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燃气锅炉烟气余热回收

浏览次数:107612/07/2016  

与传统燃煤锅炉相比,燃烧天然气的锅炉虽然排放的二氧化硫及氮氧化物的含量很少,减轻了对环境的压力,但燃烧后产生的大量水蒸气随高温烟气排放到环境中,仍然造成了热能的严重浪费。

采用冷凝式锅炉将高温烟气中的显热和潜热予以回收,可以达到充分利用能源降低运行成本的效果。

一、使用冷凝置换器

凝式换热器就是增设在天然气锅炉尾部的余热回收装置,当烟气在通道内通过传热面,温度降至露点温度以下,从而使排烟中的水蒸气凝结释放潜热传递给回收工质,可以将排烟中大量的能量加以回收利用,从而达到节能环保的效果。

二、烟气分析

天然气成分绝大部分为烃,燃气锅炉排烟中水蒸气的含量较高。每1m3天然气燃烧后可以产生1.55kg水蒸气,汽化潜热大约为3700kJ/Nm3,占天然气的低位发热量的10%以上。传统锅炉中,排烟温度一般在160~250℃,烟气中的水蒸气仍处于过热状态,不可能凝结成液态的水而放出汽化潜热。因此传统的天然气锅炉理论热效率一般只能达到95%左右,利用冷凝式换热器只要把烟气温度降到烟气露点温度以下,就可回收烟气中的显热和水蒸气的凝结潜热,按低位发热量为基准计算,天然气锅炉热效率可达到和超过109%

1、露点计算

在水蒸气分压力不变的情况下,使空气冷却至饱和湿蒸汽状态时,将有水滴析出,此时的温度即为露点温度。天然气燃烧特性分析(以1m3天然气计算)烟气中水蒸气的体积分数达17˙4%,若燃烧在大气压力下进行,当空气过量系数α为1.1时(本文中的计算均以此作为计算依据),其相应的烟气露点温度是57℃

通过观察可知,烟气露点温度随过量空气系数的变化而变化。随着过量空气系数的增加,烟道中水蒸气的相对体积减小,水蒸气的容积份额会有所下降,其露点温度也随之降低。

2、热效率解析

烟气中的热量以显热和潜热2种形式存在,因此锅炉的热损失也由烟气的显热损失和潜热损失组成。而显热损失取决于烟气的温度和烟气组分的热容量;潜热损失则取决于烟气中以水蒸气形态存在的水量的多少。

烟气中的潜热就对锅炉的热效率影响如此巨大,倘若能将排烟温度降低到露点以下对潜热加以回收利用,对以低位发热量为基准进行计算的热效率至少可提高到10%以上。

排烟中的水蒸气潜热在57℃以下才能得以回收,能够回收的热量依赖于所要求的利用温度和利用率。因此,低温下余热冷水可获得高的回收率,而在较高的温度下输出热能会降至可以回收的能量数量。

三、余热回收

1、避免余热回收器受热面的磨损

将余热回收器管排设计成膜式管排(或H型管排),这种结构迫使烟气流动趋于层流,管排间没有烟气扰动,在同样烟速下,与螺旋肋片式和光管式相比较是最不易磨损的受热面布置形式。而且由于每个烟道的边界管排与烟气的磨擦,而形成中间流速高,两边流速低的分布方式。因此,管壁附近烟气流速低于平均值,烟气扰动比较弱,缓解了飞灰对省煤器的磨损。另外,烟气流速对受热面的磨损影响最大,布置受热面时烟气流速不宜过大,设计时通过调整管排横向截距,来改变受热面的烟速,可有效避免余热回收器管排的磨损问题。


2、烟道阻力

锅炉整个烟道阻力主要由引风机和烟囱自拔力来克服,其中引风机是主要因素。安装余热回收器后锅炉整体烟气阻力必然增加。在加装余热回收器的同时是否对引风机进行改造,进一步提高出力,确保安装余热回收器后锅炉本体的正常运行。

3、余热回收器管内壁结垢

受热面管内壁结垢主要发生在蒸发段,因为蒸汽的溶盐能力与水比较相差很大。而在余热回收系统中最高点温度也不会超过120℃,整个系统仍处于液相,管内壁结垢问题较小。

总结

1、锅炉以天然气为燃料时,非常适合将其改造为冷凝式余热回收锅炉,提高锅炉利用效率。

2、天然气锅炉排放的烟气中含有一定量的水蒸气,若将排烟温度降低到露点温度以下回收水蒸气释放的气化潜热,可将锅炉效率提高10%以上。

3、合理设置关键技术参数,可实现余热回收系统长期稳定运行。


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