【正文】 改變煙氣流速通過改變燃燒功率與過量空氣系數(shù)調節(jié)煙氣的體積流量，通過計算值，調節(jié)蒸汽發(fā)生器的閥門大小，向煙氣中加入不同質量的水蒸氣，得到不同體積流量而相同水蒸氣質量分數(shù)的混合氣體。在實驗過程中，要在整個系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定運行十五分鐘后再開始測量數(shù)據(jù)，以保證實驗的準確性。調節(jié)過量空氣系數(shù)使之滿足此時CO的含量在50ppm以下，即保證天然氣完全燃燒；根據(jù)的據(jù)測量結果，反復調節(jié)天然氣閥門開度、鼓風量以及蒸汽發(fā)生器閥門開度，以調節(jié)燃燒功率、過量空氣系數(shù)等，最終得到需要的混合氣體參數(shù)。（2）閥門、管道是否漏氣問題實驗中采用的是天然氣燃料，且燃料的流量測量關系到實驗計算是否準確，所以要特別注意閥門以及管道是否漏氣。采用稱量的方法對接收的冷凝液的質量進行確定，并用秒表記錄實驗時間，即可計算出冷凝液的流量。冷凝液的流量的測量冷凝液流量即單位時間內由冷凝形成的液體的質量。在測量時，在需要粘上熱電偶的地方鋸出一個小凹槽，利用鋁箔膠帶將熱電偶粘在凹槽內，鋁箔膠帶的傳熱性能良好，面積很小，對總體傳熱影響很小，這樣熱電偶很容易固定。翅片頂部與基部溫度的測量 兩種不同成分的導體A和B連接在一起，形成一個閉合回路。 煙氣進出口溫度的測量℃的玻璃溫度計在煙氣的進出口位置設置的溫度測點測量此處煙氣的溫度。實驗段處，混合氣體的Re為： (212)其中： u混合氣體的來流速度，m (29)可知此時水蒸氣的質量分數(shù)只與過量空氣系數(shù)有關。天然氣中不含有S元素，所以可以認為在產(chǎn)物中沒有SO2和H2S等成份。煙氣分析儀如圖23所示。如：混合氣體流量、水蒸氣的質量分數(shù)、實驗工況運行時間和Re等。因此，測試系統(tǒng)是整個實驗系統(tǒng)中至關重要的一部分。圖21 實驗鍛結構尺寸圖實驗段結構如圖21 所示，33的翅片管束（順排）布置于155mm高、143mm寬的矩形通道中，每一排的管的中心間距為50mm，為了便于測量以及收集冷凝水，管排的中心間距為90mm。實驗中所用的冷卻水需要計量流量，冷卻水通過調節(jié)閥門后進入冷卻水箱，從水箱上有管道與翅片管相連，并且管道的中心位置與翅片管的中心位置在同一水平位置上，以保證冷卻水平穩(wěn)的流入翅片管內。圖22實驗煙氣通道實物圖圖22為實驗系統(tǒng)煙氣通道實物。符合實驗要求的煙氣在進入實驗段之前煙氣需要流過一段很長的管道，以便煙氣中各種成分能夠充分混合。實驗采用33的翅片管束作為傳熱界面，所用的燃氣為天然氣，、壓力約為16MPa的儲氣罐，通過兩級減壓到約為2000Pa，以滿足實驗中所用天然氣鍋爐的需要。本實驗通過改變煙氣的進口溫度、冷卻水進口溫度、水蒸氣的質量分數(shù)和煙氣的流速來研究翅片管的冷凝換熱。被冷卻后的煙氣從排出口排出，凝結產(chǎn)生的冷凝液由燒杯接收，用天平對其進行稱量。實驗系統(tǒng)簡圖如下：圖11 實驗系統(tǒng)簡圖1燃燒管2蒸汽發(fā)生器 3煙氣分析儀 4鼓風機 5實驗段 6冷卻水箱 7冷凝水收集器整個實驗裝置由燃燒系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)、收集系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)組成。但是對于混合氣體的對流凝結，研究還相當少，特別是對不凝氣體體積含量在9%28%這一段的研究的很少。實驗求出了傳熱因子、傳質因子與雷諾數(shù)之間的函數(shù)關系，同樣對以后的研究提出了一個新的切入點。針對管束換熱特性的研究，莊正寧等人通過對水平管束間冷凝換熱特性的實驗研究［12］，探討并分析了冷卻水流量及不凝性氣體質量分數(shù)對管束冷凝換熱的影響規(guī)律和機理。西安建筑科技大學的學者通過實驗建立了含不凝性氣體的蒸汽冷凝換熱模型［9］。 實驗研究對蒸氣混合物冷凝現(xiàn)象的實驗研究，得到了換熱系數(shù)關于空氣體積含量和蒸氣混合物與冷卻表面之間溫差的經(jīng)驗關系式，他發(fā)現(xiàn)，%時，總的凝結換熱系數(shù)將會減少50% 。（4）其它方法Katote[7]分析研究了少量不凝性氣體對多組元蒸氣混合物凝結液膜的影響。在層流狀態(tài)下，邊界層微分方程通過相似變換可變成常微分方程，因此可以獲得相似解。（1） 雙膜理論法。而實驗方法則是基于實驗數(shù)據(jù)得到經(jīng)驗或半經(jīng)驗關系式， 用換熱系數(shù)或對純凈蒸氣凝結液膜熱阻的修正因子來表示。因此，低溫下預熱冷水可獲得高的回收率，而在較高的溫度下輸出熱能會降低可以回收的能量數(shù)量。天然氣燃燒系統(tǒng)的熱效率提高潛力較大。對于天然氣鍋爐，煙氣中水蒸氣所攜帶的熱損失可以占整個排煙損失的55%75%,具體數(shù)值取決于排煙溫度和過量空氣系數(shù)。水蒸氣主要來自燃料中氫的燃料，一小部分水蒸氣來自參加燃燒的空氣的濕度，其余來自燃料本身氫燃燒帶來的水分。當主流煙氣的溫度也達到對應水蒸氣分壓力的飽和溫度時，大量的水蒸氣就會凝結下來，從而放出大量的汽化潛熱。將物質在相轉變時所吸收或放出的熱量稱為潛熱。另外，在冷凝煙氣中水蒸氣的同時，也可以方便地除去煙氣中的有害物質，因此對保護環(huán)境也具有重要意義。因為回水溫度越低，煙氣中水蒸氣越易冷凝。對燃煤鍋爐來說，煙氣中水蒸氣的份額并不大，即使將這部分水蒸氣全部凝結下來，放出的熱量也不能使熱效率提高很多。可以在冷液體噴入蒸汽中時發(fā)生，也可以在蒸汽噴入冷液體中時發(fā)生。均勻凝結是自然界中最常見的一種凝結現(xiàn)象。膜狀凝結時，由蒸汽凝結而成的液體在冷卻壁面上形成一層連續(xù)流動液膜。將蒸汽冷卻到低于飽和溫度，使蒸汽形成微小液滴時，就發(fā)生凝結。有功強化傳熱技術包括機械強化法、振動強化法、靜電場法和抽壓法等；無功強化傳熱技術包括表面特殊處理法、粗糙表面法、擴展表面法、裝設強化元件法、加入擾動流體法等。由以上討論可見，采用增大平均傳熱溫差以強化傳熱的途徑，其應用范圍有限；采用增加換熱面積以強化傳熱的途徑是有效的，但同樣受到各種條件的限制，換熱面積不能增加過多；此外，在增加換熱面積的同時往往也改變了換熱面的傳熱系數(shù)，因而這一途徑實際上與采用提高傳熱系數(shù)以強化傳熱的途徑是密切相關的。提高換熱器的傳熱系數(shù)以增加換熱量，是強化傳熱的重要途徑，也是當前研究強化傳熱的重點。由于這些管束布置緊湊程度遠低于板肋式及板式換熱器的情況，所以仍可采用有足夠強度的耐高溫、高壓的厚壁管子。因此，在換熱器中采用各種肋片管、螺紋管等擴展表面換熱面，是提高單位體積內換熱面積的有效方法。通過增加換熱面積以強化傳熱是增加換熱量的一種有效途徑。但是，實際工程中，冷、熱流體的種類及溫度常受生產(chǎn)要求及經(jīng)濟性等限制，不能隨意變動。如果換熱面的布置使冷、熱流體同向流動，則這種布置的平均傳熱溫差最小。因此，在采用強化傳熱技術前，必須先明確要達到的主要目的和任務以及達到這一主要目的所能提供的現(xiàn)有條件，然后通過選擇比較，才能確定一種合用的強化傳熱技術［3］。與此同時，還積極開展余熱回收及節(jié)能工作。天然氣中還含有少量的CO2 、N2 、H2S，CO等。如果油溫超過閃點，使油的蒸發(fā)速度加快，以致閃火后能繼續(xù)燃料而不熄滅，就達到了燃點；繼續(xù)提高油溫，油表面的蒸汽會自己燃燒起來，即自燃，則達到的油的著火點。當重油被加熱時，在油的表面上出現(xiàn)油蒸氣。它是一種黑褐色的粘稠液體，由各種不同族和不同分子量的碳氫化合物混合組成，它們主要是一些烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴和烯烴?；曳趾扛叩拿?，降低了煤的發(fā)熱量，容易造成不完全燃料并給設備維護和操作帶來困難。各種煤都是由某些結構極其復雜的有機化合物組成的。不同的生產(chǎn)部門，對所用燃料的性質往往提出不同的要求。煤中的灰分是一種有害成分，它直接關系到冶金焦炭的灰分含量從而影響高爐冶練的技術經(jīng)濟指標。石油是一種天然的液體燃料，也叫原油。重油的燃料由閃點、燃點和著火點三個要素。閃火只是瞬間的現(xiàn)象，它不會繼續(xù)燃料。天然氣的主要成分是甲烷，其次為乙烷等飽和碳氫化合物。由于世界上煤、石油、天然氣等化石燃料資源儲量有限，能源短缺，各國都在積極進行新能源的開發(fā)和化石燃料的高效潔凈利用工作，以解決能源緊張局面。上述目的要求是相互制約的，要同時達到這些目的是不可能的。一種是在冷、熱流體的進口和出口溫度一定時利用不同的換熱面布置來改變平均傳熱溫差。另一種方法是擴大冷、熱流體進出口溫度的差別，以增大平均傳熱溫差。因此，在化學工業(yè)中，通過增大平均傳熱溫差來強化傳熱的效果是有限的。采用擴展表面換熱面后，例如采用肋片管等，由于增加了肋片，也增大了換熱面積。例如，在高溫、高壓下運行的鍋爐過熱器、省煤器等，一般采用形狀簡單的肋片管、銷釘管和鰭片管等擴展表面換熱面。所以，在選用或開發(fā)擴展表面換熱面時應綜合考慮其優(yōu)缺點。所以，應用強化傳熱技術時，必須根據(jù)換熱器的具體情況分別采用適用的有效措施。有功強化傳熱技術需要應用外部能量來達到強化傳熱的目的；無功強化傳熱技術則無需應用外部能量即能達到強化傳熱的目的。在凝結過程中會放出熱量，即汽化熱。膜狀凝結是工業(yè)設備中最重要的一種凝結方式，一般發(fā)生在易于濕潤的冷卻壁面上。例如，飽和蒸汽流過一漸擴管道時，由于蒸汽壓力沿流程逐漸升高，就會形成蒸汽溫度低于飽和溫度的條件，因而會發(fā)生均勻凝結。直接接觸式凝結過程發(fā)生于蒸汽和冷液體直接接觸時。冷凝式鍋爐能夠回收的水蒸氣凝結熱的多少與燃料的種類和供熱系統(tǒng)水溫高低有關。另一方面，在燃料耗量不變的情況下，供熱系統(tǒng)的回水溫度越低，可以從冷凝式熱交換器中得到的熱量就越多。煙氣的露點溫度因燃料不同而不同。這種物質在同一種形態(tài)下由于溫度升高或降低而吸收或放出的熱量稱為顯熱。但當受熱面壁溫降低到對應水蒸氣分壓力的飽和溫度以下時，煙氣開始有水蒸氣在冷壁面處凝結下來。潛熱損失取決于煙氣中以水蒸氣形態(tài)存在的水量的多少。鍋爐表面散熱損失在1%4%HHV的量級，而根據(jù)燃料的不同，最大的排煙損失可高達HHV的15%20%。若將煙氣冷卻到露點溫度以下，由于換回了潛熱損失，因而可使熱效率提高11%15%以上。利用溫度愈低，回收的熱量愈多。理論分析目前一般就是對發(fā)生的熱力現(xiàn)象進行分析，做一些合理的假設和簡化得出物理模型，然后直接求解計算，或者在此模型基礎上，對動量、傳熱傳質等方程進行適當簡化，以便于求解分析。 理論研究理論分析就是基于邊界層理論，采用積分法、相似法、數(shù)值法求解簡化的控制方程組來研究氣體邊界層和凝結液邊界層。（3）邊界層法邊界層法就是在一定的勢流條件下，直接求出動量、能量和傳質方程的相似解。目前為止，邊界層法僅限于計算氣體－水蒸氣混合氣體與幾何形態(tài)較為簡單的傳熱面之間的總傳熱速率。有的研究學者還提出所謂的弱凝結和強凝結的方法。通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，得到了煙氣進口溫度、冷卻水進口溫度、水蒸氣的質量分數(shù)以及Re的變化