2011年,哈尔滨工业大学的杨聪聪全面分析了空温式LNG气化器的传热过程。根据工业中经常提到的泡点理论和露点理论,将液化天然气在换热管束内的传热区域分成三个部分:液态传热区、气液两相传热区、气态传热区。以传热计算原理为基础,结合混合物物性参数的计算方法,各自建立了每个区域的数学模型,然后运用模拟软件获得了每个区域的传热长度、管内对流换热系数、管壁与管内流体温度沿管路方向的分布情况。传热学中有针对液态传热区和气态传热区的经典计算公式。对于属于管内强制沸腾传热的气液两相传热区的传热计算,经过比较筛选之后选择klimenko准则关联式展示气液两相区域的情况[12]。
2011年,兰州理工大学的陈叔平运用Fluent数值模拟仿真软件对翅片管进行了数值建模,并模拟了其中的相变流动传热。根据模拟结果研究了进口流速对气化换热量、截面含气率、压力损失和气化量的影响,然后根据理论基础阐述了这些参数因进口流速的改变而变化的原因[13]。
2012年,中石油大连天然气有限公司的程云东分析了其公司沉浸式LNG气化器出现停机现象的原因,总结出造成这种现象的三个主要原因,并给出了每个原因的处理方案,为日后沉浸式LNG气化器的设计及优化提供了参考[14]。
2012年,宫小龙在其所发表的博士论文中,指出了常压浸没燃烧的缺陷。为了二次开发高效、低排放的浸没燃烧技术,文中提出了增压浸没燃烧技术。以浸没燃烧技术为基础,选择压缩天然气为燃料,进行再次开发,增加了浸没燃烧技术的应用范围。增压浸没燃烧技术的优点在于能够提升气化过程的加热温度和排气温度。论文就可行性和基本问题两个方面对增压浸没燃烧技术进行了研究。根据理论基础对增压浸没燃烧技术进行了计算。为了研究压力波动特性、热态和冷态,进行了对增压浸没燃烧技术的针对性实验。利用软件建立了高压燃烧器的数值模型,模拟了燃烧器的工作状态,得到了相关的参数[15]。
2013年,朱德凤从两个方面对沉浸式LNG气化器进行了探索分析:提高气化效率,改善燃烧器性能。从三个方面对燃烧器进行了研究:(1)燃烧器的尾气排放特性;(2)燃料的燃烧效率;(3)气化器的蒸发效率。根据研究的结果,得到了可以改善沉浸式LNG气化器的过剩空气系数的最优取值范围[16]。
2013年,孙海峰分析了浸没燃烧加热器中管盘的计算关联式并对之优化。根据分析结果,给出了管外换热系数与鼓风机消耗功率之间的关系。根据研究的结果建立了对应的模型对管外换热系数与鼓风机消耗功率之间的关系进行了实验验证[17]。
2014年,焦月明研究了沉浸式LNG气化器的运行效率及能耗成本,利用BWRS方程计算出沉浸式LNG气化器中液化天然气的进口温度和天然气的出口温度,而且设计了一个计算沉浸式LNG气化器工作效率和能源消耗量的软件,并提供了用于证实该软件可行性的实例,对日后分析沉浸式LNG气化器的工作效率确定和能源消耗提供了良好的依据[18]。
2 国外研究现状
1970年,加利福尼亚大学的P。A。Iyer和Chieh在《浸没燃烧》一文中介绍了他们的4个系列共52组实验,给出了相应的实验方法。依据实验得到的结果,其二人推算出蒸发效率(y1)与过剩空气系数(x1)、燃气流量(x2)、浸没深度(x3)的之间的关联式。还推算出了燃烧效率(y2)与过剩空气系数(x1)、燃气流量(x2)、浸没深度(x3)的之间的关联式[19]。其结论为:
德国气化器生产商林德公司提出了三个针对沉浸式LNG气化器的减排技术方案。方案一:在燃烧器中选取特定的一点进行注水。方案二:在燃烧器中选取特定的一点进行注水,并加入丙烯酸羧基酯。方案二:在燃烧器中选取多个特定的点进行注水,并加入丙烯酸羧基酯。选用每个方案时,排放尾气中的氮氧化合物含量如图1-1所示。方案一中的尾气氮氧化合物排放如图1-2所示。助燃空气阀开放大小对排放尾气中一氧化碳含量的影响如图1-3所示 [20]。