燃氣鍋爐煙氣余熱利用的途徑及技術(shù)要點

1、燃氣鍋爐煙氣余熱利用的途徑及技術(shù)要點燃氣鍋爐排出的煙氣中含有大量余熱，目前的燃氣鍋爐都安 裝有煙氣余熱回收裝置，但一般都是利用鍋爐回水與煙氣進行熱 交換，只回收了煙氣中的部分顯熱。因燃氣鍋爐煙氣中水蒸汽占 比較大，且水蒸汽的汽化潛熱較大，人們?yōu)榱颂岣呷細獾睦寐剩?把目光投向了煙氣冷凝潛熱回收技術(shù)。本文通過對燃氣鍋爐煙氣的特點進行分析，結(jié)合煙氣余熱回 收裝置的方式，明確煙氣余熱回收的技術(shù)思路，對鍋爐房的節(jié)能 降耗，降低運行成本提供一些參考。一、煙氣組成及熱能分析天然氣與空氣混合完全燃燒后產(chǎn)生的煙氣中的主要成分是 CO2、N2、SO2、H2O和未燃燒的過量空氣（與過量空氣系數(shù)有關(guān)）。1Nm3天然

2、氣在過量空氣系數(shù)為1.1時，燃燒所需實際空氣量 約為10.6 m3,，煙氣量約為12 m3。1 Nm3天然氣的低位熱值32.6MJ， 高位熱值36.2MJ。燃燒后產(chǎn)生的煙氣的焓見下表：表1：燃燒每立方天然氣產(chǎn)生煙氣的溫焓表KJ/Nm3煙溫C180908070605550454030煙氣顯熱31611580140512291053966878790702526煙氣潛熱401540154015401540153441256419511465815煙氣中煙氣溫度變化所引起的熱量轉(zhuǎn)移為顯熱，水蒸汽所含 的汽化潛熱為潛熱，也就是水在發(fā)生相變時，所釋放或吸收的熱 量。煙氣中水蒸汽的體積含量在15-20%左

3、右，潛熱可占天然氣的 低位發(fā)熱量的10.97%左右。從此數(shù)據(jù)可以看出，潛熱占排煙熱損失的比重是很大的。而 利用潛熱，必須要把煙氣溫度降低到水蒸汽露點溫度以下，使煙 氣中的水分由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，從而釋放煙氣潛熱，才能實現(xiàn)。二、煙氣中水蒸汽露點溫度的確定煙氣中水蒸汽的體積含量在15-20%之間，露點溫度一般為 54-60 C之間。如天然氣中含有H2S，煙氣中還會有SO、。SOx會與 煙氣中的水蒸汽結(jié)合形成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽的酸露點溫度要比 水露點溫度要高。所以會使煙氣中水蒸汽露點提高。一般煙氣中 含量愈多，酸露點溫度愈高。由于酸露點溫度計算復(fù)雜且實際煙 氣組分變化較大，所以在實際應(yīng)用中采用酸露點分析

4、儀實測一定 工況下的酸露點溫度。一般煙氣SO含量在0.03%左右時，露點溫X度可按58-62C左右估算。當(dāng)煙氣溫度低于露點溫度時，煙氣中水蒸汽開始凝結(jié)，煙溫低 于露點溫度愈大，水蒸汽的凝結(jié)率也愈大。凝結(jié)率愈大，潛熱回 收比例也愈大。所以為提高煙氣余熱回收效率，與煙氣進行換熱 的冷媒溫度低于露點溫度多些，才能確實做到冷凝換熱。按表1 估算，煙氣余熱回收裝置的出口煙溫一般低于露點溫度20-30C， 才可使水蒸汽凝結(jié)率達到70-80%。三、煙氣余熱利用方式鍋爐排出的煙氣經(jīng)過與冷媒的換熱，實現(xiàn)煙氣余熱的回收。但 煙氣余熱屬于低位熱能，所以它的利用方式就有一定的限制，首 先冷媒溫度足夠低，其次冷媒循環(huán)量

5、足夠大，可吸收煙氣大部分 余熱，且熱量能被有效利用。下面，我們對幾類余熱換熱及利用 方式進行一些分析。1、煙氣/供熱系統(tǒng)回水。利用供熱系統(tǒng)循環(huán)水與煙氣進行熱 交換，把煙氣余熱直接進入供熱系統(tǒng)的循環(huán)水，實現(xiàn)余熱回收。 但此種方式受到系統(tǒng)回水溫度的限制，不可能使煙溫降的更低。 一般來說，供熱系統(tǒng)的一次供回水設(shè)計溫度為130/70C，實際運 行系統(tǒng)回水也有55-60C，所以煙氣溫度也只能降到70C左右， 它只能回收煙氣中的顯熱?？苫厥諢煔怙@熱的50-60%左右，可提 鍋爐高熱效率3-5%。2、煙氣/冷空氣。燃燒系統(tǒng)供風(fēng)一般都取自室外，在燃氣鍋 爐的燃燒機送風(fēng)系統(tǒng)上加裝空予器，使煙氣與冷空氣進行換熱，

6、 可以提高送風(fēng)溫度，改善燃氣燃燒工況，提高爐膛溫度，對鍋爐 各受熱面的傳熱是有利的。冷空氣一般按室外平均計算溫度（-5.3 C）估算。雖然冷空氣的溫度很低，但由于空氣熱容較小，且空 氣量受天然氣燃燒理論空氣量限制，它所能吸收的熱量是有限的。 如燃燒每立米天然氣約需空氣9.6 m3,空氣的定壓熱容1.29KJ/ m3. C，把9.6 m3空氣溫度提高到30 C左右，所需熱量為404 KJ。 僅占煙氣潛熱的12%。此種方式可與第一種方式結(jié)合應(yīng)用，在鍋爐回水冷卻煙氣后， 使煙氣溫度降低到70 C左右，然后再利用冷空氣與煙氣換熱，把 煙氣溫度再降低到50 C左右。此種方式最為簡單易行，只需安 裝煙氣換

7、熱器，不需增加動力設(shè)備。是一種投資最小的組合方式。3、煙氣/廠房供熱系統(tǒng)回水。我們可把鍋爐房廠房供熱系統(tǒng)做 成一個單獨的系統(tǒng)，以煙氣作為熱源，通過換熱裝置與煙氣進行 換熱，采用直供方式為廠房供熱，系統(tǒng)供回水溫度可為75/50C 左右。煙氣溫度可降到50C左右，但此種方式煙氣中水蒸汽凝結(jié) 率不高，潛熱未被充分利用。但顯熱已大部被利用（約2/3）。 此種方式的好處是節(jié)能效果明顯直觀，易于人們接受。不足之處 是如鍋爐房廠房供熱系統(tǒng)較小，不能充分利用煙氣余熱。4、煙氣/生活熱水。生活熱水的供水溫度一般為40 C左右， 進水一般為10 C左右，但此種方式的不足點是生活熱水負荷與 供熱負荷不同步，造成煙氣

8、中余熱不能被連續(xù)、穩(wěn)定的吸收利用。 不適合大型鍋爐房且生活熱水負荷較小的情況下應(yīng)用。與此種方式類似，也可用供熱系統(tǒng)補水吸收煙氣余熱，但在 系統(tǒng)補水量較小，而鍋爐房容量較大的情況下，系統(tǒng)補水不能全 部利用煙氣余熱。5、煙氣/吸收式熱泵系統(tǒng)吸收式熱泵系統(tǒng)從原理上來說就是一套制冷機組，由驅(qū)動動 力驅(qū)動制冷劑進行制冷循環(huán)，在制冷循環(huán)的蒸發(fā)端（吸熱）通過 一個獨立的冷水循環(huán)與煙道上的煙冷器進行熱交換，以吸收煙氣 中的熱量。在制冷循環(huán)的冷凝端（放熱）與供熱水循環(huán)系統(tǒng)或其 它冷媒進行熱交換，以釋放煙氣中的熱量。吸收式熱泵系統(tǒng)基本由制冷機組、蒸發(fā)端換熱器、冷凝端換 熱器、冷水循環(huán)泵及管路系統(tǒng)、煙冷換熱器組成，

9、制冷機組需要 有驅(qū)動動力（電或熱源）驅(qū)動，冷水系統(tǒng)循環(huán)也需要動力。制冷機組可使冷水系統(tǒng)的冷水出水溫度達到5-20C （具體溫 度可由系統(tǒng)參數(shù)確定），所以可使煙氣溫度降到很低，做到煙氣 余熱的深度回收。但吸收式熱泵系統(tǒng)初始投資大，制冷循環(huán)的運行維護成本也 較高，且因設(shè)備較多較復(fù)雜，對運行管理的要求也比較高。最后，再談幾點在確定技術(shù)方案時需考慮的問題：1、不管任何一種方案，都會在煙道上增加換熱裝置，都會增 加煙道阻力，也就是說要增加鼓風(fēng)機電耗，如煙氣余熱回收裝置 換熱面積太大，煙氣阻力增加太大，甚至需要更換鼓風(fēng)機或增加 引風(fēng)機。2、排煙溫度不是越低越好，煙溫越低，鍋爐排煙阻力越大， 消耗電能也越多

10、。燃氣鍋爐煙囪高度一般較低，如煙溫太低，也 不利于煙氣排出煙囪后的擴散，不利于鍋爐房范圍內(nèi)的環(huán)境。3、煙氣換熱器的腐蝕問題，煙氣在溫度降低后，存在液態(tài)水 分，且因硫分的存在，此部分水為弱酸性。還有燃氣燃燒時過量 空氣的存在，煙氣中也含有氧氣，與煙氣及冷凝水接觸的換熱面 會發(fā)生氧化、腐蝕。所以與煙氣接觸的換熱面，最好選用耐低溫酸腐蝕的材料。4、冷凝水的回收問題，1Nm3天然氣完全燃燒后產(chǎn)生的煙氣中 含有約1.77kg的水分，采用煙氣余熱回收裝置后，如按70%的凝 結(jié)率計算，可產(chǎn)生1.23kg冷凝水。按一臺29MW鍋爐滿負荷運行 1小時計算，每小時可產(chǎn)生冷凝水3690kg冷凝水。占鍋爐循環(huán)水 量的0.9%左右。但冷凝水中含有硫分，鐵銹泥沙等懸浮物，需安裝專門的水