烟气源热泵系统中热管蒸发器的研发
余热的回收再利用对实现节能减排和提高能源综合利用率具有重要的意义。特别是低品位余热的回收利用，由于其温位较低，回收难度大，常常不被重视而被排放掉，但其分布范围广、数量多，余热回收潜力巨大。燃气锅炉的排烟作为低品位余热资源，其中蕴含着大量的气化潜热和显热，对燃气锅炉排烟余热深度回收对提高天然气利用率和实现节能减排具有重要的现实意义。 本论文首先对燃气锅炉的排烟特性以及烟气余热回收潜力作了分析研究，然后提出烟气源热泵系统方案，并开发出与热泵系统相匹配的新型热管蒸发器，最后利用数值模拟的方法研究了新型热管蒸发器烟气侧流动换热情况，具体研究结论如下: (1)考察了燃气锅炉实际的运行工况，理论分析了烟气的露点、烟气中水蒸气的冷凝率的影响因素。影响烟气露点最根本的因素是烟气中水蒸气的相对含量，随着空气含湿量的增加，露点也会增大，当空气含湿量一定时，露点随过量空气系数的增加而减小，烟气在冷却过程中，露点随着烟气温度的降低而降低;烟气中水蒸气的冷凝率随着排烟温度的降低而升高，当排烟温度低于35℃，冷凝率的升高幅度减小。 (2)空气源热泵受季节气温影响而出现性能不稳定问题，翅片管冷凝换热器对低温烟气余热回收效率低，为解决以上问题，提出了以低温烟气作为空气源热泵热源的烟气源热泵系统方案，并开发了用于烟气余热回收的新型热管蒸发器，使热泵系统与锅炉排烟系统能够很好的相匹配。 (3)用数值模拟方法研究了烟气不同入口速度和不同翅片结构对换热流动效果的影响。随着入口烟气流速增加，努塞尔数增大，流动阻力也增大，以综合性能评价指标j/f来评价，当烟气入口速度为5m/s时，综合传热性能最优;随着螺距的增大，对流换热系数增大，阻力系数减小;随着翅片高度的增加，对流换热能力减弱，流动阻力增大;同一雷诺数下，间距的增大会使传热性能减弱，但流动阻力减小;在所选用的翅片尺寸范围内，当螺距为10mm、翅片高度为5mm、管间距为60mm，其综合换热性能最好，增大翅片螺距增大场协同数，增大翅片高度和管间距会使场协同性变差。
燃气锅炉;烟气源热泵系统;热管蒸发器;烟气露点;余热回收;强化传热
郑州大学
硕士
热能工程
吴金星
2014
中文
TK223.4
70
2014-09-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）