燃?xì)忮仩t冷凝器設(shè)計(jì)及系統(tǒng)

-.z.燃?xì)忮仩t冷凝器及系統(tǒng)設(shè)計(jì)天然氣鍋爐的冷凝回收裝置發(fā)源于歐洲。荷蘭、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、奧地利等國(guó)家于上世紀(jì)70年代，開(kāi)發(fā)家用冷凝式鍋爐，到80年代末期90年代初期，冷凝式鍋爐除了具有傳統(tǒng)鍋爐的共性之外，更是制熱機(jī)理的大膽革命與突破。在一些能源利用率較高的歐美國(guó)家，燃?xì)饫淠接酂峄厥盏臒崴仩t其熱效率高達(dá)103%以上，此外在煙氣中的CO2和NO*等有害成份也大大降低，這對(duì)環(huán)保來(lái)說(shuō)是非常有利的。在歐美等國(guó)，由于政府鼓勵(lì)使用冷凝鍋爐，所以需求量不斷增加，至2004年，冷凝鍋爐的使用率瑞士60%，荷蘭50%，德國(guó)20%，奧地利(20%)，英國(guó)(15%)。冷凝式換熱器是一種低溫?zé)峤粨Q器，傳熱面積大，并使用了價(jià)格昂貴的耐腐蝕的不銹鋼材料，雖然價(jià)格較高，但這只是一次性投資，其投資回收期一般不超過(guò)兩年，節(jié)約的燃料費(fèi)很快就將投資回收。因?yàn)槊?Nm3天然氣燃燒后可以產(chǎn)生1.71kg水蒸汽，具有可觀的汽化潛熱，大約為3700KJ，占天然氣的低位發(fā)熱量的10%左右。在排煙溫度較高時(shí)，水蒸汽不能冷凝放出熱量，隨煙氣排放，熱量被浪費(fèi)。煙氣冷凝余熱回收裝置，可以利用溫度較低的水或空氣冷卻煙氣，實(shí)現(xiàn)煙氣溫度降低，靠近換熱面區(qū)域，煙氣中水蒸汽冷凝，同時(shí)實(shí)現(xiàn)煙氣顯熱釋放和水蒸汽凝結(jié)潛熱釋放，而換熱器的水或空氣吸熱而被加熱，實(shí)現(xiàn)熱能回收，提高鍋爐熱效率。以天然氣為燃料的鍋爐煙氣中水蒸汽容積成分一般為15%~19%，燃油鍋爐煙氣中水蒸汽含量為10%~12%，遠(yuǎn)高于燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣中6%以下的水蒸汽含量。目前鍋爐熱效率均以低位發(fā)熱量計(jì)算，盡管名義上熱效率較高(我國(guó)按照低位發(fā)熱值計(jì)算，煙氣中的水蒸汽帶走的熱量未做計(jì)算)，但由于天然氣高、低位發(fā)熱量值相差10%左右，實(shí)際能源利用率并不高。為了充分利用能源，降低排煙溫度，回收煙氣的物理熱能，當(dāng)換熱器壁面溫度低于煙氣的露點(diǎn)溫度時(shí)，煙氣中的水蒸汽將被冷凝，釋放潛熱，10%的上下位發(fā)熱量差就能被有效利用。傳統(tǒng)鍋爐中，排煙溫度一般在160～250℃，煙氣中的水蒸汽仍處于過(guò)熱狀態(tài)，不可能凝結(jié)成液態(tài)的水而放出汽化潛熱。眾所周知，鍋爐熱效率是以燃料低位發(fā)熱值計(jì)算所得，未考慮燃料高位發(fā)熱值中汽化潛熱量的熱損失。因此傳統(tǒng)鍋爐熱效率一般只能到達(dá)88%～92%。而煙氣冷凝余熱回收裝置，它把排煙溫度降低到30～70℃，充分回收了煙氣中的顯熱和水蒸汽的凝結(jié)潛熱。鍋爐熱效率提高比例：1Nm3天燃?xì)馊紵a(chǎn)理論煙氣量約10.3Nm3(大約12.5kg)。以過(guò)量空氣系數(shù)1.3為例，產(chǎn)生煙氣14Nm3(大約16.6kg)。取煙氣溫度200℃降低至70℃，放出物理顯熱約1600KJ，水蒸汽冷凝率取50%，放出汽化潛熱約1850KJ，總計(jì)放熱3450KJ，約是天然氣低位發(fā)熱量的10%。假設(shè)取80%煙氣流過(guò)(二)冷凝余熱回收原理1、天然氣(LNG)以及其它的燃?xì)馊剂现饕翘?C)和氫(H)兩元素結(jié)合而成的化合物，能保持完全燃燒，因其不含硫磺成份，所以不產(chǎn)生在低溫條件下腐蝕金屬的硫酸(H2SO4)和亞硫酸(H2SO3)，是一種清潔的燃料。天然氣的主要成份：CH4+C2H6+C3H8+C4H10+N2甲烷+乙烷+丙烷+丁烷+氮90%+6.8%+2.5%+1%+0.3%=100%2、含在燃?xì)庵械臍?H)在鍋爐部燃燒時(shí)與氧結(jié)合成水。生成的水從燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量(高位發(fā)熱量)中吸收約10%的氣化熱而變成水蒸汽，與排出的煙氣一道排出(冬季水蒸汽與冷空氣相遇而凝結(jié)，從煙囪觀察到冒白煙就是這個(gè)原因)。燃?xì)獾母呶话l(fā)熱量-汽化熱(潛熱)=低位發(fā)熱量9450Kcal/Nm3-950Kcal/Nm3=8500Kcal/Nm33、水在高溫?zé)煔庵校鼰嵴舭l(fā)為水蒸汽，水蒸汽遇到通過(guò)冷空氣或冷水的傳熱面，重新凝結(jié)成水而釋放潛熱(汽化熱539Kcal/kg)。冷凝余熱回收鍋爐就是在燃?xì)忮仩t的排煙通道上設(shè)置通過(guò)冷水的熱交換器和加熱空氣的空氣預(yù)熱器，煙氣在通過(guò)熱交換器的傳熱面時(shí)水蒸汽重新凝結(jié)為水，將其汽化熱(潛熱)釋放出來(lái)，并加熱交換器的介質(zhì)(冷水或空氣)。一般情況下，天然氣燃燒排煙中含CO2含量約為10-12%；NO*含量約為60-80PPM，這些有害氣體促成酸雨產(chǎn)生或溫室效應(yīng)，誘發(fā)大氣臭氧層的破環(huán)或影響臭氧生成。使用冷凝余熱回收鍋爐時(shí)，對(duì)這一環(huán)境污染有極大的緩解。CO2+H2O→H2CO3NO*+H2O→HNO2+HNO3在上式中可以看出：CO2和NO*在冷凝余熱回收鍋爐的尾部煙道中與冷凝結(jié)露的H2O結(jié)合生成對(duì)應(yīng)的酸，并隨著凝結(jié)水從排放管排出。而煙氣中的有害成份CO2和NO*含量大大咸少,CO2約減少40%，含量由原來(lái)的12%下降至6-7%;NO*約減少至20PPM以下。而煙氣中冷凝下來(lái)的冷凝水因含H2CO3、HNO2、HNO3呈酸性，一般不宜直接排放。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，檢測(cè)冷凝水排放PH至在6~7為弱酸性，可通過(guò)添加MgO、石灰水、石膏等常規(guī)堿性化學(xué)物品中和，生成對(duì)環(huán)境無(wú)害的產(chǎn)物進(jìn)展排放。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)冷凝鍋爐同時(shí)起著凈化煙氣的作用，國(guó)家對(duì)環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)的今天，更具有推廣價(jià)值。(三)冷凝余熱回收節(jié)能裝置原理圖在排煙通路中，設(shè)置冷凝余熱回收熱交換器，煙氣在通路通過(guò)傳熱面，溫度降至露點(diǎn)溫度以下，含在排煙中的水蒸汽凝結(jié)潛熱將冷水或溫水加熱，這就叫余熱回收節(jié)能裝置(又稱(chēng)冷凝換熱器)。在流程中看到的冷凝節(jié)能裝置在尾部煙道中串聯(lián)布置(前后布置)，將煙氣中的水蒸汽冷凝下來(lái)，結(jié)露后吸收煙氣中的局部CO2和NO*，干凈了煙氣，起到環(huán)保作用。采暖系統(tǒng)圖熱水統(tǒng)圖〔四〕、節(jié)能特性及工作原理天然氣鍋爐的排煙溫度一般在120℃～250℃，煙氣中有7%～15%的顯熱和11%的潛熱未被利用；我們?cè)O(shè)計(jì)的煙氣冷凝器采用翅片管換熱構(gòu)造形式換熱，利用生活熱水或采暖水將排煙溫度冷卻至40℃～80低位發(fā)熱量〔低位熱值，PCI〕是指1Nm3天然氣完全燃燒后放出的全部熱量中扣除水蒸氣的汽化潛熱后所得到的熱量。高位發(fā)熱量〔高位熱值，PCS〕是指1Nm3天然氣完全燃燒后冷卻至原始基準(zhǔn)溫度時(shí)放出的全部熱量，其中包括燃燒產(chǎn)物中水蒸氣冷卻凝結(jié)放出的汽化潛熱。熱效率〔R〕是指送入鍋爐的全部熱量中被有效利用的百分?jǐn)?shù)。由于一般鍋爐的在燃料燃燒后，排煙溫度還相當(dāng)高，煙氣中的水蒸氣不可能凝結(jié)下來(lái)，因此，工程計(jì)算常采用低位發(fā)熱量作為計(jì)算依據(jù)。其冷凝器回收熱量的示意圖如下：鍋爐吸收能量示意圖冷凝器吸收能量示意圖鍋爐吸收能量示意圖冷凝器吸收能量示意圖煙氣損失爐體散熱損失10Kcal水蒸氣汽化潛熱11Kcal煙氣損失爐體散熱損失2Kcal水蒸氣汽化潛熱5Kcal鍋爐吸收熱量90Kcal鍋爐吸收熱量90Kcal吸收總熱量104Kcal空氣天然氣空氣天然氣煙氣回收熱量8Kcal+冷凝回收熱量5Kcal111Kcal111Kcal1.冷凝器裝置的合理設(shè)計(jì)目標(biāo)1〕即合理利用能源，又要防止腐蝕，保證設(shè)備平安；2〕總壓降較小，動(dòng)力消耗少，即煙氣壓降小且符合系統(tǒng)要求，這樣即可減少動(dòng)力消耗，又能保證一定的傳熱量；3〕操作方便；4〕采用傳熱強(qiáng)度高、密集度大的傳熱元件，以保證有較小的外形尺寸和重量；5〕有一定的連續(xù)工作壽命，維修簡(jiǎn)單；6〕平安可靠，考慮了熱應(yīng)力、防腐性能和強(qiáng)度等；7〕盡量減少初投資，制造容易，以最短的時(shí)間收回本錢(qián)。2.冷凝器裝置的技術(shù)特性1〕節(jié)能，采用新型的換熱翅片、排水構(gòu)造，充分回收煙氣中的潛熱，排煙溫度可降到30℃～70℃；2〕環(huán)保，由于煙氣中的局部水蒸氣變成冷凝水，可以使煙氣中的NO*等有害氣體局部溶解，減少排入大氣的有害氣體；3〕耐用，換熱管采用不銹鋼制作，高效防腐；4〕消聲，翅片的擾流作用能夠局部降低煙氣的排放噪音；5〕采用煙氣下進(jìn)上出的方式，降低煙氣壓降，減少因需要增加引風(fēng)機(jī)而增加的動(dòng)力消耗；〔六〕、與國(guó)外同類(lèi)型或一樣功能產(chǎn)品比照的優(yōu)點(diǎn)1〕本節(jié)能裝置為了防止排煙結(jié)露的酸性腐蝕和供給無(wú)銹清潔熱水，用不銹鋼鋁翅片復(fù)合管來(lái)制成；2〕與普通翅片管相比，不銹鋼鋁翅片復(fù)合管傳熱性能高出2倍以上，3〕耐腐蝕的不銹鋼材質(zhì)延長(zhǎng)了其使用壽命；4〕本裝置可組裝在鍋爐上部，縮小占有空間，生成在傳熱面上的凝結(jié)水亦可自然排出。5〕煙氣阻力小，對(duì)原鍋爐排煙系統(tǒng)影響小，大局部鍋爐房不用增加引風(fēng)機(jī)或增加煙囪高度。高效煙氣冷凝器工程實(shí)例說(shuō)明**究院冷凝器數(shù)據(jù)分析***研究院的逆流煙氣冷凝器的作用是加熱生活用水，鍋爐的排煙溫度為180℃，經(jīng)過(guò)逆流煙氣冷凝器后的煙氣溫度為51℃，進(jìn)入冷凝器的水溫度為30℃，流出冷凝器的水溫度為33.5℃，冷卻水流量為21.6m3/h，可以計(jì)算出這時(shí)冷卻水吸收的熱量87.78kw，這時(shí)鍋爐的輸出功率為1100KW,所以這時(shí)該冷凝器熱回收率為8%，每小時(shí)可節(jié)省燃?xì)?.8Nm3，***醫(yī)院冷凝器節(jié)能數(shù)據(jù)分析醫(yī)院鍋爐房有2臺(tái)5600KW、2臺(tái)2800KW的熱水鍋爐和2臺(tái)2t/h的蒸汽鍋爐。每臺(tái)熱水鍋爐和蒸汽鍋爐上均安裝了相應(yīng)煙氣冷凝器。安裝在熱水鍋爐上的冷凝器的作用是加熱空調(diào)系統(tǒng)二次側(cè)回水；安裝在蒸汽鍋爐上的冷凝器的作用是加熱鍋爐房補(bǔ)水箱的系統(tǒng)補(bǔ)水。在08~09采暖季鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，在2009年3月25日我公司技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到1臺(tái)5600KW的熱水鍋爐和1臺(tái)2t/h的蒸汽鍋爐安裝冷凝器后的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如下：1、5600KW熱水鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)：鍋爐的排煙溫度150℃，經(jīng)過(guò)煙氣冷凝器后的排煙溫度降至50℃，進(jìn)入冷凝器的水溫為40℃，冷凝器的出水溫度為2、2t/h蒸汽鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)：鍋爐的排煙溫度137℃，經(jīng)過(guò)煙氣冷凝器后的排煙溫度降至60℃，進(jìn)入冷凝器的水溫為50℃，冷凝器的出水溫度為60根據(jù)以上數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算可以得出以下的節(jié)能分析:1、經(jīng)過(guò)5600KW熱水鍋爐冷凝器的水吸收的熱量為448KW，這時(shí)鍋爐的輸出功率為5600KW,所以這時(shí)冷凝器的熱回收效率為8%，每小時(shí)可節(jié)省燃?xì)?0Nm3,按鍋爐每天運(yùn)行10小時(shí)，每