天然气锅炉 烟气冷凝热能回收的研究

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1、节能环保技术文章编号："$$07(!0,%#$$"’$"7$$!"7$!文献标识码：=中图分类号：>?##03@天然气锅炉烟气冷凝热能回收的研究贾力孙金栋李孝萍%北京建筑工程学院，北京"$$$&&’摘要：通过理论分析与实验研究，得到烟气冷凝的特点。采用耐腐蚀材料和低阻力设计，利用锅炉给水或其它用水冷却天然气锅炉的排烟实现部分水蒸汽冷凝，降低锅炉排烟温度，回收物理显热的同时，回收部分汽化潜热。利用高低位发热量差的能量，提高天然气锅炉热效率()以上，节同时，降低*+,的排放，节能与环保效益显著。关键词：烟气冷凝；冷凝锅炉；余热利用能!前言针对天然气锅炉的排烟余热利用与烟气净化进行与

2、我国能源结构的最大特点是以煤为主，占到四了专项研究，取得了满意的结果，并在实际工程中分之三以上。与天然气、轻柴油等燃料相比，煤的能得到验证。环源利用率和污染物排放均存在较大问题。北京地区"烟气冷凝机理拥有两万余台锅炉，长期燃用固态燃料，导致北京与固体燃料煤不同，燃油燃气以/和1为主要保大气环境迅速恶化，为改善北京地区空气质量-党可燃成分%煤以/为主’，由于含有相当多氢元素，中央、国务院十分重视，市政府采取了多项政策与燃烧产生水蒸气量较大，吸收大量热量，因而天然措施-取得了决定性成果。以天然气、轻柴油代替煤气的高位发热量比低位发热量高"$)左右，大约炭作为锅炉的燃料即是主要措施之

3、一。"$)的热量由水蒸气带走。燃料结构改为以天然气和轻柴油为主后，新的天然气的主要可燃成分为甲烷%/1&’，为简化问题出现。主要是以下几个方面，首先是燃料成本计算，认为天然气成分均为甲烷。明显提高，天然气和柴油的热值价格是煤炭的几反应方程式：倍，用户的运行费用大幅度升高，影响了使用积极/1&2#!%+#2!345*#’6/+#2#"%1#+’"性；其次是天然气和轻柴油燃烧仍然排放相当数量2#%"7"’%1#+’8243(#!*#2#%!7"’+#污染物，如氮氧化物等，降低排放的最有效方式是式中：!—过量空气系数；"—水蒸气冷凝率；减少燃料消耗；此外，天然气和轻柴油的高低位发!6

4、"7%03(#"!"’9#%"#$"%!"’；热值相差较大，如天然气相差"$)左右，目前天然:;—烟气压力；:<—水蒸气饱和压力。气锅炉的排烟温度较高，个别达到!$$./，以低位发水蒸气的冷凝压力"%随过量空气系数变化。热值计算的热效率很少有明显超过0$)的，不仅物通过对天然气成份的色谱分析，得到的烟气中理显热浪费较大，而且高低位发热值相差的汽化潜水蒸气成份与前面公式得到的基本一致。表"给出热完全浪费。了不同过量空气系数下烟气中水蒸汽的容积成份在北京市科委“九五”社会发展项目的支持下，和质量成份。节能与环保#$$"年第"期·!"·节能环保技术/.!等，烟气主流的水蒸气需穿过浓厚

5、的不凝气体层，才能到达液膜表面冷凝，实际冷凝率低于理论值，有关膜模型的分析与计算可参见+!,。实现烟气冷凝的主要方式有直接混合冷却和间+$,壁换热两类，工质可以是空气或水，结构可以是整体冷凝锅炉，也可以是常规天然气锅炉加分离式烟气冷凝装置。本项研究采用分离式水冷烟气冷凝热能回收装置。天然气锅炉烟气中水蒸气容积成分一般为!实验研究与工程应用#%&’#(&，燃油锅炉烟气中水蒸气含量为#"&’!"#实验研究#!&，远高于燃煤锅炉产生的烟气)&以下的水蒸根据天然气锅炉烟气的特性；通过膜模型分析气含量。目前锅炉热效率均以低位发热值计算，尽以及在实验室进行的单体与整体实验研究，获得了管名义

6、热效率较高，但由于天然气高低位发热值相不同给水温度条件下烟气冷凝热能回收装置的热工差#"&左右，排烟温度较高时，实际热能利用率存性能。在一定问题。研究发现，给水温度高于%%0/后，烟气中水蒸为充分利用天然气，降低排烟温度，回收烟气物汽的冷凝量较少，汽化潜热的回收份额较小，热能回节理显热，当壁面温度低于烟气的露点温度时*烟气中收装置与燃煤锅炉的省煤器无明显区别。因而给水水蒸汽将冷凝*释放汽化潜热，明显提高锅炉热效温度直接影响冷凝热能回收的效果。烟气温度是影能率。表!给出了不同露点温度下水蒸汽的理论冷凝响热工性能的另一重要因素。与传统省煤器不同，+#,率。较高的锅炉排烟温度，增加了

7、显热换热（单相对流换与热）的温差，但是提高了烟气中水蒸汽的过热度，不利于冷凝换热的进行，因而冷凝热能回收气膜热阻环增加。需要指出的是，当壁面温度较低时（低于烟气露保点温度），尽管烟气温度较高，仍然有冷凝液析出，并图#给出了过量空气系数与烟气露点温度的关非仅是单相对流换热。由于烟气主流与壁面附近存系。在水蒸汽的浓度梯度，质量传递的驱动势仍然存在，只是蒸汽过热度提高，略降低冷凝强度。!"!工程应用根据实验研究的结果，在!1#23天然气热水锅炉的尾部烟道安装了烟气冷凝热能回收装置，在实际工程中应用