摘要:随着社会经济发展的日新月异，能源消耗水平持续上升。我国能源消耗与先进国家相比还存在很大差距，节能降耗的空间很大，应采取有力的措施，充分挖掘潜力。天然气是环保型珍贵化石燃料，我国正加快发展和推进生活及工业燃气锅炉，使得锅炉成为天然气最主要的消费设备。然而，目前燃气锅炉的能量利用水平普遍不高，排烟温度较高，烟气中的余热尤其是潜热，未能得到有效的回收和利用。本文针对燃气锅炉的余热回收问题，从理论和实际应用两个方面进行了系统的研究。
采用Nusselt纯蒸气凝结换热过程分析法，引入了“混合气体边界层” ，推导出了含湿混合气体在竖壁上的凝结过程换热系数表达式。含湿混合气体在竖壁表面凝结时，凝结换热系数比纯蒸气凝结换热大大降低，这主要是因为不凝性气体边界层的存在，使混合气体到气液界面的传热传质阻力增大，以及气液界面的蒸气分压下降，有效饱和温度降低所致。随竖壁长度的增加，液膜厚度增大，加大了气液界面到壁面传热过程的热阻。
根据热虹吸管的传热机理，运用集总参数法和热阻网络分析，并结合计算机对热管换热器中的热虹吸管进行设计计算，优化了热虹吸管的结构参数，尤其是通过此计算方法在热管的一些基本结构参数都确定的情况下计算热管换热器中热管的蒸发段和冷凝段的合理的长度分配，可以强化热管的传热能力，使热管在热管换热器中能最大限度的发挥其传热效能。
通过腐蚀的分类、影响腐蚀的因素以及防腐的措施分析研究了冷凝换热器的防腐，根据防腐材料的选择、表面处理方法以及防腐层的加工工艺，对热管肋片冷凝换热器进行了结构和材料上的设计以减缓冷凝水的酸性腐蚀。
由于实验条件限制，以燃气热水器代替燃气锅炉进行实验。将设计的烟气冷凝热管换热器应用于燃气热水器的尾部排烟管道，实测表明：采用该装置可将排烟温度从160℃降低到50℃以下，提高效率最高达7.2%左右，燃气热水器效率按低热值计可达102%。另外，由于加装冷凝换热器，排入大气的有害物质大大减少，环保效益显著。
关键词：潜热回收，冷凝换热器，热虹吸管，混合气体凝结，热效率
本课题正是针对国际能源结构优质化和我国能源结构调整的需要，在天然气利用设备烟气冷凝热回收利用研究的基础上，开发中小型天然气供热锅炉烟气冷凝热回收利用装置，为我国高起点研制开发冷凝式天然气高效利用设备提供理论依据和数据资料，为挖掘天然气利用设备的节能潜力、提高天然气供热锅炉的用能水平，推进已有天然气锅炉的节能改造，节约天然气供热燃料费和用户采暖费以及减少有害气体的排放奠定一定的技术基础，以适应能源结构调整和我国经济建设与社会发展的需要。
本课题研究冷凝换热器烟气侧伴有凝结的烟气受迫对流换热规律，它既不同于纯蒸汽的凝结换热，也不同于蒸汽中含少量不凝性气体的凝结换热，应属于多组分混合气体强迫对流换热。建立烟气受迫对流凝结传热传质规律的描述，为类似多组分气体传热传质研究并开发能源环境工程领域应用提供参考。
