烟天然气温度高低跟用气量有关系吗106℃,要求降到60℃,气量65000m³/h。求换热量和换热面积以及配用风机风量

燃气装置烟气余热回收分析与设計

摘要随着我国的不断发展能源的消费量逐渐增大,这也带来了严重的环境污染问题所以我国施行节能减排和能源结构的调整。如今在我国社会能源环境领域,推行使用天然气等清洁能源、新技术已经成为重要的研究课题。近几年来燃气锅炉正逐渐的取缔燃煤锅爐在生活与生产方面。但是目前燃气锅炉的排烟温度都很高,烟气中的余热得不到回收与利用因此,如何使锅炉的排烟热损失降低与提高燃气的利用率已经成为了节能环保工作中的重要的研究课题。普通的燃气锅炉排烟温度通常为180℃左右,烟气中存在大量的过热态嘚水蒸气其体积分数在10%左右,是烟气热量损失的主要部分回收利用排烟显热与烟气凝结潜热可极大的提高能源利用率。本文首先对我國的能源利用现状、节能形势、燃气冷凝式锅炉的工作原理、国内外研究现状和天然气的利用进行了概述其次,分析了天然气燃烧后烟氣中的产物分析了烟气中可以回收的显热量和潜热量的关系,提出了烟气中汽化潜热能否有效回收是确保冷凝式换热器回收效果的关键洇素然后,本文对各种换热器进行了介绍对冷凝换热器进行设计与分析,冷凝式换热器采用H型鳍片管换热器鳍片管顺列布置,H型鳍爿管的优点是耐磨性能好积灰少,体积小空气阻力小,综合性能好最后对燃气锅炉加装冷凝换热器的经济效益进行了分析。研究表奣常规燃气锅炉加装冷凝换热器后,锅炉排入大气的污染物大大减少环保效益显著。关键词:燃气冷凝式锅炉、锅炉热效率、热管、餘热AbstractKey 我国能源利用状况及节能环保紧迫性1.1.1能源利用现状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偠表现。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次能源利用结构的调整 [1]:(1)18世纪,因为第一次世界能源结构转变:原始的柴薪能源逐渐的被以煤为主的化石能源取代到1990年,世界的煤炭产量大约為7.45亿吨比当时的一次能源总量的94%还要高。这次能源结构改变打破了16世纪欧洲文艺复兴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。(2)20世纪石油、天然气的生产与使用量迅猛的增长。这推动了内燃机等的发展所以许多西方国家经济得到快速发展。到了20世纪60姩代石油的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和世界经济的新阶段。(3)环境污染问题和能源危機使人们意识到调整能源结构的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。我国是世界上拥有能源资源最丰富的国家之┅但也是能源消耗量也很大,能源的一次消耗的总量接近于美国截止到2014年,我国投入1145亿元在地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探明页岩气的地质储量约为1068亿m3,新探明的石油地质储量10.6亿吨天然气9438亿m3[2]。这与2011年以来我国实施的勘探矿粅突破战略行动的关系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、论储藏量和经济可开发量都处在世界首位。煤在我国的能源结构所占的比重很高其比重高达70%~80%,比其它发达国家煤仅占20%~30%的水平高得多从这十年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位石油消费与原油生产比重不断下降,天然气和其他能源(水电、核电、风能)的消费与生产比偅总体呈现出了上升的趋势表1-1中列举了我国从年的能源消费总量及构成的数据。从这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为70%,从2000年开始我国煤消费量正逐漸的降低天然气与新能源的消费量一直在迅猛增长,预计到2020年天然气占比将达到10%而煤的占比可能下降到60%,其它一次电力与新能源的消費占比也会逐渐增高表1-1能源消费总量及构成[3]年份能源消费总量(万吨标准煤)占能源消费量的比重(%)煤炭石油天气一次电力及其它能216.62.15.6.117.12.04.5.717.51.94.4.718.21.95.5.017.41.95.4.617.51.86.3.518.71.86.1.420.41.86.0.9

、答:分为三类动量传递:流場中的速度分布不均匀(或速度梯度的存在)

热量传递:温度梯度的存在(或温度分布不均匀)

质量传递:物体的浓度分布不均匀(或浓喥梯度的存在)

、解:热质交换设备按照工作原理分为:间壁式,直接接触式蓄热式和热管式等类型。

冷介质在各自的流道中连续流动唍成热量传

递任务彼此不接触,不掺混

直接接触式又称混合式,

两种流体直接接触并且相互掺混

和质量后,在理论上变成同温同压嘚混合介质流出传热传质效率高。

蓄热式又称回热式或再生式换热器

冷流体依时间先后交替流过蓄热体组成的流道,热流体先对其加

熱使蓄热体壁温升高,

把热量储存于固体蓄热体中随即冷流体流过,吸收蓄热体通

热管换热器是以热管为换热元件的换热器

由若干熱管组成的换热管束通过中隔板置于

壳体中,中隔板与热管加热段冷却段及相应的壳体内穷腔分别形成热、冷流体通道,

热、冷流体在通道内横掠管束连续流动实现传热

、答:单位时间通过垂直与传质方向上单位面积的物质的量称为传质通量。传质通量等于

传质速度与濃度的乘积

以绝对速度表示的质量通量:

以扩散速度表示的质量通量:

以主流速度表示的质量通量:

碳粒在燃烧过程中的反应式为

通过碳粒表面边界界层的质扩散为等摩尔互扩散。

、从分子运动论的观点可知:

之间的分子扩散系数可用吉利兰提出的半经验公式估算:

1、水和水蒸汽有哪些基本性质

  答:水和水蒸汽的基本物理性质有:比重、比容、汽化潜热、比热、粘度、温度、压力、焓、熵等。水的比重约等于1(t/m3、kg/dm3、g/cm3)蒸汽比嫆是比重的倒数由压力与温度所决定。水的汽化潜热是指在一定压力或温度的饱和状态下水转变成蒸汽所吸收的热量,或者蒸汽转化荿水所放出的热量单位是:KJ/Kg。水的比热是指单位质量的水每升高1℃所吸收的热量单位是KJ/

Kg· ℃,通常取4.18KJ水蒸汽的比热概念与水相同,但鈈是常数,与温度、压力有关

2、热水锅炉的出力如何表达?

  答:热水锅炉的出力有三种表达方式即大卡/小时(Kcal/h)、吨/小时(t/h)、兆瓦(MW)。

   (1)大卡/小时是公制单位中的表达方式它表示热水锅炉每小时供出的热量。

(2)"吨"或"蒸吨"是借用蒸汽锅炉的通俗说法它表礻热水锅炉每小时供出的热量相当于把一定质量(通常以吨表示)的水从20℃加热并全部汽化成蒸汽所吸收的热量。

   (3)兆瓦(MW)是国际单位制中功率的单位基本单位为W (1MW=106W)。正式文件中应采用这种表达方式

   三种表达方式换算关系如下:

3、什么是热耗指标?如何规定

  答:一般称单位建筑面积的耗热量为热耗指标,简称热指标单位w/m2,一般用qn表示,指每平方米供暖面积所需消耗的热量黄河流域各種建筑物采暖热指标可参照表2-1

 《暖通空调注册考试最新备考指南及执业范围》

住宅 综 合 居住区 学校或 办公场所 旅馆 食堂餐厅

 上表数据呮是近似值,对不同建筑结构材料、朝向、漏风量和地理位置均有不同,纬度越高的地区热耗指标越高。

4、如何确定循环水量如何萣蒸汽量、热量和面积的关系?

  答:对于热水供热系统循环水流量由下式计算:

  Q - 热用户设计热负荷,W

  tg﹑th-设计供回水温度℃

  一般情况下,按每平方米建筑面积2~2.5 kg/h估算

  由于供回水温差设计上按20℃计算,故水量常取2.5 kg/h

  采暖系统的蒸汽耗量可按下式計算:

  式中:G - 蒸汽设计流量,kg/h          

     Q - 供热系统热负荷W

     r - 蒸汽的汽化潜热,KJ/ kg

     ⊿h - 凝结水

由飽和状态到排放时的焓差KJ/ kg

5、系统的流速如何选定?管径如何选定

  答:蒸汽在管道内最大流速可按下表选取:         

蒸汽管径应根据流量、允许流速、压力、温度、允许压降等查表计算选取。

5、系统的流速如何选定管径如何选定?

  答:蒸汽在管道内朂大流速可按下表选取:         

蒸汽管径应根据流量、允许流速、压力、温度、允许压降等查表计算选取

5、系统的流速如何选萣管径如何选定?

  答:蒸汽在管道内最大流速可按下表选取:         

蒸汽管径应根据流量、允许流速、压力、温度、允許压降等查表计算选取

6、水系统的流速如何选定管径如何选定?

  答:一般规定循环水的流速在0.5~3之间,管径越细管程越长,阻力樾大要求流速越低。为了避免水力失调流速一般取较小值,或者说管径取偏大值可参考下表:

  在选择主管路的管径时,应考虑箌今后负荷的发展规划

7、水系统的空气如何排除?存在什么危害

  答:水系统的空气一般通过管道布置时作成一定的坡度,在最高點外设排气阀排出排气阀有手动和自动的两种,管道坡度顺向坡度为0.003逆向坡度为0.005。管道内的空气若不排出会产生气塞,阻碍循环影响供热。另外还会对管路造成腐蚀空气

进入汽动加热器会破坏工作状态,严重时造成事故

8、系统的失水率和补水率如何定?失水原洇通常为何

  答:按照《城市热力网设计规范》规定:闭式热力网补水装置的流量,应为供热系统循环流量的2%事故补水量应为供热循环流量的4%。失水原因:管道及供热设施密封不严系统漏水;系统检修放水;事故冒水;用户偷水;系统泄压等。

9、水系统的定压方式囿几种分别是如何实现定压的?系统的定压一般取多少

  答:热水供热系统定压常见方式有:膨胀水箱定压、普通补水泵定压、气體定压罐定压、蒸汽定压、补水泵变频调速定压、稳定的自来水定压等多种补水定压方式。采用混合式加热器的热水系统应采用溢水定压形式

  (1)膨胀水箱定压:在高出采暖系统最高点2-3米处,设一水箱维

持恒压点定压的方式称为膨胀水箱定压其优点是压力稳定不怕停电;缺点是水箱高度受限,当最高建筑物层数较高而且远离热源或为高温水供热时,膨胀水箱的架设高度难以满足要求

  (2)普通补水泵定压:用供热系统补水泵连续充水保持恒压点压力固定不变的方法称为补水泵定压。这种方法的优点是设备简单、投资少便于操作。缺点是怕停电和浪费电

  (3)气体定压罐定压:气体定压分氮气定压和空气定压两种,其特点都是利用低位定压罐与补水泵联匼动作保持供热系统恒压。氮气定压是在定压罐中灌充氮气空气定压则是灌充空气,为防止空气溶于水腐蚀管道常在空气定压罐中裝设皮囊,把空气与水隔离气体定压供热系统优点是:运行安全可靠,能较好地防止系统出现汽化及水击现象;其缺点是:设备复杂體积较大,也比较贵多用于高温水系统中。

  (4)蒸汽定压:蒸汽定压是靠锅炉上锅筒蒸汽空间的压力来保证的对于两台以上锅炉,也可采用外置膨胀罐的蒸汽定压系统另外,采用淋水式加热器和本公司生产的汽动加热器也可以认为是蒸汽定压的一种

  蒸汽定壓的优点是:系统简单,投资少运行经济。其缺点是:用来定压的蒸汽压力高低取决于锅炉的燃烧状况压力波动较大,若管理不善蒸汽窜入水网易造成水击

  (5)补水泵变频调速定压:其基本原理是根据供热系统的压力变化改变电源频率,平滑无级地调整补水泵转速而及时调节补水量实现系统恒压点的压力恒定。

  这种方法的优点是:省电便于调节控制压力。缺点是:投资大怕停电。

  (6)自来水定压:自来水在供热期间其压力满足供热系统定压值而且压力稳定可把自来水直接接在供热系统回水管上,补水定压

  這种方法的优点是显而易见的,简单、投资和运行费最少;其缺点是:适用范围窄且水质不处理直接供热会使供热系统结垢。

  (7)溢水定压形式有:定压阀定压、高位水箱溢水定压及倒U型管定压等

  运行中,系统的最高点必然充满水且有一定的压头余量一般取4m咗右。由于系统大都是上供下回且供程阻力远小于回程阻力,因此运行时,最高点的压头高于静止时压头因此,静态定压值可适当低一些一般为1~4m为宜。最大程度地降低定压压值是为了充分利用蒸汽的做功能力。

10、运行中如何掌握供回水温度我国采暖系统供回水溫差通常取多少?

  答:我国采暖设计沿用的规定:供水温度95℃回水温度70℃,温差为25℃但近年来,根据国

内外供热的先进经验供囙水温度及温差有下降趋势,设计供回水温度有取80/60℃温差20℃的。

11、什么是比摩阻比摩阻系数通常选多少?水系统的总阻力一般在什么范围其中站内、站外各为多少?

  答:单位长度的沿程阻力称为比摩阻一般情况下,主干线采取30~70Pa/m支线应根据允许压降选取,一般取60~120Pa/m不应大于300

Pa/m。一般地在一个5万m2的供热面积系统中,供热系统总阻力20

~25m水柱其中用户系统阻力2~4m,外网系统阻力4~8m水柱换热站管路系统阻力8~15m水柱。

12、热交换有哪几种形式什么是换热系数?面式热交换器的主要热交换形式是什么

  答:热交换(或者说传热)有三种形式:导热、对流和辐射。对面式热交换器来说换热的主要形式是对流和导热,对流换热量的计算式是:Q=αA(t2-t1)导热换热量嘚计算式是:Q=(λ/δ)A(t2-t1)。在面式热交换器中的传热元件两侧都发生对流换热元件体内发生导热。

13、面式热交换器有哪些形式其原悝、优缺点各为何?

  答:面式热交换器的主要形式有:管壳式换热器、板式换热器、热管式换热器等它可细分成很多形式,其共同嘚缺点:体积大占地大、投资大,热交换效率低(与混合式比较)寿命短;它们的优点是凝结水水质污染轻,易于回收

14、普通的混合式热交换器有什么缺点

  答:普通的混合式热交换器,蒸汽从其侧面进入水循环完全靠电力实现,它虽具有体积小、热效率高的优點但存在下列缺点:

  1、 不节电,任何情况下都不能缺省循环水泵;

  2、 不稳定当进汽压力较低,或进水压力较高时皆会出现劇烈的振动和噪声;

  3、同样,也存在凝结水回收难的问题

15、供热系统常用到哪几种阀门,各有什么性能

  答:供热系统常用到嘚阀门有:截止阀、闸阀(或闸板阀)、蝶阀、球阀、逆止阀(止回阀)、安全阀、减压阀、稳压阀、平衡阀、调节阀及多种自力式调节閥和电动调节阀。

  截止阀:用于截断介质流动有一定的节调性能,压力损失大供热系统中常用来截断蒸汽的流动,在阀门型号中鼡"J"表示截止阀

  闸阀:用于截断介质流动当阀门全开时,介质可以象通过一般管子一样通过,无须改变流动方向因而压损较小。閘阀的调节性能很差在阀门型号中用"Z"表示闸阀。

  逆止阀:又称止回阀或单向阀它允许介质单方向流动,若阀后压力高于阀前压力则逆止阀会自动关闭。逆止阀的型式有多种主要包括:升降式、旋启式等。升降式

的阀体外形象截止阀压损大,所以在新型的换热站系统中较少选用在阀门型号中用"H"表示。

  蝶阀:靠改变阀瓣的角度实现调节和开关由于阀瓣始终处于流动的介质中间,所以形成嘚阻力较大因而也较少选用。在阀门型号中用"D"表示

  安全阀:主要用于介质超压时的泄压,以保护设备和系统在某些情况下,微啟式水压安全阀经过改进可用作系统定压阀安全阀的结构形式有很多,在阀门型号中用"Y"表示

16、除污器有什么作用?常安装于系统的什麼部位

  答:除污器的作用是用于除去水系统中的杂物。站内除污器一般较大安装于汽动加热器之前或回水管道上,以防止杂物流叺加热器站外入户井处的除污器一般较小,常安装于供水管上有的系统安装,有的系统不安装其作用是防止杂物进入用户的散热器Φ。新一代的汽动加热器自带有除污器

17、有时候发现有的用户暖气片热而有的不热何故?如何解决

  答:这叫作系统水力失调,导致的原因较复杂大致有如下原因:

  (1)管径设计不合理,某些部位管径太细;

  (2)有些部件阻力过大如阀门无法完全开启等;

  (3)系统中有杂物阻塞

  (4)管道坡度方向不对等原因使系统中的空气无法排除干净;

  (5)系统大量失水;

  (6)系统定壓过低,造成不满水运行;

  (7)循环水泵流量扬程不够;

  要解决系统失调问题,首先要查明原因然后采取相应措施

18、汽暖和沝暖各有什么优缺点?

  答:汽暖系统虽有投资省的优点但能源浪费太大,据权威部门测算汽暖比水暖多浪费能源约30%,因此近年汽暖方式正逐步被淘汰汽暖浪费能源主要表现在:  

(1)国内疏水器质量不过关,使用寿命短性能差,汽水一块排泄;

  (2)管系散热量大除工作温度高的原因外,保温破坏不及时维修也是原因之一;

  (3)系统泄漏严重,同样的泄漏面积蒸汽带出的热量比水大得多。汽暖除了不经济之外还不安全,易发生人员烫伤和水击暴管事故很多系统运行中伴随有振动和水击声,影响人的工作和休息另外,汽暖房间空气干燥让人感到不舒适。

水暖系统虽适当增加了投资但克服了上述弊端。

18、汽暖和水暖各有什么优缺点

  答:汽暖系统雖有投资省的优点,但能源浪费太大据权威部门测算,汽暖比水暖多浪费能源约30%因此近年汽暖方式正逐步被淘汰。汽暖浪费能源主要表现在:  

(1)国内疏水器质量不过关使用寿命短,性能差汽水一块排泄;

系散热量大,除工作温度高的原因外保温破坏,不及时维修也是原因之一;

  (3)系统泄漏严重同样的泄漏面积,蒸汽带出的热量比水大得多汽暖除了不经济之外,还不安全易发生人员烫伤囷水击暴管事故。很多系统运行中伴随有振动和水击声影响人的工作和休息。另外汽暖房间空气干燥,让人感到不舒适

水暖系统虽適当增加了投资,但克服了上述弊端

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