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随着世界可持续发展战略的实施、能源结构的优化及低碳经济的发展,对天然气的高效利用,提出了更高要求。炯气热能回收利用装置是增设在天然气热能动力设备尾部的余热回收利用装置,在节能领域中发挥着重大作用。研究开发高效、紧凑、防腐型烟气热能回收利用装置,成为热科学与能源环境工程领域的热点课题。本文以研究开发高效紧凑防腐型烟气冷凝热能回收利用装置为目标,以优化装置结构为核心,采用理论分析、数值模拟和工程实测相结合的方法,对烟气热能回收利用装置中炯气流动换热和装置的结构优化进行研究,以充分发挥换热面的作用,降低烟气流动阻力和噪声。在应用静压复得理论得出的炯气导流段和均流段初步结构方案基础上,针对烟气在热能回收利用装置中纵向流动和横向流动两种方式,提出6种渐变形炯气导流结构型式,建立数学模型,采用CFD软件Fluent对其进行流场模拟和温度场模拟,得出烟气的流动和传热规律及其影响因素,应用于锅炉房节能改造工程,工程实测结果表明,仅导流段和均流段的结构优化,可使热能回收利用装置的节能率提高3.25%(换热效率提高9.7%),烟气阻力减少20%,有效降低噪音。研究炯气热能回收利用装置主体换热段的炯气流动规律,用CFD软件Fluent对炯气热能回收利用装置主体换热段147种工况进行流场模拟并与工程实测数据比较,分析烟气流动阻力R与烟气进口流速v之间的关系,得出在v=1.0-3.0m/s范围内1-7系列主体换热段的烟气阻力计算式R=a·vb和系数a、b,为装置的优选和工程应用设计提供依据。应用优化的烟气热能回收利用装置对排烟温度较低、通常认为节能潜力较小的锅炉进行节能改造,并对其进行现场实测。2.5MW燃气锅炉在部分负荷(53%)运行条件下,炯气温度可从128℃降到40℃,锅炉系统效率仍可提高9%以上,总效率提高到106%,可节省燃气15.3Nm3/h,整个采暖季可节省燃气5.17万Nm3/a,节约燃料费10万余元/a,节能效果显著。并结合现场实测数据,为现有锅炉系统提出了优化运行调节方案。研究结果为研究烟气的流动特性和热流传递规律提供参考,为研发烟气热能回收利用装置提供技术支持,为锅炉系统优化运行调节提供依据。