新型LNG加熱氣化裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究

摘 要

摘要：LNG加熱氣化裝置是LNG輸配應(yīng)用系統(tǒng)中不可或缺的重要設(shè)備。為此，論述了煙氣自擊回旋濕式LNG加熱氣化裝置的結(jié)構(gòu)布置，設(shè)計(jì)研究了該裝置的燃燒加熱和煙氣循環(huán)系統(tǒng)、煙氣循環(huán)
摘要：LNG加熱氣化裝置是LNG輸配應(yīng)用系統(tǒng)中不可或缺的重要設(shè)備。為此，論述了煙氣自擊回旋濕式LNG加熱氣化裝置的結(jié)構(gòu)布置，設(shè)計(jì)研究了該裝置的燃燒加熱和煙氣循環(huán)系統(tǒng)、煙氣循環(huán)和工質(zhì)流程系統(tǒng)、水系統(tǒng)等，其中氣流旋水子、燃燒室內(nèi)外筒、錐形煙氣噴口、煙氣再循環(huán)系統(tǒng)和自動(dòng)注水系統(tǒng)等都是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。為檢驗(yàn)該裝置的性能，還研究設(shè)計(jì)了裝置試驗(yàn)系統(tǒng)。試驗(yàn)結(jié)果表明：煙氣自擊回旋濕式LNG加熱氣化裝置在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中獲得成功，裝置結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)先進(jìn)、熱效率高，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性已得到鑒定和認(rèn)可。
關(guān)鍵詞：LNG加熱氣化裝置；煙氣自擊回旋；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；氣流旋水子；錐形煙氣噴口；自動(dòng)注水；試驗(yàn)研究
    LNG已成為能源戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)調(diào)整和儲(chǔ)備的重要資源，LNG工業(yè)也成為全球發(fā)展最迅猛的行業(yè)之一[1～3]。
1 國(guó)內(nèi)LNG及其加熱氣化裝置的應(yīng)用情況
    LNG在實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須加熱氣化后才能并網(wǎng)供氣，因此天然氣供氣管網(wǎng)必需配置LNG加熱氣化裝置。在眾多中小城市以及距離氣源地較遠(yuǎn)的城市和區(qū)域，由于經(jīng)濟(jì)和地域條件的限制，需要獨(dú)立建設(shè)天然氣管網(wǎng)，也因此需要建設(shè)中小規(guī)模的LNG加熱氣化供氣站；另外，LNG加熱氣化后上網(wǎng)供氣也能有效保障天然氣供氣管網(wǎng)的應(yīng)急、調(diào)峰功能。因此，供氣管網(wǎng)中需要許多中小型的LNG加熱氣化裝置，這類(lèi)裝置是LNG輸配應(yīng)用系統(tǒng)中不可或缺的重要裝備[4～6]。
    目前我國(guó)常用的LNG加熱氣化裝置主要有水加熱型氣化裝置、浸沒(méi)式燃燒加熱型氣化裝置、空氣加熱型氣化裝置、蒸汽加熱型氣化裝置和中間載熱介質(zhì)加熱型氣化裝置等[7～8]，這些裝置各有優(yōu)點(diǎn)、不足之處和適用場(chǎng)合，但在節(jié)能、耗材和使用等方面均有值得改進(jìn)提高的地方。例如：使用較廣的空氣加熱型氣化裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不消耗能源，運(yùn)行費(fèi)用低，但其缺點(diǎn)是占地面積大，單位氣化容量的投資高，運(yùn)行過(guò)程受環(huán)境條件的影響大，當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，其翅片表面容易結(jié)霜而影響LNG的氣化，有時(shí)因環(huán)境溫度太低，導(dǎo)致氣化效率大大降低甚至無(wú)法正常運(yùn)行。因此，研究一種有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、不受環(huán)境影響、氣化效率高并能迅速啟閉以適應(yīng)外界負(fù)荷需要的新型LNG加熱氣化裝置是很有必要的。為此，研制了新型煙氣自擊回旋濕式LNG加熱氣化裝置[9]。
2 新型煙氣自擊回旋濕式LNG加熱式化裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    煙氣自擊回旋濕式LNG加熱氣化裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)是根據(jù)工程實(shí)際的需要并結(jié)合試驗(yàn)條件而確定的，額定氣化負(fù)荷為500m3/h，供氣表壓力為0.4MPa，供氣溫度為20℃。裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。裝置經(jīng)重1255kg，管程設(shè)計(jì)壓力為1.2MPa，殼程設(shè)計(jì)壓力為常壓，管程最高工作壓力小于等于0.8MPa，殼程最高工作壓力為常壓，管程水壓試驗(yàn)壓力為1.5MPa，管程設(shè)計(jì)溫度為-160℃，殼程設(shè)計(jì)溫度為500℃，使用介質(zhì)為L(zhǎng)NG、天然氣、煙氣、水及水蒸氣。
2.1 裝置的燃燒加熱和煙氣循環(huán)系統(tǒng)
    煙氣自擊回旋濕式LNG加熱氣化裝置采用燃料燃燒產(chǎn)生的熱量加熱氣化LNG，燃料為天然氣，燃燒器采用低NOx燃燒，燃燒方式為強(qiáng)制通風(fēng)微正壓燃燒，燃燒功率在81～160kW范圍內(nèi)可調(diào)，燃燒器配有獨(dú)立閥組控制運(yùn)行。燃燒器安裝在試驗(yàn)裝置頂部，火焰向下噴射進(jìn)入燃燒室。燃燒室由同心的內(nèi)筒和外筒相套組成，內(nèi)外筒之間形成環(huán)形夾套，內(nèi)筒為直筒形圓柱，外筒由上下2段組成，上段為直筒形，略長(zhǎng)于內(nèi)筒，下段為圓錐形煙室，逐漸收縮形成煙氣噴口，如圖1所示。燃燒器燃燒產(chǎn)生的火焰噴入內(nèi)筒，充分燃燒后形成的煙氣經(jīng)內(nèi)筒流入外筒下段的圓錐形煙室，不斷加速后從噴口噴出，形成煙氣射流。噴口下方設(shè)置氣流旋水子，由支架支撐在LNG加熱氣化裝置的底部。氣流旋水子是一個(gè)傘形圓盤(pán)，如圖1所示，其外表面由拋物線、雙曲線和圓弧等弧線構(gòu)成光滑曲面，圓盤(pán)邊緣微微上翹，傘形圓盤(pán)的尖頂對(duì)準(zhǔn)噴口的中心。LNG加熱氣化裝置的底部是一個(gè)水池，水面正好浸沒(méi)圓盤(pán)邊緣，這樣，高速煙氣從噴口向下噴射到尖頂上，在尖頂和弧形表面的引導(dǎo)下，切向沖擊水面，濺起并卷吸水滴，同時(shí)加熱水并使之蒸發(fā)，形成濕度很高的煙氣流，濕煙氣流向上流經(jīng)加熱氣化裝置外殼和燃燒室外筒之間構(gòu)成的環(huán)形通道，與受熱面換熱后，在循環(huán)風(fēng)機(jī)的引導(dǎo)下，進(jìn)入排煙管道。循環(huán)風(fēng)機(jī)后的排煙管道分成2路，1路為排煙道直接排向大氣，另1路通過(guò)煙氣循環(huán)管道回到裝置，進(jìn)入燃燒室內(nèi)外筒之間的夾套成為循環(huán)煙氣。低溫的循環(huán)煙氣冷卻了燃燒室內(nèi)筒，保護(hù)內(nèi)筒壁不致超溫，更重要的是流經(jīng)夾套的循環(huán)煙氣進(jìn)入燃燒室外筒下段圓錐形煙室，與從內(nèi)筒中噴出的燃燒煙氣混合，不僅增大了煙氣量以保證噴口噴出的煙氣速度，而且降低了燃燒煙氣的溫度以保證進(jìn)入受熱面的煙氣溫度不致過(guò)高，符合LNG加熱氣化的技術(shù)安全要求。在排煙道和循環(huán)煙道上分別裝有調(diào)節(jié)閥門(mén)，試驗(yàn)時(shí)可根據(jù)需要分別調(diào)節(jié)2個(gè)閥門(mén)的開(kāi)啟度，得到試驗(yàn)需要的循環(huán)煙氣量。

2.2 裝置的受熱面布置和工質(zhì)流程系統(tǒng)
    煙氣自擊回旋濕式LNG加熱氣化裝置的受熱面分上下2個(gè)盤(pán)管，上盤(pán)管布置在裝置外殼和燃燒器外筒之間的圓環(huán)形空間中，如圖1所示。LNG由低溫貯液罐通過(guò)引入管進(jìn)入上盤(pán)管的進(jìn)口集箱，從上盤(pán)管進(jìn)口集箱側(cè)面引出4根直徑為30mm的不銹鋼管，圍繞著燃燒器外筒各自向上盤(pán)繞8圈，然后4根盤(pán)管分別接入上盤(pán)管出口集箱，上盤(pán)管出口集箱的上封蓋上裝有安全閥，下封蓋上開(kāi)孔焊有連接管與下盤(pán)管進(jìn)口集箱相連。這樣從上盤(pán)管進(jìn)口集箱進(jìn)入的LNG均勻分配給4根盤(pán)管，與在管外橫向沖刷的高溫濕煙氣換熱后進(jìn)入上盤(pán)管出口集箱，經(jīng)連接管流入下盤(pán)管進(jìn)口集箱。
    下盤(pán)管布置在裝置外殼和氣流旋水子支架之間的圓環(huán)形空間中，該處是一個(gè)水池(如圖1所示)，因此整個(gè)下盤(pán)管浸沒(méi)于水池中。從下盤(pán)管進(jìn)口集箱側(cè)面引出4根直徑為30mm的不銹鋼管，4根管子圍繞氣流旋水子支架各自向上盤(pán)繞2圈，然后4根盤(pán)管分別接入下盤(pán)管出口集箱，下盤(pán)管出口集箱的上封蓋上開(kāi)孔焊有直徑為50mm的天然氣引出管。這樣來(lái)自上盤(pán)管的已氣化了的天然氣進(jìn)入下盤(pán)管進(jìn)口集箱，均勻分配給4根盤(pán)管，與水池中被高溫?zé)煔饧訜岬乃畵Q熱，達(dá)到工藝要求的壓力和溫度后，進(jìn)入下盤(pán)管出口集箱，經(jīng)天然氣引出管向外界供氣。
2.3 裝置的水系統(tǒng)
    如前所述，煙氣自擊回旋濕式LNG加熱氣化裝置的底部是一個(gè)加熱水池，水池上方為傘形氣流旋水子，水面正好淹沒(méi)氣流旋水子圓盤(pán)的邊緣，這樣高溫?zé)煔鈴腻F形噴口射出時(shí)，在氣流旋水子的引導(dǎo)下切向沖擊水面，一方面卷吸水滴、霧和水蒸氣形成濕煙氣，強(qiáng)化與上盤(pán)管的對(duì)流換熱和凝結(jié)換熱；另一方面高溫?zé)煔庵苯蛹訜崃怂刂械乃以谏媳P(pán)管中因放熱而凝結(jié)成的水滴借重力跌入水池也加熱了水，從而滿足了水池加熱下盤(pán)管中天然氣的需要，這一設(shè)計(jì)是新型加熱氣化裝置的關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)。
    然而在此過(guò)程中，會(huì)有部分水被煙氣帶走，如不及時(shí)補(bǔ)充，會(huì)導(dǎo)致水池中的水位越來(lái)越低，使水面無(wú)法淹沒(méi)氣流旋水子圓盤(pán)的邊緣，從而破壞煙氣沖擊卷吸水滴的過(guò)程，最終破壞加熱氣化裝置的正常運(yùn)行。為補(bǔ)充煙氣排放時(shí)帶走的水分，設(shè)計(jì)了補(bǔ)水系統(tǒng)。補(bǔ)水系統(tǒng)布置在燃燒室內(nèi)、外筒之間環(huán)形夾套的頂部，沿夾套頂部裝有圓環(huán)形補(bǔ)水管與進(jìn)水管連接，進(jìn)水管的另一端與計(jì)量泵連接，圓環(huán)形補(bǔ)水管上開(kāi)有均勻布置的小孔，這樣在裝置運(yùn)行時(shí)，根據(jù)煙氣帶走的水量，設(shè)置好計(jì)量泵的流量，就可及時(shí)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水的目的。水從圓環(huán)形補(bǔ)水管上的小孔噴出，在燃燒室內(nèi)、外筒之間的環(huán)形通道中向下流動(dòng)，由于環(huán)形通道中溫度很高，噴入的水會(huì)部分吸熱蒸發(fā)，部分吸熱后流入水池。由此可見(jiàn)，從圓環(huán)形補(bǔ)水管上小孔噴出的水不僅補(bǔ)充了水池水量，而且在環(huán)形通道中吸熱，與在同一通道中流動(dòng)的循環(huán)煙氣一起冷卻燃燒室內(nèi)筒壁，防止其過(guò)熱，同時(shí)補(bǔ)給水與循環(huán)煙氣一起流入燃燒室外筒的錐形段，與高溫燃燒煙氣混合形成混合煙氣，有效降低燃燒煙氣溫度。混合煙氣從噴口噴出，再與水池中的水換熱，溫度被進(jìn)一步降低，低于LNG的燃點(diǎn)溫度后再進(jìn)入上盤(pán)管以保證裝置的安全運(yùn)行。
3 新型煙氣自擊回旋濕式LNG加熱氣化裝置的試驗(yàn)系統(tǒng)
    煙氣白擊回旋濕式LNG加熱氣化裝置是一個(gè)全新的裝置，為檢驗(yàn)該裝置的性能，設(shè)計(jì)研究了裝置的試驗(yàn)系統(tǒng)。
3.1 試驗(yàn)用各類(lèi)工質(zhì)的流程系統(tǒng)
    試驗(yàn)采用的燃料天然氣來(lái)自日常供氣管網(wǎng)。從供氣管網(wǎng)引出供氣管接到燃燒器上，供氣管上裝有閥門(mén)，試驗(yàn)時(shí)開(kāi)啟閥門(mén)，再開(kāi)啟燃燒器的自動(dòng)點(diǎn)火裝置即可點(diǎn)火燃燒。
    試驗(yàn)采用的被加熱工質(zhì)有2種，為安全起見(jiàn)，試驗(yàn)先用液氮作為被加熱工質(zhì)，在此基礎(chǔ)上再用LNG進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)用液氮或LNG都是灌裝在3個(gè)低溫貯液罐中的，每個(gè)貯液罐的容積為480L。根據(jù)LNG的使用規(guī)范，為保證安全，3個(gè)低溫貯液罐均放置在室外。為滿足試驗(yàn)時(shí)對(duì)工質(zhì)流量的要求，3個(gè)低溫貯液罐并聯(lián)在工質(zhì)引入管上，每個(gè)低溫貯液罐既可各自單獨(dú)供工質(zhì)，也可隨意組合同時(shí)向加熱氣化裝置供工質(zhì)。試驗(yàn)時(shí)的工質(zhì)耗量用電子平臺(tái)秤計(jì)量，為此3個(gè)貯液罐必須一起放在電子平臺(tái)秤上，以測(cè)定工質(zhì)耗量。
    每個(gè)貯液罐的出口處均裝有公稱直徑為15mm的低溫球閥，閥后均用公稱直徑為15mm的金屬軟管與工質(zhì)引入管連接，引入管的一端封死，另一端連接在上盤(pán)管進(jìn)口集箱的下封蓋上。引入管上裝有閥門(mén)組，起到阻止低溫工質(zhì)回流、截止管路流通和調(diào)節(jié)管道壓力等作用。引出管上也裝有閥門(mén)組，同樣起到截止管路流通和調(diào)節(jié)管道壓力等作用，其流程圖如圖2所示(圖2中所示LNG加熱氣化裝置的左側(cè)為引入管閥門(mén)組的流程圖，右側(cè)為引出管閥門(mén)組的流程圖)。引出管閥門(mén)組后裝有阻火器，以防室外雷電等回火進(jìn)入裝置。阻火器后的引出管管徑擴(kuò)大為80mm，沿實(shí)驗(yàn)室外墻升到屋頂上空，將氣化后的天然氣排入大氣。為消除排氣引起的噪音，排氣管道末端裝有擴(kuò)口消音器，并裝有避雷針，防止雷擊。

3.2 試驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)布置
   為了對(duì)新型LNG加熱氣化裝置進(jìn)行試驗(yàn)研究，在試驗(yàn)系統(tǒng)和裝置上布置了多組測(cè)點(diǎn)。
3.2.1煙氣系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)布置
   在燃燒室外筒下段錐形噴口與氣流旋水子尖頂之間布置了1個(gè)高溫?zé)犭娕迹瑴y(cè)量噴口噴出的煙氣溫度；在裝置頂部按等邊三角形三頂點(diǎn)位置向上盤(pán)管管圈之間插入3組熱電偶，每組有3個(gè)測(cè)點(diǎn)，以測(cè)量上盤(pán)管管圈間的溫度分布場(chǎng)；在循環(huán)煙道和排煙道上各設(shè)置了1個(gè)測(cè)量孔，可分別測(cè)量循環(huán)煙氣和排煙的溫度、濕度、速度和流量。
3.2.2被加熱工質(zhì)系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)布置
   低溫工質(zhì)耗量用型號(hào)為XK3190-A9P的電子平臺(tái)秤稱重，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，試驗(yàn)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)的低溫工質(zhì)耗量即為裝置的實(shí)時(shí)氣化量。在上盤(pán)管上布置了4組熱電偶，每組6個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別焊接在4根盤(pán)管的外壁上，以監(jiān)測(cè)整個(gè)上盤(pán)管的壁溫變化狀況；在下盤(pán)管入口集箱的下封蓋上開(kāi)孔安裝熱電偶，測(cè)量連接管內(nèi)的天然氣溫度，以監(jiān)測(cè)上、下盤(pán)管間的熱量分配情況；在下盤(pán)管的4根盤(pán)管上分別焊接了4個(gè)熱電偶測(cè)點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)下盤(pán)管的壁溫變化。試驗(yàn)主要采用K型熱電偶加卒}償導(dǎo)線和T型熱電偶，將測(cè)試數(shù)據(jù)輸入電腦進(jìn)行記錄和處理。在天然氣引出管的閥門(mén)組前裝有溫度計(jì)和壓力表，以測(cè)量排出天然氣的溫度和壓力，即裝置對(duì)外供氣的溫度和壓力。
3.2.3水池中的測(cè)點(diǎn)布置
 水池中布置了3個(gè)熱電偶測(cè)點(diǎn)，從上至下依次焊接在氣流旋水子的支架上，以監(jiān)測(cè)水池中的水溫分布狀況；補(bǔ)水系統(tǒng)采用容積式定時(shí)定量電磁計(jì)量泵，調(diào)節(jié)泵的頻率和行程即可控制泵的流量，以準(zhǔn)確而均勻地泵入所需水量。計(jì)量泵的給水箱中裝有1個(gè)熱電偶測(cè)點(diǎn)，以測(cè)量補(bǔ)給水的溫度。
4 裝置的試驗(yàn)研究和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
   主要試驗(yàn)參數(shù)為：液氮流量為5～19kg/min；LNG流量為2～14kg/min；循環(huán)煙氣流量為0～100%的排煙量；水池水位高度從氣流旋水子圓盤(pán)底部向上不超過(guò)20mm。試驗(yàn)按規(guī)定的操作程序啟動(dòng)后進(jìn)入運(yùn)行系統(tǒng)，按規(guī)定記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算。
4.1 裝置的熱效率分析
裝置正平衡熱效率按被加熱工質(zhì)有效利用熱占裝置輸入總熱量的份額計(jì)算，裝置反平衡熱效率主要計(jì)算了排煙熱損失和散熱損失，因?yàn)檠b置所用燃料是天然氣，且燃燒條件較好，因此化學(xué)不完全燃燒損失、機(jī)械不完全燃燒損失和灰渣熱物理?yè)p失就忽略不計(jì)了。
    當(dāng)試驗(yàn)工質(zhì)為液氮時(shí)，裝置的額定負(fù)荷是按裝置加熱氣化LNG時(shí)的額定負(fù)荷所需的熱當(dāng)量計(jì)算的，試驗(yàn)時(shí)液氮輸入量的范圍為5.5～16.0kg/min，試驗(yàn)結(jié)果表明，裝置的最佳流量范圍為12.5～14.0kg/min，此時(shí)裝置的正平衡熱效率和反平衡熱效率均超過(guò)93%，最佳熱效率達(dá)96%，正、反平衡熱效率之間的差值均在允許范圍內(nèi)。當(dāng)試驗(yàn)工質(zhì)為L(zhǎng)NG時(shí)，裝置的額定負(fù)荷按設(shè)計(jì)要求的500m3/h計(jì)，試驗(yàn)時(shí)LNG輸入量的范圍為2.0～8.5kg/min，試驗(yàn)結(jié)果表明，裝置的最佳流量范圍為5.5～6.5kg/min，此時(shí)裝置的正平衡熱效率和反平衡熱效率均超過(guò)94%，最佳熱效率超過(guò)97%，正、反平衡熱效率之間的差值均在允許范圍內(nèi)。經(jīng)分析裝置熱效率高的原因主要是因?yàn)檠b置的排煙溫度低，僅為55℃左右，因此燃料燃燒過(guò)程中所產(chǎn)水蒸氣的氣化潛熱能釋放出來(lái)，被有效利用了，且裝置設(shè)計(jì)緊湊，散熱量很小。
4.2 裝置換熱面的換熱特性分析
    裝置換熱面由上盤(pán)管和下盤(pán)管組成。上盤(pán)管的換熱工況比較復(fù)雜，其管內(nèi)是低溫液體，在換熱過(guò)程中從管外吸熱，經(jīng)過(guò)加熱、氣化、過(guò)熱3個(gè)階段變成氣體，換熱過(guò)程包含了強(qiáng)制對(duì)流換熱和沸騰換熱；而管外是帶有較多水分的煙氣，在橫向沖刷上盤(pán)管的過(guò)程中向管內(nèi)放熱，煙氣溫度降低，所含水蒸氣降溫凝結(jié)成水，放出氣化潛熱，換熱過(guò)程包含了強(qiáng)制對(duì)流換熱和凝結(jié)換熱。在上盤(pán)管的整個(gè)換熱過(guò)程中，管內(nèi)外均存在相變，因此很難針對(duì)每種換熱方式分析上盤(pán)管的換熱規(guī)律，比較合理的方式是分析研究整個(gè)換熱過(guò)程的平均換熱特性。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出上盤(pán)管管內(nèi)、外的平均對(duì)流換熱系數(shù)及濕煙氣與低溫工質(zhì)換熱的平均傳熱系數(shù)。計(jì)算結(jié)果表明：對(duì)于液氮，當(dāng)其流速為1.0～1.5m/s時(shí)，盤(pán)管內(nèi)的平均強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)為80～105W/(m2·K)，盤(pán)管外的平均強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)為278～610W/(m2·K)，濕煙氣與低溫工質(zhì)間的平均傳熱系數(shù)為58～80W/(m2·K)；對(duì)于LNG，當(dāng)其流速為1.0～1.5m/s時(shí)，盤(pán)管內(nèi)的平均強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)為114～151W/(m2·K)，盤(pán)管外的平均強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)為210～288W/(m2·K)，濕煙氣與低溫工質(zhì)間的平均傳熱系數(shù)為68～87W/(m2·K)。
    下盤(pán)管的換熱工況相對(duì)簡(jiǎn)單，其管內(nèi)是已氣化的天然氣，管外是水池中的水，換熱按水自然對(duì)流的方式計(jì)算。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)得的值進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明：對(duì)于液氮，水與下盤(pán)管間的傳熱系數(shù)為181～285W/(m2·K)；對(duì)于LNG，水與下盤(pán)管間的傳熱系數(shù)為102～163W/(m2·K)。
4.3 LNG輸入量與正平衡熱效率和傳熱系數(shù)的關(guān)系
    圖3為正平衡熱效率與LNG輸入量的關(guān)系圖。從圖3可以看出，裝置正平衡熱效率隨工質(zhì)LNG輸入量的增大而提高，當(dāng)循環(huán)煙氣量增大(即循環(huán)煙道調(diào)風(fēng)門(mén)的開(kāi)度從50%增大到75%)時(shí)，裝置正平衡熱效率反而降低，原因是循環(huán)煙氣量增大，導(dǎo)致混合煙氣溫度降低，使傳熱溫差減小，LNG的吸熱量降低。
 

    圖4為上盤(pán)管與濕煙氣換熱時(shí)傳熱系數(shù)與LNG輸入量的關(guān)系圖。反映了當(dāng)燃料天然氣輸入熱負(fù)荷不變、循環(huán)煙道調(diào)風(fēng)門(mén)的開(kāi)度為50%時(shí)，濕煙氣與上盤(pán)管換熱的傳熱系數(shù)與LNG輸入量之間的關(guān)系，此時(shí)上盤(pán)管外濕煙氣量基本不變，傳熱系數(shù)的變化主要由管內(nèi)LNG的對(duì)流換熱系數(shù)決定。隨著LNG輸入量的增大，其管內(nèi)流速上升，導(dǎo)致上盤(pán)管傳熱系數(shù)增大，且隨著LNG輸入量的增大，在輸入熱負(fù)荷不變時(shí)，其溫升下降，從而增大了管內(nèi)外的傳熱溫差，促進(jìn)了傳熱。

5 結(jié)論
    1) 煙氣自擊回旋濕式LNG加熱氣化裝置是一種采用創(chuàng)新技術(shù)的新型裝置，已在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中獲得成功，裝置的結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)先進(jìn)，熱效率高，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性已通過(guò)鑒定并得到認(rèn)可。
    2) 裝置采用的創(chuàng)新技術(shù)如氣流旋水子、燃燒室內(nèi)外筒、上下盤(pán)管結(jié)構(gòu)和煙氣再循環(huán)系統(tǒng)等，使裝置具備了啟動(dòng)快、氣化速率高、不受環(huán)境條件影響、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、符合節(jié)能環(huán)保要求等諸多優(yōu)點(diǎn)。所用創(chuàng)新技術(shù)已申請(qǐng)多項(xiàng)國(guó)家專利，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)[10～11]。
    3) 針對(duì)管內(nèi)存在沸騰放熱、管外存在凝結(jié)放熱的強(qiáng)制對(duì)流換熱的復(fù)雜工況，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，提供了可供借鑒的換熱參數(shù)。
    煙氣自擊回旋濕式LNG加熱氣化裝置適用于因各種原因無(wú)法聯(lián)網(wǎng)的相對(duì)獨(dú)立的中小規(guī)模天然氣供氣管網(wǎng)區(qū)域、管網(wǎng)負(fù)荷變化范圍較大的調(diào)峰區(qū)域、需要迅速頻繁供氣或停氣的區(qū)域以及需要應(yīng)急保障的供氣區(qū)域等。
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(本文作者：嚴(yán)平1 曹偉武1 錢(qián)尚源1 劉偉軍1 楊俐運(yùn)2 1.上海工程技術(shù)大學(xué)；2.上海理工大學(xué))