朱冬峰

摘? 要：天然氣鍋爐運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量水蒸氣并隨煙氣被排走，這些水蒸氣包含了大量熱量，任其排走將造成較為嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。因而隨著近年來(lái)天然氣鍋爐的廣泛應(yīng)用，其煙氣余熱回收技術(shù)的研究與應(yīng)用逐漸受到高度重視，并取得了良好成效，節(jié)約了大量能源和經(jīng)濟(jì)成本。該文將簡(jiǎn)單介紹天然氣鍋爐煙氣，分析其余熱回收相關(guān)理論，并就相應(yīng)余熱回收技術(shù)的應(yīng)用展開(kāi)探討。

關(guān)鍵詞：天然氣鍋爐? 煙氣余熱? 回收技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TK11? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）04（a）-0065-02

燃?xì)忮仩t作為最經(jīng)濟(jì)的鍋爐設(shè)備，受到了社會(huì)大眾的普遍選擇。而燃?xì)忮仩t的燃料類型較為多樣，主要包括天然氣、城市煤氣、焦?fàn)t煤氣、液化石油氣、沼氣等。其中，天然氣鍋爐的環(huán)境污染影響較小，故而在我國(guó)節(jié)能減排發(fā)展戰(zhàn)略下逐漸受到大量應(yīng)用。

1? 天然氣鍋爐煙氣余熱回收理論分析

1.1 露點(diǎn)溫度

對(duì)天然氣鍋爐煙氣余熱的回收而言，水蒸氣露點(diǎn)溫度越高，那么回收難度也就越低，回收效率往往也就越高。而露點(diǎn)溫度的高低與諸多因素有關(guān)，包括氣壓、水蒸氣體積分?jǐn)?shù)等。在天然氣鍋爐煙氣中，維持水蒸氣的分壓力不變，那么其露點(diǎn)溫度則主要與過(guò)量空氣系數(shù)有關(guān)。以純天然氣作為研究對(duì)象，可以通過(guò)其燃燒情況探究其露點(diǎn)溫度與過(guò)量空氣系數(shù)之間的關(guān)系，并且得到該關(guān)系如圖1所示。通過(guò)觀察圖1，可以發(fā)現(xiàn)純天然氣露點(diǎn)溫度隨過(guò)量空氣系數(shù)的增加而降低。在天然氣鍋爐燃燒過(guò)程中，其使用的燃料雖然并非純天然氣，其中包含了一些雜質(zhì)，但這些雜質(zhì)對(duì)天然氣露點(diǎn)溫度的變化影響不大。因此針對(duì)天然氣鍋爐燃燒，可以直接對(duì)純天然氣露點(diǎn)溫度進(jìn)行修正來(lái)得到其露點(diǎn)值。而且對(duì)鍋爐煙氣余熱回收來(lái)說(shuō)，露點(diǎn)溫度越高越好，即過(guò)量空氣系數(shù)應(yīng)當(dāng)在大于1的同時(shí)越小越好。

1.2 熱效率

對(duì)鍋爐而言，其熱效率越高，那么意味著其對(duì)能源的利用率也就越高，同時(shí)其經(jīng)濟(jì)性也就更好。天然氣鍋爐煙氣的余熱實(shí)際上包含有顯熱和潛熱，二者的回收利用率都會(huì)在很大程度上影響鍋爐熱效率。其中，潛熱即水蒸氣凝結(jié)成水所釋放的熱量，也就是凝結(jié)的水越多，其回收利用率越高;煙氣排放溫度越低，顯熱回收利用率越高。進(jìn)一步分析煙氣潛熱回收利用率與鍋爐熱效率的關(guān)系，可以使用公式與公式進(jìn)行聯(lián)合計(jì)算，并且發(fā)現(xiàn)隨著冷凝率的不斷提升，熱效率增加越多。而排氣溫度的降低，對(duì)天然氣鍋爐煙氣潛熱回收利用率的提升有著促進(jìn)作用，即有利于鍋爐熱效率的提升。再結(jié)合排氣溫度對(duì)顯熱回收利用率的影響，可以得到鍋爐煙氣顯熱和潛熱回收在不同排氣溫度下對(duì)熱效率的影響關(guān)系。通過(guò)研究分析可以發(fā)現(xiàn)，排氣溫度降低會(huì)使得鍋爐熱效率提升，并且在溫度為60℃時(shí)存在明顯變化。當(dāng)排氣溫度高于60℃時(shí)，只有顯熱被回收，故而熱效率增長(zhǎng)緩慢;而在溫度低于57℃時(shí)，潛熱開(kāi)始被回收，故而熱效率增長(zhǎng)量隨溫度降低而快速增加。不過(guò)，要想讓排氣溫度降得越低，所需成本也就越高，同時(shí)技術(shù)難度也更大。

2? 天然氣鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)的應(yīng)用

2.1 冷凝式煙氣余熱回收技術(shù)

冷凝式煙氣余熱回收技術(shù)的原理在于降低鍋爐排氣溫度并使其低于露點(diǎn)，達(dá)到回收煙氣顯熱與潛熱的目的。在實(shí)際應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，通常是直接在鍋爐排氣系統(tǒng)處假裝冷凝式交換機(jī)，在回收煙氣余熱之后，通過(guò)交換機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)將熱量傳遞到熱網(wǎng)回水，然后再將加熱后的回水直接用于供暖或者傳導(dǎo)回天然氣鍋爐進(jìn)一步加熱。該回收技術(shù)很早就被廣泛應(yīng)用于天然氣鍋爐之中，并且通常能夠提升10%左右的熱效率。不過(guò)時(shí)至今日，該技術(shù)的應(yīng)用依舊還存在一些不可忽視的缺陷與不足。首先，對(duì)部分工業(yè)鍋爐系統(tǒng)而言，其排氣溫度本身就較高，同時(shí)回水溫度也偏高。當(dāng)回水重新進(jìn)入天然氣鍋爐后，更會(huì)導(dǎo)致排氣溫度難以得到充分降低，從而使得煙氣余熱回收效果實(shí)際上并不明顯。其次，冷凝式煙氣余熱回收技術(shù)在大規(guī)模鍋爐系統(tǒng)及大型鍋爐中應(yīng)用時(shí)，其成本會(huì)大幅增加，安裝難度也更大，難以充分發(fā)揮該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。

2.2 熱管式煙氣余熱回收技術(shù)

熱管式煙氣余熱回收技術(shù)的原理在于直接使用傳熱效率高的熱管作為傳導(dǎo)介質(zhì)，從而將鍋爐排氣位置的熱量傳遞到指定位置，并對(duì)熱網(wǎng)回水進(jìn)行加熱。隨后，回水可直接用于供熱或返回天然氣鍋爐之中。熱管式回收技術(shù)是近年來(lái)受到廣泛關(guān)注的天然氣鍋爐余熱回收技術(shù)，這是因?yàn)闊峁軅鳠嵝蕵O高，可以實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)距離傳熱，同時(shí)其體積通常也較小，能夠在有利于工程安裝。不過(guò)就目前來(lái)看，該技術(shù)還無(wú)法得到廣泛應(yīng)用。這是因?yàn)闊峁艹杀緲O高，目前還難以在大規(guī)模鍋爐系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。與此同時(shí)，熱管在在工業(yè)中的應(yīng)用時(shí)間偏短，還需要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的探索才能逐漸成熟，只有在其技術(shù)成熟之后，才有可能大規(guī)模應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)之中。

2.3 相變式煙氣余熱回收技術(shù)

相變式煙氣余熱回收技術(shù)的核心原理就在于利用相態(tài)變化來(lái)進(jìn)行換熱，從而實(shí)現(xiàn)余熱回收。在實(shí)際使用相變換熱器時(shí)，鍋爐排出的延期在換熱器上會(huì)凝結(jié)成液態(tài)水，形成一層水膜。這層水膜會(huì)將凝結(jié)放出的熱傳遞給換熱器壁，進(jìn)而有效實(shí)現(xiàn)換熱。由于水蒸氣凝結(jié)釋放的熱量極大，并且水的傳熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣的傳熱系數(shù)，實(shí)際傳熱效果也極佳。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)極為明顯，包括傳熱穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離高效傳熱，裝置體積較小等。不過(guò)該技術(shù)也有著較為明顯的缺陷，那就是水蒸氣與鍋爐煙氣中的雜質(zhì)混合會(huì)具有酸性，從而腐蝕設(shè)備，嚴(yán)重影響鍋爐系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。不過(guò)在近年來(lái)，符合相變換熱技術(shù)逐漸成熟，該技術(shù)將一根根獨(dú)立的熱管構(gòu)造成整體熱管，通過(guò)預(yù)熱空氣的方式來(lái)解決低溫腐蝕問(wèn)題，同時(shí)也能利用“相變段”來(lái)調(diào)控避免溫度，具有極大的應(yīng)用前景。

3? 結(jié)語(yǔ)

隨著天然氣鍋爐在我國(guó)的廣泛使用，其煙氣余熱回收技術(shù)越來(lái)越受重視。該文對(duì)天然氣鍋爐煙氣余熱的冷凝式、熱管式及相變式回收技術(shù)的應(yīng)用情況進(jìn)行了簡(jiǎn)單探討，但愿能夠?yàn)槲覈?guó)天然氣鍋爐熱效率的提高起到些許促進(jìn)作用。在天然氣鍋爐熱效率提高之后，其能源利用率與經(jīng)濟(jì)性也將得到一定提高，再加上天然氣鍋爐自身的環(huán)保特性，可以進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)節(jié)能減排戰(zhàn)略的實(shí)施與發(fā)展。

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