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燃气锅炉冷凝换热器传热与流动特性研究

蔡玲玲  
【摘要】:随着我国能源结构的调整以及全社会对大气环境的高度重视,燃气锅炉正逐渐取代燃煤锅炉,在生产生活中得到广泛应用。因此,提高燃气利用率和降低锅炉排烟热损失及其有害气体排放,已成为节能环保工作中的重大研究课题。普通燃气锅炉的排烟温度在150℃以上,同时烟气中水蒸气体积分数达到15%~20%,排烟中含有巨大的显热及潜热,回收这部分余热可有效地提高能源利用率。冷凝换热器作为燃气锅炉烟气冷凝余热回收的重要设备,其烟气侧换热系数及阻力特性对整个换热性能及阻力的影响非常大,并影响整个锅炉供热系统的能源利用率。因此,探讨冷凝换热器烟气侧的换热系数及流动阻力,将对改善冷凝换热器性能和提高换热效率有着非常重要的实际意义。以某企业锅炉房的燃气锅炉冷凝余热回收的冷凝换热器为研究对象,首先分析湖南地区天然气燃烧后的烟气成分,并计算出燃气锅炉排烟的冷凝余热回收潜力。接着,以冷凝换热器热负荷对约束完成了换热器的结构尺寸设计优化。最后,采用FLUENT软件及其多相流模型对冷凝换热器烟气侧的冷凝换热过程进行模拟计算,分析了冷凝相变过程中的热量传递和质量传递;在此基础上,分析了干工况和湿工况下换热器的换热及流阻特性,并比较了不同入口烟气流速、水蒸气含量等对冷凝换热器烟气侧换热系数及压降的影响。研究发现,湿工况的烟气侧换热系数较干工况要大,且在烟气入口速度为3m/s时湿工况换热系数较干工况换热系数提高了107.66%;随着进水温度升高,烟气侧换热系数明显下降,而压降变化不明显;烟气侧压降随着烟气入口流速的增大呈抛物线上升,而换热系数呈线性上升,提高换热器综合性能的最佳流速为3m/s。增加烟气中水蒸气含量将提升水蒸气分压力,由此容易导致冷凝发生,随着冷凝水量的不断增加,也将回收更多潜热量,由此提高了系统热效率。冷凝换热器烟气侧传热和流阻特性的研究对提升冷凝换热器换热性能、优化冷凝换热器系统结构等提供了有意义的方法和途径。


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