【正文】 改變煙氣流速通過改變?nèi)紵β逝c過量空氣系數(shù)調(diào)節(jié)煙氣的體積流量，通過計(jì)算值，調(diào)節(jié)蒸汽發(fā)生器的閥門大小，向煙氣中加入不同質(zhì)量的水蒸氣，得到不同體積流量而相同水蒸氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的混合氣體。在實(shí)驗(yàn)過程中，要在整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行十五分鐘后再開始測(cè)量數(shù)據(jù)，以保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。調(diào)節(jié)過量空氣系數(shù)使之滿足此時(shí)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(cè)量結(jié)果，反復(fù)調(diào)節(jié)天然氣閥門開度、鼓風(fēng)量以及蒸汽發(fā)生器閥門開度，以調(diào)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(shí)驗(yàn)中采用的是天然氣燃料，且燃料的流量測(cè)量關(guān)系到實(shí)驗(yàn)計(jì)算是否準(zhǔn)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(duì)接收的冷凝液的質(zhì)量進(jìn)行確定，并用秒表記錄實(shí)驗(yàn)時(shí)間，即可計(jì)算出冷凝液的流量。冷凝液的流量的測(cè)量冷凝液流量即單位時(shí)間內(nèi)由冷凝形成的液體的質(zhì)量。在測(cè)量時(shí)，在需要粘上熱電偶的地方鋸出一個(gè)小凹槽，利用鋁箔膠帶將熱電偶粘在凹槽內(nèi)，鋁箔膠帶的傳熱性能良好，面積很小，對(duì)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(cè)量 兩種不同成分的導(dǎo)體A和B連接在一起，形成一個(gè)閉合回路。 煙氣進(jìn)出口溫度的測(cè)量℃的玻璃溫度計(jì)在煙氣的進(jìn)出口位置設(shè)置的溫度測(cè)點(diǎn)測(cè)量此處煙氣的溫度。實(shí)驗(yàn)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(shí)水蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)只與過量空氣系數(shù)有關(guān)。天然氣中不含有S元素，所以可以認(rèn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)、實(shí)驗(yàn)工況運(yùn)行時(shí)間和Re等。因此，測(cè)試系統(tǒng)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中至關(guān)重要的一部分。圖21 實(shí)驗(yàn)鍛結(jié)構(gòu)尺寸圖實(shí)驗(yàn)段結(jié)構(gòu)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(cè)量以及收集冷凝水，管排的中心間距為90mm。實(shí)驗(yàn)中所用的冷卻水需要計(jì)量流量，冷卻水通過調(diào)節(jié)閥門后進(jìn)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(nèi)。圖22實(shí)驗(yàn)煙氣通道實(shí)物圖圖22為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)煙氣通道實(shí)物。符合實(shí)驗(yàn)要求的煙氣在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)采用33的翅片管束作為傳熱界面，所用的燃?xì)鉃樘烊粴?，、壓力約為16MPa的儲(chǔ)氣罐，通過兩級(jí)減壓到約為2000Pa，以滿足實(shí)驗(yàn)中所用天然氣鍋爐的需要。本實(shí)驗(yàn)通過改變煙氣的進(jìn)口溫度、冷卻水進(jìn)口溫度、水蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?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(jié)產(chǎn)生的冷凝液由燒杯接收，用天平對(duì)其進(jìn)行稱量。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡圖如下：圖11 實(shí)驗(yàn)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(fēng)機(jī) 5實(shí)驗(yàn)段 6冷卻水箱 7冷凝水收集器整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由燃燒系統(tǒng)、測(cè)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(duì)于混合氣體的對(duì)流凝結(jié)，研究還相當(dāng)少，特別是對(duì)不凝氣體體積含量在9%28%這一段的研究的很少。實(shí)驗(yàn)求出了傳熱因子、傳質(zhì)因子與雷諾數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，同樣對(duì)以后的研究提出了一個(gè)新的切入點(diǎn)。針對(duì)管束換熱特性的研究，莊正寧等人通過對(duì)水平管束間冷凝換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究［12］，探討并分析了冷卻水流量及不凝性氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)管束冷凝換熱的影響規(guī)律和機(jī)理。西安建筑科技大學(xué)的學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)建立了含不凝性氣體的蒸汽冷凝換熱模型［9］。 實(shí)驗(yàn)研究對(duì)蒸氣混合物冷凝現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)研究，得到了換熱系數(shù)關(guān)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(yàn)關(guān)系式，他發(fā)現(xiàn)，%時(shí)，總的凝結(jié)換熱系數(shù)將會(huì)減少50% 。（4）其它方法Katote[7]分析研究了少量不凝性氣體對(duì)多組元蒸氣混合物凝結(jié)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(shí)驗(yàn)方法則是基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式， 用換熱系數(shù)或?qū)儍粽魵饽Y(jié)液膜熱阻的修正因子來表示。因此，低溫下預(yù)熱冷水可獲得高的回收率，而在較高的溫度下輸出熱能會(huì)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(duì)于天然氣鍋爐，煙氣中水蒸氣所攜帶的熱損失可以占整個(gè)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(dāng)主流煙氣的溫度也達(dá)到對(duì)應(yīng)水蒸氣分壓力的飽和溫度時(shí)，大量的水蒸氣就會(huì)凝結(jié)下來，從而放出大量的汽化潛熱。將物質(zhì)在相轉(zhuǎn)變時(shí)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(shí)，也可以方便地除去煙氣中的有害物質(zhì)，因此對(duì)保護(hù)環(huán)境也具有重要意義。因?yàn)榛厮疁囟仍降?，煙氣中水蒸氣越易冷凝。?duì)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(jié)下來，放出的熱量也不能使熱效率提高很多?？梢栽诶湟后w噴入蒸汽中時(shí)發(fā)生，也可以在蒸汽噴入冷液體中時(shí)發(fā)生。均勻凝結(jié)是自然界中最常見的一種凝結(jié)現(xiàn)象。膜狀凝結(jié)時(shí)，由蒸汽凝結(jié)而成的液體在冷卻壁面上形成一層連續(xù)流動(dòng)液膜。將蒸汽冷卻到低于飽和溫度，使蒸汽形成微小液滴時(shí)，就發(fā)生凝結(jié)。有功強(qiáng)化傳熱技術(shù)包括機(jī)械強(qiáng)化法、振動(dòng)強(qiáng)化法、靜電場(chǎng)法和抽壓法等；無功強(qiáng)化傳熱技術(shù)包括表面特殊處理法、粗糙表面法、擴(kuò)展表面法、裝設(shè)強(qiáng)化元件法、加入擾動(dòng)流體法等。由以上討論可見，采用增大平均傳熱溫差以強(qiáng)化傳熱的途徑，其應(yīng)用范圍有限；采用增加換熱面積以強(qiáng)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(shí)往往也改變了換熱面的傳熱系數(shù)，因而這一途徑實(shí)際上與采用提高傳熱系數(shù)以強(qiáng)化傳熱的途徑是密切相關(guān)的。提高換熱器的傳熱系數(shù)以增加換熱量，是強(qiáng)化傳熱的重要途徑，也是當(dāng)前研究強(qiáng)化傳熱的重點(diǎn)。由于這些管束布置緊湊程度遠(yuǎn)低于板肋式及板式換熱器的情況，所以仍可采用有足夠強(qiáng)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(kuò)展表面換熱面，是提高單位體積內(nèi)換熱面積的有效方法。通過增加換熱面積以強(qiáng)化傳熱是增加換熱量的一種有效途徑。但是，實(shí)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(jì)性等限制，不能隨意變動(dòng)。如果換熱面的布置使冷、熱流體同向流動(dòng)，則這種布置的平均傳熱溫差最小。因此，在采用強(qiáng)化傳熱技術(shù)前，必須先明確要達(dá)到的主要目的和任務(wù)以及達(dá)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(qiáng)化傳熱技術(shù)［3］。與此同時(shí)，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(diǎn)，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(dá)到了燃點(diǎn)；繼續(xù)提高油溫，油表面的蒸汽會(huì)自己燃燒起來，即自燃，則達(dá)到的油的著火點(diǎn)。當(dāng)重油被加熱時(shí)，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?xì)浠衔锘旌辖M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(shè)備維護(hù)和操作帶來困難。各種煤都是由某些結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的有機(jī)化合物組成的。不同的生產(chǎn)部門，對(duì)所用燃料的性質(zhì)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(guān)系到冶金焦炭的灰分含量從而影響高爐冶練的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。石油是一種天然的液體燃料，也叫原油。重油的燃料由閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和著火點(diǎn)三個(gè)要素。閃火只是瞬間的現(xiàn)象，它不會(huì)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?xì)浠衔?。由于世界上煤、石油、天然氣等化石燃料資源儲(chǔ)量有限，能源短缺，各國都在積極進(jìn)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(shí)達(dá)到這些目的是不可能的。一種是在冷、熱流體的進(jìn)口和出口溫度一定時(shí)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(kuò)大冷、熱流體進(jìn)出口溫度的差別，以增大平均傳熱溫差。因此，在化學(xué)工業(yè)中，通過增大平均傳熱溫差來強(qiáng)化傳熱的效果是有限的。采用擴(kuò)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(yùn)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(kuò)展表面換熱面。所以，在選用或開發(fā)擴(kuò)展表面換熱面時(shí)應(yīng)綜合考慮其優(yōu)缺點(diǎn)。所以，應(yīng)用強(qiáng)化傳熱技術(shù)時(shí)，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(qiáng)化傳熱技術(shù)需要應(yīng)用外部能量來達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的；無功強(qiáng)化傳熱技術(shù)則無需應(yīng)用外部能量即能達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。在凝結(jié)過程中會(huì)放出熱量，即汽化熱。膜狀凝結(jié)是工業(yè)設(shè)備中最重要的一種凝結(jié)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(kuò)管道時(shí)，由于蒸汽壓力沿流程逐漸升高，就會(huì)形成蒸汽溫度低于飽和溫度的條件，因而會(huì)發(fā)生均勻凝結(jié)。直接接觸式凝結(jié)過程發(fā)生于蒸汽和冷液體直接接觸時(shí)。冷凝式鍋爐能夠回收的水蒸氣凝結(jié)熱的多少與燃料的種類和供熱系統(tǒng)水溫高低有關(guān)。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(diǎn)溫度因燃料不同而不同。這種物質(zhì)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(dāng)受熱面壁溫降低到對(duì)應(yīng)水蒸氣分壓力的飽和溫度以下時(shí)，煙氣開始有水蒸氣在冷壁面處凝結(jié)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(jí)，而根據(jù)燃料的不同，最大的排煙損失可高達(dá)HHV的15%20%。若將煙氣冷卻到露點(diǎn)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(duì)發(fā)生的熱力現(xiàn)象進(jìn)行分析，做一些合理的假設(shè)和簡化得出物理模型，然后直接求解計(jì)算，或者在此模型基礎(chǔ)上，對(duì)動(dòng)量、傳熱傳質(zhì)等方程進(jìn)行適當(dāng)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(jié)液邊界層。（3）邊界層法邊界層法就是在一定的勢(shì)流條件下，直接求出動(dòng)量、能量和傳質(zhì)方程的相似解。目前為止，邊界層法僅限于計(jì)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(xué)者還提出所謂的弱凝結(jié)和強(qiáng)凝結(jié)的方法。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，得到了煙氣進(jìn)口溫度、冷卻水進(jìn)口溫度、水蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及Re的變化