要目标的设备，其普遍应用在工业生产中，比如锅炉设备的空气预热器、省煤器、过热器等，应用在电厂热力系统中的除氧器、冷却塔、给水加热器等都是换热器实际的应用。在各种生产与应用中，合理设置热交换过程并且利用与回收余热，可以更大的发掘能源利用的潜力，这个和换热器设计与使用息息相关。随着科学技术与工业水平的迅速发展，要求不同的换热器类型和结构都要与其工艺相适合，流体的种类和运动、设备的温促进了能够适应低温低压与高温高压等恶劣条件紧凑式换热器的进步。虽然有各种各样的换热器，但是换热器还可按照其一些相同特征进行区别[33]。，其中以钢作为热器的材料的应用最普遍。器等。蒸发器与冷凝器是具有相变的换热过程，其换热系数比较大。的热流与温度都随时间而变化；热流温度的大小与其在一定的热交换区内不随时间而变，称为况稳定的换热器。逆流式：两种流体同样是平行的流动，但是它们流动的方向是相反的，如错流式：两种流体的流动的方向是互相垂直交叉的，如图3-1(c)所示。当交叉次数在四次以上时，可依据两种流体流向的总趋势可将其看成顺流式或逆混流式：两种流体在流动过程中既有顺流，也有逆流，如图3-1(f)及(g)混合式三类，这换热器最主要的一种分类方法。蓄热式换热器：这种换热器具有固体壁面，两种流体轮流的和壁面传热。当热流体通过固体壁面时，热量传给固体壁面，壁面温度变高，当冷流体流过时，热量从固体壁面传给冷流体，从而壁面温度变低，就这样反复进行换热。混合式换热器：在这种换热器内通过冷热流体直接接触换热，混合式的换热器没有接触热阻，换热系较大，应用在冷热两种流体可互相接触的地方。由于这种换热器中的冷热介质互相接触，所以在工业上应用受到限制。间壁式换热器：有一个固体壁面在热流体和冷流体之间，一种流体总是在壁面的一侧流动，而另一种流体在壁的另一侧流动，这两种流体不直接接触，通过壁面进行热量的传递。因为间壁式换热器的冷热流体不会直接接触，两者的流动状态相互独立，因此使用范围广泛、是使用量最多的一类换热器。间壁式换热器可根据传热壁面的形状为板式换热器、管式换热器、夹套式换热器以及各种各样异型传热面组成的特定的换热器。燃气锅炉用水作为冷却介质时加装的冷凝式换热器，有些采取直接接触式的冷凝换热器，这种换热器具有冷凝效果好，不存在管壁热阻与污垢热阻，所烟尘等污染物大多数溶解在水中，环保效果显著，对于对水的品质没有太高要求的地方节能效果显著，并且烟气中冷凝出来的水也可被利用。然而直接接触需要增加二次回路，增大了管理与投资难度。为确保水质，减少运行和管理的成本，本文在研究时，选择热管式和翅片管式等换热器作为研究对象。器热管是一种具有很高的导热性的传热器件，其应用已经从用于宇航的热控制，扩广到最近的化学工程、余热回收、石油化工等行业，且效果显著。热管换热器的最基本元件是热管，其一般是一根有翅片或没有翅片的一般圆管，其和蒸汽通道所构成。从传热工况方面看，热管可分为蒸发段、绝热段和冷凝段三个部分。热管工作的过程中，工作液体受热蒸发，并且向冷凝段流，达到冷凝段后由于又受到冷却使蒸汽凝结成液体，液体通过多孔材料毛细力的作用流回到蒸发段。就这样不断循环，就可以把热量从热管的一端传递到另一端。由于汽化潜热较大，所以就算温差很小也能把大量的热量从热管的蒸发段传递到冷凝热管热量传递可以分为如下几个过程：(1)热量通过热传导的方式从高温热源通过热管管壁和充满工作液体的吸毛细力的作用下22Q3构与工作原理示意图体在沿热管长度方向上，蒸汽与冷凝液间的静压差跟汽—–液交界处的毛细压差平衡。毛细压头∆Pc是热管内工作介质完成循环动力的来源，毛细压头一定要符合蒸汽从蒸发段流到冷凝段的沿程阻力∆Pv、介质在重力场中所产生的液体流动的压降∆Pg和蒸汽在冷凝段冷凝下来的液体回到蒸发段的沿程阻力∆Pl。则下式成立，它是热管工作的约束条件[34]。∆Pc≥∆Pv+∆Pl+∆Pg(3-1)根据热管的不同特性，可设计制造出满足不同场合的条件的各种各样的热管元件与热管换热器。热管内冷凝段液体的工作介质在回到蒸发段的时候依靠的推动力除离心力，还有重力加毛细力、吸液芯的毛细力等，由于有不同的推动力，可将热管分为以下几类：在毛细力的作用下使液态工质回到蒸发段，它被应用于没有重力的状态下平放置的设备。液态介质因处于重力场中，其在自身重力的推动下回到蒸发段，为了确保式换热器最大传热量Qmax最大传热量Qmax其运行正常，不能水平放置重力式热管。由于重力热管工作稳定，所以在工程，例如热管的大小、吸液芯、热管的形状、介质等因素。图3-3为根据热管的工作温度来分辨热管的没有再扩展，叫加速而到达热量传递极限，叫声速极限；(3)热管内液态工质速度太大引起流回蒸发段的液态工质被蒸汽吹到冷凝段，热管不能吸热放热而导致其不能交换更多的热量达到的极限，称为携带极(4)热管介质流动压力损失多少到达热管液态工质回流的动力最大值后传热量不能继续增大的极限，称为热管的毛细极限；出现膜态沸腾，由此影响液态工质返回到蒸发段，使其不能正常工作的极限。黏性极限1翅片管换热器概述在普通的热管外加上翅片的热管叫做翅片管换热器，当然它也可有或没有壳体。翅片管换热器普遍的应用于工业行业中。翅片管换热器是由一根或很多根翅片管构成，也以可加上风机、外壳等构成空冷型换热器。翅片管热交换器的主要原件是翅片管，翅片管由翅片与基管组成，基管一般是圆管，另外也有扁管和椭圆管等。基管内、外流体通过翅片和管壁换热，因为翅片加大了换热面积，使传热效果得到改善，这样可以使换热量不变的情况下减小换热器的体积，从而使换热器高效紧凑。如果换热面的一边是气体，而另外一边是强制对流换热液体时，则液体那边的换热系数通常比气体一侧大十倍之上。如：水流Wm中水蒸气冷凝因素，烟气侧的换热系数也远低于水侧的换热系数。光滑圆管的传热系数k可由式(3-1)来计算：k=1d06d01烟气与水换热的传热系数为：k=1=.00001835+=49.34w/(m2∙℃)如果水侧传热系数增大1倍，则换热系数变为：1=49.64W/(m2.℃)通过计算可知圆管的换热系数只增大0.6%；如果烟气侧传热系数增大1倍，kw=1001835+0.01m(3-4)通过计算可知圆管换热系数变大了97.4%。所以增加换热系数比较弱的一侧对强化传热有重大影响。在间壁式冷凝换热器中，显热和潜热依靠换热管壁面把热量传递给管内的水。这个过程的传热热阻包括管壁与水的热阻、烟气与管壁面的热阻、管壁的热阻等，其中最主要的是烟气与管壁间的热阻，是影响传热效果的主要因素。与光管相比较翅片管换热器的表面积极大的增加，尽管烟气的换热系数还比较低，但在光管外表面积上的传热效果将大大增加，因而增强整个传热过程，在总传热量一定的情况下，可使设备的金属消耗量大大减少，体积也减小，经济性与适应性提高[35]。人们在改进管式换热器的过程中较早的发现了翅片管换热器，截止目前，普遍的一种方式[36]。翅片管式换热器不但可用在单向流体的流动，而且对相变换热器也有巨大的价.3.2翅片管式换热器的分类从结构的型式上，翅片管可以分为横向与纵向两大类，其它型式的翅片管都是这两大类的发展变形，例如大螺旋角翅片管就是纵向的翅片管，小螺旋管翅片管是径向的。翅片管的外形有针形、圆形和矩形。翅片装在管外时叫作外翅片管，在管内时叫内翅片管。艺分根据制造的工艺能把翅片管划分为焊接翅片管、整体翅片管、高频焊翅片片管等。成一个整体，这类翅片管不存在接触热阻，耐热震、强度高和机械振动，传热、机械性能都比较好，但是其制造成本很高，仅仅适用于低翅片管的制造。接翅片管，当下的焊接技术能使材料不同的翅片焊接在一块，并且可以使翅片管制造更加经济与简单，拥有很好的传热和机械性能，被普遍采用。但是焊缝中有遗留的焊渣不利于传热，生产这种翅片管需确保焊接的质量。接触处产生很高的温度，在l0μm左右范围内让他们熔化并加压使管子与翅片成为一体，叫高频焊翅片管。这中翅片管制造简单、不用焊料、生产效率高、机械性能和传热较。镶嵌式翅片管通过在翅片根部加工形成一定的形状后嵌入于管壁对应的槽内。绕片式翅片管的制造简单，把金属通常采用焊接或机械方式固定在管子一侧，借管子转动力矩将金属带紧紧地缠绕在管壁上，再将另一侧固定就形成绕片式翅片管。绕片的材料可采用是钢、铜或铝。套片式翅片通常采用冲压成型，一般采取机械胀但这种翅片管接触热阻很大，长时间使用容易出现塑性变形和氧化，且不耐热械振动。除了根据结构型式和制造工艺分类之外，还可根据使用的材料来分类，翅片管采用的材料范围很广，有不锈钢、碳钢、铜合金、铝及铝合金等。1冷凝式换热器系统本文中锅炉蒸汽系统采取除氧水给水的方式，锅炉在额定工况下的排烟温度取180℃。在进行烟气余热深度回收利用时，通过热加热水箱补给水来回收冷凝式节能器烟气余热，可将水箱内常温水由20℃加热到70℃，可极大的减少除消耗蒸汽的量。传热温度差别很小，选择增大受热面使传热得以强化。目前应用在冷凝式换热器的热管主要分为螺旋翅片管与H型翅片管。螺旋翅片价较低，缺点是烟气阻力比较大。而H型翅片管的优点是易清灰、耐磨损、阻力小，缺点是制作效率低于螺旋翅换热器的管型有很多选择，普遍采用的管型有光管、螺旋肋片管和H型鳍优点；而缺点是其磨损较为严重、体积大和烟阻较大。而螺旋肋片管所拥有的主要优点是耐磨性能比较好、结构比较紧凑、制造比较简单、体积比较小和成本比较低；而缺点是抗耐磨性比较H烟气经冷凝式节能器后，烟气温度可由180℃降至60℃左右。系统简图如图3-7热器系统简图冷凝换热器设计鳍片为矩形或近似正方形，鳍片的边长大约是光管直径的2倍，是一种扩展的受热面，具有良好的热传导性能[39、40]。H厚度6是影响换热性能的主要因素。βd分水系数是影响并联系统节能效果的主 h 2S h 2StPt§§1S尺寸与空余距离；鳍片管结构的参数需要考虑到鳍片管的加工工艺；要通过低压加热器安全运行为参考前提来选择分水系数βd。由热力学第一定律与能量守恒原理，烟气在低压省煤器中温度降低传递的热量等于水流经低压省煤器管道温度升高时吸收的热量，水侧与烟气侧的热力At如果忽略管壁面的积灰的时，传热系数由三个部分组成，分别是烟气一侧管内水侧的换热系数和管子的壁面导热系数。式推导得出该基管的传热系数可按如下公式计算得到：K=+gll+331通过以单位长度的管子为例来计算。bH的表面积，因此总的管外表面积可由下式计算：A0=A1+A270=(A1+7fA2)A0其中肋的效率7f可由下式计算：th(mTe)mTe其中，mTe为常量，值为入Te2；在工程传热计算中，为了表明对于光滑表面一种强化表面相的优越性，通常均以肋片的表面积作为计算总传热系数及热流量的面积。'在换热器的设计过程中，相对于实际工程的设计实施条件、安全运行条件烟气流速：由换热器的堵灰和磨损条件，来得出烟气流速的上下限，上限由管子的磨损条件决定，下限由堵灰条件决定，磨损的速度与烟气流速3次方分水流量：换热器并联时，因为需要确保加热器的传热和流动稳定，所以。换热器出水温度：换热器中，若在出水口水温达到或接近饱和温度时，则可能产生水冲击。为了防止这种现象产生，需要对出口水温进行限制，应该要低于其工作压力下的饱和温度，并且保留余量。引出水的返回点约束：返回点的最远位置是除氧器，并且需要考虑返回点处的凝结水焓值要比下一级加热器的出口水焓值小。管子最低壁温：为了避免低温腐蚀，需要对管壁温度进行约束，但因为其与水温接近，所以最低壁温可按照进水温度约束。管子结构参数：考虑到施工条件和加工工艺的约束，结构参数根据制造工来确定。通过烟气的露点温度假设烟温。(S1,S2,A,h,G,P,6,l,t,d,Fd)；依据分水系数和上面的计算结果能够得出水的出口温度；从而得到烟气和水的定性温度；依据以设计的H型鳍片管水侧和烟QQQ允许范围内，则需要对出口烟温进行修正，且另外进行假设；如果满足误差的每完成一次迭代计算就能获得一组决策变量(S1,S2,A,h,G,P,6,l,t,d,Fd)下换热器出口的烟温，通过计算到的出口水温、换热系数及换热面积等。现知Q的热量就不会改变，但利用外热源之后的新蒸汽等效热降为H'=H+ΔH；所以jHH热耗率降低：∆q=q6j；标准煤耗降低：Δbb=bb6j。即求出该组变量下装置的经济性，然后依据各个表征经济性的指标对这一组决策变量不断优化，完成整个设备的优化设计。其中机组热耗率的计算公式为：机组发电标准煤耗率的计算公式为：汽轮发电机组绝对电效率为：第四章燃气冷凝式锅炉节能经济性分析4.1冷凝式余热回收装置的节能分析度比水蒸气露点温度更低。天然气锅炉排烟余热回收可以分为两个方面：烟气显热和烟气中水蒸气的汽化潜热。换热效率可依据烟气在冷凝换热器中的进出口焓值变化来得到。取换热率、m率%3℃低时，换热器热量的回收以及节能效率极大的增大，这主要是因为排烟温度低于露点，从回收了烟气中的汽化潜热。为烟气的温度分布不均，烟气在管壁附近的温度其实已经比其露点温度低，这使换热器的局部产生冷壁效应，所以烟气中的水蒸气就会凝结出来。所以烟气中水蒸气潜热回收温度的范围比理论计算温度的范围大得多。通过调研相关文献，通过上面的分析可知，可通过添加冷凝式烟气余热回收装置，来使燃气锅。而的节能效果突出。经济性分析在工程经济分析中，通过对各个阶段上产生的各种成本和收益分析，来探讨项目建设的经济效益。评价方法可被分为静态和动态两种按是不是需要考虑但是准确性比较差，其适用在每一年的收益都基本相同的项目。动态评价方法需要顾虑到时间价值，这个计算方法比较精确与科学，通常用于项目在最终决定前的可行性研究时期。经济效果是指通过对实际工程技术规划来实行经济性经济效果评价是对项目或方案实行评估一般采取的部分量化目标，是一个比较综合的评价。方便从各种角度来显