王浩 史永征 劉蓉 菅海瑞

北京建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院

長(zhǎng)輸管道的天然氣運(yùn)行壓力較高，需調(diào)壓后才能進(jìn)入下游城鎮(zhèn)管網(wǎng)。調(diào)壓過(guò)程中，由于焦耳湯姆遜效應(yīng)，天然氣壓力每降低1 MPa，天然氣溫度降低4～5 ℃，易造成調(diào)壓器后端的凍堵問(wèn)題，解決凍堵的最有效方式是天然氣調(diào)壓前對(duì)其進(jìn)行加熱。浸沒(méi)燃燒天然氣加熱裝置是一種新型的天然氣加熱器，其充分利用了煙氣的汽化潛熱，具有功率可調(diào)節(jié)、換熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、污染物排放量低的優(yōu)點(diǎn)[1-2]。浸沒(méi)燃燒換熱器在結(jié)構(gòu)上類似于管殼式換熱器，其熱水與換熱管束的傳熱過(guò)程也與管殼式換熱器相似。管殼式換熱器中的殼程和管程中的冷熱流體通過(guò)對(duì)流換熱、導(dǎo)熱的方式進(jìn)行熱量交換，而浸沒(méi)燃燒換熱器殼程流體為煙氣與水形成的氣液兩相流，冷熱流體間的傳熱過(guò)程十分復(fù)雜。在以往的浸沒(méi)燃燒換熱器設(shè)計(jì)時(shí)，采用的換熱計(jì)算方法多基于簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)或者數(shù)值模擬，由于實(shí)驗(yàn)室和數(shù)值模擬軟件各自的局限性，換熱器計(jì)算結(jié)果會(huì)有一定的誤差。因此，本文結(jié)合某在役功率為200 kW浸沒(méi)燃燒換熱器的實(shí)際使用情況，對(duì)其綜合傳熱系數(shù)及管外因煙氣擾動(dòng)形成的水浴最大流速進(jìn)行研究，以期為浸沒(méi)燃燒換熱器的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

1 浸沒(méi)燃燒換熱器工作原理

浸沒(méi)燃燒換熱器換熱原理如圖1所示。浸沒(méi)燃燒換熱器、煙管及燃燒器浸沒(méi)在加熱裝置的水浴中。天然氣和空氣按照一定的比例混合后，進(jìn)入低氮燃燒器內(nèi)燃燒，生成的高溫?zé)煔庠陲L(fēng)機(jī)的作用下以較快的速度通過(guò)煙管上的鼓泡孔直接進(jìn)入水浴中。水箱中的水在煙氣的擾動(dòng)下，在溫度上升的同時(shí)形成急劇上升的氣液兩相流，快速?zèng)_刷上方的換熱器，強(qiáng)化了管外的換熱。其內(nèi)部流動(dòng)的低溫天然氣吸收水的熱量最終被加熱，換熱后的低溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)水箱上部的煙囪排出。

2 浸沒(méi)燃燒換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 浸沒(méi)燃燒換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)

浸沒(méi)燃燒換熱器相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 浸沒(méi)燃燒換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Design parameters of submerged combustion heat exchanger參數(shù)功率/kW工作壓力/MPa天然氣流量/(m3·h-1)水浴溫度/℃天然氣進(jìn)口溫度/℃天然氣出口溫度/℃數(shù)值2004.540 00060010

2.2 浸沒(méi)燃燒換熱器結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)浸沒(méi)燃燒換熱器時(shí)，在減小換熱器的尺寸的同時(shí)，為了利用煙氣與水換熱過(guò)程中煙氣對(duì)水的擾動(dòng)作用，強(qiáng)化換熱器管外對(duì)流換熱，舍棄傳統(tǒng)的單管螺旋換熱結(jié)構(gòu)，采用多根蛇形盤(pán)管組合排列的形式[1]。浸沒(méi)燃燒換熱器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括匯管1、匯管2、蛇形換熱盤(pán)管3、天然氣入口4、天然氣出口5。其中，匯管和蛇形換熱盤(pán)管材質(zhì)均為316L，匯管和蛇形換熱盤(pán)管通過(guò)焊接的形式連接。天然氣先流入?yún)R管1，然后通過(guò)蛇形換熱盤(pán)管3，最后經(jīng)匯管2流出。

2.3 浸沒(méi)燃燒換熱器換熱設(shè)計(jì)計(jì)算

水的傳熱系數(shù)遠(yuǎn)大于氣體，且在煙氣對(duì)水浴的擾動(dòng)過(guò)程中，煙氣難以接觸管束外表面，因此忽略煙氣與管束的換熱，將傳熱計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)化[3-4]。浸沒(méi)燃燒換熱器水浴與換熱管束的傳熱機(jī)理與管殼式換熱器相似。因此，在忽略管內(nèi)外污垢熱阻的情況下，將水浴與換熱盤(pán)管天然氣的換熱過(guò)程劃分為水側(cè)的管外對(duì)流傳熱、管壁導(dǎo)熱、天然氣側(cè)管內(nèi)對(duì)流傳熱3部分，浸沒(méi)燃燒器的換熱設(shè)計(jì)計(jì)算如下。

2.3.1 管外對(duì)流傳熱

水吸收了煙氣中的熱量后升溫，同時(shí)在煙氣的擾動(dòng)作用下以一定的速度對(duì)蛇形換熱盤(pán)管外壁進(jìn)行沖刷，其換熱量Q1為：

Q1=h1(tf-tw1)·A1

(1)

式中：h1為管外對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K)；tf為管外水浴溫度，℃；tw1為蛇形換熱盤(pán)管外壁平均溫度，℃；A1為蛇形換熱盤(pán)管總外表面積，m2。

在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，管外對(duì)流換熱系數(shù)h1可由努塞爾數(shù)Nu求得，具體關(guān)系式為：

(2)

式中：d2為換熱盤(pán)管外徑，m；λ為水的熱導(dǎo)率，W/(m·K)。

蛇形換熱盤(pán)管排列方式不同，流體流經(jīng)管束時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)就會(huì)產(chǎn)生差異，從而影響整個(gè)換熱器的換熱效果。在盤(pán)管排列形式為叉排時(shí)，管外對(duì)流換熱的關(guān)聯(lián)式為[5]：

(3)

式中：Ref為管外流體的雷諾數(shù)；Prf、Prw分別為管外流體、管外管壁處流體的普朗特?cái)?shù)；Ref中的水浴速度為水浴沖刷管束的最大流速，m/s。

2.3.2 管壁導(dǎo)熱

換熱盤(pán)管以導(dǎo)熱的方式將熱量從水側(cè)的外壁面?zhèn)鬟f給天然氣側(cè)的內(nèi)壁面，其導(dǎo)熱量Q2為：

(4)

式中：tw2為換熱盤(pán)管內(nèi)壁平均溫度，℃；d2為換熱盤(pán)管外徑，m；d1為換熱盤(pán)管內(nèi)徑，m；L為換熱盤(pán)管長(zhǎng)度，m；λ為換熱盤(pán)管所采用材質(zhì)的熱導(dǎo)率，W/(m·K)。

2.3.3 管內(nèi)對(duì)流傳熱

天然氣以一定的速度從蛇形換熱盤(pán)管中流過(guò)，換熱盤(pán)管內(nèi)壁會(huì)以一定的溫差向管內(nèi)的天然氣傳遞熱量，其換熱量Q3為：

Q3=h2(tw2-t)·A2

(5)

式中：h2為管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K)；t為管內(nèi)天然氣平均溫度，℃；A2為換熱盤(pán)管總內(nèi)表面積，m2。

在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)h2同樣可由Nuf求得，不再詳述。管內(nèi)天然氣在換熱過(guò)程中，并未發(fā)生相變，所以管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)采用迪圖斯-貝爾特關(guān)聯(lián)式[5]：

Nuf=0.023Ref0.8Prf0.4

(6)

式中：適應(yīng)參數(shù)范圍(L/d)≥10；Ref>104；Prf=0.7～160；定型溫度取管內(nèi)天然氣平均溫度；定型尺寸為蛇形換熱盤(pán)管內(nèi)徑d1，m。

由圖2可知，單根蛇形換熱盤(pán)管均有兩個(gè)彎曲管段，天然氣在彎曲管道中流動(dòng)產(chǎn)生離心力，破壞換熱邊界層，有利于換熱。彎管中對(duì)流換熱關(guān)聯(lián)式采用直管的，但是計(jì)算的結(jié)果需要乘以管道彎曲影響的修正系數(shù)εR[5]。

(7)

式中：R為彎曲半徑，m。

2.3.4 綜合傳熱系數(shù)

在忽略天然氣側(cè)和水側(cè)污垢熱阻時(shí)，利用式(1)～(7)計(jì)算浸沒(méi)燃燒換熱器單位管長(zhǎng)的設(shè)計(jì)綜合傳熱系數(shù)K為：

(8)

在實(shí)際工況中，管內(nèi)天然氣的進(jìn)出口溫度、流量，管外的水浴溫度均可以直接測(cè)量得到，水浴與天然氣換熱的實(shí)際綜合傳熱系數(shù)為：

(9)

式中：K1為實(shí)際綜合傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；Q為盤(pán)管內(nèi)天然氣實(shí)際換熱量，kW；m為盤(pán)管內(nèi)天然氣質(zhì)量流量，kg/s；Δh為天然氣進(jìn)出口的焓差，kJ/kg。

2.4 換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果

浸沒(méi)燃燒天然氣加熱裝置結(jié)構(gòu)與LNG氣化器類似，李鴻鈺[6]研究LNG氣化器時(shí)發(fā)現(xiàn)，水箱上、中、下3部分的水浴溫度比較接近，因此，在計(jì)算浸沒(méi)燃燒換熱器的傳熱問(wèn)題時(shí)，水箱中的水浴取同一溫度。利用式(1)～(9)計(jì)算設(shè)計(jì)綜合傳熱系數(shù)可獲得蛇形換熱盤(pán)管的面積，在計(jì)算過(guò)程中假設(shè)盤(pán)管的外壁溫度為tw1，當(dāng)盤(pán)管內(nèi)天然氣實(shí)際換熱量Q與水側(cè)管外換熱量Q1兩者誤差率小于0.1%時(shí)，可以認(rèn)定假設(shè)壁溫合理，達(dá)到計(jì)算要求。某200 kW天然氣管道加熱用浸沒(méi)燃燒換熱器設(shè)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2 浸沒(méi)燃燒換熱器設(shè)計(jì)結(jié)果Table 2 Design results of submerged combustion heat exchanger換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)管排數(shù)/排蛇形盤(pán)管數(shù)/根盤(pán)管內(nèi)徑/mm盤(pán)管外徑/mm橫向管間距/mm縱向管間距/mm數(shù)值31329344190換熱器換熱計(jì)算參數(shù)管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)/(W·(m2·K)-1)管外對(duì)流換熱系數(shù)/(W·(m2·K)-1)管壁導(dǎo)熱熱阻/(W·(m·K)-1)水側(cè)污垢熱阻/(W·(m2·K)-1)天然氣側(cè)污垢熱阻/(W·(m2·K)-1)設(shè)計(jì)綜合傳熱系數(shù)/(W·(m2·K)-1)排數(shù)修正系數(shù)平均彎管修正系數(shù)傳熱設(shè)計(jì)安全系數(shù)實(shí)際面積/m2數(shù)值4 968.721 939.70639.590.000 40.0021 095.700.951.301.203.93 注:換熱器內(nèi)天然氣物性參數(shù)為陜京氣,甲烷體積分?jǐn)?shù)為92.83%,乙烷體積分?jǐn)?shù)為4.69%,其余體積分?jǐn)?shù)為2.48%。

3 工程實(shí)例分析

北京某門(mén)站天然氣調(diào)壓前壓力為3.2～3.5 MPa,調(diào)壓后為0.75～0.77 MPa,調(diào)壓過(guò)程溫降為13～14 ℃，在供暖季為了解決該門(mén)站的調(diào)壓器凍堵問(wèn)題，利用200 kW加熱裝置在調(diào)壓前提升天然氣的溫度，加熱裝置實(shí)體如圖3所示。

為有效分析浸沒(méi)燃燒換熱器設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性及考核其實(shí)際換熱性能，利用儀器對(duì)天然氣流量、進(jìn)出口溫度、水浴溫度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量記錄，并從中選取換熱器穩(wěn)定運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳熱計(jì)算。200 kW加熱裝置在不同功率穩(wěn)定運(yùn)行平均數(shù)據(jù)如表3所示，各種工況取值時(shí)換熱器均已達(dá)到換熱平衡的狀態(tài)。

3.1 換熱器設(shè)計(jì)綜合傳熱系數(shù)修正

在換熱量和換熱溫差已經(jīng)確定的情況下，設(shè)計(jì)綜合傳熱系數(shù)越大，浸沒(méi)燃燒換熱器的面積越小，故確定合適的綜合傳熱系數(shù)在換熱器設(shè)計(jì)中尤為重要。從式(9)可知，計(jì)算綜合傳熱系數(shù)不確定的因素主要表現(xiàn)在：一方面計(jì)算管外對(duì)流換熱系數(shù)h1時(shí)，選用經(jīng)典外掠圓管對(duì)流換熱的關(guān)聯(lián)式，此式常用于單相流體沖刷換熱盤(pán)管的工況，但浸沒(méi)燃燒換熱器外部為煙氣與水形成的兩相流；另一方面計(jì)算管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)h2時(shí)，忽略了匯管中天然氣與水浴的換熱。因此，設(shè)計(jì)綜合傳熱系數(shù)與實(shí)際工況下的綜合傳熱系數(shù)會(huì)存在一定的差異，為了縮小該差異，以實(shí)際運(yùn)行工況下的綜合傳熱系數(shù)對(duì)其進(jìn)行修正，修正系數(shù)用C來(lái)表示。

3.1.1 管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)修正

該門(mén)站天然氣的流量一直未達(dá)到設(shè)計(jì)工況，因此采用數(shù)據(jù)擬合的方法得到實(shí)際工況下天然氣流量為40 000 m3/h時(shí)的管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)，再對(duì)設(shè)計(jì)管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)h2修正，修正系數(shù)用C1來(lái)表示。由式(6)可知，天然氣的流速和密度均以0.8次冪影響管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)，是各項(xiàng)影響參數(shù)中最大者。圖4表示天然氣壓力在3.4 MPa時(shí)，密度隨溫度的變化趨勢(shì)。為了減小管內(nèi)天然氣密度變化的影響，選擇實(shí)際工況天然氣溫升與設(shè)計(jì)流量下天然氣的溫升接近的數(shù)據(jù)分析。由表(3)可知，天然氣壓力為3.4 MPa、加熱裝置在80 kW功率運(yùn)行時(shí)，管內(nèi)天然氣的平均溫升為8.43 ℃，與設(shè)計(jì)工況溫升10 ℃接近，數(shù)據(jù)采集每6 min一次，計(jì)算出不同天然氣流量下的管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)，以天然氣流量為橫坐標(biāo)將其繪制在圖表中。圖5為天然氣流量與管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)的擬合曲線，擬合優(yōu)度R2接近于1。在設(shè)計(jì)工況40 000 m3/h下，利用圖5中擬合式計(jì)算得到管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)為4 637.47 W/(m2·K)，利用式(6)、式(7)得到設(shè)計(jì)管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)為4 968.72 W/(m2·K)，誤差修正系數(shù)C1為0.93。

表3 加熱裝置在不同功率穩(wěn)定運(yùn)行的平均數(shù)據(jù)Table 3 Average data of stable operation of heating device at different powers序號(hào)功率/kW運(yùn)行壓力/MPa燃燒耗氣量/(m3·h-1)運(yùn)行時(shí)間/min天然氣平均流量/(m3·h-1)天然氣平均進(jìn)口溫度/℃天然氣平均出口溫度/℃1803.395.243011 291.2710.1718.602903.468.443013 261.788.8021.7331203.5011.123010 318.889.4627.2441283.4011.713011 505.269.6228.5451543.4416.823012 446.869.5331.6861803.3921.063014 803.239.0332.56

3.1.2 管外對(duì)流換熱系數(shù)修正

為縮小實(shí)際與設(shè)計(jì)管外對(duì)流換熱系數(shù)的差異，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合的方式得到200 kW穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的實(shí)際管外對(duì)流換熱系數(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)管外對(duì)流換熱系數(shù)進(jìn)行修正。通過(guò)換熱量計(jì)算實(shí)際管外對(duì)流換熱系數(shù)，具體方法為：先根據(jù)式(5)計(jì)算出蛇形盤(pán)管內(nèi)壁平均溫度tw2，再根據(jù)式(4)計(jì)算出蛇形盤(pán)管外壁平均溫度tw1，最后根據(jù)式(1)計(jì)算出實(shí)際管外對(duì)流換熱系數(shù)。計(jì)算時(shí)選取5種功率連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行30 min的數(shù)據(jù)，為減小誤差，將數(shù)據(jù)平均劃分為5組，得到的實(shí)際管外對(duì)流換熱系數(shù)見(jiàn)圖6。從圖6中可以看出，管外對(duì)流換熱系數(shù)隨加熱裝置功率的增大而增大，且每種功率下的管外對(duì)流換熱系數(shù)是比較接近的。其原因是加熱裝置以某恒定功率運(yùn)行時(shí)，浸沒(méi)燃燒器保持穩(wěn)定的空燃比，單位時(shí)間內(nèi)燃燒生成的煙氣量相同，高溫?zé)煔庖韵嗤乃俣入x開(kāi)煙管上的鼓泡孔射入到水中，對(duì)水浴的擾動(dòng)作用也是相同的。在裝置增大功率運(yùn)行時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)燃燒生成的煙氣量增大，煙氣在離開(kāi)鼓泡孔時(shí)的速度增大，水浴對(duì)換熱盤(pán)管的沖刷程度加劇，管外對(duì)流換熱系數(shù)受此影響也會(huì)增大。

為計(jì)算出裝置在200 kW運(yùn)行時(shí)的實(shí)際管外對(duì)流換熱系數(shù)，將圖5中的5組數(shù)據(jù)平均，得到功率與管外對(duì)流換熱系數(shù)的擬合曲線，如圖7所示，曲線擬合優(yōu)度R2接近于1。利用擬合式計(jì)算得到裝置在200 kW運(yùn)行時(shí)的管外對(duì)流換熱系數(shù)為5 985.10 W/(m2·K)，設(shè)計(jì)管外對(duì)流換熱系數(shù)為1 939.70 W/(m2·K)，其誤差修正系數(shù)C2為3.09。

利用上述修正后的管內(nèi)和管外對(duì)流換熱系數(shù)計(jì)算出設(shè)計(jì)工況下的實(shí)際綜合傳熱系數(shù)，進(jìn)一步修正設(shè)計(jì)綜合傳熱系數(shù)，表4為相關(guān)計(jì)算結(jié)果。

表4 實(shí)際綜合傳熱系數(shù)與設(shè)計(jì)綜合傳熱系數(shù)修正Table 4 Modification of actual and designed comprehensive heat transfer coefficient名稱設(shè)計(jì)工況/(W·(m2·K)-1)實(shí)際運(yùn)行/(W·(m2·K)-1)修正系數(shù)管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)4 968.724 637.470.93管外對(duì)流換熱系數(shù)1 939.705 985.103.09綜合傳熱系數(shù)1 095.701 709.501.56

3.2 管外水浴最大流速

目前，設(shè)計(jì)綜合傳熱系數(shù)與擬合得到的實(shí)際綜合傳熱系數(shù)修正系數(shù)為1.56，主要是由于設(shè)計(jì)與實(shí)際工況下管外對(duì)流換熱系數(shù)相差較大。從式(3)可知，管外水浴流速以0.6次冪影響管外對(duì)流換熱系數(shù)的大小，是各項(xiàng)影響參數(shù)中的最大值，在設(shè)計(jì)時(shí)，水浴流速取值較小是造成管外對(duì)流換熱系數(shù)較小的主要原因。因此，獲得準(zhǔn)確的管外水浴最大流速十分重要。由于浸沒(méi)燃燒天然氣加熱裝置結(jié)構(gòu)的特殊性，現(xiàn)有的測(cè)量方法均不能有效確定換熱器外水浴最大流速。可利用實(shí)際管外對(duì)流換熱系數(shù)反算裝置在不同功率運(yùn)行時(shí)的管外水浴最大流速，為設(shè)計(jì)相同結(jié)構(gòu)類型的換熱器水浴最大流速的取值提供參考。將3.1.2節(jié)中不同功率下的實(shí)際管外對(duì)流換熱系數(shù)代入式(2)、式(3)中，計(jì)算各功率下管外水浴最大流速。通過(guò)數(shù)據(jù)擬合得到功率-管外水浴最大流速的關(guān)系式，如圖8所示。

為驗(yàn)證該擬合式的準(zhǔn)確度，利用加熱裝置在120 kW穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。在管內(nèi)天然氣壓力為3.5 MPa、流量為10 318.88 m3/h的工況時(shí)，計(jì)算管外對(duì)流換熱系數(shù)為3 811.77 W/(m2·K)，反算水浴最大流速為0.28 m/s，利用圖8中擬合式計(jì)算管外水浴最大流速為0.30 m/s，兩者誤差率為6.67%，在工程計(jì)算中，該誤差是可以接受的。因此，利用該擬合式可計(jì)算80～200 kW功率下相同類型的浸沒(méi)換熱器的管外水浴最大流速，為后續(xù)浸沒(méi)燃燒換熱器的設(shè)計(jì)提供參考。

3.3 水浴溫度對(duì)綜合傳熱系數(shù)的影響

水箱內(nèi)水浴與天然氣的熱平衡受多因素影響，加熱裝置啟動(dòng)初期或從小功率調(diào)為大功率運(yùn)行時(shí)，水浴溫度會(huì)升高，而從大功率調(diào)為小功率運(yùn)行時(shí)，水浴溫度會(huì)降低。為了分析水浴溫度變化是否會(huì)影響綜合傳熱系數(shù)，每隔6 min記錄換熱器的運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用式(9)計(jì)算實(shí)際綜合傳熱系數(shù)并繪制在圖表中。圖9為加熱裝置在128 kW下啟動(dòng)后連續(xù)運(yùn)行5 h的數(shù)據(jù)，圖10為加熱裝置從128 kW調(diào)為80 kW連續(xù)運(yùn)行5 h的數(shù)據(jù)，圖11為加熱裝置在154 kW穩(wěn)定運(yùn)行5 h的數(shù)據(jù)。對(duì)比圖9、圖10、圖11可以看出,功率的變化雖然對(duì)水浴溫度產(chǎn)生了影響，但在各連續(xù)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，換熱器實(shí)際綜合傳熱系數(shù)的變化趨勢(shì)與天然氣的流量變化趨勢(shì)一樣，與水浴溫度無(wú)明顯關(guān)系。

4 結(jié)論

針對(duì)浸沒(méi)燃燒換熱器設(shè)計(jì)中存在的不確定因素，利用實(shí)際應(yīng)用中的200 kW浸沒(méi)燃燒天然氣加熱裝置，對(duì)浸沒(méi)燃燒換熱器的管內(nèi)、外對(duì)流換熱系數(shù)分別進(jìn)行修正。同時(shí)分析管外因煙氣擾動(dòng)形成的管外水浴最大流速，結(jié)果表明：

(1) 利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算加熱裝置在不同功率穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的實(shí)際管內(nèi)、管外對(duì)流換熱系數(shù)。在保持其他各參數(shù)不變的情況下，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合的方式計(jì)算得到設(shè)計(jì)工況下的管內(nèi)、管外對(duì)流換熱系數(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)綜合傳熱系數(shù)進(jìn)行修正，修正系數(shù)C為1.56。

(2) 通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擬合得到管外水浴最大流速-功率關(guān)系式，可計(jì)算出同類型結(jié)構(gòu)80～200 kW的浸沒(méi)燃燒換熱器的管外水浴最大流速，為設(shè)計(jì)浸沒(méi)燃燒換熱器時(shí)管外水浴最大速度的取值提供參考。

(3) 分析加熱裝置在不同功率運(yùn)行時(shí)水浴溫度的變化對(duì)換熱器綜合傳熱系數(shù)的影響，對(duì)比3種實(shí)際運(yùn)行工況表明，加熱裝置在恒定功率運(yùn)行時(shí)，實(shí)際綜合傳熱系數(shù)的變化與水浴溫度無(wú)明顯關(guān)系。