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随着世界能源结构的优化和中国资源节约型经济的建设,以及中长期节能规划的实施,提高天然气利用水平,成为热科学和能源环境工程领域热点课题。本文在北京市自然科学基金项目“新型防腐镀膜表面上烟气对流凝结换热研究”资助下,针对冷凝式天然气利用设备的研发,理论与实验研究相结合,着重研究不同防腐镀膜表面特性对烟气受迫对流凝结换热的影响及其规律;同时对烟气冷凝换热设备在供热领域应用进行了可行性研究与应用方案的探讨。基于烟气在垂直壁上受迫对流凝结换热的理论分析和数值求解,同时与实验值进行对比,得出在膜状凝结条件下,气-液-固接触角越小,过冷度越大,烟气受迫对流凝结换热越强。从而得出不同镀层表面特性对烟气受迫对流凝结换热的影响规律。采用Pheonix300接触角分析仪,测出裸铜和镀有三种不同镀膜表面的接触角排序,从而得到镀有Ni-P复合镀层的换热器换热能力最强,而镀有Ni-P镀层的换热器换热能力次之,镀Ni镀层的换热器较差,这与换热器换热实验结论相一致。基于对分别镀有三种不同镀层冷凝换热器进行换热实验研究得出,非晶态镍磷复合化学镀层上涂有机涂层的冷凝换热器由于凝结向珠状凝结转化,且因镀膜结合状况得到改善,换热能力最强;涂有机涂层的冷凝换热器换热能力与非晶态镍磷复合化学镀冷凝换热器换热能力相近;同时得出不同镀层冷凝换热器的换热实验关联式,为同类换热器的设计与校核计算及换热性能的评价提供了参考依据。对冷凝换热设备在天然气供热锅炉房中应用的可行性研究得出,将排烟温度200℃以下的锅炉烟温降到50℃,可提高热效率9%～13%,初投资每吨2万元左右,节约燃料费约每吨17～20元/h,回收期约88～120天;若将其仅应用于北京地区天然气锅炉房改造,可节约天然气7680～11648万m~3/a,节约燃料费1.5～2.3亿元/年,并相应减少NOx排放384～760t/a。对冷凝换热设备在天然气供热供暖系统中的应用方案进行了探讨。同时分析了不同天然气锅炉房改造方案的特点,得出在不同条件下加装烟气冷凝换热器进行天然气锅炉房改造的最佳方案。以上研究为进一步研究天然气冷凝换热设备中的传热传质规律及类似多组分传热传质规律提供参考,也为天然气冷凝换热设备的研发提供参考。