鄂璟玉

[摘 要]本文通過(guò)對(duì)燃?xì)忮仩t中煙氣特征的分析，闡述了改善冷凝換熱效率的技術(shù)，指出采用直接冷凝技術(shù)以及間接接觸冷凝技術(shù)均可以有效的提升鍋爐系統(tǒng)的熱利用率。

[關(guān)鍵詞]燃?xì)?；鍋爐；冷凝換熱器

[中圖分類(lèi)號(hào)]TU996 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

1 前言

所謂的冷凝換熱器設(shè)備，指的是安裝于鍋爐末端的相應(yīng)余熱回收利用設(shè)備。如果有煙氣處于傳熱面的周?chē)鄳?yīng)的近壁面溫度會(huì)逐步的降至露點(diǎn)溫度，也伴隨著水蒸汽的冷卻凝結(jié)過(guò)程，從而將相應(yīng)的熱量釋放出來(lái)，并經(jīng)由傳熱面而將熱量傳導(dǎo)至內(nèi)部的特定工質(zhì)，進(jìn)而把尾氣里絕大部分熱量重新收集，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能以及環(huán)保目的。在科學(xué)與技術(shù)快速革新的現(xiàn)今，制造行業(yè)也隨之快速進(jìn)步，出現(xiàn)了樣式豐富的冷凝換熱設(shè)備。而且現(xiàn)階段的冷凝換熱設(shè)備，在自身的構(gòu)造和技術(shù)上均取得了極大的進(jìn)步，也為工業(yè)的能源利用以及環(huán)境保護(hù)提供了良好的技術(shù)支持與保障。

2 燃?xì)忮仩t中的煙氣特征

我們現(xiàn)在所使用的天然氣，其有效成分主要是烴，這就決定了企業(yè)尾氣里所含有的水蒸氣的比例要很多。而且對(duì)于尾氣中能被我們所再回收的能量里，水蒸氣所帶有的潛熱是重要的部分。另一方面，鍋爐每燃燒單位體積的天然氣，就能形成1.6Kg左右的水蒸氣，而這些水蒸氣中具有的可回收潛熱量又是單位體積天然氣燃燒發(fā)熱總量的1/10。在以往所使用的燃?xì)忮仩t時(shí)，尾氣排放溫度通常為160℃以上。而此溫度下很難對(duì)水蒸氣中的潛熱更為有效的回收利用。因此，以往所使用的燃?xì)忮仩t，其熱效率通常不會(huì)超過(guò)95%。而通過(guò)安裝冷凝換熱器，采用相應(yīng)的手段，使煙氣自身的溫度減少至露點(diǎn)溫度，可以有效的對(duì)尾氣里所存在的顯熱及潛熱加以回收利用，能極大地改善燃?xì)忮仩t自身運(yùn)行的熱效率。

2.1 露點(diǎn)溫度

所謂的露點(diǎn)溫度，指的是在保持相應(yīng)尾氣分壓固定時(shí)，采取措施讓尾氣冷卻并達(dá)到飽和溫蒸汽的情況，同時(shí)伴隨著水滴的液化，這一溫度值我們就稱(chēng)為露點(diǎn)溫度。而露點(diǎn)溫度又與空氣的過(guò)量系數(shù)有很大的關(guān)系。我們結(jié)合道爾頓的關(guān)于分壓研究成果可以看出，煙氣里水蒸汽所占有的分壓值與相應(yīng)的煙氣露點(diǎn)溫度是呈現(xiàn)正比例關(guān)系的。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為PH2O/PY=VH2O/VY。而在空氣過(guò)量系數(shù)不斷提升的過(guò)程中，煙氣里所含有的水蒸氣比例會(huì)逐漸的降低，而相應(yīng)的體積比例也會(huì)逐漸減少，導(dǎo)致露點(diǎn)溫度會(huì)逐漸減小。我國(guó)不同地區(qū)所使用的天然氣存在一定的差異性，但總的來(lái)說(shuō)天，然氣中幾乎為甲烷氣體，相對(duì)而言其余的組成并不會(huì)帶來(lái)多大的影響，而所得到的露點(diǎn)溫度也不存在太大的差異性。但是，在不同的實(shí)際應(yīng)用中，由于燃?xì)獾娜紵^(guò)程所影響的因素要復(fù)雜，基本上與理論數(shù)值存在一定的偏差。因此，應(yīng)當(dāng)按照燃?xì)馊紵膶?shí)際而實(shí)時(shí)的調(diào)整。

2.2 熱效率

在燃?xì)忮仩t所形成的煙氣里，其包含的熱量通常以顯熱以及潛熱的方式體現(xiàn)出來(lái)。所以，相應(yīng)的熱效率也和顯熱利用率以及潛熱利用率有著直接的關(guān)聯(lián)。對(duì)于顯熱利用率來(lái)說(shuō)，其大小直接和煙氣所具有的溫度以及所含有的物質(zhì)有關(guān)聯(lián)。而對(duì)于潛熱利用率來(lái)說(shuō)，其大小直接和煙氣里所含有的水蒸氣量值有關(guān)聯(lián)。在煙氣中，相應(yīng)的水蒸氣發(fā)生冷凝現(xiàn)象過(guò)程時(shí)，會(huì)對(duì)煙氣自身的狀況造成大的影響。而且大多數(shù)的煙氣中水蒸汽所具有的分壓值要小。同時(shí)，處于相應(yīng)的冷凝壁周?chē)拇蟛糠譃榈獨(dú)?、二氧化碳?xì)怏w以及氧氣等這些不凝結(jié)的氣體，而如果水蒸氣要完成冷凝過(guò)程，就需穿透這層阻礙才可以完成。相應(yīng)的熱效率計(jì)算公式為：

η=（Q+Ha+Hg+φVhρhr-Hf）/Q

其中：

Q代表的是燃?xì)馑哂械牡臀话l(fā)熱值；

Ha代表的是空氣位于鍋爐入口處具有的焓值；

Hg代表的是燃?xì)馕挥阱仩t入口處具有的焓值；

Hf代表的是排除的煙氣所具有的焓值；

φ代表的是煙氣中水蒸氣所具有的冷凝效率；

hρ代表的是標(biāo)況下水蒸氣自身的密度值；

r代表的是氣化過(guò)程中所具有的潛熱值；

Vh代表的是標(biāo)況中煙氣所含有的水蒸氣體積值。

由上式我們能夠看出，煙氣所具有的潛熱會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的熱效率有非常大的改變。而所排放的尾氣中自深的溫度越小，相應(yīng)的顯熱利用率就會(huì)增加，也會(huì)使熱效率得到增加的效果，也體現(xiàn)出了減少煙氣自身溫度會(huì)在很大程度上有利于系統(tǒng)熱效率的改善。

3 改善冷凝換熱效率的技術(shù)分析

3.1 直接冷凝技術(shù)

在此技術(shù)中，將水經(jīng)由相應(yīng)的噴嘴，而采用逆流的方法進(jìn)到煙氣里。由于水吸收煙氣中的部分熱量，而蒸發(fā)并讓其達(dá)到飽和狀態(tài)而完成冷凝。如果在保證所噴入進(jìn)去的水量能夠讓煙氣溫度降至露點(diǎn)溫度時(shí)，煙氣中水蒸氣也會(huì)冷凝而釋放出潛熱。同時(shí)，所加入的水也隨著溫度的升高而流出系統(tǒng)外。采用這種冷凝技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)和煙氣的直接作用，沒(méi)有端差的存在，也更利于一些溫差相對(duì)不大的熱傳遞工藝。由于未采取相應(yīng)的熱傳面裝置，因此避免了產(chǎn)生污垢、熱阻的問(wèn)題，可以達(dá)到相對(duì)大的熱效率值。由于水是直接噴入式的，煙氣與水體能夠直接的傳熱，不必再設(shè)置金屬導(dǎo)熱裝置，不僅有利于熱量的傳遞，也讓設(shè)備變得更加簡(jiǎn)單，利于成本的控制。當(dāng)煙氣經(jīng)過(guò)冷卻后，其排出溫度幾乎與工質(zhì)所具有的溫度值一致，能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的降溫效果。并且水在和相應(yīng)的煙氣接觸過(guò)程中，能對(duì)煙氣進(jìn)行一定的清洗，避免積塵問(wèn)題的發(fā)生，使得系統(tǒng)的排放的氣體更為清潔，對(duì)于環(huán)境保護(hù)也具有顯著的意義。

3.2 間接接觸冷凝技術(shù)

此技術(shù)中，將相應(yīng)的工質(zhì)通過(guò)設(shè)置于煙氣里的相應(yīng)管路，采取不與煙氣直接導(dǎo)熱的方式，對(duì)煙氣進(jìn)行冷卻處理，而相應(yīng)的工質(zhì)獲得一定的熱量流出系統(tǒng)。間接冷凝系統(tǒng)中，所采用的傳熱裝置通常包含管式以及板式兩種。而依照差異的工質(zhì)流通空間結(jié)構(gòu)，又能劃分成管里煙氣冷凝裝置、管外煙氣冷凝裝置熱管裝置以及毛細(xì)泵熱管裝置等。

4 結(jié)語(yǔ)

和其他的能源相比而言，天然氣具有相對(duì)清潔排、污量低等特點(diǎn)，而且在鍋爐的實(shí)際運(yùn)行中也較易將系統(tǒng)進(jìn)行冷凝改造，有利于系統(tǒng)熱效率的增加。而在冷凝技術(shù)的選用中，可采取冷凝系統(tǒng)繁多，要按照各個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況，以及不同的鍋爐系統(tǒng)所具有的特點(diǎn)，而選取相對(duì)適宜、高效、經(jīng)濟(jì)的措施與技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)熱效率的最大化目標(biāo)。

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